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为实现污泥的资源化利用,本文以城市生活污水处理厂剩余污泥制备的活性炭为主要活性组分,采用混捏法和浸渍法研制污泥基脱硫剂,在中低温下进行二氧化硫脱除研究。
在活化剂氯化锌3mol/L、活化温度450℃、活化时间30min的条件下采用化学活化法将污泥制备成活性炭,其BET比表面积为300.90m2/g。测定了污泥活性炭的物理和化学特性,结果表明污泥活化后碳含量增加,吸附性能良好。以此活性炭为活性组分,采用配方设计方法确定混捏法制备脱硫剂的配比,得出最佳配方为A04:污泥活性炭43.6%,电炉灰28.2%,不锈钢除尘灰28.2%。在配方设计结果中,A04脱硫前的BET值为13.44m2/g,脱硫后穿透硫容量为13.2mg/g。A04的孔径分布结果表明其中以中孔和大孔为主。XRD分析结果表明A04脱硫后有CaSO4·0.15H2O等物质生成。采用不同金属硝酸盐浸渍污泥基活性炭的研究表明,硝酸镍浸渍所得脱硫剂B-Ni具有最佳脱硫性能,穿透硫容为86.4mg/g。B-Ni的BET值257.91m2/g,SEM图说明脱硫剂B-Ni脱硫后发生了较大的形貌变化,孔径分布测试结果显示B-Ni中以中孔和微孔为主,XRD和能谱分析表明B-Ni脱硫后有硫酸盐生成。
研究了空速、脱硫温度、入口二氧化硫浓度、脱硫剂粒径、水蒸汽等因素对脱硫剂A04和B-Ni的穿透硫容的影响。得到脱硫剂A04的最佳脱硫条件为空速2000h-1,二氧化硫入口浓度4286mg/m3,反应温度150℃,吸附剂粒径0.212mm,添加水蒸汽,测得穿透硫容为15.6mg/g,饱和硫容量为19.8mg/g。脱硫剂B-Ni的最佳脱硫条件为空速2000h-1,二氧化硫入口浓度2857 mg/m3,反应温度120℃,吸附剂粒径0.25mm,添加水蒸汽,测得穿透硫容为98.8mg/g,饱和硫容量为125.6mg/g。并在相同条件下对比了脱硫剂A04、B-Ni和污泥活性炭的穿透硫容,B-Ni>A04>污泥活性炭。
测定了污泥活性炭、脱硫剂A04和B-Ni的吸附等温线,均属于第Ⅱ类吸附等温线,在吸附剂表面发生多分子层吸附。脱硫剂A04和B-Ni在吸附过程中均发生了多个化学反应。脱硫剂A04和B-Ni中存在的大量金属氧化物是二氧化硫吸附的活性中心之一,对二氧化硫还起到了催化剂作用。