CN107434251A - 一种污泥活性炭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥活性炭的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤1，对湿污泥进行脱水干燥；步骤2，将所述脱水干燥后的污泥粉碎并磨成粉末；步骤3，添加干基物料配料，并将污泥粉末与所述配料混合后送入立式搅拌器进行搅拌，使污泥粉末与配料均匀混合；步骤4，造粒成型，搅拌混料后，由进料绞龙将污泥粉末与所述配料的混合物输送至污泥活性炭造粒机造粒成圆柱体颗粒；步骤5，将所述圆柱体颗粒送至热解炉中热解碳化；步骤6，将热解碳化后的圆柱体颗粒送至碳化活化炉活化，形成污泥活性炭。通过该方法制备的污泥活性炭，可以使污泥中的有机物碳化，细菌完全灭杀，有害气体完全分解并回收其热能。污泥被生产为活性炭颗粒，产生经济价值，整个过程符合无害化处理、减量化处置、资源化利用。

Description

一种污泥活性炭的制备方法

技术领域

本发明是涉及活性炭的制备技术领域，具体地说是一种污泥活性炭的制备方法。

背景技术

近年以来，我国的城镇污水处理产业得到了快速发展，我国城市污泥日产量大概在2万吨(干重)，污水处理能力及污水处理速率增长迅速，这么多的日产量带来的是严重的处理难问题，相应也带来了活性炭使用量和污泥产量的迅速增加，污泥中含有大量有机物及化学有害物质，且污水处理后剩余污泥没有科学合理的处置方法，若是全用于焚烧和填埋处理，不但会造成大量的能源浪费，而且会给环境，土壤、地下水带来了二次污染。

城市污泥成分中含有75％的水分，干燥的污泥中含有84％的有机物，有机物中含碳49％、含氧39％、含氢8％、含氮3.7％。这些正是制造活性炭所需的原料成分，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，这不但更好地保护环境、节约能源，而且还从根本上解决了污泥处理难的问题，更是由于生产原料污泥的廉价而大大消减活性炭的生产成本。

发明内容

本发明的目的则是克服了现有技术的不足，提供一种污泥处置并且加工制造为活性炭的工艺流程，采用该工艺可以使污泥处置达到减量化处置、无害化处理、和资源化利用，完全解决了污泥处置难题，其活性炭成品质量完全符合污水处理标准，减少了污泥处置的资金投入，并创造出可观的经济效益。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种污泥活性炭的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，对湿污泥进行脱水干燥；步骤2，将所述脱水干燥后的污泥粉碎并磨成粉末；步骤3，添加干基物料配料，并将污泥粉末与所述配料混合后送入立式搅拌器进行搅拌，使污泥粉末与配料均匀混合；步骤4，造粒成型，搅拌混料后，由进料绞龙将污泥粉末与所述配料的混合物输送至污泥活性炭造粒机造粒成圆柱体颗粒；步骤5，将所述圆柱体颗粒送至热解炉中热解碳化；步骤6，将热解碳化后的圆柱体颗粒送至碳化活化炉活化，形成污泥活性炭。

进一步的，所述步骤1进一步包括：步骤101，选取含水量80％左右的湿污泥；步骤102，将选取的湿污泥经过螺旋杆送入桨叶干燥机进行脱水干燥。

进一步的，所述脱水干燥后的污泥的含水量为20％左右。

进一步的，步骤201，由索气进料器将所述脱水干燥后的污泥送入粉磨机中；步骤202，由粉磨机对污泥进行充分研磨至100-300目细末。

进一步的，所述干基物料配料的配比为污泥50％、活性炭饱和料35％、膨润土10％、聚乙烯醇1％、中温煤焦油4％。

进一步的，所述步骤4中的颗粒为直径8mm长20-40mm的圆柱体颗粒。

进一步的，所述步骤5中的热解碳化为在500-600℃环境下热解碳化120分钟。

进一步的，所述步骤6中的活化为在650℃环境下进行活化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明的工艺流程处置污泥可以使污泥中的有机物碳化，细菌完全灭杀，有害气体完全分解并回收其热能用来脱水干燥，整个流程产生的热量都通过热泵回收技术回收利用。污泥被生产为活性炭颗粒，产生经济价值并可重复利用，整个过程符合减量化处置、无害化处理、资源化利用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了该污泥活性炭的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1示出了该污泥活性炭的制备方法的流程。

首先，步骤1，对湿污泥进行脱水干燥。将含水量80％左右的湿污泥经螺旋杆送入桨叶干燥机进行脱水干燥至含水量20％左右，干燥污泥时产生的污泥蒸汽经热泵回收重新用于污泥的干燥。

步骤2，将所述脱水干燥后的污泥粉碎并磨成粉末。干燥完成后由索气进料器送入立式粉磨机中充分研磨至100-300目细末。

步骤3，添加干基物料配料，并将污泥粉末与所述配料混合后送入立式搅拌器进行搅拌，使污泥粉末与配料均匀混合。其中，干基物料配料的配比为污泥50％、活性炭饱和料35％、膨润土10％、聚乙烯醇1％、中温煤焦油4％。

步骤4，造粒成型，搅拌混料后，由进料绞龙将污泥粉末与所述配料的混合物输送至污泥活性炭造粒机造粒成圆柱体颗粒，其中，颗粒为直径8mm长20-40mm的圆柱体颗粒。

步骤5，将所述圆柱体颗粒送至热解炉中热解碳化，热解碳化为在500-600℃环境下热解碳化120分钟，热解的可燃烟气进入燃烧机燃烧利用。

步骤6，将热解碳化后的圆柱体颗粒送至碳化活化炉活化，形成污泥活性炭，活化为在 650℃环境下活化30-50分钟，出炉后将活性炭静置冷却至常温，经自动打包机装袋入库。

对于步骤6中的活化过程属于化学活化，对污泥活性炭的吸附效果有着较大影响，下面我们将分别从活化温度、活化时间、固液比以及活化剂浓度几个方面来分别介绍化学活化过程中各个条件要素的选取。

对于活化温度，通过实验我们发现，在活化时间为30min，固液比1∶1.5，ZnCl₂浓度5mol*L-1的条件下，污泥活性炭的碘吸附值随着温度升高出现先增大后减小的趋势，最佳活化温度为650℃。在650℃之前，随温度的升高，碘吸附值增加，表示内部孔隙结构正在形成。而温度高于650℃，碘吸附值急剧下降的原因是：ZnCl₂变成蒸汽大量挥发，活化剂损失严重，对原料起活化作用的药剂减少，从而使活性炭中碳含量下降，灰分增加，活性炭吸附能力下降。

活化时间也是影响吸附性能的重要因素之一，通过观察在活化温度650℃，固液比1∶1.5， ZnCl₂浓度5mol*L^-1，活化时间在15-90min之间变化得到的时间影响曲线我们可以发现，随时间的增加，污泥活性炭的碘吸附值在30min达到最大，之后略有减小变化不大。当活化时间过短时，原料活化不充分，内部孔道未完全形成，但时间过长超过最佳活化时间后，会使孔道烧结，造成活性炭内部孔道减少，降低活性炭碘吸附值。故最佳活化时间为30min。

对于固液比，在活化温度为650℃，活化时间30min，ZnCl₂浓度5mol*L^-1条件下，通过实验我们发现了固液比对吸附性能的影响。污泥活性炭的碘吸附值随固液比的增大呈现先增大后减小的趋势。增加固液比就是增加活化剂质量，随着活化剂质量的增加，活化分子也会越来越多，在一定范围内，活化扩孔作用增强，活性炭的吸附能力增加。当固液比较低时活化不充分，吸附性能不佳，而固液比较高时，造成吸附性能下降的原因有两点：一是在活化过程中过量的ZnCl₂会堵塞微孔，此时ZnCl₂造孔能力低于堵塞能力导致碘吸附值下降；二是在过量的ZnCl₂作用下，微孔发展成中孔和大孔，使得碘吸附值降低。增加固液比也会增加活性炭成本，因此在实际应用中应综合考虑，选取经济合理的固液比，故最佳固液比1∶1.5。

对于活化剂浓度，在活化温度为650℃，活化时间30min，固液比1∶1.5的条件下，通过实验我们发现了活化剂浓度对吸附性能的影响。污泥活性炭的碘吸附值随ZnCl₂浓度增加呈现先增大后减小的趋势，最佳活化剂浓度为5mol*L^-1，此时的碘吸附值达到584.85mg*g^-1。 ZnCl₂的活化作用是溶解纤维素形成孔隙，高温脱水，炭化提供骨架使碳附着其上，从而生成孔隙丰富的吸附材料。在活化剂ZnCl₂浓度较低的情况下，缺乏让原材料充分活化的活化分子。当活化剂浓度达到5mol*L^-1时，污泥活性炭原料已经活化完全，此时测得碘吸附值最高，可知此时孔结构发达，孔隙多。在此基础上继续增加活化剂浓度，过量的ZnCl₂在活化过程中形成晶体堵塞已经形成的微孔孔道，通过洗涤无法将其完全排除，导致活性炭吸附能力下降。

通过分析影响活性炭制备的各工艺条件，在活化温度为650℃、活化时间30min、液固比1∶1.5、活化剂浓度为5mol*L^-1的条件下，制备得到的成品污泥活性炭碘吸附值为584.85 mg*g^-1，经过计算产率为49.57％。而在同等条件下，不添加质量分数为25％的木屑制备的纯污泥活性炭的碘吸附值仅为362.11mg*g^-1。证明通过添加25％的木屑使污泥活性炭的吸附能力增强。

由此，我们总结出了最优的化学活化条件参数：利用脱水污泥制备活性炭，在活化温度 650℃，活化时间30min，固液比1∶1.5，ZnCl2浓度5mol*L-1时，制得活性炭碘吸附值为584.85mg*g-1，产率为49.57％，该污泥活性炭内部有丰富的孔隙结构，呈管状，孔隙排列较为均匀有序，以中孔孔隙为主。发达的孔隙结构使吸附剂具有良好的吸附性能。在污泥活性炭制备过程中添加一定量的木屑后，由于原料中碳元素的增加，使得污泥活性炭比表面积以及总孔容得到了大幅度的提升，吸附性能显著加强。

除此之外，还有物理活化法，与采用ZnCl₂的化学活化相比较，水蒸气物理活化法所要求的活化温度高，为800-900℃，活化时间控制在30-50分钟，且产率相对较低。制得的污泥活性炭微孔较为发达，但孔隙率和吸附性能均较小。污泥活性炭的比表面积、甲基橙和亚甲基蓝吸附值均随着水蒸汽含量的增加呈现出先增加后减少的趋势，并在水蒸汽质量分数34.8％时达最大值。但一般烟气中水蒸气的质量分数仅为5％～6％，因而，直接以高温烟道气为媒介，以其同时作为保护气和活化气将污泥制成活性炭是不可行的。要制备性能较好的污泥活性炭，需加入其他活化剂。

采用化学活化法制备污泥活性炭，活化温度低，为650℃，且产率较高，孔隙发达，吸附性能好。不仅如此，化学活化中，适量的氧气能促进孔隙的形成和发展，少量的氧气能与碳骨架发生反应，通过化学吸附作用生成碳-氧表面基团C(O)，极大地改善活性炭的吸附性能。试验中，活性炭比表面积、亚甲基蓝吸附值均随着氧含量的增大而逐步增加，并在氧含量为2％时达到最大值，分别为516.1m²/g、129.8mg/g，此时活性炭的产率达59％，孔体积、微孔体积及平均孔径分别为0.29cm³/g、0.16cm³/g、3.95nm，性能较好。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比，氧含量为4％时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82％，亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。此结果表明，采用化学活化法，高温低氧烟气完全可作为污泥制备活性炭的媒介，其不仅能提供保护气，还能作为污泥碳化、活化的热源，不仅如此，烟气中的氧还能促进活性炭孔隙的发展，改善活性炭的性能。此外，由于烟气中同时含有少量的水蒸气，采用化学活化法以高温低氧烟气为媒介制备污泥活性炭，其可能兼具物理活化法和化学活化法的优点，制得性能更为优异的污泥活性炭。

我们将通过本发明的上述方法制备的污泥活性炭和现有的商品果壳活性炭进行吸附效果对比。在投加量、pH、吸附时间相同的条件下，污泥活性炭使废水中氨氮和挥发酚浓度分别降低至4378mg*L^-1和661mg*L^-1，氨氮和挥发酚的去除率分别为48.27％和73.38％；商品果壳活性炭使废水中氨氮和挥发酚的浓度分别降低至4558mg*L^-1和181mg*L^-1，氨氮和挥发酚的去除率分别为46.14％和92.71％。污泥活性炭对氨氮的吸附效果略高于商品活性炭；对于挥发酚的吸附去除，商品活性炭优于污泥活性炭。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种污泥活性炭的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，对湿污泥进行脱水干燥；

步骤2，将所述脱水干燥后的污泥粉碎并磨成粉末；

步骤3，添加干基物料配料，并将污泥粉末与所述配料混合后送入立式搅拌器进行搅拌，使污泥粉末与配料均匀混合；

步骤4，造粒成型，搅拌混料后，由进料绞龙将污泥粉末与所述配料的混合物输送至污泥活性炭造粒机造粒成圆柱体颗粒；

步骤5，将所述圆柱体颗粒送至热解炉中热解碳化；

步骤6，将热解碳化后的圆柱体颗粒送至碳化活化炉活化，形成污泥活性炭。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：

步骤101，选取含水量80％左右的湿污泥；

步骤102，将选取的湿污泥经过螺旋杆送入桨叶干燥机进行脱水干燥。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

所述脱水干燥后的污泥的含水量为20％左右。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

步骤201，由索气进料器将所述脱水干燥后的污泥送入粉磨机中；

步骤202，由粉磨机对污泥进行充分研磨至100-300目细末。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干基物料配料的配比为污泥50％、活性炭饱和料35％、膨润土10％、聚乙烯醇1％、中温煤焦油4％。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的颗粒为直径8mm长20-40mm的圆柱体颗粒。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的热解碳化为在500-600℃环境下热解碳化120分钟。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中的活化为在650℃环境下进行活化。