摘要：选用城市污水厂剩余污泥制备活性炭，以氯化锌为活化剂，通过管式炉、微波消解仪两种仪器分别活化，运用二苯碳酰二肼分光光度法（GB 7466—87）探究其对六价铬的吸附性能。结果显示，微波消解仪制备的活性炭吸附性能非常好，1 g污泥活性炭在50 mL初始质量浓度为0.2μg/mL的六价铬溶液中吸附率高达91%，吸附量高达9.1μg/g。这种新型污泥基活性炭制备工艺，解决了污水厂剩余污泥处理问题的同时做到了资源再利用，对环境保护起到深远影响。

　　关键词：污泥基活性炭；微波热解；吸附；铬离子

　　0引言

　　污水处理厂污泥含水量高、容易腐烂且具有刺激性臭味，而污泥中的一些有害物质未能及时处理会严重污染环境，妥善处理污泥成为当今环境保护重要问题。传统处理污泥方法多以卫生填埋、堆肥、干化焚烧、投海法处理[1]，不但资源二次利用率低，处理污泥费用在污水厂建设总费用1/4以上，有些污水厂接近3/4[2]，处理费用较高。由此，探索多途径、资源化、污泥再次利用备受关注。

　　目前资源化利用的途径主要有污泥能源化[3]、污泥制建材[4]、污泥堆肥[5]、污泥制备吸附剂材料等。活性炭具有比表面面积大、孔缝发达、有较强的吸附能力，而活性炭制作原料多以木质植物和矿物原料为主，带来一定的能源消耗问题，因此寻找低成本、高效率制备活性炭技术一直是研究焦点。

　　本文选用城市污水厂剩余污泥为原料，以氯化锌为活化剂，通过管式炉、微波消解仪两种方法活化制备出污泥活性炭，并研究了其对重金属铬离子的吸附性能。

　　1材料和方法

　　1.1材料、试剂和仪器

　　污泥取自呼和浩特市公主府污水处理厂曝气池。

　　氯化锌、硫酸、磷酸、重铬酸钾、二苯基碳酰二肼：分析纯。

　　SK10BYL型管式电阻炉：包头云捷电炉厂；722N型可见分光光度计：上海箐华科技仪器有限公司；101-3A型电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；MWD-520密闭式智能微波消解仪：上海元析仪器有限公司。

　　1.2活性炭的制备

　　污泥预处理：采样后，除去多余水分，置于电热鼓风干燥箱（105℃)中24 h，冷却后取出研细，过80目筛，备用；

　　ZnCl2活化污泥：将粉末状污泥置于小烧杯中，按固液比1∶1.5加入40%氯化锌溶液静置24 h，备用。

　　管式炉活化制备活性炭：将经过ZnCl2活化的污泥烘干后置于磁舟，放入管式炉中通入氮气，550℃焙烧2 h，冷却，研磨，过80目筛，备用。

　　微波消解仪制备活性炭：将经过ZnCl2活化的污泥分别置于3个烧杯中（标记样品1、样品2、样品3），对样品1加入10 mL水、样品2置于105℃烘箱中至半干、样品3置于105℃烘箱中至完全干燥，分别放入微波消解仪800 W微波热解2 h，冷却后取出研磨，过80目筛，备用。

　　1.3污泥活性炭吸附试验（二苯碳洗二肼分光光度法GB 7466—87）

　　1.3.1管式炉热解制备污泥活性炭吸附实验

　　250 mL锥形瓶加入10 mL铬标准使用液和40 mL H2O（此溶液中六价铬质量浓度为0.2μg/mL），再加入1 g污泥基活性炭，在25℃、300 r/min的条件下震荡2 h，取出，再置于离心机中，3 500 r/min转速下离心10 min后取出上清液，加0.5 mL（1+1）硫酸，0.5 mL（1+1）磷酸和2 mL显色剂，混匀，放置5～10 min后，在540 nm波长处测其吸光度，由标准曲线计算出铬含量。根据公式（1）和式（2）分别计算其吸附率n和吸附量q。

　　式中：n为活性炭吸附率；ρ0为吸附前原水的六价铬质量浓度，μg/L；ρi为吸附平衡后污水中六价铬浓度，μg/L。q为活性炭吸附量，μg/g；V为污水体积，mL；M为活性炭的用量，g。

　　1.3.2微波热解制备污泥活性炭吸附实验

　　微波消解仪中污泥干燥程度对微波激活污泥活化过程反应能力、污泥消解程度、氯化锌活化程度等都存在影响，因此，设计污泥干燥程度对活性炭活化影响实验。

　　六价铬标准使用液加入污泥活性炭吸附离心去除活性炭后溶液加入显色剂与二苯碳洗二肼分光光度法GB 7466—87中溶液颜色不同，因此对显色剂用量进行对比实验，改变显色剂用量来降低颜色对浓度测量过程中的影响。

　　吸附过程：3个小烧杯（样品1、样品2、样品3）分别放置初始原料干燥程度不同的活性炭，并完成吸附对比实验，考察显色剂对吸附效果的影响。

　　样品1中活性炭经离心机去除水份使用，样品2、3直接使用，分别吸附六价铬溶液。吸附过程同2，显色剂投加量为0、2、4 mL三组吸附实验，吸光度对应铬标准曲线y=1.439x+0.001 8计算出对应六价铬浓度。

　　2结果分析

　　2.1管式炉热解制备污泥活性炭对六价铬的吸附性能

　　二苯碳洗二肼分光光度法GB 7466—87测得滤液吸光度为A=0.045，带入标准曲线方程y=1.439x+0.001 8得出Cr6+质量浓度为0.067μg/mL。根据吸附率公式（1）得出吸附率为66.5%，根据吸附量公式（2）得出吸附量6.65μg/g。

　　2.2微波热解制备污泥活性炭对六价铬的吸附性能

　　按同样方法所得结果列于表1。

　　数据表明，随着活性炭烘干程度的增加吸附效果随之增加，所以污泥在完全烘干的情况下通过热解制备活性炭效果较好。并且由表1、表2中显色剂投加量可以发现，显色剂对测量六价铬浓度影响小，在投加2 mL时吸附效果最好。全干情况下污泥制备出的活性炭形状蓬松、细腻、无大块固体，不需二次研磨，效果优良。

　　对比管式炉热解和微波热解制备污泥活性炭对六价铬的吸附性能，在添加相同量显色剂的情况下，微波热解制备出的污泥活性炭吸附率最高达到91%，吸附量为9.1μg/g，对比管式炉热解制备的污泥活性炭吸附率提高了24.5%，说明通过微波热解，可提高污泥活性炭对六价铬的吸附效果。这可能是因为，在微波加热过程中，微波产生的能量能够穿透材料并在材料的内部转化为热量，热量在材料内部产生并向外部传递，从材料的内部核心到外部表面之间形成温度梯度，从而实现更均匀的热量分布[6]，使得污泥活性炭空隙更均匀，使其具有良好的吸附效果。

　　3结论

　　本文初步通过管式炉热解法和微波消解热解法制备出污泥活性炭。其中，管式炉活化制备的活性炭吸附结果显示：1 g污泥活性炭在50 mL初始质量浓度为0.2μg/mL的六价铬溶液中吸附了6.65μg，吸附率为66.5%。微波消解仪活化制备的活性炭吸附结果显示：污泥活性炭经过微波活化后吸附Cr6+量高达9.1μg/g，吸附率高达91%，污泥全干燥情况下微波照射制备活性炭效果非常好。再结合二苯碳酰二肼分光光度法GB 7466—87中所用的显色剂标准用量为2 mL和实验所得数据显色剂用量2 mL测得吸附率最高，所以加入显色剂产生不同颜色对测量六价铬浓度影响非常小，其显色剂用量2 mL时测量效果最佳。微波照射污泥制备的活性炭表面结构蓬松、无块状固体且吸附率、吸附量非常高，而管式炉活化活性炭形状为固体块状需研磨使用其吸附量、吸附率不如微波活化法，综合考虑，微波消解仪活化方法制备的污泥活性炭吸附效果较好。

　　4不足之处

　　1）曝气池中淤泥提取困难，因为污水厂曝气池中含有大量水分必须经过过滤、烘干之后才能得到干燥的污泥，过滤和烘干过程又伴随污泥的臭味，过滤时间长等问题待改进。未来批量制作污泥活性炭的情况也许可以考虑用太阳的热能进行烘干有待研究。

　　2）实验中药剂放置时间过长会影响最终数据，药剂必须先配现用否则会严重影响数据准确性。

　　3）实验活化时间过长需解决，管式炉升高温度缓慢、冷却缓慢，这直接导致活化时间长影响制备效率，需要改进碳化过程所需加热仪器才能提高生产污泥活性炭效率。总之利大于弊，未来进行方法改进完全可以进行批量生产制备污泥基活性炭。

　　4）没有选用大型微波炉而是使用微波消解仪代替，虽然所得吸附效果非常好，但是浪费资源消耗仪器，有待继续研究。

　　参考文献

　　[1]章婷婷，刘霞，何群彪.城市污水污泥处置技术及资源化利用研究进展[J].轻工科技，2019，35（6）：94-95.

　　[2]Cheng M，WuL，Hua ngY，et al.Totalc oncentrations of heavy metal-sandoccurren ce 0f antibioticsins ewa gesludgesfrom citiesthrough-outChina[J].Journal ofSoilsand Sediments，2014，14（6）：1123-1135.

　　[3]刘桓嘉，马闯，刘永丽，等.污泥的能源化利用研究进展[J].化工新型材料，2013，41（9）：8-10.

　　[4]周玲，廖传华.污泥建材化利用的现状[J].中国化工装备，2019，21（4）：3-6.

　　[5]车悦驰，颜蓓蓓，王旭彤，等.污泥堆肥技术及工艺优化研究进展[J].环境工程，2021，39（4）：164-173.

　　[6]许铈尧.微波一步法制备污泥活性炭及其对硫化氢的吸附特性[D].上海：东华大学，2022.