污泥活性炭（精选11篇）
污泥活性炭 篇1
污泥是污水处理厂污水处理过程中的二次产物,城市污水厂每天都会产生大量的污泥。据报道,截止到2009年2月,我国每天产生湿污泥近105 t。按目前运营的污水处理厂日产生湿污泥量计算,预计到2010年底,我国每天产生湿污泥至少达到近1.75×105 t,即年产生湿污泥量近6.39×108 t。由于污泥除含有大量的水外,还含有难降解的有机物、重金属和盐类,以及少量的病原微生物和寄生虫卵等,如果处理不当,会形成二次污染,对周围环境造成一定的危害。由于污泥中包含有大量的生物体和有机物,具有较高的热值和含碳量,使得采用污泥为原料生产活性炭成为可能[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11],这不但从根本上解决了污泥处理难的问题,更是为降低活性炭的生产成本提供了一种方法。
本工作以污水厂二沉池湿污泥为原料,采用水蒸气为物理活化气,对活化剂、碳化温度、碳化时间等制备条件进行优化,制得性能优良的活性炭,并用制得的污泥活性炭处理电镀废水,取得了较好的效果。
1 实验部分
1.1 原料、试剂和仪器
污泥取自上海市某水质净化厂二沉池,污泥挥发性悬浮固体质量分数为70.2%±2.0%,含碳质量分数为38.5%±2.0%,湿含量约为99.3%,呈浊液状;所用试剂均为分析纯。
SK2-2-10型高温管式电阻炉:沈阳市长城工业电炉厂;ASAP 2010 M+C型表面积及孔隙分布仪:美国Micromeritics公司;S-2150型扫描电子显微镜(SEM):日本Hitachi公司;XRD-6000型X射线衍射仪(XRD):日本岛津公司。
1.2 污泥活性炭的制备
将污泥自然沉淀12 h,取下层以3 000 r/min离心分离10 min,处理后的污泥湿含量为92.0%~93.0%。将所得湿污泥添加一定浓度活化剂浸泡一定时间,离心回收上清液,转移至真空烘箱中105 ℃烘干至恒重,磨碎至粒径为1~2 mm,备用。
取经预处理后的干污泥,以水蒸气为活化气(流量为20 L/h),氮气为活化气载气和碳化保护气,在一定的条件下碳化,制得污泥活性炭吸附剂。尾气采用生物滤床过滤,无恶臭气体进入环境。制得的粗产品用3 mol/L的 HCl和蒸馏水反复冲洗,以除去残留的活化剂及其他无机物,然后低温干燥至恒重,研磨至100目以下,即得污泥活性炭。
1.3 分析方法
采用表面积及孔隙分布仪测定污泥活性炭的孔径分布;采用SEM扫描污泥活性炭的形貌;采用XRD测定污泥活性炭的结构;按GB 7702.7—1997《煤质颗粒活性炭试验方法-碘吸附值的测定》方法考察污泥活性炭的吸附性能;活性炭产率以生产的活性炭占干污泥的质量分数计。
2 结果与讨论
2.1 活化剂的种类对污泥活性炭吸附性能的影响
当浸泡时间为24 h、碳化温度为600 ℃、升温速率为20 ℃/h、碳化时间为1 h时,活化剂的种类对污泥活性炭吸附性能的影响见表1。由表1可见,当以KOH为活化剂时,所制备的污泥活性炭的碘值最大,说明该污泥活性炭吸附性能最好。实验选择KOH为活化剂。
2.2 活化剂浓度对污泥活性炭吸附性能的影响
当浸泡时间为24 h、碳化温度为600 ℃、升温速率为20 ℃/h、碳化时间为1 h时,活化剂的浓度(活化剂物质的量与湿污泥体积的比,mol/L)对污泥活性炭吸附性能的影响见表2。由表2可见,活化剂浓度为0.50 mol/L时,所制备的污泥活性炭的碘值最大,污泥活性炭吸附性能最好。因此实验选择KOH的浓度为0.50 mol/L。
2.3 浸泡时间对污泥活性炭吸附性能的影响
当以0.50 mol/L的KOH为活化剂、碳化温度为600 ℃、升温速率为20 ℃/h、碳化时间为1 h时,浸泡时间对污泥活性炭吸附性能的影响见图1。由图1可见:随着浸泡时间的延长,污泥活性炭碘值增大;当浸泡时间大于20 h时,污泥活性炭碘值变化不大。因此实验选择浸泡时间为20 h,此时污泥活性炭碘值达864.79 mg/g。
2.4 碳化温度对污泥活性炭吸附性能的影响
当以0.50 mol/L的KOH为活化剂、浸泡时间为20 h、升温速率为20 ℃/h、碳化时间为1 h时,碳化温度对污泥活性炭吸附性能的影响见图2。由图2可见,碳化温度为600 ℃时,污泥活性炭碘值最大,吸附性能最好。因此实验选择碳化温度为600 ℃。
2.5 升温速率对污泥活性炭吸附性能的影响
当以0.5 mol/L的KOH为活化剂、浸泡时间为20 h、碳化温度为600 ℃、碳化时间为1 h时,升温速率对污泥活性炭吸附性能的影响见图3。由图3可见,升温速率为15 ℃/h时,污泥活性炭碘值最大,吸附性能最好。因此实验选择升温速率为15 ℃/h,此时污泥活性炭碘值可达879.62 mg/g。
2.6 碳化时间对污泥活性炭吸附性能的影响
当以0.50 mol/L的KOH为活化剂、浸泡时间为20 h、碳化温度为600 ℃、升温速率为15 ℃/h时,碳化时间对污泥活性炭吸附性能的影响见图4。由图4可见,碳化时间为1 h时,污泥活性炭碘值最大,吸附性能最好。因此实验选择碳化时间为1 h。
2.7 最佳实验条件下的污泥活性炭产品性能
在上述最佳实验条件下,所制备的污泥活性炭的物理性能见表3,SEM照片见图5。
由表3及图5可知,湿污泥活化制备的活性炭的微孔所占比例较大,平均孔径较小,以微孔结构为主,比表面积相对较大,孔体积为0.19 cm3/g,比表面积为737.61 m2/g,碘值为879.62 mg/g,性能优于普通颗粒活性炭。
污泥活性炭的XRD谱图见图6。由图6可见,在2θ为28 °和48 °附近分别有两个明显的衍射峰,这两个峰分别代表乱层石墨的002平面和100平面,这是由于改性污泥活性炭的孔隙数量增多,孔隙结构的复杂化使SHWAC的类石墨微晶结构更趋于乱层化,形成了更多的无定形碳类石墨微晶结构。
2.8 污泥活性炭在电镀废水中的初步应用
用最优条件下制备的污泥活性炭处理上海市松江区某电镀厂的电镀废水。在污泥活性炭加入量为0.1 g/mL、吸附时间为20 min的条件下,电镀废水中的重金属污染物质量浓度变化见表4。
由表4可见,污泥活性炭去除电镀废水中的重金属有较好的吸附效果,总铬去除率为69.46%,铅去除率为78.88%,镍去除率为60.34%。
3 结论
a)以污水厂二沉池湿污泥为原料可制备污泥活性炭。实验结果表明,最优的制备条件为以0.5 mol/L的KOH为活化剂,浸泡时间为20 h,碳化温度为600 ℃,升温速率为15 ℃/h,碳化时间为1 h。在此条件下所制备的污泥活性炭吸附性能最好,孔体积为0.19 cm3/g,比表面积为737.61 m2/g,碘值为879.62 mg/g,性能优于普通颗粒活性炭。
b)采用最优条件下制备的污泥活性炭吸附处理电镀废水,总铬去除率为69.46%,铅去除率为78.88%,镍去除率为60.34%。
参考文献
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污泥活性炭 篇2
为造纸污泥纤维板除臭提供依据.使用活性炭吸附对造纸污泥纤维板进行除臭研究,计算在18周内污泥纤维板失重量及失重速度,活性炭增重量及增重速度;同时用嗅觉法测定臭味.发现在18周内污泥纤维板是不断失重,活性炭不断增量.二者质量相差不大,且前3周速度较快.臭味变化是前3周降低较多,有一种发酸的味道,5周后酸味也减少,保持到第18周.活性炭吸附可以减少造纸污泥纤维板臭味,处理3周即可得到较好效果.
作 者：刘贤淼 江泽慧 王春鹏 费本华 Liu Xianmiao Jiang Zehui Wang Chunpeng Fei Benhua 作者单位：刘贤淼,费本华,Liu Xianmiao,Fei Benhua(国家林业局北京林业机械研究所,北京,100029)江泽慧,Jiang Zehui(国际竹藤网络中心,北京,100102)
王春鹏,Wang Chunpeng(中国林业科学研究院林产化学工业研究所,江苏,南京,210042)
刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)：2009 34(4) 分类号：X703.1 关键词：造纸污泥 纤堆板 活性炭 吸附 徐臭★ 复合形容词
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污泥活性炭 篇3
关键词：活性污泥；数学模型；污水生物处理；ASMS模型
1.引言：对于活性污泥的研究最早可以追溯到1912年，当时，英国的克拉克和盖奇最早发现活性污泥，并率先提出活性污泥的概念，简单来说，活性污泥就是微生物群体及它们所依附所有有机物质、无机物质的总和，同时也因其独特的物理性质，活性污泥被大众认知为一种好氧生物处理方法：通过大量试验证明，在对污水长时间曝气的时候就会产生污泥，与此同时污水的水质会也会得到较为明显的改善。因此，活性污泥被广泛地应用于污水生物处理领域。相对于对活性污泥的研究，活性污泥数学模型（ASM1-ASM3）的建立和提出就比较晚，也相对更有研究和实际的应用价值，因为该模型是在对之前众多活性污泥应用研究现状的基础之上，吸取经验改善不足，而提出的一种污水处理新模型，具有较大的研究价值。
2.相关理论与研究现状
本部分主要概括论述活性污泥数學模型相关理论，以及目前的研究现状，通过详细阐述对活性污泥颗粒化数学模型有一个详细的了解，为之后的研究提供理论基础。
2.1活性污泥颗粒化研究现状：颗粒污泥与普通的活性污泥相比较，有很多的优势，比如：颗粒污泥的密度更大，结构更稳定，污水处理能力也更强，总体来说，颗粒污泥是未来世界污水处理领域的一个重点发展方向。颗粒污泥主要可以分为好氧和厌氧两种类型，厌氧颗粒污泥技术目前主要被广泛应用于工业生产产生的高浓度有机废水的处理之中：相对的，好氧颗粒污泥技术的应用就不是那么广泛，并且对于该项技术直到上世纪90年代初才得以方向和利用。尽管不论是厌氧颗粒污泥技术还是好氧颗粒污泥技术目前都在各自的领域得到了较好的发展和运用，但是业界和学界对于其形成过程的认知却并没有一个统一的定论，可以肯定的是，其形成过程一定是极其复杂的，并目颗粒污泥中含有的各类元素所以的作用大小也必定都不尽相同，只有各个元素相互作用相互影响才能达到最佳的技术效果。通过对大量相关资料的整理和分析，笔者也了解到，目前国内对于颗粒污泥尤其是好氧颗粒污泥的研究还是较为广泛的，主要集中于对模型运行过程中的管理和控制方面，国内外有关于此的学术论文也比较多，基本能够反映出颗粒污泥的发展现状。
2.2活性污泥数学模型研究现状：活性污泥数学模型的研究起始于上世纪50年代，最早是基于人类的反应器理论和生物学中的生物化学理论而提出的，是目前世界污水生物处理领域中的主要运用模型之一。
以下是活性污泥数学模型（ASM1-ASM3）的主要发展历程，最早提出的ASM1模型，主要作用是硝化、碳氧化和反硝化，其作用原理在于以矩阵的形式分别描述了污水在好氧、厌氧条件下所发生的一系列反应。ASM2模式的提出是在1995年，由国际水质协会的多位专家和学者共同研究见证，值得一提的是，活性污泥2号模型（ASM2）在反应作用的过程中又增加了水解、酵解及与聚瞵菌等相关步骤，使得整个过程的呈现更加立体客观。活性污泥3号模型（ASM 3）是在2号模型提出之后的第四年通过研究得出的，总体反映的过程更加鲜明和具体，
3.ASMS简介与应用概述
本部分主要论述的是ASMS一系列活性污泥数字模型的应用状况，力图全面具体的分述其在国内国际污水处理工艺中的贡献，并且也较为详细的阐述了其在应用的过程中进行的完善和改造，总结全文的思想与建议。
3.1 ASMS数学模型简介：其实，对于ASMS数学模型的介绍在上文中已经有过，但是本部分中最要是针对该模型的发展历程进行一个总体的概括额论述，起到整体的总结所用。ASMS活性污泥1号模型（ASM1）是1987年提出的，包含硝化、碳氧化和反硝化三大过程。活性污泥2号模型（ASM2）在1995年也正是推出了除磷的净化污水的过程，然后是在1999年，国际水质协会推出活性污泥3号模型（ASM 3），用于真实地反映了微生物死亡分解的衰减过程。
3.2 ASMS在污水处理中的应用概述
3.2.1处理工艺的改造。近几年，随着国家对经济可持续发展的要求不断提升，再加上控制污染的相关法律法规的不断完善，很多重污染排放的企业都面临着发展的转型，对于活性污泥来说，可谓是找到了自身存在的最大价值和意义，国家经济和政治的大环境，也就提供了我国污水处理工艺提升的理论和现实平台。根据污水处理厂的历史资料和实际运行数据信息，以活性污泥数学模型为基础，建立符合实际污水处理工艺的模型是相对容易的事情。但是，如何最大限度的做到符合现实的工艺水准也是目前亟待解决的一大问题。3.2.2模式运行的优化。通过对ASMS系列模型作用原理的阐述，笔者认为模式的优化与改进在很大程度上是依据现实情况而定的，依据现实的污水处理水平，不断调整模式运行的工艺，以达到污水处理的最高效率。3.2.3模式工艺的成熟。ASMS一系列活性污泥数学模型的发展成熟，也将世界污水处理技术带动的有了较大的提升。其实作为一种技术工具或者说是手段，该系列模式能够有效的帮助研究者找出运行中出现问题的因子，以便在以后的发展和改进中有更加明确的方向。结论：本文的阐述内容主要是活性污泥数学模型的研究现状以及该模型目前的应用情况。研究得出，目前我国内外在活性污泥数学模型的应用较为广泛，主要存在的问题有废水特征参数的测定方法不明确、混合反应池个数、评价标准不够明晰等。希望通过本文的研究能够对我国活性污泥数学模型的应用产生一定的帮助，并且对污水处理技术评价标准的制定提供相应的参考。
污泥活性炭制备技术及其应用进展 篇4
一、污泥活性炭的制备方法
1. 物理活化法。
物理活化法即气体活化法是把原料炭化以后, 用水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等, 在800~900℃进行活化的方法。它的主要工序为炭化和活化, 炭化就是将原料在惰性气体中经过热分解, 除去其中的挥发成分, 制成适合于下一步活化用的炭化产物。活化阶段是把炭化后的含碳材料暴露于氧化性气体介质中进行反应以形成孔隙。
2. 化学活化法。
化学活化法是把化学药品加入原料中, 然后在惰性气体中加热, 同时进行炭化和活化的一种方法。广泛使用的活化剂有KOH, H3PO4, H2SO4, Zn Cl2, Na OH等对原料具有脱水、侵蚀作用的化学药剂以及K2Cr2O4, KMn O4等具有氧化性的化学药品。
3. 物理化学活化法。
首先在活性炭原料中加入一定量的化学药品即添加剂进行化学活化浸渍处理, 可使原料活性提高, 并在碳材料内部形成传输通道, 有利于气体活化剂进入孔隙内进行侵蚀。物理化学活化法可通过控制浸渍比和浸渍时间制得孔径分布合理的活性炭材料, 并且所制得的活性炭既有高的比表面积又含有大量中孔, 还能在活性炭材料表面获得特殊官能团。通常的添加剂有Fe SO4, Na OH, Cu O, Na2CO3等。物理化学活化法生产出的活性炭孔隙结构更发达, 活性炭得率较高。
4. 其他制备方法。
(1) 催化活化法。金属及其化合物对碳的气化具有催化作用, 所用的催化剂主要有碱金属氧化物及盐类、碱土金属氧化物及盐类、过渡金属氧化物及稀土元素。采用催化活化的方法可以提高活性炭的中孔容积。目前, 文献介绍的催化剂主要是钾盐、钠盐、钙盐、氧化钙和过渡金属元素 (铁、镍、锌等) 。但不同金属催化剂对活性炭孔隙结构的影响是不同的, 碱金属催化剂主要能制备出微孔发达的活性炭, 而碱土金属和过渡金属则能够制备出中孔和大孔发达的活性炭。
(2) 聚合物共混炭化法。两种或两种以上热稳定程度不同的聚合物以物理或化学方法均匀混合后, 若形成相分离结构, 则在进行热处理时, 热稳定性差的聚合物 (热解聚合物) 完全分解成气相产物逸出, 并可在热稳定性高的聚合物 (炭化聚合物) 形成的炭前驱体或最终产物中留下大量的孔结构。这种制备多孔炭材料的方法称为聚合物共混炭化法。
二、污泥活性炭的国内外应用现状
1. 污泥活性炭去除水中有机物。
Khalili N.R等以造纸厂污泥为原料制备了污泥活性炭, 污泥活性炭对苯酚的去除率大于97%, 而商业活性炭对苯酚的去除率仅为65%~70%。Rozada等研究了污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附, Mari等也研究了污泥吸附剂对亚甲基红的吸附, 都获得了较好的研究成果。
2. 污泥活性炭去除水中重金属离子。
刘春华以城市污水处理厂活性污泥为原料制备的污泥活性炭含Hg (Ⅱ) 离子的废水进行了吸附试验研究。赵芝清等分别以生活污水处理厂和工业废水处理厂的污泥为原料制备的污泥活性炭吸附剂对含Cr (Ⅵ) 废水进行了吸附试验, 两种污泥活性炭对Cr (Ⅵ) 的去除率均可达99%。庄明龙等提出了用Zn Cl2化学活化法制得的污泥活性炭处理含铍废水, 可达到国家排放标准。
3. 污泥活性炭在废气处理方面的应用。
Andrey Bagreev等制得的活性炭应用于对潮湿空气中H2S的吸附, 张德见将污泥活性炭吸附剂应用于SO2的吸附, Lau DD将污泥通过化学方法制得的污泥活性炭应用于NOx废气的吸附上, Svetlana Bashkova等将污泥活性炭, 用来吸附干燥或潮湿空气中的SO2, 都达到了很好的效果。
三、前景与展望
污水处理厂污泥制备活性炭及其应用研究涉及环境工程学、化学工程学和催化剂工程学等多个学科领域, 笔者认为还应加大以下几方面的研究。
1. 制备方面。
对污泥活性炭制备过程中的尾气处理采取有效的措施, 避免二次污染, 使其工艺过程更加环保。摆脱传统由木材、煤等制备活性炭所用的活化剂范围, 扩大活化剂遴选范围, 以及活化剂浸泡方式等, 选择更加有效的活化剂, 从而提高污泥活性炭的应用范围。对利用复配活化剂化学活化法的制备工艺流程进行设计, 探讨工业化应用的途径。
2. 机理研究方面。
对污泥活性炭的制备机理进行全面深入研究, 从而可以从理论上指导制备工艺, 为污泥活性炭制备技术提供较好的理论基础, 进而获得满意的污泥活性炭产品。研究污泥活性炭对污水及废气处理过程动力学, 建立各污染物脱除的数学模型。污泥活性炭的物理化学结构特点直接决定其对污染物的去除机理, 全面进行污泥活性炭的晶型结构、活性中心及表面特征的研究将有助于完善污泥活性炭的作用机理。
3. 性能评价方面。
活性污泥的培养及驯化 篇5
一，第一种污水活性污泥培养方法 1，污水水质条件
生活污水为主的城市污水PH=6.5~7.5，可生化条件好，有毒物质较少，污水成分不复杂。不需要培养营养源，不接种菌种，可利用污水中少量微生物作培养，成功后，不需要驯化过程。
2，培养步骤：
a，用污水将曝气池充满，如果有条件，可利用曝气池做沉淀池将污水中悬浮物部分沉降下来。方法是将曝气池连续进水5~7天，使池内污泥浓度达到5000mg/L以上。然后启动曝气机闷曝。在培养过程中使曝气池中的DO保持2~3mg/L，2~3天后，排走曝气池中约1/2的是上清液，充满新鲜污水后连续闷曝。此后连续多次排出上清液和补充新鲜污水做营养源，直到形成絮状体，开始时一般为灰褐色，SV30=4%，活性污泥镜检结果菌胶团微生物已形成，较紧密，可见游仆虫，钟虫，轮虫，草履虫等微生物的活跃，但数量不多，这时说明第一阶段以完成。（15~20天）b, 变间歇进水为连续进水，改闷曝为连续曝气。
C, 将二沉池沉降污泥及时全部回流曝气池以保证曝气池微生物的数量，使活性污泥尽快生长。这一阶段约一周左右，即可使MLSS=2000~4000mg/L，SV30=10%~20%，此时活性污泥培养成功，不需要驯化即可投入使
二，第二种污水活性污泥培养方法
1，污水水质条件
以工业废水为主，PH变化大污水成分复杂，有毒有害物质多，城市污水或可生化条件差的工业污水，有毒有害物质多的工业污水。2，培养方法：
这种污水需培养人工营养液，接菌种。3，培养步骤
将曝气池用河水或者自来水充满后，投加营养源，有条件的，可以用生活污水充满曝气池。投入菌种，然后开始闷曝2~3天后排走上清液约10%，投加新的营养源，并用河水或自来水充满，这样反复多次，直到曝气池混合液污泥浓度达到设计要求2000~4000mg/L，污泥沉降比SV30达到10%~20%（15~20天），至此，活性污泥培养成功，转入下一步骤污泥的 驯化阶段。4，驯化阶段
活性污泥的驯化工作是此类投入正常生产的关键，就其原因，培养成功后没有驯化或者没有经过非常严格的驯化失败的
驯化步骤，严格控制污水的比例，进入驯化阶段以后，不要盲目进污水，不要照搬书本经验，别人的经验受污水的水质，工艺流程的差别以及气候田间的局限性，应首先考虑自己培养的污泥适应该厂的比例范围（可做一个污水微生物适应比例实验，用十个烧杯，取等量的活性污泥分别加1%~10%的污水，充分搅拌，取样镜检）
驯化过程，及时做还微生物的镜检，驯化工程中镜检很重要，每次加入污水后，4~6小时内都要镜检（其目的是在曝气池加入适量污水后，取样镜检以观察微生物有无中毒现象）如发现微生物正常活跃，可适当加大污水比例，使微生物逐步适应污水，驯化筛选微生物，使之增加适应能力。如发现有中毒现象，则应退回到活性污泥的培养过程，待污泥长好后，减少污水加入量，使之慢慢适应。
《补充：驯化注意事项》
a，必须及时足量的投加营养源，以保证微生物有足够的营养物质。刚开始驯化时，营养源投加量要大，然后逐步加大污水量，直到全部用污水作营养源。
b，不许镜检微生物，新进污水后几个小时内必须镜检，可及时纠正以防失败，同时缩短培养驯化时间，降低成本
c，此类污水活性污泥人工培养容易，要使人工培养的活性污泥适应污水就很难，驯化工作不许非常细致，是不可省略的一步，要细心观察每一过程细小的变化。
它的关键是每次新加污水量适度，能适应微生物的生长。镜检微生物的适应情况，并及时调整，掌握好了就能达到最好的效果。
三，第三种活性污泥的培养驯化方法
1，污水水质条件
PH接进中性，成分不复杂，有毒有害物质较少的工业废水（食品工业废水），此类污水可生化条件好，可以边培养边驯化。
2，培养方法
营养源用自来水（约占总量的30%）和人工营养源（约占70%）。选择菌种。3，培养步骤
污泥活性炭 篇6
摘要：活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。
关键词：污水处理；活性污泥法；思考
1、活性污泥法处理污水的总括
活性污泥法处理污水，是利用活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。
2、活性污泥概念
活性污泥基本概念是由1912年英國人Clark and Cage发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后Arden and Lackett进一步研究，发现由于实验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。
3、活性污泥法处理污水
影响活性污泥过程工作效率（处理效率和经济效益）的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。
活性污泥法处理污水：
3.1、基本组成
3.1.1、二沉池：进行泥水分离，保证出水水质；保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。
3.1.2、回流系统：维持曝气池的污泥浓度；改变回流比，改变曝气池的运行工况。
3.1.3、剩余污泥排放系统：是去除有机物的途径之一；维持系统的稳定运行。
3.1.4、供氧系统：主要由供氧曝气风机和专用曝气器构成向曝气池内提供足够的溶解氧。
3.2、影响因素
BOD负荷率也称有机负荷率，以NS表示；BOD负荷率是指在规定时间内的平均BOD负荷与最大BOD负荷之比的百分数。用来衡量在规定时间内负荷变动情况。
3.3、方法设计
除普通活性污泥法外，还有多点进水、吸附再生、延时曝气和高负荷率活性污泥等方法。前两种方法与基本流程有所不同，废水流进曝气池的入口的数目和位置有差别。在多点进水活性污泥法中，只有一部分废水和回流污泥一起在首端入池。其余的废水分2-3次在离首端有一定距离的2-3个入口处进入曝气池。从流程上看，可以说吸附再生活性污泥法只是多点进水过程的变形，几个废水入口只用最后一个，后者即变成前者。
4、活性污泥法中有机物、微生物和溶解氧的分析
方法类型的发展是以过程的机理为依据的。参与过程的主要物质有：有机物、微生物和溶解氧。前两者是主要的，溶解氧只要维持一定的浓度。
在整个过程中，需氧量是不同的。起始有机物浓度高，微生物繁殖迅速，需氧量大。随着有机物的逐渐下降，需氧量也逐渐减少。在普通活性污泥法中，曝气池的供氧是均匀的。这显然是不合理的。改进的办法有两种。一种是从曝气方法着眼，把均匀的曝气改为渐降曝气。另一种就是多点进水的办法。但是多点进水不仅降低需氧量的变化幅度，而且改变了有机物与微生物的相对量。
有机物与微生物之比称污泥负荷率。它影响过程的代谢深度和污泥的沉降性能，也影响运行的稳定性和基建费用。污泥负荷率低些，过程的运行比较容易，处理效率比较稳定，剩余污泥量比较少，但基本建设和运行费用一般要高些。普通活性污泥法的负荷率常在0.15-0.3公斤污泥之间。高负荷率活性污泥法采用1以上，回流污泥量和空气量可以大大减少，节省费用，但是去除率降低到60-70%，因此也称为变型活性污泥法。用于只需要中等处理程度的场合。延时曝气活性污泥法则相反，负荷率常小于0.1，曝气时间超过24小时，代谢深入，剩余污泥量少，无需频繁排泥，工作稳定，管理简便，常用于流量很小的场合。
5、在实践中，人们发现污染物转移到污泥上去的效率很快，而代谢速率较慢。处理城市污水时，往往不到1小时就把废水BOD降低90%左右。但是如果把这些污泥回流到曝气池，却不能再现这样的能力，从而创造了吸附再生法。活性污泥的再生实质上是给微生物以足够的时间来消化转移来的有机物。因此，有人把它改名为接触稳定法。
6、曝气池
是所有活性污泥法的心脏，其作用是搅拌混合液使泥、水充分接触和向微生物供氧。搅拌有两种方式，一种是使同时进曝气池的泥和水充分混合并一直保持到流出池子，而不和已在池中的混合液相混以免发生短路现象。曝气池采用长条形就是以保证同时入池的泥和水都同时出池，使同时入池的废水有相同的曝气时间。另一种搅拌方式是使进入池子的泥和水立即与全池的混合液充分混合，达到混合液的水质均匀，有可能使微生物的生长处在最佳的生活环境中，使过程处在最好的条件下运行。还有一种环形曝气长槽，深度较浅，混合液在槽中以较高的流速回流。这种曝气槽的曝气时间接近24小时，特称氧化槽或氧化沟。实际上是延时曝气活性污泥法的一种曝气池。
7、运行及条件
7.1、运行
主要是活性污泥量和供氧量的控制，曝气池的活性污泥浓度，是可以调节的，也就是活性污泥量和负荷率是可以调节的，运行时应根据具体情况注意调节。活性污泥法污水厂容易出现污泥膨胀，即污泥含水量极高，不易沉降。这将造成污泥随水流出沉淀池，破坏水质，同时，污泥的流失使曝气池中污泥减少，整个过程逐渐失效。在发现污泥有膨胀趋势时，应即分析原因，采取措施。
7.2、运行条件
废水中含有足够的可容性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；无有毒有害的物质流入。
8、基本流程
典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。
结束语：
污泥活性炭 篇7
1 剩余活性污泥的产生、现状及存在的环境
污泥的基本性质:(1)含有机物多,性质不稳定,易腐化发臭;(2)有毒有害污染物的含量高,废水处理过程中许多有害物质富集到污泥中;(3)含水率高,呈胶状结构,不易脱水;(4)可用管道输送;(5)含较多植物营养素,有肥效;(6)含病原菌及寄生虫卵。从污泥的基本性质中可以看出,城市污泥含水量高,易腐烂,有强烈的臭味,含有丰富的营养成分,大量的有机质和20%~30%的无机物,同时还含有大量的病原体、寄生虫卵以及铜、砷、铅、锌、铝、汞等重金属和难降解的有机污染物等有害成分。大量的未经处理的污泥任意堆放和排放对环境造成了新的污染,其处理处置费用通常与污水处理费刚相当。因此,如何将产量大,成分复杂的污泥,经过科学处理后,使其无害化、资源化,已成为我国乃至全世界环境界广泛关注的课题之一。
2 剩余活性污泥的处理方法及资源化利用
2.1 剩余污泥常用的处理方法
将污泥的堆肥、填埋、干化和加热处理及最终利用,称为污泥的处置。污泥处常用处置方式有填埋、排海、农用和焚烧。其存在优、缺点如下表所示由上表可知在处理的同时会产生相应的环境问题,而且无你中含有较多的炭组分所以可以资源化利用。
2.2 污泥资源化利用
其体现了循环经济的思想。目前国内外污泥资源化利用主要有:污泥堆肥、污泥制作建筑材料、污泥能源化、活性污泥做粘结剂以及污泥做活性炭等。
现简单介绍如下:(1)污泥堆肥:有机堆肥有着悠久的历史,自古以来我国农村地区就普遍将秸秆、落叶、野草、动物粪便及垫圈料等堆积在一起,进行发酵制成肥料。据古书记载,我国公元六世纪就出现了“踏肥”,即厩肥的生产和利用;1591年就出现了“蒸粪法”,即堆肥的积制利用方法;1633年就开始了“酿粪法”,即沤肥的积制利用方法。(2)污泥制作建筑材料:污泥建材利用包括制砖,制水泥,替代沥青骨料,制轻质陶粒等等。(3)污泥的资源化利用:污泥资源化利用,是指将污泥进行适当的处理后,从废弃物变为可以利用的资源。传统的资源化利用方式有:农用、直接制砖、热能利用、制取活性炭、填埋、焚烧、排海以及污泥处置相关技术预处理技术,包括厌氧消化、湿式氧化法、堆肥稳定法等,利用污泥生产灭火剂的新概念并进行了相关推广,是可以营利的项目。(4)污泥制油:污泥制油是把含水率为65%的干泥在隔绝空气下,加热升温450 ℃,在催化剂作用下把污泥中有机物转化为碳氢化合物,最大转化率取决于污泥组成和催化剂的种类,正常200~300 L(油)/t(干泥)的产率,其性质与柴油相似。加拿大正在进行中试试验,澳大利亚Perth也正在建造利用热化学方法将污泥制油的工厂。(5)污泥制活性炭:污泥中含有的有机物和腐殖质等是可利用的资源,因此探讨并实施污泥新的处理处置方法和资源化综合利用的新途径,对解决污水处理厂的污泥处置问题具有重要意义。近年来,一些学者研究发现,来源于污泥热解的衍生材料可以作为很好的吸附剂。由于活性污泥中含有较高的碳成分,于是人们以污泥为原料,通过传统的活性炭生产工艺制得了污泥活性炭。对于这种污泥活性炭的应用。由于其中含有大量的重金属氧化物,不但可以作为吸附剂,同时也是良好的催化剂,虽然从相关参数上比较不如商业活性炭,但应用效果却与商业活性炭接近,甚至有时会超过它。活性炭具有广阔的用途,因此,污泥制活性炭这种资源化方法越来越受到人们的重视,国内外这方面的研究也越来越深入。并且随着城市化水平的提高,污泥排放量的增大,人们迫切期望污泥活性炭应用于实际。在本文中就是用化学活化法将剩余污泥制备成活性炭,来处理水中与土壤中的铬污染。
3 制造活性炭的原料
制造活性炭的原料种类很多,但所有制造活性炭的原料均为含碳物质,其种类主要有以下几种:
(1)剩余活性污泥:
在利用生物处理过程中产生的剩余污泥,制造活性炭方面也进行过不少研究。所研究过的泥种有处理食品工业中排水的剩余污泥,纸浆工厂排水的凝聚沉淀污泥,处理综合废水过程中产生的污泥。所制得的活性炭由于灰分含量大,吸附能力比市售的活性炭小很多,为提高吸附性能,将导致成本的增加和活性炭获得率的降低[1]。而用污泥制备活性炭可以减少原料的价格与污泥对环境的污染,具有广阔前景。在本文中将采用剩余污泥制备活性炭。
(2)植物类原料:
早期制备活性炭的原料主要是木质原料,近年来制备活性炭谋求廉价原料的探索受到重视,使原料范围增广:除传统的优质木材、 锯木屑、 木炭、 椰壳炭、棕榈核炭,另外还有农林副产物和某些食品工业废弃物包括废木材、 竹子、 树皮、 风倒木、 核桃壳、 果核、 棉壳、 咖啡豆梗、 油棕壳、 甘蔗渣、 糠醛渣等。其中椰子壳和核桃壳最优,通常果壳经初步炭化,再用水蒸气活化,所得到的活性炭具有较高的强度和极精细的微孔,这种活性炭主要用于防毒保护上。炭化的树皮以气体活化可得到廉价的活性炭,这种活性炭可用来作为造纸废水的脱色剂。用椰树皮纤维为原料,通过化学法可以得到一种活性炭,能有效除去工业废水中的有毒废金属[2]。 甘蔗渣作为制糖厂的废弃物,回收利用可用来制造价格低廉具有特定性能的活性炭,用于污水处理和颜料吸附[3]。
(3)矿物类原料:
①煤炭类。目前用于制备活性炭的煤种主要是某些烟煤优质无烟煤、褐煤等。无烟煤内部含有分子大小的孔隙,是制备微孔炭的合适原料,且其产品还具备分子筛特性,利用难转化无烟煤资源获得高回收率的活性炭日益受到重视。我国有丰富的煤炭资源,成为煤质活性炭的生产大国,常用的是无烟煤和不黏煤、弱黏煤,生产的活性炭品质不高,品种单一,因此以煤为主要原料用常规生产方法得到高比表面积、高吸附量的活性炭成为具有很大意义的课题[4]。另外,在煤炭开采和浮选过程中,常伴随大量低品质成分,如劣质煤、煤矸石等。利用这些废弃物中的宝贵碳资源制成活性炭将有可能进一步降低成本,获得在环保和化工生产中大量需求的高效吸附剂和催化剂[5],如利用碳和硅、铝成分共存的特点制备硅胶复合吸附剂。② 石油类。石油原料是指石油炼制过程中含碳产品及废料,如石油沥青、石油焦、石油油渣等。特别值得关注的是石油焦作为石油加工副产物量大价低,且含碳量高达80%以上,挥发分一般在10%左右,杂质含量低,能制得高收率、低杂质、高比表面积的活性炭。目前美国、日本拥有利用石油焦制备比表面积超过3000 m2/g的超级活性炭的专利技术, 并实现了产业化。另外催化油浆的有效利用是炼油行业的难题,目前多采用回炼的办法,利用率低且耗能高。油浆中含有大量芳烃,芳构化程度较高,如果利用它来制备活性炭也不失为一种好办法。
(4)塑料类原料:
聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃树脂、酚醛树脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等,这些原料可用来制活性炭。20世纪80年代,有人研究了以有机树脂(树脂前驱体如苯乙烯-二乙烯苯共聚物,聚偏二氯乙烯,聚丙烯脂等)为原料合成活性炭[6],这种活性炭纯度高,机械强度优于普通煤质活性炭,并具有孔径分布可控的优点,广泛用于生物医学领域;粒状酚醛树脂是制造高性能活性炭的好原料,用它生产的活性炭具有独特的微细孔,经表面处理,可用于电池电极材料、净水器、氮气发生装置用炭分子筛等方面。
(5)其他含碳废气物:
①废轮胎:随着汽车工业的发展,全世界每年有3.3亿汽车轮胎报废被丢弃[7],造成严重的环境污染问题。人们曾经采取一些措施减少废轮胎的数量,但从经济和环保的角度出发,最好的办法是将这些废轮胎回收利用转化成有用产品。将废轮胎经过炭化、活化处理,生产活性炭作为吸附剂使用已有该方面的报道。②除尘灰:除尘灰是钢铁企业在生产过程中排放的大量粉尘和副产品,量大且粒度极细,主要成分是铁和碳,还有少量的钙、镁、硅、铝的氧化物。国外对除尘灰的回收利用非常重视,回收其中的碳作为橡胶补强填料、墨水、油漆和炭黑,或制成活性炭用于水处理、空气净化。然而以除尘灰分离炭粉为原料制备活性炭,存在一个主要问题是降低灰分。
4 活性炭的制备方法
制备活性炭的方法有多种,其方法主要有物理活化法、化学活化法、化学物理法、催化活化法等,现简单介绍如下:
4.1 化学活化法
化学活化是通过选择合适的活化剂,把活化剂与原料混合后直接活化一步可制得活性炭。按活化剂不同分ZnCl2(获ZnSO4)法、KOH法、H3PO4法。ZnCl2活化法在我国是最主要的生产活性炭的化学方法,主要以木屑为原料采用回转炉或平板法制备。以KOH为活化剂制取活性炭始于20世纪70年代。国内近几年在这方面的报道很多,采用石油焦、煤沥青、核桃壳为原料,用KOH、NaOH等碱金属或碱金属化合物作活化剂制得比表面积为3000~3600 m2/g的活性炭。H3PO4法活化所需的温度低一般在300~350 ℃,生产成本低,美国工业生产活性炭多采用此法,我国H3PO4活化法的研究还处于实验室阶段。
相对于物理活化,化学活化有以下优点:化学活化需要较低的温度,活化产率高,通过选择合适的活化剂控制反应条件可制得高比表面积活性炭。但化学活化对设备腐蚀性大,污染环境,其制得的活性炭中残留化学药品活化剂,应用受到限制。在本文中就用ZnSO4作为活化剂来制备活性炭。
4.2 物理活化法
将炭化材料在高温下用水蒸气、二氧化碳或空气等氧化性气体与炭材料发生反应,使炭材料中无序炭部分氧化刻蚀成孔,在材料内部形成发达的微孔结构。炭化温度一般在 600 ℃,活化温度一般在800~900 ℃之间,因为依赖氧化碳原子形成孔隙结构故活化收率不高,且活化温度较高,需先炭化再活化。
4.3 化学物理法
活化前对原料进行化学改性浸渍处理,可提高原料活性并在材料内部形成传输通道,有利于气体活化剂进入孔隙内刻蚀。化学物理法可通过控制浸渍比和浸渍时间制得孔径分布合理的活性炭材料,并且所制得的活性炭既有高的比表面积又含有大量中孔,在活性炭材料表面获得特殊官能团。,在活性炭材料表面获得特殊官能团。
5 结 论
针对城市污泥污染严重问题,从可持续发展的角度,研究城市污泥制各活性炭的资源化新途径。以污泥为主要原料研制出活性炭水处理吸附材料,为污泥的处理处置找到出路,同时为活性炭生产找到了廉价可得、来源广泛的原料,可以缓解我国木材、能源短缺的矛盾。使污水厂污泥化害为利,变废为宝,环境效益、社会效益显著。对解决污泥污染问题,实现污泥无害化、减量化、资源化具有重要意义。
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污泥活性炭 篇8
城市污水污泥是城市污水处理厂对污水进行处理过程中产生的固体或半固体的沉淀物质及污水表面漂出的浮沫所得的残渣。通常污泥产量(体积)为污水处理量的0.6%～0.7%(含水率为97.5%)[1]。随着城市污水处理事业的发展,城市污泥的产量增加,污泥的减量化、无害化、稳定化、资源化(简称“四化”)已引起人们的广泛关注。传统的处理处置方式如填埋、焚烧、投海等对环境容易产生二次污染[2],寻求新的污泥处置方式已经成为热点。
活性炭是一种具有特殊结构的微晶质碳,具有大量的孔隙和很大的比表面积,具有很强的选择性吸附能力。近年来因活性炭需求量剧增,且成本也较高,故利用农林废物、纸浆废液、有机废弃物等含碳物质,制造价格低廉的活性炭的探索也已越来越受重视。自20世纪70年代以来,国内外出现了用活性污泥作为活性炭原料的报道[3]。本研究利用污水污泥含炭量和有机质含量较高的特点,探索通过一定方法活化热解处理,将污泥转化成含碳吸附剂,开辟污水污泥资源化的新途径。
1 试验部分
1.1 试验材料
污水污泥取自贵阳小河污水处理厂污泥脱水车间的脱水污泥,该厂主要处理生活污水,采用二级处理-改良SBR法,剩余污泥采用絮凝剂聚丙烯酰胺调制后经带式压滤机脱水。碳添加剂是指含炭量高的可弥补原反应物中的炭不足的物质。本研究采用常见的廉价的锯末作为碳添加剂,锯末取自小河污水处理厂旁的木材加工厂,经筛分处理。通过查阅文献与前期单因素试验的研究,控制锯末量与干污泥总量之比为1 ∶5较佳。污水污泥与锯末的理化性质见表1。
1.2 试验主要试剂
氯化锌(分析纯), 36%的HCl溶液,碘化钾(分析纯),碘(分析纯),硝酸(优级纯),可溶性淀粉(分析纯), 重铬酸钾(分析纯), 硼酸(分析纯), 活性炭(化学纯),硫酸银(分析纯)等。
1.3 试验主要仪器
SRJK—2—13高温燃烧管式炉(天津市泰斯特仪器有限公司),氮气保护装置,722型可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司),JSM6490LV扫描电子显微镜(日本电子),NOVA—1000e全自动比表面及孔隙度分析仪(美国康塔公司),HY—4调速多用振荡器(上海梅香仪器有限公司),AuY120电子分析天平(日本岛津仪器公司),Vista MPX型电感耦合等离子体-光发射谱仪(美国Varian公司)。
1.4 试验方案设计
1.4.1 工艺流程
国内活性炭的生产主要分两大类:一类是用水蒸气作为活化剂的物理活化法,另一类是以氯化锌等为活化剂的化学活化法。水蒸气活化法温度高,设备投资大;氯化锌化学活化法工艺比较成熟,所需温度较低,同时可以通过调节氯化锌用量来调节所产活性炭的孔隙结构。本试验研究采用工艺较成熟的氯化锌化学活化法制备污泥活性炭,其主要工艺流程如图1所示。
取一定量的污水污泥自然晾晒7天后,放入烘箱在100 ℃左右烘干,然后破碎,研磨,过125 μm筛。称取筛分后的干污泥20 g,充分混合2 g左右的锯末,用一定质量分数的氯化锌溶液浸泡,48 h后沥干;将盛有沥干污泥的瓷舟放入瓷管,送入通氮气的管式炉中进行热解处理。用70 ℃左右的10%的HCl 溶液充分洗涤热解处理后的污泥活性炭,然后再用热去离子水进行再洗涤,最后用蒸馏水洗涤,再放入烘箱在120 ℃左右烘干10 h。烘干后放入干燥皿冷却,研磨,过80 μm筛即得到成品活性炭。
1.4.2 正交试验
以碘吸附值为评价目标,经前期大量文献查阅与单因素试验研究,选取热解时间(A)、氯化锌溶液质量分数(B)、活化温度(C)、固液比(D)4个主要影响因素,按照表2所示四因素三水平,列出L9(34)正交试验表进行正交试验。
2 试验结果分析
2.1 正交试验结果分析
氯化锌活化污水污泥制备活性炭正交试验结果见表3。
从表3可以看出,不同的工艺因素制得的活性炭性能相差较大,为了筛选较佳工艺条件,对氯化锌活化-管式炉热解法制备污泥活性炭的正交试验结果进行极差分析,得出各因素对污泥活性炭碘值的影响从大到小依次为:氯化锌溶液质量分数→热解时间→固液比→活化温度,相对最优制备工艺条件为B2A2D3C3,即氯化锌质量分数40%,热解时间45 min,固液比1 ∶2.5,活化温度650 ℃。在此工艺条件下进行10次试验,结果发现测得的碘值平均值是555.3 mg/g,产率为43.3%,并对最佳工艺参数下制备的污泥活性炭进行了性能指标分析。
2.2 污泥活性炭浸出液重金属含量测定
城市污水处理厂在处理污水过程中,其中的大部分重金属会在污泥中沉积下来,这也是污泥后置处理的难点。因此,对污泥活性炭浸出液中重金属含量的测定就很有必要[4]。取B2A2D3C3工艺条件下制得的污泥活性炭,依据GB/T 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》处理后,在Vista MPX型电感耦合等离子体-光发射谱仪上快速测定污泥活性炭浸出液的重金属含量,结果见表4。
由表4可知,污泥活性炭浸出液中的重金属远低于最高允许浓度,其中Cu、As、Hg均未检出,Cr、Pb、Cd 的含量降低。究其原因是在制备污泥活性炭的过程中,可溶性重金属离子转化为稳定的难溶性重金属氧化物。污泥活性炭浸出液中Zn含量略微升高,可能是活性炭清洗不充分造成的,但是在使用过程中,只要控制活性炭的用量和废水的pH值,污水处理是可以达到工艺要求的。
2.3 扫描电镜分析
分别对商品炭、污泥活性炭、干污泥进行电镜扫描观察其表面形貌(图2)。由SEM图可以看出商品炭表面以圆形微孔为主;干污泥的表面孔结构很少,呈平滑片状;而经过氯化锌活化的干污泥制备的污泥活性炭,孔结构大大增多,以大孔为主,表面形状不规则,凹凸不平类似蜂窝结构,这样大大增加了其表面积,有利于提高活性炭的吸附性能。
2.4 比表面积分析
活性炭的表面物理性能有比表面积、孔径、孔容等,比表面积是指每克固体物质中所有颗粒内表面积和外表面积相加所得的总外表面积之和,它是表征吸附性能的一个参数[5]。本试验采用美国康塔公司产的NOVA—1000e全自动比表面及孔隙度分析仪,用BET法测定污泥、污泥活性炭及商品炭的比表面积、孔径等孔结构参数,结果见表5。
由表5可知,污泥经过活化炭化后,比表面积大大增加,但小于商品炭;污泥活性炭平均孔径、孔容分别为商品炭的3.7倍、 4倍,从孔隙结构可初步判定商品炭以微孔居多,污泥活性炭表面的中孔比例较大。不同的用途对活性炭的孔径分布的要求也是不同的。例如,用于溶剂回收、气相分离的气相吸附用活性炭要求以微孔结构为主,并含有相当量的大孔;用于脱色、液体净化、吸附有机物的液相吸附用活性炭,其孔结构则以过渡孔为主,以保证尽快达到吸附平衡[6]。
3 污泥活性炭在二次出水处理中的应用
本课题从以废治废的角度出发,制备污泥活性炭对污水厂的二次出水进行吸附处理,并与商品炭的处理效果相比较。取污水厂二次出水1 L,测定其水质为: COD=9.59 mg/L, NH3-N=6.12 mg/L,TP=1.44 mg/L,pH=7.13。先后5次每次量取100 mL,往其分别加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g的污泥活性炭,固定在HY—4型振荡器上中速水平同时振荡1 h,将污水试样过滤处理后,取滤液作各项指标的测定分析。
3.1 活性炭投加量与COD的去除
由图3得知,COD去除率随污泥活性炭投加量增大而快速上升,商品炭的吸附效果比污泥活性炭稍好。这是由活性炭表面的孔隙结构决定的,商品炭表面孔结构以微孔居多,而污泥活性炭则以过渡孔、中孔居多,商品炭的比表面积远大于污泥活性炭,商品炭的COD去除率最高可为90%左右,污泥活性炭的COD去除率最高为65%,但是制备污泥活性炭的成本低廉,从经济与处理效果的角度综合考虑选择污泥活性炭比较适合。
3.2 活性炭投加量与TP的去除
由图4可知,商品炭对TP的去除效果较差,TP去除率随投加量的增加而缓慢增加;污泥活性炭对TP的去除率一开始就达到了100%。这是由于商品炭表面孔隙结构以微孔居多,适宜吸附小分子物质;而污泥活性炭则以过渡孔居多,比较适宜吸附有机物与较高分子物质之故。
3.3 活性炭投加量与NH3-N的去除
由图5可以看出,商品炭与污泥活性炭对NH3-N的去除率都较低,不到5%。这可能与NH3-N在水中的水合氨状态有关,存在以下的可逆反应:
当NH3·H2O被活性炭吸附后,促使反应向逆方向进行,但随着OH-浓度的减少,又促使反应向正反应进行,直到反应平衡,这个过程吸附的NH3·H2O 的量非常少,故无论是污泥活性炭还是商品炭对水中NH3-N的去除效果均较差。
4 结论
本研究以城市污水污泥混合10%的碳添加剂锯末为原料,经过氯化锌溶液的活化后,采用管式炉热解法制备污泥活性炭,得到的结论主要有:
(1) 管式炉热解法制备污泥活性炭正交试验发现各工艺参数对污泥活性炭的碘吸附值的影响从大到小依次为:氯化锌溶液质量分数、热解时间、固液比、活化温度;最佳工艺参数群为:氯化锌溶液质量分数40%,热解时间45 min,固液比1∶2.5,活化温度650 ℃。在此工艺条件下进行10次试验,结果发现测得的碘值平均值是555.3 mg/g,产率为43.3%。
(2) 污泥经过活化炭化后,可溶性重金属离子转化为稳定的难溶性重金属氧化物,浸出液的大部分重金属含量降低,仍需加大洗涤力度洗去残余的Zn离子。扫描电镜形貌表征和比表面积测定分析发现:商品炭表面圆形微孔居多;干污泥的表面孔结构很少,呈平滑片状;污泥活性炭比表面积比污泥大大增多,以中孔为主,具有吸附有机物大分子的性能。
(3) 污泥活性炭对污水厂出水的处理效果良好,COD去除率可为65%左右,并且随着污泥活性炭投加量的增大而上升,虽然略低于商品炭的COD去除率,但是污泥活性炭对TP的去除率将近100%,商品炭对TP的去除率却只有40%左右;它们对NH3-N的去除效果均较差,这是由活性炭的吸附性能与NH3-N在水中的离解状态所决定的。
(4) 以城市污水污泥为原料,氯化锌活化-管式炉热解法在一定工艺条件下制备污泥活性炭可以达到工艺要求,可以实现污泥的资源化利用,降低活性炭生产成本,变废为宝,兼具环境效益和经济效益,但污泥活性炭的制备工艺还需改进和完善,进一步提高污泥活性炭的吸附性能。
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污泥活性炭 篇9
1 污水处理方法
处理污水的基本方法包括:化学、物化、生物及物理法。在运用这些方法处理污水时, 通常都会产生一些颗粒、漂浮物及沉淀物, 处理废水时产生的废弃物即为污泥。目前, 各城市都在紧抓环境保护问题, 随着环保要求越来越高, 各个城市的污泥量也越来越多, 如何做好污泥处理成为人们广泛关注的焦点。污泥处理通常会采取四种方式:排入海里、烧毁、掩埋及用在农业, 且不同处理方式具有不同的优缺点 (见表1) 。
相关专业人士在对污泥处理研究时发现, 为了可以更好的对污泥中所含有机物进行合理利用, 稳定及减少污泥的产生, 很多专家已经开始研究热解制备吸附剂来减少污泥的产生量。经研究结果显示, 含碳吸附剂属于一种有机的处理废水吸附剂, 其可以有效去除金属离子及COD等。由于我国城市污泥中有机物较多, 有充足的条件可被加工为吸附剂。
2 污泥制备活性炭方法
目前专业人士在对污泥处理研究中, 制备活性炭的方法及过程是技术人员研究的重点。研究发现活性炭可以影响吸附剂性能的因素主要包括:热解、活化温度、热解时间及活化剂浓度和种类等。在污泥制活性炭的过程中这些因素直接影响着其性能。城市污泥制备活性炭的具体方法主要包括:物理化学活化法、辐射法、物理活化及化学活化、碳化法。
2.1 物理化学活化法
将物理活化与化学活化法相互融合的方法称之为物理化学活化法。在活化之前, 化学改性处理原材料, 通过提高材料活性, 在内部形成一条通道, 气体活化剂可以通过通道进入到孔隙之内。运用此方法可通过有效控制浸泡时间来制备孔径统一的活性炭, 通常制备出的活性炭表面会含有孔隙。
2.2 微波辐射法
在对污泥进行烘干后再对其进行粉碎, 并浸泡到含有浓度较高的磷酸溶液中即为微波辐射法。通过长时间的浸泡, 将污泥进行微波处理后收集磷酸。活性炭浸泡到热水中后再回收磷酸。最后对活性炭进行粉碎、烘干并对其测定。具体制备过程详见图1。
2.3 物理活化法
对原材料进行碳化, 并利用空气、烟道气及二氧化碳和水蒸气, 在1 200℃的条件下对材料进行活化即为物理活化法。通常我们会选择活化与碳化两段热解方法来制备活性炭。具体制备过程详见图2。
物理活化需要进行两段热解, 进入的气体为CO2和H2O。通入气体可以热解的同时也可以对其物理活化气化石墨的碳原子, 使材料原来的孔隙增大, 形成良好的结构。在气体扩散高于反应速度时, 会在孔内进行活化, 这种活化可以有效增大孔隙。在气体扩散低于反应速度时, 活化在碳表面及孔隙会出现颗粒烧毁的现象, 对孔隙增长较为不利。
2.4 化学活化法
在原材料中加入含有化学成分的药品并对其加热, 进行活化及碳化称之为化学活化法。其运用的化学剂较为广泛, 一般包括:H3PO4, K2S, Zn Cl2等。通常我们会选择一段法或连续碳化法。具体制备过程详见图3。
碳化活化与活化是化学活化法的重要步骤, 其直接决定着活性炭的质量。活化是选择适量的活化剂并控制其温度, 促进热解从而在活化剂表面形成孔隙。活化剂在孔隙内可以有效避免产生焦油, 提供让孔隙扩大的空间结构。在碳化活化过程中, 氮气作为保护气体, 在对其进行温度控制后, 即可以制备活性炭产品。
2.5 碳化法
通过热解有机物质, 将其中的含碳物质变为固定碳即称为碳化法。通常情况下将碳化温度控制在1 000℃以下, 具体过程详见图4。
碳化法是干化泥垢并进行活化, 通过高温焙烧将温度控制在一定范围内, 使泥垢失去水分及缝隙中杂质和结构架中的水分, 减小对污物的吸附力从而改变吸附性能。为了避免破坏吸附结构、减小孔隙直径及污泥堆积或结构烧毁的情况, 通常会将温度控制在500℃以下。碳化法虽然较为简单方便, 但由于在制备过程中碳化产品没有被活化, 使活性炭的品质大大降低, 碘伏吸附值也变低。
3 试验部分
3.1 污泥特性及来源
本文将用石家庄某污水处理厂及河北某制药厂的污泥进行试验研究。此次研究将依照国家标准来进行分析测定。药厂的污泥含水率为77.67%, 固体含量为48.67%, 灰分为51.33%。污水处理厂的污泥含水率为67.67%, 固体含量为51.67%, 灰分为48.33%。
3.2 试验仪器及药品
试验仪器为:坩埚、电炉、马弗炉、电热干燥箱及调速振荡器等。试验药品为:碘、碘化钾、硫酸、氯化锌、可溶性淀粉及硫酸钠等。
3.3 步骤
将污泥混合后浸泡20 h, 浸泡好后将污泥分别放入烘干箱及马弗炉内, 与空气隔绝后适当调高温度再进行活化, 并将时间控制在30 min以内。将活性炭放置变凉, 用热盐酸对其进行清洗, 清洗溶液不浑浊后再用热馏水进行清洗, 完全清除杂质。全部结束后再将活性炭进行烘干以备使用。
4 结果分析
4.1 活化剂选择
活化剂主要采用KOH, Zn Cl2两种, 并将活化时间及浓度、温度保持一致, 以污水处理厂及药厂污泥作为原材料进行对比, 见表2。
结果显示, 试验环境相同的情况下, 采用Zn Cl2活化剂的碘值较高、灰分较小且收率较大。所以此次试验将采用Zn Cl2活化剂进行活性炭制备。
4.2 工艺参数
通过正交实验确定工艺参数。依照上述工艺制备出九组样品。试验结果详见表3。
5 结语
本文通过对污泥特性进行研究分析, 将城市污水处理厂污泥作为原料来制备活性炭, 并遵循无毒无害、资源化原则, 运用已有制备技术来制备吸附剂。对城市工业化生产起重要指导作用。
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污泥活性炭 篇10
本工作采用ZnCl2作活化剂,热解脱水污泥制备出污泥活性炭,并经盐酸浸泡、去离子水洗涤后,用于吸附溶液中的Cr6+,取得了较好的效果。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
污泥取自上海市松江污水厂活性污泥法处理生活污水产生的剩余污泥,湿含量4.48%,灰分36.09%,挥发分54.45%。污泥经离心脱水后自然风干,在球磨机中研磨36h,筛分出1~4mm的污泥备用。所用试剂均为分析纯。
VarioELⅢ型元素分析仪:德国Elmentar公司;PHSJ-4A型酸度计:上海精科雷磁厂;TU-1810型系列紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;SXZ-5-12型箱式马弗炉:上海电炉厂;ZK-82B型电热真空干燥箱:上海实验仪器有限公司;JA 2003N型电子天平:上海菁海仪器有限公司;SHZ-B型水浴恒温摇床:江苏金坛市环宇科学仪器厂;SQ-C型可倾斜式球磨机:上海科太粉碎设备厂。
1.2 实验方法
称取10g粒径为1~4mm的污泥置于100mL的烧杯中,用浓度为3mol/L的ZnCl2溶液浸泡,然后将烧杯放入40℃恒温水浴中保温24h,除去上层清液,将浸渍后的污泥用锡箔纸包覆,放入带盖的坩埚中,然后置于马弗炉中以20℃/min的升温速率升至一定温度,在此温度下热解一定时间,热解后冷却,用盐酸洗涤,干燥,研磨,筛分出小于0.071mm的污泥活性炭备用。
准确称取一定量所制得的污泥活性炭置于250mL碘量瓶中,加入50mL一定浓度的含Cr6+溶液,震荡一定时间后过滤,测定滤液中的Cr6+含量。
1.3 分析方法
污泥湿含量、灰分和挥发分按照GB/T—2001《煤的工业分析方法》分析;污泥活性炭碘吸附值按照GB/T 12496.8—1999《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定方法》测定;采用二苯碳酰二肼分光光度法测定溶液中的Cr6+含量。
2 结果与讨论
2.1 热解温度对污泥活性炭碘吸附值的影响
在ZnCl2溶液浓度为3mol/L、ZnCl2溶液体积与污泥质量比(mL/g)为2.0∶1、热解时间为30min的条件下,热解温度对污泥活性炭碘吸附值的影响见图1。由图1可见:热解温度为550℃时,污泥活性炭的碘吸附值最高,达550mg/g;当热解温度超过550℃时,随温度升高,污泥活性炭碘吸附值下降。这是因为,高温条件下,ZnCl2的蒸气压高,ZnCl2损失严重,实际起作用的ZnCl2减少[6,7]。对于碳含量不高的污泥,高温使含量不高的碳元素有部分损失,热解后露出的是吸附性能较差的灰分构成的表面,故污泥活性炭碘吸附值下降。
2.2 ZnCl2溶液体积与污泥质量比对污泥活性炭碘吸附值的影响
在热解温度为550℃、ZnCl2溶液浓度为3mol/L、热解时间为30min的条件下,ZnCl2溶液体积与污泥质量比对污泥活性炭碘吸附值的影响见图2。由图2可见,最佳ZnCl2溶液体积与污泥质量比(mL/g)为2.5∶1。
2.3 ZnCl2溶液浓度对污泥活性炭碘吸附值的影响
在热解温度为550℃、ZnCl2溶液体积与污泥质量比(mL/g)为2.5∶1、活化时间为30min的条件下,ZnCl2溶液浓度对污泥活性炭碘吸附值的影响见图3。由图3可见:随ZnCl2溶液浓度的增加,污泥活性炭碘吸附值增大;ZnCl2溶液浓度为3mol/L时,污泥活性炭碘吸附值最高;再增加ZnCl2溶液浓度,污泥活性炭碘吸附值反而有所下降。这是因为,ZnCl2在整个热解过程中起脱水、缩合、润涨等作用,使污泥表面形成碳的骨架及孔结构[5],所以随ZnCl2溶液浓度增加,脱水、缩合作用增大,产生的多孔结构发达,吸附性能好。但如果ZnCl2溶液浓度过高,在洗涤时,ZnCl2有可能去除不干净,使污泥活性炭吸附能力下降。本实验最佳ZnCl2溶液浓度为3mol/L。
2.4 热解时间对污泥活性炭碘吸附值的影响
在热解温度为550℃、ZnCl2溶液体积与污泥质量比(mL/g)为2.5∶1、ZnCl2溶液浓度为3mol/L的条件下,热解时间对污泥活性炭碘吸附值的影响见图4。由图4可见,热解时间为25min时,污泥活性炭碘吸附值最大,故本实验热解时间选择25min。
2.5 吸附时间对Cr6+去除率的影响
在室温、污泥活性炭加入量为0.2g(以50mL含Cr6+溶液计,下同)、Cr6+初始质量浓度为50mg/L、溶液pH为2的条件下,吸附时间对Cr6+吸附量和Cr6+去除率的影响见图5。由图5可见:随吸附时间延长,污泥活性炭对Cr6+吸附量和Cr6+去除率均增大,并且初期吸附速率增加较快;当吸附时间达到60min后,吸附速率趋于平缓,Cr6+的去除率变化不明显,说明此时污泥活性炭对Cr6+的吸附已经达到平衡。但为使Cr6+充分吸附,选择吸附时间为90min。
2.6 Cr6+初始质量浓度对Cr6+去除率的影响
在室温、污泥活性炭加入量为0.2g、溶液pH为2、吸附时间为90min的条件下,Cr6+初始质量浓度对污泥活性炭的Cr6+吸附量和Cr6+去除率的影响见图6。由图6可见,随溶液中Cr6+初始质量浓度增加,污泥活性炭对Cr6+的吸附量增大,Cr6+去除率降低。Cr6+初始质量浓度为30~50mg/L时,Cr6+去除率可达99.9%。故实验选择Cr6+初始质量浓度为50mg/L。
2.7 溶液pH对Cr6+去除率的影响
在室温、污泥活性炭加入量为0.2g、Cr6+初始质量浓度为50mg/L、吸附时间为90min的条件下,溶液pH对Cr6+吸附量和Cr6+去除率的影响见图7。由图7可见:随溶液pH升高,污泥活性炭对Cr6+的吸附量和Cr6+去除率均下降;pH小于2时,污泥活性炭对Cr6+的吸附效果较好。这是因为,溶液中的Cr6+均以Cr2O 72-的形式存在,污泥活性炭中含有大量的Si、Al等金属活性点,可以通过物理吸附、化学键合、静电吸附等作用吸附Cr2O 72-,随溶液pH增大,溶液中OH-的浓度增加,将生成沉淀,在碱性环境下污泥活性炭表面更多地吸附了OH-,从而占据了Cr6+的吸附位,OH-与Cr2O 72-的竞争吸附导致污泥活性炭对Cr6+的吸附量下降[8,9]。
2.8 污泥活性炭加入量对Cr6+去除率的影响
在室温、吸附时间为90min、溶液pH为2、Cr6+初始质量浓度为50mg/L的条件下,污泥活性炭加入量对Cr6+吸附量和Cr6+去除率的影响见图8。由图8可见,随污泥活性炭加入量增加,Cr6+的去除率增加,污泥活性炭对的Cr6+吸附量逐渐下降,这符合吸附的一般规律。当污泥活性炭加入量为0.2g时,对Cr6+的去除率达99.9%。
2.9 等温吸附实验
在室温、污泥活性炭加入量为0.2g、溶液pH为2、吸附时间为90min、Cr6+初始质量浓度为50mg/L的条件下,污泥活性炭对Cr6+的吸附等温线见图9。由图9可见,污泥活性炭对Cr6+的吸附等温线属于Ⅰ型[10],用Langmuir和Freundilich模型进行拟合,拟合结果分别见图10和图11。
所制备的污泥活性炭对溶液中Cr6+的吸附符合Langmuir模型,其常数b=30.014 7L/mg,平衡吸附量qe=24.498mg/g,相关系数R=0.994 2,说明Cr6+在污泥活性炭上的吸附呈单分子层形式;污泥活性炭对溶液中Cr6+的吸附也可用Freundlich模型很好地拟合,其常数k=21.812 2,n=4.883 8,相关系数R=0.949 2。
3 结论
a)以城市污水厂剩余污泥为原料,采用ZnCl2作活化剂,热解制备污泥活性炭的最佳条件为:热解温度550℃,ZnCl2溶液浓度3mol/L,ZnCl2溶液体积与污泥质量比(mL/g)2.5∶1,热解时间25min。
b)用所制备的污泥活性炭吸附溶液中的Cr6+,最佳吸附条件为:吸附时间90min,Cr6+初始质量浓度50mg/L,污泥活性炭加入量0.2g,溶液pH 2,在此条件下,Cr6+去除率达99.9%。
c)污泥活性炭对溶液中Cr6+的吸附等温线属于Ⅰ型,等温吸附方程可以用Langmuir模型和Freundlich模型来描述。
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活性污泥微波热解法脱水工艺研究 篇11
关键词：污泥,脱水,微波,水热法,工艺流程
1引言
城市污水处理厂污泥具有含水率高, 体积大, 易腐败, 有恶臭的特点, 污泥处理处置的原则是减容化, 稳定化, 无害化, 资源化。城市污水处理厂污泥处理处置费用高, 污泥处理处置越来越引起人们的重视。在污泥处理过程中, 脱水处理起着重要作用并大大影响着处理费用。如果在污泥处理前破坏污泥的持水结构, 则能有效的提高污泥的脱水率。目前正在开发的污泥焚烧的替代技术一一热解法, 就能够在热干化的基础上, 保证污泥焚烧优越性的同时, 又能克服焚烧过程中的二次污染问题。由于热解法可以实现污泥处理与能源回收的双重效果, 发展前景较好, 越来越受到国内外研究者的重视[1,2,3]。该技术对实现污泥的减量化、无害化、资源化有重大意义。污泥的热化学处理方法 (污泥受热发生化学反应使之稳定、减容的方法) 具有无害化彻底, 处理迅速, 占地相对较少, 处置后污泥稳定并可利用其所含有机物实施能源回收等优点, 在污泥处理中的地位已逐渐增强, 被认为是很有前途的污泥处理方法[4,5]。污泥可采用多种热化学处理方式以达到减容化、稳定化、无害化和资源化, 主要方式包括污泥的焚烧和热解。污泥热解技术是指污泥在常压无氧或低于理论氧气量的条件下加热干燥污泥至一定温度 (高温: 500℃~1000℃, 低温:﹤500℃) , 由于干馏和热分解作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物, 最终产物为油、 反应水、不凝性气体和炭四种, 部分产物的燃烧可作前置干燥与热解的热源, 剩余能量以油的形式回收。无氧热分解可促使污泥中有机物发生还原作用, 产生可供回收利用的低碳石化燃料, 如甲烷或乙烷等。无氧热分解技术是近些年来为改进污泥焚烧而发展起来的污泥处理技术, 其能量平衡优于污泥焚烧[6,7,8]。
2实验部分
上述对污泥的处理和处置中, 很大程度上是对降低污泥含水率的处理, 脱水处理起着重要作用并大大影响着处理费用, 如果在污泥脱水前进行调质处理, 则能有效的提高污泥的脱水率。本文将连续微波辐射引入污泥的脱水预处理及低温热水解处置中, 研究污泥在连续微波场中的不同停留时间对污泥脱水性能的影响, 并研究取停留时间10min各溃入功率对污泥脱水性能的影响以及研究在溃入功率800W下温度对污泥脱水性能的影响。
2.1实验仪器设备
SHZ-D (Ⅲ) 循环水式真空泵 (巩义市予华仪器有限责任公司) , BOT1-YZ1515抽水机 (天津市协达伟业电子有限公司) , GZX-9030MBE电热鼓风干燥箱 (上海博迅实业有限公司医疗设备厂) , EM-232ES2微波炉 (合肥荣事达三洋电器股份有限公司) , WSC-411数字温度仪 (上海浦东三联仪表厂) 。
2.2实验药品试剂
活性污泥 (合肥经济开发区污水处理厂) 。
2.3实验方法
热重分析法。
3实验步骤
1微波热调质
将活性污泥倒入2L的大烧杯中, 搅拌均匀后将活性污泥通过塑料皮管抽入微波炉中。在80W、150W、300W、450W和800W的微波功率下, 分别停留1min、5min、10min、20min和30min后用数字温度仪测定微波处理后污泥的温度。
2抽滤及烘干
将微波处理后的污泥冷却至室温后, 取100ml污泥倒入布氏漏斗中, 用循环水式真空泵进行抽滤。将抽滤好的污泥用塑料袋装好, 并标好标签。取一部分抽滤好的污泥放入已经标好标签并称量重量的坩埚内, 称重, 然后放入电热鼓风干燥箱中干燥6个小时, 温度保持在105℃, 干燥好后待坩埚冷却后再称量坩埚质量, 并将坩埚中的污泥用塑料袋密封装好。
3空白组实验
取100ml污泥, 直接进行抽滤, 将抽滤好的污泥放入已经标好标签并称量重量的坩埚内, 称重, 干燥6个小时至恒重, 温度保持在105℃, 干燥好后待坩埚冷却后再称量坩埚质量, 并将坩埚中的污泥用塑料袋密封装好。
4含水率的计算
空坩埚质量W1, 空坩埚和抽滤后污泥质量W2, 空坩埚和烘干后污泥质量W3。含水率= (W2-W3) / (W2-W1) ×100%
4实验数据
(1) 空白组污泥含水率的实验数据, 如表1:
(2) 溃入功率80W下污泥的含水率实验数据, 如表2:
(3) 溃入功率150W下污泥的含水率实验数据, 如表3:
(4) 溃入功率300W下污泥的含水率实验数据, 如表4:
(5) 溃入功率450W下污泥的含水率实验数据, 如表5:
(6) 溃入功率800W下污泥的含水率实验数据, 如表6:
(7) 溃入功率800W不同温度下污泥的含水率数据, 如表7:
5实验结果与讨论
5.1相同功率下停留时间对污泥脱水性能的影响
(1) 溃入功率80W污泥的含水率。
由图1得出在溃入功率80W下, 随着停留时间的增长, 污泥的含水率缓慢减少, 很长时间还没趋于稳定。
(2) 溃入功率150W污泥的含水率。
由图2得出在溃入功率150W下, 随着停留时间的增长, 污泥的含水率缓慢减少, 并于停留时间为20min时污泥的含水率慢慢趋于稳定。
(3) 溃入功率300W污泥的含水率。
由图3得出在溃入功率300W下, 随着停留时间的增长, 污泥的含水率较快地降低, 但污泥的含水率还没稳定下来。
(4) 溃入功率450W污泥的含水率。
由图4得出在溃入功率450W下, 随着停留时间的增长, 污泥的含水率较快地降低, 并于停留时间为20min时污泥的含水率慢慢趋于稳定。
(5) 溃入功率800W污泥的含水率。
由图5得出在溃入功率800W下, 随着停留时间的增长, 污泥的含水率急速下降, 并于停留时间为10min时污泥的含水率已趋于稳定。
综上所述, 在小功率下, 污泥的含水率随着停留时间的增长而缓慢下降, 并不能快速稳定。而在大功率下, 污泥的含水率随着停留时间急速下降, 并能很快趋于稳定。由此可见, 在溃入功率800W下停留10min使污泥含水率下降最为有效, 因此适宜的停留时间能降低能耗。
5.2相同停留时间下功率对污泥脱水性能的影响
由图6可以得出在停留时间为10min时, 在溃入功率800W下污泥含水率最低, 而其真空抽滤后的含水率却由原污泥直接抽滤的81%降至67%左右, 因此适宜的微波辐射明显改善了污泥脱水效果。
5.3温度对污泥含水率影响
梁鹏、黄霞、钱易等认为不同温度下, 细胞被破坏的部位不同。在45~65℃时, 细胞膜破裂, r RNA被破坏;50~ 70℃时DNA被破坏;在65~90℃时细胞壁被破坏;70~95 ℃时蛋白质变性。不同的温度使细胞释放的物质也不同, 在温度从80℃上升到100℃时, TOC和多糖释放的量增加, 而蛋白质的量减少。可以将细胞在加热条件下释放的物质分为两类:低分子量的C2~C5羧酸碎片和其他溶解的有机碳, 前者可以被生物迅速利用, 而后者 (性质类似于腐殖质) 的生物降解性则要低得多。
由图7可以得出, 温度对热水解污泥脱水效果的影响显著, 88℃前污泥的含水率缓慢下降。当超过88℃时, 污泥含水率急剧下降。至95℃时含水率趋于稳定。由于65℃时细胞壁开始被破坏, 胞内物质溢出, 污泥粒径细小化, 进而破坏污泥脱水性, 因此在65~88℃前污泥的含水率缓慢下降;自从70℃起, 蛋白质变性凝固, 出现颗粒粗大化现象, 进而改善污泥脱水性, 又由于细胞壁被破坏的影响, 则在88℃时, 污泥含水率才出现明显的下降趋势。
5.4溃入功率对污泥形貌的影响
图8和图9分别是未经处理的活性污泥和在微波功率800W及停留时间30min处理过后的活性污泥在显微镜10× 40倍的焦距下拍得的照片。
尹小延, 曾科, 司琼磊在微波能对化学污泥脱水性能的影响 (化工设计2009, 19, 郑州大学水利与环境学院) 提到: 一般来讲, 细小污泥颗粒所占比例越大, 脱水性能就越差。 因为污泥颗粒越小, 其总体比表面积就越大, 水合程度就越高。
由图8和图9可得经过微波处理后的活性污泥比未经处理的活性污泥要密集, 可以得出微波高频电场促使污泥及其中的水分子不断移动、旋转, 促进污泥颗粒脱稳 (稳定性取决于静电斥力力与范德华力 (分子间作用力) 何者占主导地位, 当距离很近时, 范德华力占优势, 合力为引力, 两个颗粒可以互相吸住, 胶体脱稳。当距离较远时, 库仑力占优势, 合力为斥力, 颗粒间相互排斥, 胶体将保持稳定) 、絮凝, 出现颗粒粗大化现象, 进而改善试验污泥脱水性。
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