2026年 02期

Preparation of Sludge-based Activated Carbon from Water Purification Plants and Its Removal Efficiency for Geosmin in Water

摘要(Abstract):

针对净水厂污泥产量大、处理成本高、原水中嗅味物质严重影响饮用水品质等问题,以某净水厂污泥为原料、玉米秸秆为增塑剂原料制备污泥基活性炭,设计正交试验优化制备污泥基活性炭的工艺条件,对比考察污泥基活性炭、商业活性炭对水中嗅味物质土臭素的吸附去除特性及吸附机制。结果表明:与净水厂原污泥相比,所制备的污泥基活性炭的比表面积增大4.9倍至276.90 m2/g,其孔径结构、表面官能团等均有助于对土臭素的吸附;土臭素的初始浓度、活性炭投加量、温度、pH等因素对污泥基活性炭、商业活性炭吸附去除土臭素的影响作用规律相近,2种活性炭对土臭素的吸附动力学、热力学趋势相似,最大饱和吸附量均大于55 ng/g,表明所制备的污泥基活性炭具备与商业活性炭相近的吸附去除土臭素的能力。

关键词(KeyWords):净水厂污泥;污泥基活性炭;土臭素;吸附动力学;吸附热力学

基金项目(Foundation): 山东省自然科学基金项目(ZR2023ME143)

作者(Author):颜淑鑫,张守彬,吕宗玮,肖传晶,李泉荃

DOI:10.13349/j.cnki.jdxbn.20260105.002

参考文献(References):

[1] 李勇, 张晓健, 陈超. 我国饮用水中嗅味问题及其研究进展[J]. 环境科学, 2009, 30(2): 583.

[2] 陈诗琦, 刘成, 沈海军, 等. 水厂失效生物活性炭的更换策略探讨[J]. 中国给水排水, 2020, 36(17): 53.

[3] KEHOE M J, CHUN K P, BAULCH H M. Whosmells?:forecasting taste and odor in a drinking water reservoir[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 49(18): 10984.

[4] ANTONOPOULOU M, KONSTANTINOU I. TiO2 photocatalysis of 2-isopropyl-3-methoxypyrazinetasteand odor compound in aqueous phase: kinetics, degradation pathways and toxicity evaluation[J]. Catalysis Today, 2015, 240: 22.

[5] ELHADI S L N, HUCK P M, SLAWSON R M. Removal of geosmin and 2-methylisoborneol by biological filtration[J]. Water Science & Technology, 2004, 49(9): 273.

[6] 陈祎思. 典型氧化技术对饮用水中化学类嗅味物质的控制效果及机制研究[D]. 北京: 北京建筑大学, 2021: 5.

[7] 何应钦. 活性炭和膜过滤单元对常规污染物去除能力探究[J]. 山西化工, 2024, 44(9): 239.

[8] XU H Z, PEI H Y, JIN Y, et al. High-throughput sequencing reveals microbial communities in drinking water treatment sludge from six geographically distributed plants, including potentially toxic cyanobacteria and pathogens[J]. Science of the Total Environment, 2018, 634: 769.

[9] 韩小蒙, 马艳, 宋姗姗, 等. 水厂污泥制备除磷颗粒的盐酸改性参数优化及机理[J]. 净水技术, 2020, 39(5): 121.

[10] LI W H, YUE Q Y, GAO B Y, et al. Preparation and utilization of sludge-based activated carbon for the adsorption of dyes from aqueous solutions[J]. Chemical Engineering Journal,2011,171(1): 320.

[11] 陈垂汉, 孙建洋, 李莹, 等. 印染污泥制备活性炭对亚甲基蓝的吸附[J]. 环境工程学报, 2018, 12(7): 1872.

[12] 童裳慧, 宋恒, 马军. 污泥制备活性炭及其对硝基苯酚的吸附研究[J]. 给水排水, 2022, 58(11): 35.

[13] AL-QODAH Z, SHAWABKAH R. Production and characterization of granular activated carbon from activated sludge[J]. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2009, 26(1): 127.

[14] 李一兵, 方华, 韩正双, 等. 活性炭指标对吸附去除2-MIB和土臭素效能的影响[J]. 工业水处理, 2021, 41(10): 91.

[15] 赵海英, 刘致远, 袁梦仙, 等. 纳米银对玉米幼苗傅里叶红外光谱特性的影响[J]. 生态环境学报, 2023, 32(7): 1285.

[16] 陈浩. 污泥基活性炭的制备及其对浓缩液吸附作用研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2020: 29.

[17] 仇付国, 王肖倩, 童诗雨, 等. 给水厂污泥改性活性炭对硝酸根的吸附性能[J]. 应用化工, 2022, 51(2): 354.

[18] 谢永智. 净水厂污泥基活性炭对镍离子和四环素的吸附性能研究[D]. 济南: 山东建筑大学, 2018: 28.

[19] 赵亮, 周宏方, 尹艳山, 等. 活性炭吸附CO2 的研究进展[J]. 炭素技术, 2019, 38(5): 17.

[20] 李璐, 周克梅, 周卫东, 等. 废弃水厂用煤质颗粒活性炭吸附苯甲酸钠性能研究[J]. 应用化工, 2024, 53(4): 790.

[21] AHMAD M A, RAHMAN N K. Equilibrium, kinetics and thermodynamic of Remazol Brilliant Orange 3R dye adsorption on coffee husk-based activated carbon[J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 170(1): 154.

[22] BALCI S. Nature of ammonium ion adsorption by sepiolite: analysis of equilibrium data with several isotherms[J]. Water Research, 2004, 38(5): 1129.

[23] 王忠影, 陈树梁, 李鑫容, 等. 季钅粦化微球一步法制备及其对Au(S2O3)32- 的吸附[J]. 离子交换与吸附, 2024, 40(3): 246.

[24] 马雨婷, 孔宇, 管凛, 等. 改性牡蛎壳对磷吸附性能的研究[J]. 应用化工, 2024, 53(7): 1519.

[25] 童裳慧, 宋恒, 马军. 污泥活性炭制备及应用[J]. 给水排水, 2022, 58(增刊2): 146.

[26] FRANCISKI M A, PERES E C, GODINHO M, et al. Development of CO2 activated biochar from solid wastes of a beer industry and its application for methylene blue adsorption [J]. Waste Management, 2018, 78: 630.