CN107572524B - 一种利用污泥制备活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及到一种利用污泥制备活性炭的方法，具体包括以下步骤：S1将污泥与含钾活化剂混合均匀后浸渍；S2将浸渍后的污泥和含钾活化剂的混合物烘干、粉碎并筛分；S3将筛分后的混合物进行热解活化反应得到污泥活性焦，并将反应结束后得到的污泥活性焦冷却至室温；S4用木醋液对冷却后的污泥活性焦进行多次洗涤；收集洗涤后的木醋液；S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗烘干，即得到污泥活性炭。本发明能够制备出吸附性能良好的污泥活性炭，降低活性剂对于设备的腐蚀，实现乙酸钾的回收利用并减少对环境的污染，而且整个工艺过程中还具有高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，更具体地，涉及一种利用污泥制备活性炭的方法。
背景技术
随着城市污水处理事业的发展，每年有大量的污泥产生，污泥的处理与处置已经成为亟待解决的问题。传统的处理方法如焚烧、填埋、堆肥等已经无法满足环保的要求，探究新的处理方法已经成为必然趋势。为资源化处置污泥，充分利用污泥中含有的有机组分，污泥制备活性炭已经得到广泛的研究。然而，目前的制备工艺不仅成本高，而且容易导致二次污染。
污泥中含有大量的灰分，阻碍污泥活性炭孔隙结构的形成。为增加其孔隙结构，提高污泥活性炭吸附污染物的效率，需要对污泥进行活化改性。目前用于污泥的活化剂主要有氯化锌、磷酸、氢氧化钾、硫酸等，但这些活化剂对设备具有一定的腐蚀性，并且在活化过程中会产生一些有毒气体，会对环境造成污染。
由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，需要探索一种新的活化剂及制备污泥活性炭的工艺，能够提高污泥活性炭的吸附性能，同时又能降低生产成本，便于产业化应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用污泥制备活性炭的方法，其中通过对作为关键参与物的污泥活性剂的种类及配比进行设计，相应研究提出及充分利用了乙酸钾对于污泥的活化作用来制备活性炭，降低活性剂对于设备的腐蚀，同时将洗涤后的木醋液进行回收利用，以减少对环境的污染并实现乙酸钾的回收利用；此外还对后续工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用控制热解活化反应的程度，制得得到高品质的活性炭，而且整个工艺过程中还具有高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用污泥制备活性炭的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1将脱水污泥与含钾活化剂混合均匀后浸渍，所述含钾活化剂的主要成分是乙酸钾，其中，所述脱水污泥与乙酸钾的质量比为(0.5-3)：1；
S2将浸渍后的污泥和含钾活化剂的混合物烘干，然后将混合物粉碎并筛分；
S3将筛分后的混合物进行热解活化反应得到污泥活性焦，并将反应结束后得到的污泥活性焦冷却至室温；
S4用木醋液对冷却后的污泥活性焦进行多次洗涤；收集洗涤后的木醋液，并在其中添加钾盐制备得到含钾活化剂供步骤S1中使用；
S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗，然后烘干，即得到污泥活性炭。
具体地，本发明利用污泥来制备活性炭，采用富钾木醋液(主要成分是乙酸钾)作为活化剂，对污泥进行活化得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭，其能够实现污泥的处理和再利用，富钾木醋液的成本低，且乙酸钾的活化效果好，不对设备造成腐蚀，生产过程也不对环境造成污染。在制备过程中，通过采用木醋液洗涤污泥活性焦，利用木醋液富含乙酸的特性，能够有效地去除污泥活性焦中多余的灰分，显著提高污泥活性炭的性能，而将洗涤后的木醋液进行回收，则可以回收90％以上的钾，大大降低成本，且能够减少对环境的污染。
进一步优选地，所述步骤S1中的污泥为城市生活污泥，所述含钾活化剂中钾离子浓度不低于1mol/L。由于乙酸钾具有良好的活化性能够实现污泥的活化，同时通过控制制备过程中乙酸钾的浓度，提高污泥活性炭的物化结构，使其具备发达的孔隙结构，从而得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭。
优选地，所述步骤S1中污泥与含钾活化剂的浸渍时间为8-12h。
优选地，所述步骤S2中，所述混合物烘干后的含水率降到10％以内，筛分后的所述混合物粒径范围为0.5mm-2mm。污泥颗粒和乙酸钾的粒径大小影响其在热解和活化处理的影响，将混合物的粒径控制在上述范围，利于后续热解活化反应时受热均匀和活化完全，从而提高最终活性炭的品质。
优选地，所述步骤S3中热解活化反应的反应温度为750℃-850℃，反应时间为1h-2h。通过将活化温度、活化时间等关键参数控制在上述范围，能够使得污泥在乙酸钾的活性作用下能够活化完全，而且避免乙酸钾因为受热而导致失活。
优选地，所述步骤S3中在热解活化反应时有气体产物生成，该气体产物经过冷凝得到热解油。通过气体的收集和处理，能够进一步实现热解油回收，减少其对环境的污染。
优选地，所述步骤S4中，制备得到的含钾活化剂主要成分是乙酸钾，钾离子浓度不低于1mol/L。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的方法通过对作为关键参与物的污泥活性剂的种类及配比进行设计，相应研究提出及充分利用了乙酸钾对于污泥的活化作用来制备活性炭，降低活性剂对于设备的腐蚀，同时将洗涤后的木醋液进行回收利用，以减少对环境的污染并实现乙酸钾的回收利用；此外还对后续工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用控制热解活化反应的程度，制得得到高品质的活性炭，而且整个工艺过程中还具有高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。
(2)本发明利用污泥来制备活性炭，采用富钾木醋液(主要成分是乙酸钾)作为活化剂，对污泥进行活化得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭，其能够实现污泥的处理和再利用，富钾木醋液的成本低，且乙酸钾的活化效果好，不对设备造成腐蚀，生产过程也不对环境造成污染。在制备过程中，通过采用木醋液洗涤污泥活性焦，利用木醋液富含乙酸的特性，能够有效地去除污泥活性焦中多余的灰分，显著提高污泥活性炭的性能。
(3)由于乙酸钾具有良好的活化性能够实现污泥的活化，同时通过控制制备过程中乙酸钾的浓度，提高污泥活性炭的物化结构，使其具备发达的孔隙结构，从而得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭。进一步将活化温度、活化时间等关键参数控制在特定的范围，能够使得污泥在乙酸钾的活性作用下能够活化完全，而且避免乙酸钾因为受热而导致失活。
(4)本发明通过将洗涤后的木醋液进行回收，并在热解活化反应时通过气体的收集和处理，能够进一步实现木醋液和钾的回收再利用，进一步降低生产成本，同时减少对环境的污染，可以回收90％以上的钾，大大降低成本，且能够减少对环境的污染。
附图说明
图1是本发明的采用污泥制备活性炭的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种利用污泥制备活性炭的方法，具体包括以下步骤：
S1将一定量的脱水污泥与一定量的活化剂经给料机输送到螺旋混合装置，活化剂浸渍脱水污泥，污泥与含钾活化剂的质量比为2:1，含钾活化剂的有效成分为乙酸钾，其钾离子浓度为2mol/L，浸渍时间为8h。
S2将步骤S1中均匀混合的污泥输送到螺旋烘干装置中，烘干后的污泥含水率约为10％以内，然后将烘干后的污泥，经破碎机破碎筛分后，颗粒粒径为1.5mm。
S3将筛分后的颗粒流入到螺旋炭化活化装置进行热解活化反应，热解温度约为800℃，热解时间为1.5h，在热解活化反应时有气体产物生成，该气体产物经过冷凝可得到热解油。
S4将步骤S3中的污泥活性焦传输到洗涤装置中，利用木醋液洗涤，收集洗涤后的木醋液，并在其中添加钾盐制备得到含钾活化剂供步骤S1中使用，其中乙酸钾的浓度为2mol/L；
S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗，然后烘干，即得到污泥活性炭。
其中利用将步骤S4炭化活化装置中产生的可燃气体，通入焚烧炉中燃烧为高温活化提供热量，低温尾气用于预热脱水污泥。
实施例2
一种利用污泥制备活性炭的方法，具体包括以下步骤：
S1将一定量的脱水污泥与一定量的活化剂经给料机输送到螺旋混合装置，活化剂浸渍脱水污泥，污泥与含钾活化剂的质量比为0.5:1，含钾活化剂的有效成分为乙酸钾，其钾离子浓度为3mol/L，浸渍时间为10h。
S2将步骤S1中均匀混合的污泥输送到螺旋烘干装置中，烘干后的污泥含水率约为10％以内，然后将烘干后的污泥，经破碎机破碎筛分后，颗粒粒径为0.5mm。
S3筛分后的颗粒流入到螺旋炭化活化装置进行热解活化反应，热解温度约为750℃，热解时间为2h，在热解活化反应时有气体产物生成，该气体产物经过冷凝可得到热解油。
S4将步骤S3中的污泥活性焦传输到洗涤装置中，利用木醋液洗涤，收集洗涤后的木醋液，并在其中添加钾盐制备得到含钾活化剂供步骤S1中使用，其中乙酸钾的浓度为3mol/L；
S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗，然后烘干，即得污泥活性炭。
其中利用将步骤S4炭化活化装置中产生的可燃气体，通入焚烧炉中燃烧为高温活化提供热量，低温尾气用于预热脱水污泥。
实施例3
一种利用污泥制备活性炭的方法，具体包括以下步骤：
S1将一定量的脱水污泥与一定量的活化剂经给料机输送到螺旋混合装置，活化剂浸渍脱水污泥，污泥与含钾活化剂的质量比为3:1，含钾活化剂的有效成分为乙酸钾，其钾离子浓度为1mol/L，浸渍时间为12h。
S2将步骤S1中均匀混合的污泥输送到螺旋烘干装置中，烘干后的污泥含水率约为10％以内，将烘干后的污泥，经破碎机破碎筛分后，颗粒粒径为1.5mm。
S3将筛分后的颗粒流入到螺旋炭化活化装置进行热解活化反应，热解温度约为850℃，热解时间为1h，在热解活化反应时有气体产物生成，该气体产物经过冷凝可得到热解油。
S4将步骤S3中的污泥活性焦传输到洗涤装置中，利用木醋液洗涤，收集洗涤后的木醋液，并在其中添加钾盐制备得到含钾活化剂供步骤S1中使用，其中乙酸钾的浓度为1mol/L；
S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗，然后烘干，即得污泥活性炭。
其中利用将步骤S4炭化活化装置中产生的可燃气体，通入焚烧炉中燃烧为高温活化提供热量，低温尾气用于预热脱水污泥。
整个工艺流程简单，易于操作，不仅可以制备高品位的活性炭，而且可以收集液体油便于后期利用，达到资源化利用污泥目的。以上可以得到特性良好的污泥活性炭，用于脱除土壤或水体中的污染物。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用污泥制备活性炭的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1将脱水污泥与含钾活化剂混合均匀后浸渍，所述含钾活化剂的主要成分是乙酸钾，其中，所述脱水污泥与乙酸钾的质量比为(0.5-3)：1；
S2将浸渍后的污泥和含钾活化剂的混合物烘干，然后将混合物粉碎并筛分；
S3将筛分后的混合物进行热解活化反应得到污泥活性焦，并将反应结束后得到的污泥活性焦冷却至室温；热解活化反应的反应温度为750℃-850℃，反应时间为1h-2h；
S4用木醋液对冷却后的污泥活性焦进行多次洗涤；收集洗涤后的木醋液，并在其中添加钾盐制备得到含钾活化剂供步骤S1中使用；
S5经木醋液洗涤后的污泥活性焦进行水洗，然后烘干，即得到污泥活性炭。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的污泥为城市生活污泥，所述含钾活化剂中钾离子浓度不低于1mol/L。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中污泥与含钾活化剂的浸渍时间为8h-12h。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述混合物烘干后的含水率降到10％以内，筛分后的所述混合物粒径范围为0.5mm-2mm。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中在热解活化反应时有气体产物生成，该气体产物经过冷凝得到热解油。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，制备得到的含钾活化剂主要成分是乙酸钾，钾离子浓度不低于1mol/L。
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