文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
污泥活性炭吸附剂材料的制备及其在废水处理中的应用
姓名:尹炳奎
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:朱石清;朱南文
20070101
上海交通大学硕士学位论文摘要
污泥活性炭吸附剂材料的制备及其在废水处理中的应用
摘要
城市污水处理厂在处理污水的同时会产生大量的污泥,污泥中含有
大量的有机物和有害物,其性质很不稳定,易腐化,而且还含有的病原
微生物、寄生虫卵等,易对环境造成污染。因此,必须对其进行适当的
安全处理处置。污泥资源化利用由于可以充分利用污泥中的有用成分,
变废为宝,产生了较好的环保效益和经济效益,已成为当前污泥安全处
理处置的热点之一。本课题以城市污水生物法处理过程中产生的污泥为
原料,针对传统污泥处理处置及其资源化等利用过程中的缺点和不足,
在前期实验的基础上,分析传统活性炭制备工艺,以及污泥制活性炭传
统方法的基础上,改进污泥活性炭制备原料,简化制备工艺,降低了制
备成本,并进一步提高了污泥活性炭的性能。
依据前期实验和国内外相关文献报道,选择干污泥化学活化工艺制
备污泥活性炭,以 3mol/LZnCl2 为活化剂,在氮气环境中,以 20℃/min
的升温速率升温至 600℃下炭化 2h,以比表面积和碘的吸附量作为衡量
活性炭产品性能的表征。探讨上海闵行污水处理厂污泥制备活性炭可行
性。实验结果表明,该污泥制备活性炭是切实可行的。以二沉池活性污
泥为原料,制得的产品碘值为 ,比表面积为 m2/g,
孔体积为 ,微孔体积为 cm3/g,平均孔径 ,重金属
含量合格。并对活化剂在污泥制备活性炭材料中的作用也通过热重分析
进行了研究,研究结果表明,氯化锌对污泥原料中的有机质起润胀、胶
溶以至溶解的作用,药液渗透到原料的内部,溶解有机质成分而形成孔
隙,使原料中的氢、氧原子以水的形式分离出来,使更多的碳保留在原
料中,提高了多孔吸附材料的产率。并进一步将活性炭产品材料应用垃
I
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圾渗滤液的处理中,污泥活性炭的添加量为 %,吸附时间 120min,
CODcr 的去除率为 %,脱色率为 %。
化学物理活化法制备污泥活性炭吸附材料中,改进污泥原料,选用
有机物含量较高的二沉池污泥作原料。通过正交试验,以比表面积和碘
的吸附量作为衡量活化剂性能的因素,分析化学物理活化法制备污泥活
性炭的过程中,活化剂种类、活化剂浓度、炭化温度、炭化时间等是影
响因素。实验显示,化学物理活化法制备活性炭最适宜的条件:
3mol/LZnCl2、热解温度 600℃、炭化时间 60min。并进一步分析炭化过
程中的实验现象,采用 SEM、TGA 和活性炭对染料酸性大红 GR 的吸附能
力等分析技术对活性炭产品的性能进行研究,对污泥的热解反应的机理
进行了研究。此外,还将污泥质活性炭应用于染料废水的处理,考察了
吸附时间、活性炭投加量和 pH 值对色度及 TOC 的脱除效果的影响,室
温下,污泥活性炭的最佳投加量为 2%,对酸性大红 GR 废水色度和 TOC
去除率较高,达 %。并利用等温吸附实验作吸附等温线,污泥活性
炭对酸性大红 GR 吸附等温线可用 Freundlich 或 Langmuir 方程描述。
由吸附动力学分析知,在污泥质活性炭上的吸附行为遵循二级动力学规
律,也可以用一级吸附动力学方程描述。
在大量研究的基础上,探索出低成本、高性能的污泥活性炭制备工
艺,即采用湿污泥直接活化制备污泥活性炭的工艺,并进一步改进活化
剂。实验结果显示:、~
10%、炭化温度为600℃、停留时间60min,以水蒸气作保护气的条件下,
污泥活性炭材料的性能较佳; mg/g,比表面积
· g-1,· g-1,· g-1,平均
。对水蒸气保护气条件下的活性炭吸附剂进行电镜扫描、
元素分析、XRD分析,活性炭表面呈现不规则的多孔结构,具有较高的
孔隙率;将制备的污泥活性炭产品应用于100mol/L的活性艳红X-3B废水
处理中,实验结果表明:污泥活性炭的最佳投加量为 %,室温下,吸
附时间15min,%。
II
上海交通大学硕士学位论文摘要
本课题通过改进传统污泥活性炭的制备工艺,大大简化制备工艺,
降低污泥活性炭的制备成本,提高了吸附性能,并对其物理性能