CN101721973B - 一种污泥基脱硫剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥基脱硫剂及其制备方法。本发明以污泥活性炭与电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰和锰矿的混合物为活性组分，以膨润土或酸性白土的一种或几种的混合物为粘结剂，以碳酸铵、羧甲基纤维素或田青粉中的一种或几种的混合物为扩孔剂，并通过将活性组分、粘结剂和扩孔剂混合后，泥捏、挤压成型、风干、烘干、焙烧，得到污泥基脱硫剂。本发明具有吸附二氧化硫容量高、制备简单和成本低的特点，污泥基脱硫剂适用于中低温二氧化硫气体的脱除。同时为污泥资源化及工业废物再利用提供了另一途径。

Description

一种污泥基脱硫剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以剩余污泥为原材料的去除二氧化硫气体的脱硫剂及其制备方法，适用于中低温下二氧化硫的去除。

背景技术

随着人口的增加和工业化的发展，大量污染物进入大气环境，改变气候，破环生态，威胁人类生活和生产安全。我国能源消费以煤为主，二氧化硫排放总量已达每年2000多万吨(燃煤电厂排放SO₂占总排放量的51％)，我国二氧化硫的排放控制亟待解决。

目前，二氧化硫的去除方法根据燃煤阶段、脱硫工艺、脱硫产品利用情况以及脱硫剂的使用状况的不同，而有所不同。关于燃煤锅炉和化工等行业中产生的二氧化硫废气的净化，国内外已作了许多研究工作，并开发了多项应用技术，具体可分为干法和湿法两大类。湿法的缺点是设备腐蚀严重、投资运行维护费用高和易造成二次污染等问题。干法是指脱硫过程和脱硫产物处理均在干态下进行的脱硫工艺，优点是无污水产生、脱硫产物处理容易、设备工艺简单、设备腐蚀小、投资低等。干法脱硫最常用的是采用脱硫剂对炉后烟气进行吸附处理。

工业上常用的脱硫吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛、硅藻土、活性氧化铝以及合成沸石、天然沸石等，均存在着成本高、硫容低、机械强度不够等问题。

目前，污泥基吸附剂的应用多用于污水处理，少见于气体的吸附，南京理工大学的用污泥制备活性炭去除H₂S和NO_x，极少见有适用于去除二氧化硫气体的污泥基脱硫剂的相关研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于去除中低温二氧化硫的以剩余污泥为原材料的脱硫剂及其制备方法。

本发明所提供的一种污泥基脱硫剂由活性组分、粘结剂和扩孔剂组成；脱硫剂中活性组分所占的质量百分含量为60-80％，粘结剂所占的质量百分含量为2-20％，扩孔剂所占的质量百分含量为10-20％；所述的活性组分的组成及其质量百分含量为：污泥活性炭3-88％、电炉灰1-55％、镁质灰1-50％、粉煤灰1-45％、铜烟灰1-45％和锰矿3-30％。所述的污泥活性炭由污泥颗粒与活化剂按质量比为1∶2-1∶3.5制备的，所述活化剂为氯化锌、磷酸或氢氧化钾中的一种，所述污泥优选为生活污水的脱水污泥；所述的粘结剂为膨润土或酸性白土的一种或两种的混合物；所述的扩孔剂为碳酸铵、羧甲基纤维素或田青粉中的一种或几种的混合物。

本发明所提供的一种污泥基脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒；

2)将污泥颗粒与活化剂按质量比为1∶2-1∶3.5混合后，于70-80℃加热搅拌1-2h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒；

3)将活化污泥颗粒以15-20℃/min的升温速率升温至450-650℃保温30-90min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和70-80℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

4)将污泥活性炭与电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰和锰矿混合，得到活性组分，活性组分中污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰和锰矿所占的质量百分含量分别为：3-88％、1-55％、1-50％、1-45％、1-45％和3-30％；再将活性组分与粘结剂和扩孔剂分别按质量百分比为60-80％、2-20％和10-20％混合均匀后，研磨至80目以下，加入去离子水混捏，挤压成型，自然风干、烘干，再于300-400℃下焙烧3-5h，得到污泥基脱硫剂；

步骤2)中所述的活化剂为氯化锌、磷酸或氢氧化钾中的一种；步骤4)中所述的粘结剂为膨润土或酸性白土的一种或两种的混合物；步骤4)中所述的扩孔剂为碳酸铵、羧甲基纤维素或田青粉中的一种或几种的混合物。

本发明的制备方法中，挤压形状和大小可根据需要而定，既可是小球状，也可是柱状。

本发明的优点在于回收利用了污水处理厂的剩余污泥，将剩余污泥经活化生成了活性炭，使废弃污泥得到资源化，大大解决了剩余污泥的出路问题，并利用电炉灰、粉煤灰、铜烟灰等工业废物作为原材料，避免使用昂贵的纯活性组分物质，另外添加的粘结剂和扩孔剂不仅提高了吸附剂的稳定性而且同时使活性组分能够发挥最大功效。因此，本吸附剂具有净化度好、吸附二氧化硫容量高、制备简单和成本低的特点。本脱硫剂可广泛应用于中低温下二氧化硫的脱除。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

下述实施例中所使用的污泥为污水处理厂二沉池的剩余污泥。

实施例1

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂氯化锌按质量比为1∶2混合后，于70℃加热搅拌1h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以15℃/min的升温速率升温至450℃保温90min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和70℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比88％、3％、1％、1％、1％、6％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂膨润土、酸性白土和扩孔剂碳酸铵分别按质量百分比为60％、15％、5％和20％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在300℃温度下焙烧3h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度1705-2257mg/m³，反应空速3000h^-1、反应温度200℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为28.91％。

实施例2

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂氢氧化钾按质量比为1∶2.5混合后，于80℃加热搅拌1.5h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以15℃/min的升温速率升温至500℃保温60min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和70℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比8％、55％、8％、17％、4％、8％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂膨润土和扩孔剂羧甲基纤维素分别按质量百分比为80％、2％和18％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在350℃温度下焙烧5h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度1955-2144mg/m³，反应空速2500h^-1、反应温度250℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为31.04％。

实施例3

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂氯化锌按质量比为1∶3混合后，于80℃加热搅拌2h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以20℃/min的升温速率升温至600℃保温60min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和80℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比3％、11％、50％、6％、15％、15％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂酸性白土和扩孔剂碳酸铵、羧甲基纤维素分别按质量百分比为65％、20％和10％、5％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在400℃温度下焙烧3.5h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度2055-2444mg/m³，反应空速2000h-1、反应温度300℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为24.47％。

实施例4

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂磷酸按质量比为1∶3.5混合后，于70℃加热搅拌2h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以15℃/min的升温速率升温至650℃保温30min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和80℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比18％、4％、10％、45％、20％、3％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂膨润土、酸性白土和扩孔剂碳酸铵、田青粉分别按质量百分比为70％、10％、10％和5％、10％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在300℃温度下焙烧4h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度1938-2410mg/m³，反应空速3500h^-1、反应温度200℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为11.76％。

实施例5

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂磷酸按质量比为1∶2.5混合后，于75℃加热搅拌1h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以20℃/min的升温速率升温至550℃保温60min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和75℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比6％、1％、26％、13％、45％、9％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂膨润土和扩孔剂羧甲基纤维素、田青粉分别按质量百分比为65％、15％和10％、10％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在400℃温度下焙烧3h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度1955-2444mg/m³，反应空速3500h^-1、反应温度150℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为7.82％。

实施例6

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒，将污泥颗粒与活化剂氢氧化钾按质量比为1∶2混合后，于75℃加热搅拌1.5h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒，将活化污泥颗粒以15℃/min的升温速率升温至500℃保温90min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和70℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

2)将污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰、锰矿分别按质量百分比13％、12％、10％、10％、25％、30％混合，得到活性组分，再将活性组分与粘结剂膨润土、酸性白土和扩孔剂羧田青粉分别按质量百分比为75％、10％、5％和10％混合均匀，研磨至80目以下后，加入去离子水泥捏，挤条成型，自然风干，烘干，在350℃温度下焙烧4.5h而成。

二氧化硫脱除反应条件为：二氧化硫浓度1705-2144mg/m³，反应空速3000h^-1、反应温度250℃，当出口气体的二氧化硫浓度达到200mg/m³时，该脱硫剂的吸附容量为16.39％。

Claims (3)

1.一种污泥基脱硫剂，其特征在于，所述的脱硫剂由活性组分、粘结剂和扩孔剂组成，脱硫剂中活性组分所占的质量百分含量为60-80％，粘结剂所占的质量百分含量为2-20％，扩孔剂所占的质量百分含量为10-20％；所述的活性组分的组成及其质量百分含量为：污泥活性炭3-88％、电炉灰1-55％、镁质灰1-50％、粉煤灰1-45％、铜烟灰1-45％和锰矿3-30％；所述的污泥活性炭由污泥颗粒与活化剂按质量比为1∶2-1∶3.5制备，其中活化剂为氯化锌、磷酸或氢氧化钾中的一种；所述的粘结剂为膨润土或酸性白土的一种或两种的混合物；所述的扩孔剂为碳酸铵、羧甲基纤维素或田青粉中的一种或几种的混合物。

2.按照权利要求1的脱硫剂，其特征在于，所述污泥优选为生活污水的脱水污泥。

3.根据权利要求1所述的一种污泥基脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将污泥干燥、研磨、过筛，保留粒径范围为1-2.5mm的污泥颗粒；

2)将污泥颗粒与活化剂按质量比为1∶2-1∶3.5混合后，于70-80℃加热搅拌1-2h，而后干燥至恒重，得到活化污泥颗粒；

3)将活化污泥颗粒以15-20℃/min的升温速率升温至450-650℃保温30-90min后，在氮气中冷却，而后依次用盐酸和70-80℃的蒸馏水洗涤，烘干，得到污泥活性炭；

4)将污泥活性炭与电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰和锰矿混合，得到活性组分，活性组分中污泥活性炭、电炉灰、镁质灰、粉煤灰、铜烟灰和锰矿所占的质量百分含量分别为：3-88％、1-55％、1-50％、1-45％、1-45％和3-30％；再将活性组分与粘结剂和扩孔剂分别按质量百分比为60-80％、2-20％和10-20％混合均匀后，研磨至80目以下，加入去离子水混捏，挤压成型，自然风干、烘干，再于300-400℃下焙烧3-5h，得到污泥基脱硫剂；

步骤2)中所述的活化剂为氯化锌、磷酸或氢氧化钾中的一种；步骤4)中所述的粘结剂为膨润土或酸性白土的一种或两种的混合物；步骤4)中所述的扩孔剂为碳酸铵、羧甲基纤维素或田青粉中的一种或几种的混合物。