申请日2016.06.13
公开(公告)日2016.11.09
IPC分类号C01B31/10; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法及其重金属吸附应用，该方法以城市污水处理厂含水率80‑85%的剩余污泥为原料，采用自主研发的低温一步法制取污泥基炭的装置，在活化温度为500‑700℃，活化时间为10‑20min的条件下，水蒸气活化制备污泥基炭，并将制备的污泥基炭应用于重金属离子的吸附，Pb2+的去除率达97%以上。本发明具有工艺简单，原料便宜，活化温度低，活化时间短，低能耗等优点。
权利要求书
1.一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将含水率为80%～85%的城市污水处理厂剩余污泥送入到污泥基炭制备装置中;
所述的污泥基炭制备装置包括螺旋进料器、流化床反应器、旋风分离器、水冷螺旋输送机、水蒸气发生装置、氮气和温度控制器;
所述城市污水处理厂剩余污泥由螺旋进料器送入到流化床反应器中，先进行干燥处理，降低含水率，干燥处理后的污泥含水率低于15%;然后通过温度控制器控制流化床反应器温度与升温速率，再程序升温至炭化温度进行炭化处理，保持一段时间后升温至活化温度，打开水蒸气发生装置并通入水蒸气，维持活化反应时间，在氮气气氛下，以水蒸气为活化气，制得污泥基炭，采用水冷螺旋输送机将制得的污泥基炭冷却并输出，活化产生的尾气经过旋风分离器冷却除尘后排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于：所述炭化温度为400℃～450℃，保持时间为60～120min;所述活化温度为500℃～700℃、维持活化反应时间为10～20min。
3.根据权利要求1所述的一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法，其特征在于：所述流化床反应器的主体是流化床，其主筒体内部插有电加热棒为内热源给物料升温到活化温度提供热量，外侧还包有保温层来减少热量的散失;在主筒体上还分布着测温测压点，分布在布风板上方、密相区顶端和气体出口处。
4.采用权利要求1、2或3所述的低温一步法制备的污泥基炭的重金属吸附应用，其特征在于：将制得污泥基炭投加到含重金属离子的废液中，调节溶液的pH，用于重金属离子的吸附。
5.根据权利要求4所述的污泥基炭的重金属吸附应用，其特征在于：将制得污泥基炭按固液比为0.2～0.5g/100ml，投加到含重金属离子的废液中。
6.根据权利要求4所述的污泥基炭的重金属吸附应用，其特征在于：所述调节溶液的pH为3～5。
说明书
一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法及其重金属吸附应用
技术领域
本发明属于活性炭制备和重金属脱除技术领域，特别涉及一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法及其重金属吸附应用。
背景技术
目前采用气态活化剂制备活性炭的方法，通常采用木材，煤炭，果壳等做炭质原料，用水蒸气，高温烟气或是它们的混合气体作为活化介质，活化阶段一般要在750～900℃温度条件下活化24～72小时。例如以木材或是木材废料作为炭质原料，制备活性炭，由于活化需24～48小时，因而制造工艺温度高、周期长，能耗大，产品得率低，再加上原料短缺且价格高，使其生产和使用都受到了一定的限制。
重金属离子如铜、铅、锌、铬、汞等，即使在浓度很低的情况下，其毒性也会通过食物链累积而对生态环境和人体健康造成严重的危害。随着经济的发展，重金属的污染越发严重。由于重金属不能被自然地降解，只能在环境中发生形态之间的转化，所以重金属污染的去除往往更加困难。常用的去除重金属离子的方法主要有：吸附法、化学沉淀法、离子交换法、生化处理法等。吸附法是目前去除重金属离子的研究热点，吸附法的核心就是吸附剂，吸附剂种类很多，包括炭质吸附剂、天然矿物、生物吸附材料等。活性炭因空隙结构丰富、比表面积巨大、吸附效率高以及吸附容量大等优点在处理重金属废水方面，活性炭有着很大的优势。传统制备活性炭主要是以煤和木材为原料，成本较高，周期长，能耗大，限制了大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述常规活性炭制备温度高，耗时长，成本高的缺点，提供一种制备污泥基炭的方法，其过程简单、反应温度低、反应时间短、能耗低、成本低，且制备的污泥基炭能够高效脱除废水中的重金属离子，实现污泥废弃物的资源化利用。
本发明采用的技术方案为：一种采用低温一步法制取污泥基炭的方法，包括以下步骤：
将含水率为80%～85%的城市污水处理厂剩余污泥送入到污泥基炭制备装置中;
所述的污泥基炭制备装置包括螺旋进料器、流化床反应器、旋风分离器、水冷螺旋输送机、水蒸气发生装置、氮气和温度控制器;
所述城市污水处理厂剩余污泥由螺旋进料器送入到流化床反应器中，先进行干燥处理，降低含水率，干燥处理后的污泥含水率低于15%;然后通过温度控制器控制流化床反应器温度与升温速率，再程序升温至炭化温度进行炭化处理，保持一段时间后升温至活化温度，打开水蒸气发生装置并通入水蒸气，维持活化反应时间，在氮气气氛下，以水蒸气为活化气，制得污泥基炭，采用水冷螺旋输送机将制得的污泥基炭冷却并输出，活化产生的尾气经过旋风分离器冷却除尘后排入大气。
作为优选，所述炭化温度为400℃～450℃，保持时间为60～120min;所述活化温度为500℃～700℃、维持活化反应时间为10～20min。
作为优选，所述流化床反应器的主体是流化床，其主筒体内部插有一定数量的电加热棒为内热源给物料升温到活化温度提供热量，外侧还包有保温层来减少热量的散失;在主筒体上还分布着测温测压点，主要分布在布风板上方、密相区顶端和气体出口处。
采用上述低温一步法制备的污泥基炭的重金属吸附应用：将制得污泥基炭投加到含重金属离子的废液中，调节溶液的pH，用于重金属离子的吸附。
作为优选，将制得污泥基炭按固液比为0.2～0.5g/100ml，投加到含重金属离子的废液中。
作为优选，调节溶液的pH为3～5。
本发明的有益效果如下：
1)该污泥基炭的制备采用污泥为原料，原料来源广，数量大，该方法不仅可以除掉大量污泥减少环境污染和土地占用，同时因为污泥几乎不需要成本，大大降低了生产成本，经济效益十分显著;
2)以污泥为原料，采用流态化的方式低温制备污泥基炭，与传统的固定床高温物理活化法相比，活化温度和所需时间都有所降低和缩短，大大简化了吸附剂的制备过程，能耗降低，且在实际应用中，其对环境因素的适应能力也较强。
3)本发明提出以污泥为原料采用流态化的方式制备污泥基炭代替常规吸附剂，对废水中重金属离子进行吸附去除，在实际应用中有很大的推广潜力，本发明中所使用的剩余污泥废弃物可以推广到其他含碳的废弃物，如生活垃圾、农业废弃物等。