一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法及其重金屬吸附應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法及其重金屬吸附應(yīng)用，該方法以城市污水處理廠含水率80?85％的剩余污泥為原料，采用自主研發(fā)的低溫一步法制取污泥基炭的裝置，在活化溫度為500?700℃，活化時(shí)間為10?20min的條件下，水蒸氣活化制備污泥基炭，并將制備的污泥基炭應(yīng)用于重金屬離子的吸附，Pb2+的去除率達(dá)97％以上。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，原料便宜，活化溫度低，活化時(shí)間短，低能耗等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法及其重金屬吸附應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于活性炭制備和重金屬脫除技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法及其重金屬吸附應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前采用氣態(tài)活化劑制備活性炭的方法，通常采用木材，煤炭，果殼等做炭質(zhì)原料，用水蒸氣，高溫?zé)煔饣蚴撬鼈兊幕旌蠚怏w作為活化介質(zhì)，活化階段一般要在750?900°C溫度條件下活化24?72小時(shí)。例如以木材或是木材廢料作為炭質(zhì)原料，制備活性炭，由于活化需24?48小時(shí)，因而制造工藝溫度高、周期長(zhǎng)，能耗大，產(chǎn)品得率低，再加上原料短缺且價(jià)格高，使其生產(chǎn)和使用都受到了一定的限制。
[0003]重金屬離子如銅、鉛、鋅、鉻、汞等，即使在濃度很低的情況下，其毒性也會(huì)通過食物鏈累積而對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的危害。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重金屬的污染越發(fā)嚴(yán)重。由于重金屬不能被自然地降解，只能在環(huán)境中發(fā)生形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，所以重金屬污染的去除往往更加困難。常用的去除重金屬離子的方法主要有:吸附法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、生化處理法等。吸附法是目前去除重金屬離子的研究熱點(diǎn)，吸附法的核心就是吸附劑，吸附劑種類很多，包括炭質(zhì)吸附劑、天然礦物、生物吸附材料等?；钚蕴恳蚩障督Y(jié)構(gòu)豐富、比表面積巨大、吸附效率高以及吸附容量大等優(yōu)點(diǎn)在處理重金屬?gòu)U水方面，活性炭有著很大的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)制備活性炭主要是以煤和木材為原料，成本較高，周期長(zhǎng)，能耗大，限制了大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述常規(guī)活性炭制備溫度高，耗時(shí)長(zhǎng)，成本高的缺點(diǎn)，提供一種制備污泥基炭的方法，其過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時(shí)間短、能耗低、成本低，且制備的污泥基炭能夠高效脫除廢水中的重金屬離子，實(shí)現(xiàn)污泥廢棄物的資源化利用。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法，包括以下步驟:
[0006]將含水率為80%?85%的城市污水處理廠剩余污泥送入到污泥基炭制備裝置中；
[0007]所述的污泥基炭制備裝置包括螺旋進(jìn)料器、流化床反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、水冷螺旋輸送機(jī)、水蒸氣發(fā)生裝置、氮?dú)夂蜏囟瓤刂破鳎?br>[0008]所述城市污水處理廠剩余污泥由螺旋進(jìn)料器送入到流化床反應(yīng)器中，先進(jìn)行干燥處理，降低含水率，干燥處理后的污泥含水率低于15%;然后通過溫度控制器控制流化床反應(yīng)器溫度與升溫速率，再程序升溫至炭化溫度進(jìn)行炭化處理，保持一段時(shí)間后升溫至活化溫度，打開水蒸氣發(fā)生裝置并通入水蒸氣，維持活化反應(yīng)時(shí)間，在氮?dú)鈿夥障?，以水蒸氣為活化氣，制得污泥基炭，采用水冷螺旋輸送機(jī)將制得的污泥基炭冷卻并輸出，活化產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器冷卻除塵后排入大氣。
[0009]作為優(yōu)選，所述炭化溫度為400°C?450°C，保持時(shí)間為60?120min;所述活化溫度為500°C?700°C、維持活化反應(yīng)時(shí)間為10?20min。
[0010]作為優(yōu)選，所述流化床反應(yīng)器的主體是流化床，其主筒體內(nèi)部插有一定數(shù)量的電加熱棒為內(nèi)熱源給物料升溫到活化溫度提供熱量，外側(cè)還包有保溫層來減少熱量的散失；在主筒體上還分布著測(cè)溫測(cè)壓點(diǎn)，主要分布在布風(fēng)板上方、密相區(qū)頂端和氣體出口處。
[0011 ]采用上述低溫一步法制備的污泥基炭的重金屬吸附應(yīng)用:將制得污泥基炭投加到含重金屬離子的廢液中，調(diào)節(jié)溶液的pH，用于重金屬離子的吸附。
[0012]作為優(yōu)選，將制得污泥基炭按固液比為0.2?0.5g/100ml，投加到含重金屬離子的廢液中。
[0013]作為優(yōu)選，調(diào)節(jié)溶液的pH為3?5。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
[0015]I)該污泥基炭的制備采用污泥為原料，原料來源廣，數(shù)量大，該方法不僅可以除掉大量污泥減少環(huán)境污染和土地占用，同時(shí)因?yàn)槲勰鄮缀醪恍枰杀荆蟠蠼档土松a(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著；
[0016]2)以污泥為原料，采用流態(tài)化的方式低溫制備污泥基炭，與傳統(tǒng)的固定床高溫物理活化法相比，活化溫度和所需時(shí)間都有所降低和縮短，大大簡(jiǎn)化了吸附劑的制備過程，能耗降低，且在實(shí)際應(yīng)用中，其對(duì)環(huán)境因素的適應(yīng)能力也較強(qiáng)。
[0017]3)本發(fā)明提出以污泥為原料采用流態(tài)化的方式制備污泥基炭代替常規(guī)吸附劑，對(duì)廢水中重金屬離子進(jìn)行吸附去除，在實(shí)際應(yīng)用中有很大的推廣潛力，本發(fā)明中所使用的剩余污泥廢棄物可以推廣到其他含碳的廢棄物，如生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物等。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明污泥基炭制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示，采用江蘇句容污水處理廠的污泥在經(jīng)過脫水干燥并初步熱解后剩余的產(chǎn)物作為原料，利用螺旋進(jìn)料器2將經(jīng)過預(yù)處理的原料污泥周期間斷式加入到流化床反應(yīng)器I中，在流化床反應(yīng)器I中通過溫度控制器5控制流化床反應(yīng)器I溫度與升溫速率，在5000C下打開水蒸氣發(fā)生裝置6并通入水蒸氣，活化20min，在氮?dú)?氣氛下，以水蒸氣為活化氣，制得污泥基炭，采用軸水冷和夾套水冷并用的方式，經(jīng)冷卻后由水冷螺旋輸送機(jī)4輸出，活化產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器3冷卻除塵后排入大氣。該實(shí)例產(chǎn)品得率為71.6%，堆積密度為943kg/m3，碘吸附值為233.48mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為60.Almg/g。
[0021]將該法制備的污泥基炭投加到含量為50mg/L的Pb2+、Cu2+溶液中，投加比例為
0.5g/100mL，吸附Ih，污泥基炭對(duì)Pb2+、Cu2+吸附率分別可達(dá)到97.5%、47.8%。
[0022]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于:包括以下步驟: 將含水率為80%?85%的城市污水處理廠剩余污泥送入到污泥基炭制備裝置中； 所述的污泥基炭制備裝置包括螺旋進(jìn)料器、流化床反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、水冷螺旋輸送機(jī)、水蒸氣發(fā)生裝置、氮?dú)夂蜏囟瓤刂破鳎?所述城市污水處理廠剩余污泥由螺旋進(jìn)料器送入到流化床反應(yīng)器中，先進(jìn)行干燥處理，降低含水率，干燥處理后的污泥含水率低于15%;然后通過溫度控制器控制流化床反應(yīng)器溫度與升溫速率，再程序升溫至炭化溫度進(jìn)行炭化處理，保持一段時(shí)間后升溫至活化溫度，打開水蒸氣發(fā)生裝置并通入水蒸氣，維持活化反應(yīng)時(shí)間，在氮?dú)鈿夥障?，以水蒸氣為活化氣，制得污泥基炭，采用水冷螺旋輸送機(jī)將制得的污泥基炭冷卻并輸出，活化產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器冷卻除塵后排入大氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于:所述炭化溫度為400 0C?450°C，保持時(shí)間為60?120min ；所述活化溫度為500 °C?700°C、維持活化反應(yīng)時(shí)間為10?20min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低溫一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于:所述流化床反應(yīng)器的主體是流化床，其主筒體內(nèi)部插有電加熱棒為內(nèi)熱源給物料升溫到活化溫度提供熱量，外側(cè)還包有保溫層來減少熱量的散失;在主筒體上還分布著測(cè)溫測(cè)壓點(diǎn)，分布在布風(fēng)板上方、密相區(qū)頂端和氣體出口處。4.采用權(quán)利要求1、2或3所述的低溫一步法制備的污泥基炭的重金屬吸附應(yīng)用，其特征在于:將制得污泥基炭投加到含重金屬離子的廢液中，調(diào)節(jié)溶液的pH，用于重金屬離子的吸附。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥基炭的重金屬吸附應(yīng)用，其特征在于:將制得污泥基炭按固液比為0.2?0.5g/100ml，投加到含重金屬離子的廢液中。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥基炭的重金屬吸附應(yīng)用，其特征在于:所述調(diào)節(jié)溶液的pH為3?5。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK106082209SQ201610413893
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開號(hào)201610413893.1, CN 106082209 A, CN 106082209A, CN 201610413893, CN-A-106082209, CN106082209 A, CN106082209A, CN201610413893, CN201610413893.1
【發(fā)明人】宋敏, 蔡士盼, 王開杰, 金保昇, 于磊
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)