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摘要：本文主要介紹了污泥活性炭的制備及在污染治理中的應用。著重討論了油泥、市政污泥等不同污泥來源、微波熱解、水熱炭化等不同熱解工藝、活化劑種類與添加劑對污泥活性炭性能的影響。簡述了污泥活性炭在污染治理中的應用，分析了其在不同廢水、廢氣的處理及土壤改良中的應用。同時，本文對污泥活性炭的制備及應用作出展望，即應解決化學活化帶來的高成本和二次污染問題；在應用方面，應多開展不同污染物同時吸附的研究。

關鍵詞：污泥活性炭；制備；環境治理；應用

我國大多數行業在治污過程中，污泥的合理有效利用一直是軟肋。在污泥的組成中，含碳有機物是污泥的重要的部分，為合理利用污泥中的碳元素，研究人員將污泥轉化為有吸附性能的活性炭。同時，污泥來源廣、屬于待處理污染物，且大量研究表明，污泥制得的活性炭對某些污染物的吸附能力較強，故前景較好。

1污泥活性炭的制備

為達到“以污治污”的目標，研究人員提出將污泥制成活性炭，制備方法的主體是熱解或煅燒。活性炭的吸附性能主要受污泥來源、熱解工藝、活化劑、添加劑等因素的影響[1]。

1.1污泥來源

不同來源的污泥碳含量不同，碳含量直接決定污泥活性炭的表面結構和吸附性能[2]。其中市政污泥及含油污泥研究相對較多。石油工業產生的含油污泥碳含量高，MOHAMMAD等[3]研究了含油污泥制備活性炭的可行性。此外，鄧皓等[4]也成功地將含油污泥制成了比表面積大于2000m2/g活性炭，說明含油污泥制備活性炭前景可觀。相對于含油污泥來說，市政污泥制備活性炭的研究更為頻繁，且部分研究人員制備的活性炭吸附水中污染物的性能良好。Pan等[5]用消化污泥、化學污泥及二者混合后的污泥制備活性炭，并用三種活性炭和商業活性炭吸附水中有機物質，試驗表明，后兩種活性炭均有很強的疏水性與去除COD的能力。此外，研究人員也將制革、造紙、紡織業水處理過程產生的污泥制成活性炭。制革污泥中殘留的毛皮等物質可作為碳源，經高溫熱解活化，可制得性能優良的活性炭，其對染料、PAHs的吸附性能良好[6]。造紙污泥含有大量纖維素等有機物，VaniaCalisto等[7]用造紙污泥制備活性炭，并將活性炭用于吸附水中西酞普蘭，取得了較好的效果。Kacan等[8]用紡織污水處理過程中的剩余污泥進行炭化活化，所得產物對RSB的吸附量為8.54mg/g。筆者認為今后應開展多種污泥混合制備活性炭的研究，也應探索不同來源污泥制備的活性炭的應用領域。

1.2熱解工藝

污泥成炭必須經過熱解，不同熱解工藝所得的活性炭，性能指標千差萬別。傳統的熱解主要是通過馬弗爐等進行一步熱解，產物吸附性能較差。因此，研究人員將熱解與活化過程分開，形成了兩步熱解工藝，即先碳化，碳化后樣品與活化劑混合共同熱解。主要原因是先碳化可去掉污泥中部分灰分，再活化時活化劑能充分與污泥中的碳接觸，對碳進行開孔。Kong等[9]用兩步活化法制備活性炭，即檸檬酸先活化，ZnCl2后活化，所得活性炭的空隙結構分布均勻，有利于甲苯等難降解有機物的吸附及被吸附物質在活性炭孔道內遷移。微波熱解法可在樣品內部同時產熱，且受熱均勻，加熱較快，故可縮短制備時間。微波熱解包括干燥、熱解、碳化三個階段，三個階段溫度依次升高[10]。袁春燕等[11]用微波熱解法制備污泥活性炭，在較低的功率下加熱8min，所得的活性炭碘值和比表面積均很理想，活性炭對BF-BR的吸附量達46mg/g。張襄楷等[12]研究表明，升高微波功率可縮短制備時間，當功率僅為400W時，制備時間可縮短至2min，且所得產物脫色率接近100%，遠高于商品活性炭(67.2%)。一般的熱解法均要求污泥含水率低，但污泥脫水會成本較高，為解決污泥高含水帶來的成本問題，部分人員將的水熱炭化思想應用于活性炭的制備過程。水熱法是在加熱過程中將污泥中的水分轉變為水蒸汽，通過水蒸氣進行活化的活性炭制備技術，該技術充分利用了污泥中的水，固定碳的效果較好，環保節能[13-14]。許多研究表明水熱法制備的活性炭微孔發達，故適用于粒徑較小的污染物的吸附，如水中的重金屬離子。Cakan等[15]通過水熱法將葡萄糖制成碳微球，碳微球對水中的Cd2+和Pb2+有較好的吸附能力；AATALO[16]將造紙污泥進行水熱炭化制備活性炭，炭產物對Pb2+的吸附試驗表明，到達吸附平衡所用時間短，且吸附量大。

1.3活化劑

無論何種熱解都是將未活化的污泥直接炭化，直接炭化所得產物的總孔容小和比表面積小，難以直接作吸附劑使用，因此，需要通過活性劑對炭化產物進行活化，提高其性能指標。常見活化劑包括下面三種。

1.3.1物理活化劑

物理活化劑在活化初期，活化氣體先與微晶周圍及微晶之間殘留的焦油反應，非組織碳逐漸被氧化，初步形成類似石墨的微晶表面;石墨微晶的活躍部位的碳進一步與活化劑反應，最終形成氣體逸出，微晶的這種反應不斷進行，使得原有孔隙擴大，并出現新的孔隙，從而形成活性炭的多孔結構，最終原料表面受到刻蝕并形成大量的孔隙結構而具有巨大的比表面積，高溫下將活化氣體通入熱解爐，污泥與活化劑發生氧化反應，反應產生的氣體從污泥內部逸出[17-18]。以上過程可理解為微晶的不斷氣化使活性炭孔徑生成、變大。在制備過程中，活化步驟的各項參數均對活性炭的性能指標有影響。RIO等[19]以高溫H2O（氣）為活化劑，炭產物對苯酚和銅的吸附量分別為50和80mg/g。

1.3.2化學活化劑

化學活化劑通常在制備前與污泥進行浸漬混合，熱解時，高溫作用下產生的水蒸氣等物質對活性炭進行開孔、擴孔，水蒸氣一部分來自于污泥所含的游離水，另一部分則來自于有機物脫出的水分。常用的化學活化劑主要包括KOH、H2SO4、CaCl2、KCr2O4、高錳酸鉀等具有腐蝕、氧化作用的化學藥品。LI等[20]以ZnCl2活化法制備活性炭，炭產物可作為良好的H2S去除劑。Gu等[21]以Fenton法活化制得的活性炭，其炭產物可較好的從水回收2-萘酚，回收量的最大值為111.9mg/g。

1.3.3復配活化劑

一般來說，復配活化劑是由兩種或以上的化學活化劑按一定的濃度、體積比混合而成的一類活化劑。李小川[22]將等摩爾質量的ZnCl2與KOH復配，復配后的活化劑活化效果更為明顯，其炭產物對品紅的吸附性能強于商品活性炭。此外，部分研究一般按先化學、后物理的活化順序，將兩種活化劑聯用。尹炳奎[23]用ZnCl2、CO和水蒸氣作為活化劑制備活性炭，在同等條件下，ZnCl2、水蒸氣聯合活化的活性炭對脫色率接近100%。筆者認為活化劑效果的好壞是相對的，應根據污泥性能、工藝設備以及活性炭的應用領域來選擇。目前，在活化劑選擇方面缺乏一致的看法，因此，活化劑及其活化機理有待深入研究。

1.4添加劑

影響活性炭性能的指標很多，研究人員通常在制備過程中添加各種物質來改善活性炭的性能，比較常見的有增碳的生物質和起催化作用的過渡金屬等。

1.4.1增碳劑

由于污泥的含碳量無法與石油焦等傳統活性炭原料相比，故在實際應用中常將污泥與增碳劑混合制備活性炭，以提高活性炭的吸附性能。陶虎春等[24]以甘蔗渣來提高污泥碳含量，制得碘、亞甲基藍和Pb2+吸附值分別是686.55、131.07、21.54mg/g的活性炭，添加甘蔗渣后，比表面積、碘值、亞甲基藍值、Pb2+吸附值分別提高約8倍、6倍、2倍和20倍。另外也有塑料作為增碳劑的研究，塑料與污泥在重疊熱解溫度區間內劇烈反應，改善了污泥活性炭孔隙結構，但其具體應用效果仍處于研究階段[25]。

1.4.2催化劑

由于污泥中的纖維素、烴類等在熱解時難以分解，故熱解前在污泥中可適當加入過渡金屬（鐵、錳、鋅等）或其氧化物、氯化物等，催化芳香烴、纖維素等物質的分解，以上物質的分解可在活性炭表面引入羧基等，從而增強活性炭對重金屬的絡合及對有機物的吸附能力[21]。LIU等[26]研究指出，軟錳礦的加入，可提高污泥活性炭的介孔含量，介孔量的增加提高了大分子物質的吸附量；另外，軟錳礦使污泥中大分子物質分解徹底，從而使活性炭的碳骨架增多[27]。

2污泥活性炭應用于污染治理

2.1水處理中的應用

污泥活性炭可廣泛用于滲濾液、皮革、制藥、高含重金屬或營養物質等廢水的處理。Yang等[28]以硫酸鐵為活化劑制得污泥活性炭，所得活性炭可高效的從生物污泥中回收四環素。尹炳奎[23]以制得的活性炭進行水處理試驗，結果表明，其對滲濾液的COD和色度有較好的去除效果；對印染廢水中GR和TOC去吸附率接近100％。關偉等[29]制得的活性炭對制藥廢水COD、TOC的最大去除率為分別為78.32%和63.08%。張珂等[30]研究表明，在強酸性時污泥活性炭對Cr(VI)吸附率接近100%。ROZADA等[31]用ZnCl2活化后的污泥活性炭吸附Hg(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)，吸附量分別為175.4、64.1、30.7、15.4mg/g。高永坤等[32]用造紙污泥制備的活性炭處理低濃度含磷廢水，磷去除率為97.81%。

2.2廢氣處理中的應用

污泥活性炭在廢氣處理中的應用主要集中于脫硫脫硝、吸附H2S等有毒有害氣體，也有關于室內氣體凈化的報道。Bandos等[33]以堿活化制得活性炭，其H2S吸附量可達30mg/g，且活性炭中引入的堿金屬元素可催化H2S的還原。李永民等[34]將MnO2和MgO負載到污泥活性炭上制得煙氣脫硫劑，該脫硫劑的脫硫率略高于商業活性炭。Wen等[35]制備的污泥活性炭具有豐富的多孔結構和表面官能團，其對甲醛的吸附能力優于商業活性炭。Canals等[36]制得的活性炭可較好地去除空氣中的NH3，NH3的吸附量達19.1mg/g。

2.3土壤修復中的應用

污泥活性炭修復被污染土壤的方式為：先吸附，后降解。在這個過程中，活性炭先吸附富集污染物，而后供聚集在活性炭上的微生物進行降解。活性炭為馴化后的微生物提供有利的生存條件，減輕微生物的競爭作用[37]和不利條件的傷害，以提高馴化后微生物的存活率和降解污染物的效率。李剛等[38]以市政污泥為原料制得污泥活性炭，將活性炭用于改良重金屬污染的土壤，改良后土壤重金屬含量達到了農用二級標準，該研究為污泥活性炭用于土壤修復提供范例。

3總結與展望

從環境治理、廢物利用角度來說，污泥活性炭基本達到了環境友好型活性炭的標準。目前所展開的工作主要是提升特定物質的吸附能力、活化劑的選擇及工藝參數的優化，未來需要努力的方向如下：解決化學活化劑帶來的高成本和二次污染問題，開發出新型的活化劑。更多地開展多種污染物同步吸附的研究，如多種重金屬離子、重金屬離子與難降解有機物等地吸附，并探究吸附機理。

作者：杜明明；盧聰；王鳳超；屈撐囤；李金玲 單位：西安石油大學陜西省油氣田環境污染控制與儲層保護重點實驗室