CN104084128A - 用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭及其制备方法，先将餐厨垃圾废渣研磨至粒径为0.1mm，再与污水污泥混合(按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:1～1:5)，离心分离，再将分离后的固体部分干化，将其放入微波炉中采用氮气气氛于200～600℃进行炭化，再将炭化料于200～600℃活化，制得利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭。本发明首次利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，合理利用微波技术，节约了制备活性炭所需能源，既提高了污泥活性炭去除废水中多种重金属的能力，又解决了餐厨垃圾废渣制备活性炭的机械强度较低的问题。

Description

用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭
技术领域
本发明是关于废水与餐厨垃圾处理的，尤其涉及以餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭的方法。
背景技术
餐厨垃圾指的是餐饮服务、食品加工、单位供餐活动中产生的食品残余和加工废料。随着我国城镇化进程加快，人口集中度增加，尤其是大城市，集中消费，使得餐厨垃圾数量增加较快，餐厨垃圾由于有机质含量高、含水率高，在收集和运输的过程中易于发酵、腐烂、变质，产生大量毒素，散发恶臭气体，污染水体和大气环境。从而导致餐厨垃圾的处理成为新的社会难题。
目前，欧美、日等发达国家在餐厨垃圾资源化循环再利用方面发展迅速，已经开发出多种餐厨垃圾处理机，将餐厨垃圾制成有机肥等。国内也已经采取措施对餐厨垃圾进行处理，其处理技术可根据最终出路分为：物理破碎、焚烧、堆肥、能源化等方式。通常首先是对餐厨垃圾进行固液分离，将液体部分经生化处理达标排放或资源化，但是固体残渣即餐厨垃圾废渣的有效利用是迫切需要解决的问题。
近年，国内外学者已进行了以厌氧消化为主的处理工艺的研究，通过餐厨垃圾的厌氧发酵，利用厌氧微生物在酸性介质中代谢有机物，通过三大类菌群的相互协调作用，来实现对餐厨垃圾的有效降解，最终使得复杂的有机物降解为氢气、甲烷及乙酸等。用餐厨垃圾厌氧消化产气不但成本低廉，还可实现餐厨垃圾处理的无害化、减量化、资源化，被认为是最有发展前景的处理技术之一。而另一发展方向是国内外学者提出了将餐厨垃圾、污泥、粪便进行协同处理的构想，以改变目前“资源-产品-污染排放”单向流动的线性经济，最终达到餐厨垃圾、污泥、粪便无害化、减量化、资源化，实现循环经济。可是目前这方面的研究很少。
国内外一些学者已致力于用污水污泥制备污泥活性炭的研究，并开展了污水污泥活性炭用于废水处理方面的研究。但是由于污水污泥的有机质含量相对较低，使得所制备的污泥活性炭吸附性能不是很理想，其吸附性能还有待提高。
本发明人曾于2013年的题为“用于废水处理的餐饮垃圾废渣活性炭及其制备方法”(CN103332690A)的专利申请中公开了一种采用餐厨垃圾废渣制备吸附材料的方法。研究发现，由餐厨垃圾废渣制备吸附材料，因废渣的有机质含量较高，制备过程中会产生挥发性气体，使得餐厨垃圾废渣所制得的吸附材料结构疏松，对重金属的吸附效率高，但机械强度较差；而污泥活性炭虽然对重金属吸附性能不理想，但是机械强度较高，明显优于由餐厨垃圾废渣制备的吸附材料。
发明内容
本发明的目的，是针对餐厨垃圾与污泥的协同处理及其废渣制备吸附材料、污泥活性炭的状况，首次将餐厨垃圾废渣掺杂到污水污泥中，采用微波法制备利用餐厨垃圾废渣改性的污泥活性炭，以提高污泥活性炭的吸附性能和机械强度，实现对废水中多种重金属的去除。
本发明通过下述技术方案予以实现。
一种用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，原料组分为餐饮垃圾废渣和污水污泥，其干重质量比为1:1～1:5；
该用于废水处理的利用餐饮垃圾废渣改性的污泥活性炭的制备方法，具有如下步骤：
①预处理
将新鲜的餐厨垃圾废渣研磨到粒径为0.1mm，再与取自污水处理厂的污水污泥，按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:1～1:5混合，离心分离，再将分离后的固体部分进行脱水处理，使其含水率≤40wt％；
②炭化
将步骤①预处理即干化后的餐饮垃圾废渣和污泥的混合固体放入微波炉中于200～600℃炭化，采用氮气气氛，氮气流量为10～100L/h,炭化5～15min，制得炭化料；
③活化
再将步骤②制得的炭化料置于活化炉中于200～600℃活化，采用流量为10～100L/h的水蒸汽,活化0.5～1.5h，制得用于废水处理的利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭。
所述步骤①的餐厨垃圾废渣和污水污泥的质量比为1:3。
所述步骤②的炭化温度400℃，氮气流量为40L/h,炭化时间10min。
所述步骤③的活化温度400℃，水蒸汽流量为50L/h,活化时间1h。
本发明的有益效果是，首次利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，合理利用微波技术，节约了制备活性炭所需能源，既提高污泥活性炭去除废水中多种重金属的能力，又解决了餐厨垃圾废渣制备活性炭的机械强度较低的问题。
附图说明
图1是本发明实施例2利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭的扫描电镜形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的原料为餐饮垃圾废渣和污水污泥。
实施例1
①预处理
将新鲜的餐厨垃圾废渣研磨到粒径为0.1mm，再与取自污水处理厂的污水污泥，按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:1混合，离心分离，再将分离的固体部分进行脱水处理，使其含水率为40wt％；
②炭化
将步骤①预处理即干化后的餐饮垃圾废渣和污泥的混合固体放入微波炉中进行炭化，炭化温度为200℃，采用氮气气氛，氮气流量为100L/h,炭化15min，制得炭化料；
③活化
再将步骤②制得的炭化料置于活化炉中活化，活化温度为200℃，采用流量为100L/h的水蒸汽,活化1.5h，制得利用餐饮垃圾废渣改性的污泥活性炭。
实施例1的废水中重金属去除效果和机械强度的检测的步骤如下：
①对制得的利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭进行预处理
将利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭经研磨后通过200目筛，放入烘箱于105℃烘干2h，冷却备用。
②配制模拟废水
分别制备Cu2+、Pb2+、Zn2+及Cd2+模拟废水，使其初始浓度分别为10mg/L、15mg/L、15mg/L及10mg/L。
③测定机械强度
用机械破碎机检测餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭的机械强度，测得其机械强度为8.6MPa。
④去除废水中重金属的处理
室温下，将模拟废水加入到三角瓶中，再加入0.5g的利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭，调节pH值为6.5，振荡，过滤，取滤液进行重金属浓度的测定。
用原子吸收光谱仪测定滤液中重金属离子浓度和去除率的计算方法如下：
其中α0—处理前废水中重金属浓度mg/L
    αi—处理后废水中重金属浓度mg/L
采用实施例1的改性的污泥活性炭去除废水中重金属的效果详见表1。
表1
实施例2
①预处理
将新鲜的餐厨垃圾废渣研磨到粒径为0.1mm，再与取自污水处理厂的污水污泥，按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:3混合，再将分离的固体部分进行脱水处理，使其含水率为40wt％；
②炭化
将步骤①预处理即干化后的餐饮垃圾废渣和污泥的混合固体放入微波炉中进行炭化，炭化温度为400℃，采用氮气气氛，氮气流量为40L/h,炭化10min，制得炭化料；
③活化
再将步骤②制得的炭化料置于活化炉中活化，活化温度为400℃，采用流量为50L/h的水蒸汽,活化1h，制得利用餐饮垃圾废渣改性的污泥活性炭。
图1是实施例2利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭的扫描电镜形貌图，由图1可见，利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭的表面分布一些纤维状结构，这些纤维状结构较为疏松，一方面可增大改性污泥活性炭的比表面积，另一方面，该结构使得污泥活性炭表面的缺陷增加，利于暴露餐饮垃圾废渣中有机质转化的活性基团，从而增强其吸附能力。
实施例2的废水中重金属去除效果和机械强度的检测步骤同于实施例1，其机械强度为5.8Mpa，由检测结果计算得到的废水中重金属的去除效果详见表2。
表2
将实施例2的改性污泥活性炭对废水中重金属去除效果及其机械强度的检测结果与现有技术的污泥活性炭、餐厨垃圾废渣制备的活性炭进行比较，其效果详见表3、表4。
表3
表4
由表3、表4可知，实施例2的改性污泥活性炭对废水中重金属去除效果明显优于未改性的污泥活性炭，其机械强度有所减少，但与餐厨垃圾废渣制备活性炭的相比，已有很大提高。
实施例3
①预处理
将新鲜的餐厨垃圾废渣研磨到粒径为0.1mm，再与取自污水处理厂的剩余污泥，按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:5混合，离心分离，将分离的固体部分进行脱水处理，使其含水率为40wt％；
②炭化
将步骤①预处理即干化后的餐饮垃圾废渣和污泥的混合固体放入微波炉中进行炭化，炭化温度为600℃，采用氮气气氛，氮气流量为10L/h,炭化5min，制得炭化料；
③活化
再将步骤②制得的炭化料置于活化炉中活化，活化温度为600℃，采用流量为10L/h的水蒸汽,活化30min，制得利用餐饮垃圾废渣改性的污泥活性炭。
实施例3的废水中重金属去除效果和机械强度的检测步骤同于实施例1，其机械强度为3.2Mpa，由检测结果计算得到的废水中重金属的去除效果详见表5。
表5

Claims (4)

1.一种用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，原料组分为餐饮垃圾废渣和污水污泥，其干重质量比为1:1～1:5；
该用于废水处理的利用餐饮垃圾废渣改性的污泥活性炭的制备方法，具有如下步骤：
①预处理
将新鲜的餐厨垃圾废渣研磨到粒径为0.1mm，再与取自污水处理厂的污水污泥，按餐厨垃圾废渣干重和污水污泥干重的质量比为1:1～1:5混合，离心分离，再将分离后的固体部分进行脱水处理，使其含水率≤40wt％；
②炭化
将步骤①预处理即干化后的餐饮垃圾废渣和污泥的混合固体放入微波炉中于200～600℃炭化，采用氮气气氛，氮气流量为10～100L/h,炭化5～15min，制得炭化料；
③活化
再将步骤②制得的炭化料置于活化炉中于200～600℃活化，采用流量为10～100L/h的水蒸汽,活化0.5～1.5h，制得用于废水处理的利用餐饮垃圾废渣改性污泥活性炭。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，其特征在于，所述步骤①的餐厨垃圾废渣和污水污泥的质量比为1:3。
3.根据权利要求1所述的用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，其特征在于，所述步骤②的炭化温度400℃，氮气流量为40L/h,炭化时间10min。
4.根据权利要求1所述的用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭，其特征在于，所述步骤③的活化温度400℃，水蒸汽流量为50L/h,活化时间1h。
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