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活性炭作为一种优质吸附剂,己广泛应用于环境保护、化学工业、食品加工、药物精制、军事化学防护等各个领域。污泥中含有大量的有机物和有害物,含有危险的病原微生物、寄生虫卵等,如果处理不当,会产生二次污染。污泥中含有较多的碳,具备了制备活性炭的客观条件,在一定的条件下,将其转化成活性炭,既彻底处理了污泥,又制成了高效、廉价的吸附剂。污泥制活性炭的研究及应用,前景广泛,社会、经济效益显著。
本文搭建了化学活化法、物理活化法制备污泥活性炭的实验装置,研究了活化剂种类、活化剂量、活化温度、活化时间等制备条件对污泥活性炭性能的影响,对制备过程和机理进行了初步探讨。
在化学活化法制备活性炭的研究中,市政干污泥、印染干污泥、造纸干污泥为原料制得活性炭的性能比较表明:市政污泥制得的活性炭性能最佳。针对市政污泥,本文研究了不同活化剂对活化性能的影响,实验结果表明:氢氧化钾活化法和氯化锌活化法制得污泥活性炭性能明显好于磷酸;氢氧化钾活化法和氯化锌活化法制备污泥活性炭的最佳工艺条件:活化温度分别为800℃、550℃,浸渍比分别为4、1,活化时间都为90min。
在对水蒸气活化法制备活性炭的研究中,经单因素影响分析,确定水蒸气活化法制备污泥活性炭的最佳工艺条件:活化温度为800℃,活化时间为90min,水蒸气流量为20ml/h,制备出的活性炭的甲基橙吸附值为14.8mg/g、亚甲基蓝吸附值为18.1mg/g、活化得率为46%。对四种方法制得污泥活性炭性能和经济性的分析表明,氯化锌活化法是最适合工业化应用的活化方法。
基于以上的基础研究,本文首次对利用高温烟气作为活化介质,对湿污泥直接制活性炭进行了实验研究。结果表明:浸渍后干燥和清洗后干燥对污泥活性炭性能的影响较大,不可去除,湿污泥干燥的影响较小,为降低处理成本可省略。当活化介质氧含量为2%~4%时,对湿污泥直接进行ZnCl2活化处理,清洗后产品性能可达:亚甲基蓝吸附值为129.8mg/g,比表面积为516.1m2/g,孔体积为0.29cm3/g,微孔体积为0.16cm3/g,平均孔径为3.95nm,具有工业应用意义。
在实验研究的基础上,制订了污泥活性炭工业化生产方案,分析了能耗及成本,制备单位质量活性炭的能耗为0.5kg标准煤,生产成本为3352元/吨。本文的研究为污泥制活性炭工业化应用奠定了基础,开拓出污泥资源化利用的又一新工艺。