污泥基吸附剂及其制备方法

　　申请日2018.10.17

　　公开(公告)日2019.01.11

　　IPC分类号B01J20/30; B01J20/20; C02F11/10; C02F1/28; C02F101/36; C02F101/38

　　摘要

　　本发明公开了一种污泥基吸附剂的制备方法，其由包含污泥、生物质秸秆和碱的浆液在功率为550‑700W的微波辐照下裂解碳化得到。本发明首次提出并尝试解决由污泥制得的碳吸附材料而带来的重金属的二次污染问题。通过大量研究发现，向污泥中添加生物质秸秆和碱，再将该浆液创新地在微波辐照下进行裂解碳化，可以有效将污泥中的重金属钝化固定，避免制得的吸附剂在使用过程的重金属溶出，从而达到降低其二次污染的效果。

　　权利要求书

　　1.一种污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，由包含污泥、生物质秸秆和碱的浆液在功率为550-700W的微波辐照下裂解碳化得到。

　　2.如权利要求1所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的污泥为黑臭水体河道底泥、油田污泥、皮革厂污泥中的至少一种。

　　3.如权利要求2所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的污泥为重金属污染超标污泥，优选地，其的重金属的含量为：Ni=118.37±2.26mg/kg;Cr=514.24±2.75mg/kg。

　　4.如权利要求1所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的生物质秸秆为棉杆、竹、葡萄藤中的至少一种;优选为竹。

　　5.如权利要求1～4任一项所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，污泥和生物质秸秆的质量比为1∶0.2-0.5;优选为1∶0.4～0.5。

　　6.如权利要求1～4任一项所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的碱为碱金属氢氧化物和/或碳酸盐;优选为氢氧化钾。

　　7.如权利要求6所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，污泥、生物质秸秆总质量与碱重量为1∶0.2-0.5;进一步优选为1∶0.35-0.45。

　　8.如权利要求1所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，将污泥、生物质秸秆干燥、粉碎，随后在含碱的水溶液中浸泡10～14h，得所述的浆液;

　　浆液中的固液比为1∶1.2-1.5(w/w);碱的浓度为16.7-33.3wt.%。

　　9.如权利要求1所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，微波功率为550-700W;优选为600～700W。

　　10.如权利要求1所述的污泥基吸附剂的制备方法，其特征在于，通过所述的微波辐照，控制裂解碳化过程的温度为550℃-650℃;

　　裂解碳化过程的升温速率优选为20-65℃/min;

　　优选地，裂解碳化过程在保护性气氛下进行;时间为10-30min。

　　说明书

　　一种污泥基吸附剂及其制备方法

　　技术领域

　　本发明属于废弃污泥资源化处理领域，尤其涉及一种通过微波加热，并添加生物质与污泥共热解制备污泥基吸附剂的方法。

　　背景技术

　　污泥为一种成分复杂的固废，且含有大量具有较大危害性的重金属和有机质。

　　例如，剩余污泥是污水处理厂生物法处理污水过程中排出系统外的废弃污泥，是一种固体废弃物。剩余污泥的成分很复杂，且所含的有机污染物及重金属元素毒性大、污染残留时效长，如不能安全有效的转化或降解，将会对大气、水体及土壤环境安全造成严重的威胁。因此，剩余污泥必须被妥善处理与处置，否则将破坏公共环境，危及人类健康，影响社会发展，带来严重的二次污染问题。

　　目前，剩余污泥的处理处置方式主要为卫生填埋、堆肥、农业应用以及焚烧等[1]，这些处理方式有较大的潜在环境风险，例如，土地资源紧张和污染农田风险限制了污泥卫生填埋和农业应用的发展;污泥焚烧烟气中含有二噁英等致癌物质、飞灰中将带走重金属以及强烈的公众反对大大限制了污泥焚烧处理[2，3]。此外，据统计目前我国以填埋为主的(50%以上)污泥处理方式年处理费用已达20亿美元，带来了严重的经济负担[4]。因此，亟待开发出一种既经济又环保的污泥处理方式。

　　污泥热解处理是目前研究的热点，与传统处理方式相比，污泥中的重金属在热解后被固定在热解炭中[5]，并且在热解过程中有较低和可接受的气体排放[6]。此外，污泥热解固体产物污泥基炭可作为吸附剂使用，其总成本(0.1-0.2USD/kg)是制备等效标准活性炭总成本(2.0-2.2USD/kg)的5-10%[3，7]。因此，与其它传统处理方法相比，污泥热解是一种更安全、更有前景的污泥处理方法。目前，热解的加热方式主要采用电加热，是一个热传递过程，其弊端主要在于耗时长，能耗大且原料受热不均匀。

　　由于基底材料品质差，剩余污泥单独热解制得吸附剂的灰分含量较高、比表面积较低，且重金属浸出潜在生态风险较高，大大限制了其吸附能力及应用前景，例如：Jin等[8]00采用电炉热解剩余污泥制得炭的灰分高达74wt.%，比表面积仅为5.99m2/g，重金属浸出潜在风险较高;Agrafioti等[9]采用电炉热解剩余污泥制得吸附剂对于As(V)和Cr(III)的吸附量分别仅为4.25mg/g和3.09mg/g。