申请日2015.09.24
公开(公告)日2015.12.30
IPC分类号B01J20/22; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明提供了一种利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将污泥进行厌氧发酵，发酵后将污泥进行浓缩，得到发酵废弃物，向其中加入营养调节剂，进行二次发酵，得到二次发酵废弃物;第二步：将所得的二次发酵废弃物浓缩后，放入密闭反应器中，加入催化剂，进行反应，经过后处理得到重金属吸附剂。本发明方法显著提高了碳材料对重金属的吸附率，实现了对有机废物的高效资源化利用。
权利要求书
1.一种利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将污泥进行厌氧发酵，发酵后将污泥进行浓缩，得到发酵废弃物，向其中加入营养调节剂，进行二次发酵，得到二次发酵废弃物;
第二步：将所得的二次发酵废弃物浓缩后，放入密闭反应器中，加入催化剂，进行反应，经过后处理得到重金属吸附剂。
2.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述第一步中，发酵后将污泥进行浓缩至VSS为10~40g/L。
3.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的营养调节剂含有碳水化合物、油脂和蛋白质，碳水化合物、油脂和蛋白质的重量比为4-8：1-6：1-3。
4.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的营养调节剂的添加量为污泥VSS重量的5%~50%。
5.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的营养调节剂为餐厨垃圾。
6.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的厌氧发酵的温度为25-50℃，pH为6-11，时间为3-6天。
7.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的二次发酵的时间为2~7天，发酵温度控制在10~60℃，发酵过程中pH控制为4~10，发酵条件为兼性厌氧。
8.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的反应条件为在1h内使反应体系的温度升到180~250℃，并保持该温度1h，压力为1~1.5MPa，搅拌速度为800~1200rpm。
9.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的反应产物的后处理方法为：将反应体系自然冷却到室温冷却至室温，抽滤得到固体产物，使用自来水洗涤，直至自来水无色透明为止，将固体产物在40~80℃烘箱中烘干10~20h，最后将得到的固体研磨得到重金属吸附剂。
10.如权利要求1所述的利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法，其特征在于，所述的催化剂为CaCl2和MgO，CaCl2的添加量为每克浓缩后的二次发酵废弃物中的挥发性固体悬浮物加入0.01~0.05gCaCl2，MgO的添加量为每克浓缩后的二次发酵废弃物中的挥发性固体悬浮物加入0.02~0.07gMgO。
说明书
一种利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及一种资源化利用发酵废弃物的方法，尤其是关于利用发酵废弃物 制备重金属吸附剂的方法。
背景技术
厌氧发酵是有机底物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被代谢转化的 过程，同时伴有CH4和CO2产生的变化，产生的发酵液中含有大量的挥发性脂 肪酸(VFA)，可被资源化利用，如文献(JingyangLuo，LeiyuFeng，etal.Improved productionofshort-chainfattyacidsfromwasteactivatedsludgedrivenby carbohydrateadditionincontinuous-flowreactors：InfluenceofSRTandtemperature. AppliedEnergy，113(2014)57-58)中只提到了资源化利用污泥产生短链脂肪酸， 但至今并未涉及污泥发酵废弃物的处理处置方法。发酵之后的废弃底泥难以资源 化利用，VSS含量低，随意堆放会产生臭气，污染大气环境，而且会占用大量的 土地资源。目前，常用的处理方法为堆肥法，但是该方法会产生大气污染等二次 污染;卫生填埋会占用大量的土地资源还会产生高昂的运输费用。污泥发酵废弃 物中含有厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸以及难以被微生物代谢的碳源物质，由于 发酵产物中存在羟基，羧基等亲水基团，通过适当的温度及压力下，在二价离子 的催化作用下，羟基酸会加成在碳链上，并且会使生成的碳材料具有更优的多孔 物理结构，为制备高性能吸附剂提供了可能。
水体中重金属离子的去除方法包括化学沉淀(产生低密度污泥，难以处理)， 膜过滤(膜污染，成本高)，电化学方法(包括电凝法、电浮选和电附着)需要 昂贵的电力供应，吸附法是目前公认的一种有效和经济的处理污水中重金属的方 法，比较常用的吸附剂为活性炭，但是活性炭的制备成本较高，一直限制着活性 炭在污水治理行业的应用。如文献(马缨，盛国平.改性炭基吸附剂去除水中重 金属和染料的研究)中报道了对活性炭改性以提高对重金属离子的吸附量，并未 从根本上解决活性炭制备高成本问题;文献(RezanDemir-Cakan，NikiBaccile，et al.Carboxylate-RichCarbonaceousMaterialsviaOne-StepHydrothermal CarbonizationofGlucoseinthePresenceofAcrylicAcid.Chem.Mater.2009，21， 484-490)中报道了水热碳化葡萄糖制备吸附炭，并引入丙烯酸对碳材料改性， 该报道制备吸附炭的成本较高，而且引入高成本的改性药剂，使得该方法难以在 实际工程中实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种资源化利用发酵废弃物，同时利用发酵液中的有机 酸对重金属吸附材料进行改性的方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种利用污泥发酵废弃物制备重金属吸附 剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将污泥进行厌氧发酵，发酵后将污泥进行浓缩，得到发酵废弃物， 向其中加入营养调节剂，进行二次发酵，得到二次发酵废弃物;
第二步：将所得的二次发酵废弃物浓缩后，放入密闭反应器中，加入催化剂， 进行反应，经过后处理得到重金属吸附剂。
优选地，所述第一步中，发酵后将污泥进行浓缩至VSS为10～40g/L。
优选地，所述的营养调节剂含有碳水化合物、油脂和蛋白质，碳水化合物、 油脂和蛋白质的重量比为4-8∶1-6∶1-3，碳水化合物、油脂和蛋白质的总重量 为发酵废弃物的VSS重量的5%～50%。
优选地，所述的营养调节剂为餐厨垃圾。
优选地，所述的污泥为城市污水处理厂的剩余污泥。
优选地，所述的厌氧发酵的温度为25-50℃，pH为6-11，时间为3-6天。
优选地，所述的二次发酵的时间为2～7天，发酵温度控制在10～60℃，发酵 过程中pH控制为4～10，发酵条件为兼性厌氧。
优选地，所述的第二步中，二次发酵废弃物浓缩至VSS为35-60g/L。
优选地，所述的密闭反应器需要密闭耐温耐压，要求温度耐受极限至少为 280℃，要求压力耐受至少为5MPa。
优选地，所述的密闭反应器设有四氟乙烯或PPL内衬。
优选地，所述的反应压力为1～1.5MPa，反应温度设定为：在1h内使反应体 系的温度升到180～250℃，并保持该温度1h，反应在搅拌下进行，搅拌速度为 800～1200rpm。
优选地，所述的反应产物的后处理方法为：将反应体系自然冷却到室温冷却 至室温，抽滤得到固体产物，使用自来水洗涤，直至自来水无色透明为止，将固 体产物在40～80℃烘箱中烘干10～20h，最后将得到的固体研磨得到重金属吸附剂。
优选地，所述的催化剂为CaCl2和MgO，CaCl2的添加量为每克浓缩后的二 次发酵废弃物中的挥发性固体悬浮物(VSS)加入0.01～0.05gCaCl2，MgO的添 加量为每克浓缩后的二次发酵废弃物中的挥发性固体悬浮物(VSS)加入 0.02～0.07gMgO。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法显著提高了碳材料对重金属的吸附率，实现了对有机废物的高效 资源化利用。