污泥活性炭的制备及对甲苯吸附性能的研究

摘要

活性炭吸附法处理中低浓度的挥发性有机气体是一种低能耗、工艺成熟,去除效率高的方法。活性炭通常是从各种有机含碳原材料中获得,而污泥富含碳元素和有机物,通过热解或化学活化法可转化成活性炭,这种转化不仅减少了污泥量,为城市污泥提供了一条环保出路,而且还获得了成本低廉的吸附剂,实现污泥资源化利用,对含甲苯废气的吸附净化实现了以废治废的目的。
　　本课题将污水处理厂的脱水污泥,直接与活化剂ZnCl2化学活化,研究浸渍质量比、活化温度和活化时间等制备条件,借助碘吸附值,采用单因素和正交试验分析制备条件对吸附性能的影响。结果表明,制备污泥活性炭的最佳工艺条件为浸渍质量比为5:5,活化温度为550℃,活化时间为40min。制备工艺条件对污泥活性炭吸附能力影响程度依次为:活化温度>浸渍质量比>活化时间。
　　测试污泥制备前后重金属含量发现,在制备过程中重金属含量减少,活化过程将可溶性的金属离子转化成金属盐类,达到稳定的作用。其中Fe、Cu、Zn等含量较高,这些金属有助于活性炭发生催化反应,促进污泥活性炭对有机废气的化学吸附作用。
　　通过添加适量锯末(SAC-W)或椰壳(SAC-C)制备出不同污泥活性炭,其比表面积分别为450.3m2/g和539.4m2/g,比纯污泥活性炭的比表面积增加了31.63％和57.67%。将污泥活性炭和选用的煤质活性炭(CAC)用于甲苯动态吸附实验,研究不同活性炭的吸附性能。研究得出,在相同的甲苯初始浓度下,平衡吸附量大小顺序为SAC-C>CAC>SAC-W,污泥活性炭表现较好的吸附性能。对污泥活性炭进行孔结构和官能团分析,发现中孔和化学吸附作用对吸附量增加有一定贡献。此外,污泥活性炭的吸附平衡与Langmuir方程拟合较好,相关系数R2为0.995。
　　研究了吸附剂床层高度、甲苯初始浓度、气体线速等操作条件对甲苯吸附性能的影响,并建立了污泥活性炭吸附甲苯的传质模型,计算不同操作条件下的传质区长度和物质总传质系数。结果表明,当床层高度从3cm增加到5cm,传质区长度基本不变,物质总传质系数增加了66.66%;当甲苯初始浓度增大3.36倍,传质区长度增加了17.19%,而物质总传质系数降低了22.05%;在实验流速范围内,气体线速变为原来的2倍,物质总传质系数增加了65.27%,说明污泥活性炭对甲苯吸附属于外扩散控制。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 污泥处理与处置现状

1.3 污泥活性炭的制备现状

1.4 污泥活性炭的应用现状

1.5 挥发性有机气体治理与控制方法

1.6 吸附理论

1.7 课题研究的主要内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 污泥活性炭的制备工艺

2.3 实验测定方法：

3 污泥活性炭的制备

3.1 引言

3.2 污泥基本性能分析

3.3 单因素实验

3.4 多因素试验

3.5 湿污泥活化法和干污泥活化法比较

3.6 活化机理分析

3.7 污泥活化前后重金属的变化

3.8 本章小结

4 污泥活性炭吸附甲苯性能研究

4.1 引言

4.2 实验原理

4.3 吸附实验装置

4.4 实验结果与讨论

4.5 污泥活性炭的表征

4.6 本章小结

5 固定床吸附甲苯模型研究

5.1 引言

5.2 传质模型的建立

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 建议与不足

致谢

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文