污泥脱臭剂制备及构效关系研究

针对目前工业和城市污水处理厂污泥和恶臭污染日益严重的问题，本课题拟采用剩余污泥制备脱臭剂，并对含硫、含氮等恶臭气体进行去除研究。.采用物理和化学活化方法制备污泥脱臭剂，优化制备条件，并通过填加金属氧化物、聚合物以及相应的辅料改变脱臭剂的结构和强度等性能，寻求效能良好、适用性强的污泥脱臭剂，以脱除多种单一或混合恶臭气体；探讨污泥脱臭剂的构效关系和脱臭机制，研究污泥脱臭剂的再生方式，以确定其使用寿命；基于实际脱臭反应过程，建立动力学仿真模型，为今后新型脱臭剂的开发研究提供技术参数和理论依据。运用生命周期评价方法考察污泥脱臭剂对环境的安全性，并探讨相应的改进措施。.该项目的研究使污水处理过程产生的污泥和臭气同时得到处理，以废治废并使其资源化，达到环境效益、经济效益和社会效益的完美统一和最大化。

近年来，全国各地兴建了大量的污水处理厂，带来了剩余污泥和恶臭污染问题。本研究探讨用剩余污泥制备污泥活性炭吸附剂进行恶臭气体的脱除研究。. 首先收集了哈尔滨和大庆等不同城市污水处理厂的剩余污泥，并对其进行了理化性质分析，发现污泥中含有多种金属元素，含碳量达到50%，且热值较大，约10 kJ.kg-1，能满足制备多孔的吸附剂的要求；随后以剩余污泥为原料，选用ZnCl2、KOH、H2SO4和H3PO4等活化剂，采用热解炭化法制备出系列污泥活性炭吸附剂，并对其吸附和除臭性能进行了研究。研究结果发现，制备出的污泥活性炭吸附剂均有较好的吸附性能，其碘值最大可达400mg/g以上，以ZnCl2和KOH为活化剂的污泥吸附剂脱除H2S性能较好，穿透时间接近60min，其除臭活性优于以H2SO4和H3PO4为活化剂的污泥活性炭吸附剂；采用比表面积和孔结构、SEM和XPS等仪器进行污泥活性炭吸附剂结构与脱臭效能之间的相关性分析，发现所制备的污泥活性炭吸附剂属于活性炭类吸附材料，材料表面粗糙不平，孔结构丰富，对污染物的去除具有物理吸附、化学吸附特性，材料中含有的多种金属元素一定程度上还兼具催化作用。结合对硫化氢和氨等臭气的去除效果测试，可知污泥活性炭吸附剂平均孔径的大小及数量是影响除臭活性的主要因素，此外材料表面含氧官能团的存在也有利于恶臭气体的吸附。为进一步提高污泥活性炭吸附剂的脱臭性能，还进行了锌、铜和铈等氧化物的掺杂和负载研究，结果显示，掺杂和负载金属氧化物后，污泥活性炭吸附剂的除臭性能明显提高；此外还进行了污泥活性炭吸附剂脱臭装置的优化仿真研究，为以后从事该研究提供了方法。. 为了探讨污泥活性炭吸附剂工业化应用的可行性，并避免对人体健康的危害，对污泥活性炭吸附剂的制备过程进行了安全风险评估和损益分析。研究表明，采用剩余污泥制备污泥活性炭吸附剂的脱臭过程存在水气污染问题，因此必须对制备装置进行合理的设计；经济损益分析表明用剩余污泥制备臭气吸附材料，产率不高、能量消耗较大，其吸附性能要低于商品活性炭。所以该类技术如推广应用，需要靠国家环保项目的补贴政策，且要严格控制二次污染问题。这样才能使这项技术即处理了剩余污泥，又处理了恶臭，达到以废治废、并使废物资源化的目的。