申请日2013.10.29
公开(公告)日2014.02.05
IPC分类号B01J21/18; B01D53/44; B01D53/86
摘要
本发明公开了一种骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法，操作步骤如下：1)脱水：污水处理厂、站生化处理剩余污泥经离心脱水，含水率在40～50%;2)活化：将该污泥与粉碎的玉米芯进行混合后同活化剂加入活化釜中搅拌6～8h;3)干燥：活化后的污泥再次经离心机脱水，含水率在10%，真空干燥后研磨、过筛，选取粒径为1-2mm的干燥污泥颗粒备用;4)炭化：氮气保护，流量为10L/h，管式电阻炉中，20℃/min的速率程序升温，590～610℃温度下热解炭化3～4h;碳化后冷却至室温,研磨、过筛，选取粒径在1～2mm的颗粒;5)洗涤晾干后即完成制备。本发明将污水生化处理产生的剩余污泥资源化利用，得到的固体催化剂用于吸收、吸附及生物催化氧化处理有机废气。
权利要求书
1.一种用于处理有机工业废气的固体催化剂，其特征在于，其骨架为污泥基活性炭。
2.一种骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法，其特征在于，按如下的步骤进 行：
步骤一、脱水：污水厂或企业污水处理站生化处理剩余污泥经离心机脱水，得到含水 率在40～50%的生化污泥;
步骤二、活化：将上述步骤一得到的生化污泥与粉碎的玉米芯按照重量比为20：3～4 进行混合成混合物;将上述混合物和活化剂依次加入到带搅拌设备的活化釜中，搅拌活化 6～8h;其中，活化剂为2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥与KOH固体量 的重量比为20：2～3，生化污泥与ZnCl2固体量的重量比为20：1～2;
步骤三、干燥：将上述步骤二活化后的污泥再次经离心机脱水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥机中105～110℃干燥3h，得干燥污泥体，将干燥污泥体依次在球磨机中研 磨、筛分器中过筛后，选取粒径为1-2mm的干燥污泥体颗粒备用;
步骤四、炭化：将步骤三得到的干燥污泥体颗粒进行碳化，碳化的工艺条件为：氮气 为保护气，流量为10L/h，管式电阻炉中，20℃/min的速率程序升温，590～610℃温度下 热解炭化3～4h;将炭化过程中所产生的废气通入装有碱液的尾气吸收池;将碳化后的固 体冷却至室温,依次在球磨机中研磨、筛分器中过筛，选取粒径在1～2mm的颗粒;
步骤五、洗涤：将上述步骤四得到的颗粒在洗涤釜中清水洗涤数次，晾干后即为骨架 为污泥基活性炭的固体催化剂。
3.根据权利要求2所述骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法，其特征在于， 该制备方法还包括：
步骤六、催化剂再生：将失活后催化剂加到洗涤釜中，先用重量百分比为5%的NaOH 溶液洗涤，再用清水洗涤至中性，晾干后重复进行步骤三、步骤四和步骤五，即得再生后 固体催化剂。
4.一种将骨架为污泥基活性炭的固体催化剂用于吸收，吸附及生物催化氧化处理有机 废气的应用,其中，采用高效立体筛板塔，并将固体催化剂装入该高效立体筛板塔中，用 于提高有机废气与催化剂间气、固两相接触比表面积。
说明书
一种骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备及其应用
技术领域
本发明属于气态污染物的废气处理技术和新型功能材料技术领域。涉及利用城镇及工 业废水处理过程中产生的剩余活性污泥，经筛选并培养为优势菌种后制备用于提高氧化能 力活性炭固体生物吸附剂的方法。
背景技术
在钢铁厂、造纸厂、化工厂、食品厂、医院、酒店等的废水处理设施生产或运行过程， 通常会产生一些恶臭、有毒有害、腐蚀性等污染物。这些物质扩散到空气中，导致腐蚀性 问题和影响舒适性的异味、虽不像强烈的腐蚀性气体那样对生产设备造成明显伤害，但慢 性腐蚀会逐步破坏控制系统并对人体造成很大伤害，管理人员往往需要一段时间才能发 现。由此增加大量的企业生产和维护费用支出、相关人员医疗健康费用支出，既影响环境 还造成很多不必要的损失。
上述过程中产生的气态污染物。气态污染物种类繁多，特性各异，采用的治理方法也 各不形同，常用的方法有：吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法及新兴的生物提取 液催化氧化法等。
目前，生产企业及其污水处理设施产生的废气目前多采用吸收法和吸附法组合的方式 进行处理，其中吸收法原理为：当采用某种液体处理气体混合物时，在气液相的接触过程 中，气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同，气体中的一种或数种溶解度 大的组分将进入到液相中，从而使气相中的各组分相对浓度发生了改变，即混合气体得到 了分离净化。依据吸收质与吸收剂是否发生化学反应，而将其分为物理吸收和化学吸收。 吸附法的原理为：由于固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力和化学键力，因此当 此固体表面与气体接触时，就能吸引气体分子，使其浓集并保持在固体表面，以此实现对 混合气体的净化。上述两种技术结合治理气态污染物具有工艺成熟、设备简单、一次性投 资低对所需净化组分具有很高的捕集效率，对于含尘、含湿、含粘污染物的废气也可同时 处理，因为应用范围广泛。但同时上述两种方法结合也存在一些问题，由于吸收是将气体 中的有害物质转移到了液体中，这些物质中有些还具有回收价值，因此对洗手液必须进行 处理，否则将导致资源的浪费或引起二次污染，吸附法的吸附剂在使用一段时间后，吸附 能力会明显下降乃至丧失，因此要不断的对失效吸附剂进行再生。通过再生，可以是吸附 剂重复使用，降低吸附费用，因更换过于频繁对于高浓度废气净化采用吸附法效果并不理 想。
生化处理经多年实践证明是目前运行最为稳定、运行费用很低的一种污水处理方式。 处理设施中的活性污泥及优势菌种经过污泥训话过程对于污水中的各种污染因子具有很 好的去除效果。一些污水处理设施的日常运行会不断产剩余活性污泥，如不及时排出处理 设施，会对整个处理系统产生不利影响，故需进行污泥脱水工作，并将脱水后污泥送至具 有处理资质的单位进行处理(目前大部分为焚烧)，需要大量的资金支持，且剩余污泥得 不到较好的利用。
发明内容
针对上述现有技术，本发明将污水生化处理产生的剩余污泥资源化利用，提供一种骨 架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法，制备得到的固体催化剂用于吸收，吸附及生 物催化氧化处理有机废气。
为了解决上述技术问题，本发明用于处理有机工业废气的固体催化剂，其骨架为污泥 基活性炭。
本发明骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法，按如下的步骤进行：
步骤一、脱水：污水厂或企业污水处理站生化处理剩余污泥经离心机脱水，得到含水 率在40～50%的生化污泥;
步骤二、活化：将上述步骤一得到的生化污泥与粉碎的玉米芯按照重量比为20：3～4 进行混合成混合物;将上述混合物和活化剂依次加入到带搅拌设备的活化釜中，搅拌活化 6～8h;其中，活化剂为2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥与KOH固体量 的重量比为20：2～3，生化污泥与ZnCl2固体量的重量比为20：1～2;
步骤三、干燥：将上述步骤二活化后的污泥再次经离心机脱水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥机中105～110℃干燥3h，得干燥污泥体，将干燥污泥体依次在球磨机中研 磨、筛分器中过筛后，选取粒径为1-2mm的干燥污泥体颗粒备用;
步骤四、炭化：将步骤三得到的干燥污泥体颗粒进行碳化，碳化的工艺条件为：氮气 为保护气，流量为10L/h，管式电阻炉中，20℃/min的速率程序升温，590～610℃温度下 热解炭化3～4h;将炭化过程中所产生的废气通入装有碱液的尾气吸收池;将碳化后的固 体冷却至室温,依次在球磨机中研磨、筛分器中过筛，选取粒径在1～2mm的颗粒;
步骤五、洗涤：将上述步骤四得到的颗粒在洗涤釜中清水洗涤数次，晾干后即为骨架 为污泥基活性炭的固体催化剂。
进一步讲，该制备方法还包括：
步骤六、催化剂再生：将失活后催化剂加到洗涤釜中，先用重量百分比为5%的NaOH 溶液洗涤，再用清水洗涤至中性，晾干后重复进行步骤三、步骤四和步骤五，即得再生后 固体催化剂。
本发明一种将骨架为污泥基活性炭的固体催化剂用于吸收，吸附及生物催化氧化处理 有机废气的应用,其中，采用高效立体筛板塔，并将固体催化剂装入该高效立体筛板塔中， 以此提高有机废气与催化剂间气、固两相接触比表面积，提高处理效率。
本发明把污泥的处置与催化剂的制备过程有机的结合起来，既处理了剩余的污泥，又 能用较低的成本制备吸收、吸附及生物催化氧化处理剂，使废气处理设施效率大大提高， 有效地去除了一般方法所难去除的有机气态污染物。本发明制得的污泥基活性炭吸收、吸 附、催化氧化剂在有机气态污染物的处理过程，对废气中的各类有害污染物具有良好的去 除效果，成本低廉，操作设备与方法简单，方便回收与再生使用。将剩余污泥及优势菌种 资源化利用制备基于高效立体筛板塔玻璃钢垫层污泥基活性炭，用于处理有机气态污染 物，有较好的环境效益与经济效益。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)对多余的污泥进行资源化利用，加入的玉米芯和KOH无毒害作用，不新引入金 属离子，不会对环境产生污染，制造成本低;
(2)处理范围广，易于实现和推广应用，可以方便地与传统吸收、吸附方法实现耦 合，提高整体工业废气处理过程的经济效益;
(3)相比传统单一吸收、吸附、反应等方法而言，此方法结合吸收、吸附及生物处 理多种功能于一身，结合基质活性炭充分发挥了吸收、吸附及生物处理三者的优势;
(4)与传统整体充填填料型固体催化剂相比，该固化生物处理剂与活性炭表面结合 更为牢固，充分利用高效立体筛板塔为承托层，具有气体与液体传质效率高，不易堵塞， 且不会产生因整体装填填料堵塞导致企业接触不均匀，吸收、液体短流等问题，催化剂性 能稳定，催化剂使用寿命较长。
(5)固体催化剂方便回收与再生。
具体实施方式
本发明更加详细的描述内容如下：
发明原理：本发明将城市及工业污水厂站生化处理产生的剩余污泥等多源污泥资源化 利用，用来制备具有吸收、吸附、生物处理剂。本发明将制备污泥基活性炭工艺和利用吸 收、吸附、生物处理剂的废气处理工艺合为一体，建立一套利用多源污泥制备具有催化功 能活性炭的方法。脱水后污泥经过活化、干燥、研磨、筛分、混合、焙烧等步骤，制备出 骨架为污泥基活性炭的用于处理有机工业废气的固体催化剂。
方法步骤：
为实现上述发明的目的，本发明一种骨架为污泥基活性炭的固体催化剂的制备方法， 按如下的步骤进行：
步骤一、脱水：污水厂或企业污水处理站，如树脂工业污水处理站生化处理剩余污泥 经离心机脱水，得到含水率在40～50%的生化污泥;
步骤二、活化：将上述步骤一得到的生化污泥与粉碎的玉米芯按照重量比为20：3～4 进行混合成混合物;将上述混合物和活化剂依次加入到带搅拌设备的活化釜中，搅拌活化 6～8h;其中，活化剂为2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥与KOH固体量 的重量比为20：2～3，生化污泥与ZnCl2固体量的重量比为20：1～2;
步骤三、干燥：将上述步骤二活化后的污泥再次经离心机脱水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥机中105～110℃干燥3h，得干燥污泥体，将干燥污泥体依次在球磨机中研 磨、筛分器中过筛后，选取粒径为1-2mm的干燥污泥体颗粒备用;
步骤四、炭化：将步骤三得到的干燥污泥体颗粒进行碳化，碳化的工艺条件为：氮气 为保护气，流量为10L/h，管式电阻炉中，20℃/min的速率程序升温，590～610℃温度下 热解炭化3～4h;将炭化过程中所产生的废气通入装有碱液的尾气吸收池;将碳化后的固 体冷却至室温,依次在球磨机中研磨、筛分器中过筛，选取粒径在1～2mm的颗粒;
步骤五、洗涤：将上述步骤四得到的颗粒在洗涤釜中清水洗涤数次，晾干后即为骨架 为污泥基活性炭的固体催化剂。
步骤六、催化剂再生：将失活后催化剂加到洗涤釜中，先用重量百分比为5%的NaOH 溶液洗涤，再用清水洗涤至中性，晾干后重复进行步骤三、步骤四和步骤五，即得再生后 固体催化剂。
将本发明制备得到的骨架为污泥基活性炭的固体催化剂用于吸收，吸附及生物催化氧 化处理有机废气的应用,其中，采用高效立体筛板塔，并将固体催化剂装入该高效立体筛 板塔中，以此提高有机废气与催化剂间气、固两相接触比表面积，提高处理效率。本发明 适用于吸收、吸附、生物处理有机工业废气，例如：典型的城镇及工业污水处理厂站产生 废气、化工及制造加工行业产生废气等等，并可与其他处理方法联合使用。
尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的 具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示 下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。