基于ZnCl2活化法的污泥基活性炭制備及其延緩MBR膜污染研究.pdf

1、城市污水廠污泥產量的顯著增長及其帶來的環(huán)境污染問題日益受到人們的關注。污泥處理的根本出路是資源化利用，而以污泥為原料制備活性炭技術是污泥資源化的重要發(fā)展方向之一。ZnCl2活化法因具有制備溫度低、制得活性炭產率高以及藥劑價格便宜且可回收利用等優(yōu)點而成為污泥基活性炭的主要制備方法。
　　ZnCl2活化法制備污泥基活性炭過程的實質就是經ZnCl2浸漬的污泥的熱解過程。對經ZnCl2浸漬的污泥的熱解特性及反應動力學進行研究不但有利于探究

2、污泥的熱解反應機理，還可以揭示ZnCl2在污泥熱解過程中的作用機制，從而為ZnCl2活化法制備污泥基活性炭技術提供一定的理論基礎和指導作用。此外，目前對于ZnCl2活化法制備污泥基活性炭過程中熱解條件的控制及主要影響因素等問題仍存在很大爭議。且制得污泥基活性炭在污水處理中的應用仍較為局限，僅應用于對有機污染物如染料、酚類化合物等和無機重金屬離子的吸附去除中。
　　基于以上幾點，本研究首先采用熱重紅外聯用分析技術（TG-FTIR）以

3、及熱重質譜聯用分析技術（TG-MS）分析了經ZnCl2浸漬的污泥的熱解失重特性和熱解氣態(tài)產物，并在此基礎上研究了浸漬污泥的熱解反應動力學。同時通過對比未經ZnCl2浸漬的污泥與浸漬污泥的熱解特性和反應動力學，闡明了ZnCl2對污泥熱解過程的影響機制。結果表明：經ZnCl2浸漬的污泥的熱解過程包含四個階段，分別為水分脫除及少部分有機揮發(fā)分解聚或分解、有機揮發(fā)分一次熱解、ZnCl2揮發(fā)及一次熱解中間產物和未分解有機揮發(fā)分熱解以及無機礦物質分

4、解和固定碳燃盡。浸漬污泥的熱解氣態(tài)產物主要包括H2、H2O、CO2、CO、CH4以及C2H6、C3H6等輕質烴類化合物、C2H5OH等小分子醇類物質和小分子醛類、酮類、羧酸類有機物。浸漬污泥的第一熱解階段和第三熱解階段符合一級化學反應模型，第二熱解階段符合二級化學反應模型，第四熱解階段符合三級化學反應模型。ZnCl2對污泥熱解過程的影響主要體現在：促進污泥的脫水并減少焦油的形成，促進污泥中有機物質的芳構化以及一次熱解產物的二次熱解。

5、r>　　其次，本研究分析了ZnCl2活化法制備污泥基活性炭過程中相關因素（熱解溫度、熱解時間、活化劑濃度和浸漬比）對制得活性炭孔隙性能的影響，并采用正交試驗法確定了各因素對活性炭孔隙性能的影響程度以及活性炭的最佳制備條件。同時利用比表面積及孔隙度分析儀、傅立葉紅外光譜等現代檢測分析方法研究了污泥基活性炭的物理化學性質。結果表明：在ZnCl2活化法制備污泥基活性炭過程中，熱解溫度對制得活性炭的孔隙性能影響最大，其次是熱解時間，再次是活化劑

6、濃度，最后是浸漬比；污泥基活性炭的最佳制備條件為熱解溫度550℃，熱解時間50min，活化劑濃度40wt％，浸漬比2.5；該條件下制得的污泥基活性炭的BET比表面積為397.90m2/g，孔隙結構以中孔為主，活性炭表面含有羥基、胺基、醛基和羧基等官能團，此外污泥經ZnCl2活化法制備成活性炭后，其中的重金屬元素不穩(wěn)定態(tài)含量和比例減少，穩(wěn)定態(tài)含量和比例增加，重金屬元素穩(wěn)定性提高。
　　最后，本研究提出了污泥基活性炭應用的一種新途徑，

7、利用污泥基活性炭來延緩膜生物反應器（MBR）中的膜污染。向MBR中投加3g/L的污泥基活性炭，考察了污泥基活性炭對MBR的處理效果、污泥混合液性質、膜表面性質和膜污染的影響，明確了污泥基活性炭延緩MBR中膜污染的效能及機制。結果表明：污泥基活性炭對MBR的處理效果的改善作用不明顯，但可以明顯改善MBR中污泥混合液性質和膜表面性質，使污泥濃度增加6.90%，污泥顆粒平均粒徑增大8.89%，混合液粘度減小13.45%，混合液中EPS和SMP

8、含量分別減少17.83%和13.73%，混合液EPS和SMP中的p/c下降，污泥比阻減小6.26%，膜表面EPS含量減少9.27%，膜表面 EPS中的p/c下降，膜表面接觸角減小，膜表面泥餅層結構更疏松，從而減緩了膜表面泥餅層的形成和增長并減輕了膜孔內的堵塞。投加污泥基活性炭后污泥混合液性質和膜表面性質的改變導致膜孔阻力Rp和膜表面泥餅層阻力Rc分別減少了22.95%和18.50%，且Rp和Rc的增長速率分別減少22.22%和16.67