秸秆污泥吸附剂的制备及其特性研究

第２４卷第２期２０１９年４月哈尔滨理工大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ０引言据了解ꎬ每年全国城镇污水处理厂产生含水率为８０％的污泥超过６０００万ｔ左右ꎬ干污泥量达１２００万ｔ左右[１]ꎮ有资料表明ꎬ截至２０１５年底ꎬ９０％以上的污水处理厂没有污泥处理的配套设施ꎬ使得污泥自排于环境中[２]ꎮ当前的污泥处理技术有陆地填埋ꎬ焚烧ꎬ污泥干化和热处理[３－６]ꎮ但是ꎬ填埋需要占用大量场地ꎬ方法不当时重金属浸出污染土壤、污染地下水ꎻ堆肥占地费时ꎬ效果受天气影响大ꎬ且产生臭气污染ꎻ焚烧能耗高、投资大ꎬ技术难度大ꎬ环保要求高ꎮ另外随着世界环境保护法规的日益完善ꎬ土地利用对污泥的要求也更加苛刻ꎬ必须想出解决办法来减少污泥对环境的污染与危害[７]ꎮ玉米秸秆作为我国最主要的农业废弃物[８ꎬ９]ꎬ就地焚烧是其当前最主要的处置方式ꎬ但是由此带来了严重的大气污染问题ꎬ而且也不能够最大限度地利用秸秆[１０]ꎮ由于近年来对环境保护的重视和资源短缺问题的日益严重ꎬ越来越多的研究人员开始注重将秸秆进行工业化的应用ꎬ发挥其潜在的价值[１１]ꎮ由于玉米秸秆具有很高的含碳量[１２]ꎬ因此近些年来ꎬ各国科学家已经开始研究如何利用农业秸秆制备吸附剂[１３]ꎬ使其在水处理领域发挥作用ꎮ市政污泥和农业秸秆都是廉价易得的固体废物ꎬ农业秸秆自身的含碳量高ꎬ会弥补污泥含碳量低的缺点ꎬ而污泥本身的胶体特性也会弥补秸秆不易成型的缺点ꎬ二者互补使得制成的吸附剂具有更高的吸附性能ꎮ本论文以污水处理厂的剩余污泥、玉米秸秆作为原料ꎬ采用热焙烧法制备吸附剂[１４]ꎮ通过热重分析、扫描电子显微镜等手段探讨颗粒吸附剂样品最优的制备条件ꎮ以亚甲基蓝为目标物ꎬ考查样品的吸附性能ꎬ以期选择出价廉易得且性能良好的吸附剂ꎬ为污泥、秸秆资源化应用提供基础研究数据ꎮ１实验部分１附剂的用量ꎬｇꎮ１试验ꎬ优化方案如表２所示ꎬ然后对所制备的颗粒吸附剂进行ＳＥＭ及ＥＤＳ表征ꎬ结果如图２所示ꎬ由此确定最佳的制备条件ꎮ表２颗粒吸附剂的制备条件优化方案Ｔａｂ.２Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ编号活化剂焙烧温度/℃ａＫＯＨ８００ｂＫＯＨ８５０ｃＫＯＨ９００ｄＺｎＣｌ２８５０ｅＨ３ＰＯ４８５０由图２(ａ)、２(ｂ)和２(ｃ)分析可知ꎬ采用ＫＯＨ为活化剂ꎬ在８００℃时ꎬ颗粒吸附剂进入烧结状态ꎬ其内部结构逐渐固定成形ꎬ此时颗粒吸附剂孔结构团聚现象明显ꎬ孔隙量少且分布不均匀ꎻ８５０℃时ꎬ颗粒吸附剂的内部结构最为丰富ꎬ而且孔结构分布均匀ꎻ当温度升至９００℃时ꎬ造孔过程已经结束ꎬ突起的颗粒部分熔化ꎬ熔化的颗粒互相连结从而堵塞了周围的孔隙ꎬ表面孔隙大幅度减少ꎮ综上ꎬ８５０℃时颗粒吸附剂的孔隙结构最发达ꎬ所以最后烧结温度选择为８５０℃ꎮ由图２(ｂ)、２(ｄ)和２(ｅ)可以看出ꎬ当以ＫＯＨ为活化剂时图２(ｂ)ꎬ所制样品其表面具有相当大的粗糙度ꎬ样品孔隙结构清晰ꎻ当以ＺｎＣｌ２作为活化剂所制的样品图２(ｄ)ꎬ其表面的粗糙度较大ꎬ孔隙结构不明显ꎻ当以Ｈ３ＰＯ４作为活化剂时图２(ｅ)ꎬ根据图可知其表面粗糙程度不如其他两种活化剂明显ꎬ而且很难看到孔隙ꎮ综上ꎬ选择ＫＯＨ作为活化剂ꎮ从５种不同实验条件下所制备颗粒吸附剂的ＳＥＭ图中说明选择氢氧化钾做活化剂ꎬ秸秆污泥比例选择１∶４ꎬ烧制温度为８５０℃ꎬ此时的制备条件最优ꎮ图２(ｆ)为ＫＯＨ活化的颗粒吸附剂的ＥＤＳ能谱图ꎬ由该图可知ꎬ制备物质中的Ｃ和Ｏ的原子百分比最高ꎬ分别是３０图３不同活化剂对吸附效果的影响Ｆｉｇ