CN102134072A - 一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺；以化工行业污水处理产生的有毒剩余污泥为原料，投加絮凝剂并搅拌，静置，过滤；依次加入增碳物料与活化剂，经活化、干燥处理后，在惰性气体保护下热解。最后经冷却、洗涤、干燥，制得污泥活性炭。本发明以农药化工污水处理产生的大量剩余污泥为原料制备活性炭，达到了“变废为宝”、“以废治废”目的，所制备的活性炭其重金属的浓度低于国标GB5085.3-2007(危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别)中规定的浸出液最高允许浓度；同时，在高温热解条件下，污泥中的有机物可得到完全矿化。本发明具有显著的环境效益和社会效益。

Description

一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺

技术领域

本发明涉及一种工业固体废弃物的资源化处置，一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺。

背景技术

农药化工行业的污泥不仅体积庞大，且有机毒物含量高，颗粒细，呈絮状胶体结构，具有高亲水性。我国现有大小化工园区1000余个，拥有大小化工企业10万余家。这些化工企业每天产生数万吨的剩余污泥，经常规脱水处理后，污泥的含水率一般在80％左右，且含有各种有机毒物。按照我国最新颁布的《国家危险废物名录》规定，农药化工行业废水处理过程中产生的剩余污泥为危险固体废弃物，须送有资质的危险废物处置中心集中处理，其处置费用约2000元/吨。

我国化工污泥焚烧处理费用高，许多化工企业转而采用填埋或堆肥处理剩余污泥，由于污泥中含有大量有机毒物，填埋或堆肥易产生严重的二次污染，危害生态环境，且堆肥占用了大量的农田。研发针对毒性污泥的经济、高效处理技术，使之不会造成二次污染，成为迫切任务。

剩余活性污泥中的主要物质仍是这些微生物及其死亡后的残留物，即剩余活性污泥中大部分物质是有机物，其含量在60％～70％。剩余活性污泥经高温碳化和活化可转化为污泥质的活性炭。由于活性污泥中含有较高的碳成分，以污泥作为原料进行炭化材料的制备，是污泥资源化利用的一种方法。目前常用的工艺是，先对污泥进行干化处理，然后再以干化污泥为原料，进行活化和炭化处理。这些工艺的缺点是工艺路线较长。相对于城市污泥而言，农药化工污泥属于危险废物，其处置费用约2000约/吨，本工艺的处置费用在400元/吨，且资源化后的产品可出售。

污泥本质上是含碳的有机物，可以作为制造活性炭吸附剂的原材料，将污泥作为活性炭的生产原料，让污泥由低价值废物转变成为高使用价值的活性炭，这不但从根本上解决了污泥处理难的问题，而且还更好地保护环境、节约能源。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺，实现污泥资源化利用。

本发明的技术方案为：一种利用化工行业剩余污泥制备活性炭的工艺，其具体步骤如下：

(1)、向质量含水率为95～99.9％的化工剩余污泥中，投加絮凝剂并搅拌，静置，过滤；

(2)、取过滤后的污泥，依次添加增碳物料、固体活化剂，搅拌均匀后，在75～90℃的温度下，浸渍活化5～10h；

(3)、干燥、研磨；

(4)、将干燥后的污泥以惰性气体作为保护气，在600～900℃热解0.5～2h；

(5)、将热解后的污泥最后经冷却、洗涤、干燥，制得污泥活性炭。

优选上述的絮凝剂为分子量在1000～1400万道尔顿之间的阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)。

优选上述的絮凝剂质量浓度为1‰～3‰；每公斤污泥中絮凝剂的投加量为1～10mL；加入絮凝剂后的搅拌速率为20～40r/min，搅拌时间为0.5～1min。

优选上述的所述的增碳物料至少为褐煤、废木屑或秸秆中的一种，其中秸秆优选为水稻秸秆或小麦秸秆；每公斤过滤后的污泥中，增碳物料的添加量为0.5～15g。优选固体活化剂至少为氯化锌、氢氧化钾或硫化钾中的一种；每公斤过滤后的污泥中，固体活化剂的添加量为10～150g。

上述步骤(3)中的干燥温度均为105～120℃的温度下，干燥时间均为4～24h。步骤(3)中研磨后污泥的平均粒径为0.15～1mm。步骤(5)按常规方法干燥。

加入增碳物料和固体活化剂后的搅拌速率为60～100r/min，搅拌时间为1～5min。

优选上述的惰性气体为氮气、氦气或氩气；惰性气体的吹扫速率为100～200mL/min。

优选上述的热解过程的升温速率为10～20℃/min。

所述的洗涤为先用0.8～1.5mol/L盐酸溶液洗涤，干燥；再用质量分数为20～40％氢氟酸洗涤，干燥；再水洗，干燥后，制得活性炭。

本发明方法的流程图如图1所示，包括如下方法步骤：①、将含水率为：95～99.9％的剩余污泥，加入絮凝剂，搅拌，过滤。②、依次加入增碳物料、活化剂，搅拌、浸渍活化。③、干燥，粉碎。④、热解碳化，惰性气体为保护气，热解碳化；⑤、冷却、洗涤、干燥，制得污泥活性炭。

有益效果：

与传统污泥处置及活性炭制备方法相比，具有如下优点：

1、以化工脱水污泥为原料制备活性炭，突破了传统的以煤、木材和以生活污水的剩余污泥制备活性炭的工艺，同时也开辟了固体废弃物处理的新途径。

2、以化工脱水污泥为原料制备活性炭，为污泥的处理处置找到出路，同时为活性炭生产找到了廉价可得、来源广泛的原料，可以缓解我国木材、能源短缺的矛盾。

3、本工艺在污泥含水率为95～99.9％时，先采用絮凝沉淀、过滤，直接向过滤后污泥中加入固体活化剂，从而减少了一步干燥。

4、用污泥制备活性炭达到了“变废为宝”、“以废治废”目的，具有良好的环境和社会效益。污泥中的含碳有机物在热的作用下发生分解，非碳元素以挥发分的形式逸出，污泥中的有机物可得到完全矿化，活性炭的重金属浸出浓度远低于国标GB 5085.3-2007(危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别)中规定的浸出液最高允许浓度。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，取1kg质量含水率为98.3％的南通某农药厂剩余污泥，向其中投加质量浓度为3‰的CPAM 5mL，20r/min搅拌60s后，静置分层，过滤，向过滤后的污泥中加入17g固体氯化锌；向其中添加2g废木屑，120r/min搅拌1min后，于90℃浸渍活化4h，再经105℃干燥24h后，将其研磨至平均粒径0.71mm。在600℃(升温速率为15℃/min)，氮气的吹扫速率为150mL/min保护下，将研磨后的物料热解0.5h。冷却，用1mol/L盐酸洗涤，干燥，再用质量分数为40％氢氟酸洗涤，干燥；再经水洗，干燥制得活性炭。测得比表面积为：437m²/g。

实施例2：

如图1所示，取1kg质量含水率为95.7％的徐州某农药厂剩余污泥，向其中投加质量浓度为1‰的CPAM 10mL，30r/min搅拌1min后，静置分层，过滤，向过滤后的污泥中加人50g固体氢氧化钾和50g固体氯化锌；向其中添加2g褐煤和3g水稻秸秆，经100r/min搅拌5min后，于85℃浸渍活化6h，再经110℃干燥8h后，研磨至平均粒径0.50mm。于750℃(升温速率为10℃/min)，氦气的吹扫速率为100mL/min保护下，将研磨后的物料热解1.5h。冷却，用1.2mol/L盐酸洗涤，干燥，再用质量分数为36％氢氟酸洗涤，干燥；再经水洗，干燥制得活性炭。测得比表面积为：462m²/g。

实施例3：

如图1所示，取1kg质量含水率为97.9％的南京某农药厂污水处理厂剩余污泥，向其中投加质量浓度为2‰的CPAM 8mL，40r/min搅拌50s后，过滤去除水分，加人120g固体硫化钾；向其中添加2g废木屑和2g小麦秸秆，经60r/min搅拌2min后，于75℃浸渍活化8h，再经115℃干燥6h后，研磨至平均粒径0.15mm。在850℃(升温速率为20℃/min)，氩气的吹扫速率为180mL/min保护下，将研磨后的物料热解1h。冷却，用1mol/L盐酸洗涤，干燥，再用质量分数为20％氢氟酸洗涤，干燥；再经水洗，干燥制得活性炭。测得比表面积为：479m²/g。

表1活性炭浸出毒性鉴别试验中浸出液中重金属含量分析[按国标GB 5085.3-2007(危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别)]

Claims (9)

1.一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺，其具体步骤如下：

(1)、向质量含水率为95～99.9％的化工剩余污泥中，投加絮凝剂并搅拌，静置，过滤；

(2)、取过滤后的污泥，依次添加增碳物料、固体活化剂，搅拌均匀后，在75～90℃的温度下，浸渍活化5～10h；

(3)、干燥、研磨；

(4)、将干燥后的污泥以惰性气体作为保护气，在600～900℃热解0.5～2h；

(5)、将热解后的污泥经冷却、洗涤、干燥，制得污泥活性炭。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的絮凝剂为分子量在1000～1400万道尔顿之间的阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)。

3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于絮凝剂的质量浓度为1‰～3‰；每公斤污泥中絮凝剂的投加量为1～10mL；加入絮凝剂后的搅拌速率为20～40r/min，搅拌时间为0.5～1min。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的增碳物料至少为褐煤、废木屑或秸秆(水稻秸秆、小麦秸秆)中的一种；每公斤过滤后的污泥中，增碳物料添加量为0.5～15g；所述的固体活化剂至少为氯化锌、氢氧化钾或硫化钾中的一种；以每公斤过滤后的污泥计，活化剂的添加量为10～150g。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于加入活化剂后的搅拌速率为60～120r/min；搅拌时间为1～5min。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤(3)中的干燥温度均为105～120℃，干燥时间均为4～24h；研磨后污泥的平均粒径为0.15～1mm。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的惰性气体为氮气、氦气或氩气；惰性气体的吹扫速率为100～200mL/min。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的热解过程的升温速率为10～20℃/min。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的洗涤为先用0.8～1.5mol/L盐酸溶液洗涤，干燥；再用质量分数为20～40％氢氟酸洗涤，干燥；再水洗，干燥后，制得活性炭。