本發(fā)明涉及一種污水污泥制備改性活性焦的方法。
背景技術(shù)：
污水污泥是市政污水處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，處理每噸廢水會(huì)產(chǎn)生3～5千克污泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國污水污泥產(chǎn)生量已超過4700萬噸，而目前通過填埋、焚燒等無害化和減量化處理的污泥量僅為污泥總量的30％。污泥中含營養(yǎng)元素氮和磷，可作為肥料被農(nóng)用，但由于污水處理的絮凝過程中70～90％重金屬(Cd、Pb、Cu、As、Cr、Ni)會(huì)通過吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中，限制了其資源化利用的途徑。從污泥處置方式上看，填埋場地日益稀缺，且存在潛在的土壤和地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致污泥直接填埋并非良久之策；污泥生物處理技術(shù)尚不成熟，且缺少對產(chǎn)品的規(guī)范化管理；熱處理技術(shù)具有減容量大、可能源回收等優(yōu)點(diǎn)，但需要解決煙氣中重金屬的排放控制。
活性炭/焦具有結(jié)構(gòu)多孔、比表面積大、表面活性高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作化工、水處理、大氣處理等行業(yè)的吸附劑或催化劑載體。污泥中含有有機(jī)質(zhì)，可通過炭化和活化處理制備成活性炭/焦。中國專利CN105170131A公開了一種污泥炭基脫硫脫硝催化劑的制備方法，利用水熱炭化法制備污泥炭，增加了污泥的活性位點(diǎn)并負(fù)載了稀土金屬催化劑，提高了其脫硫脫硝效率；中國專利CN104556030A公開了一種用于利用污泥制備大比表面積活性炭的控制方法，通過“兩步三段法”，提高了活性焦的比表面積，用于煙氣和污水中有害成分的凈化?，F(xiàn)有研究大多將污泥直接制備成活性炭，沒有考慮其機(jī)械性能及可能存在的重金屬的二次污染問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種減少污泥重金含量、實(shí)現(xiàn)污泥減量化和資源化的污水污泥制備改性活性焦的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種污水污泥制備改性活性焦的方法，包括以下步驟：
(1)在污泥炭化過程中加入廢聚氯乙烯；
(2)將炭化過程產(chǎn)生含有HCl和重金屬污染物的煙氣進(jìn)行煙氣處理。
較佳的，所述步驟(1)之前還包括下列步驟：
(1)將脫水污泥進(jìn)行間接干化處理得到干化污泥；
(2)將步驟(1)中干化污泥進(jìn)行破碎粉磨處理；
(3)將步驟(2)中破碎處理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接劑1％混合制備成型；
(4)將步驟(3)中混合成型的污泥和煤粉進(jìn)行0.5～2h炭化處理。
較佳的，所述混合成型的污泥和煤粉炭化處理之后還包括下列步驟：
(1)向炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化劑，進(jìn)行活化處理后得到活性焦；
(2)將制得的活性焦浸入改性劑，進(jìn)行改性處理后烘干得到改性活性焦。
較佳的，所述活化處理中所述活性劑為氯化鋅活性劑，所述活化處理的活化溫度為900～1100℃，活化時(shí)間為1～3h；
較佳的，所述改性處理中所述改性劑為的V2O5的膠體溶液；
所述改性處理的具體步驟包括：
(1)將活性焦浸入濃度為0.1～0.5mol/L，溫度為105～120℃的V2O5的膠體溶液；
(2)活性焦浸入V2O5的膠體溶液1～5h后取出并在105℃條件下烘干。
本發(fā)明采用適當(dāng)?shù)幕旌媳葘⑽勰嗯c煤粉共同制備成活性焦，并在炭化過程中加入廢聚氯乙烯，一方面實(shí)現(xiàn)廢聚氯乙烯的資源回收利用，一方面削減了污泥中重金屬的含量，提高活性焦吸附性能的同時(shí)保證其機(jī)械性能，并通過脫毒和改性方法制備安全環(huán)保的活性焦；與活性炭相比，活性焦具有機(jī)械強(qiáng)度高且價(jià)格低廉的特點(diǎn)，主要用于煙氣的脫硫脫硝。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的污水污泥制備改性活性焦的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1
本實(shí)施例一種污水污泥制備改性活性焦的方法，包括以下步驟：
(1)在污泥炭化過程中加入廢聚氯乙烯；
(2)將炭化過程產(chǎn)生含有HCl和重金屬污染物的煙氣進(jìn)行煙氣處理。
所述步驟(1)之前還包括下列步驟：
(1)將脫水污泥進(jìn)行間接干化處理得到干化污泥；
(2)將步驟(1)中干化污泥進(jìn)行破碎粉磨處理；
(3)將步驟(2)中破碎處理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接劑1％混合制備成型；
(4)將步驟(3)中混合成型的污泥和煤粉進(jìn)行0.5～2h炭化處理。
所述混合成型的污泥和煤粉炭化處理之后還包括下列步驟：
(1)向炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化劑，進(jìn)行活化處理后得到活性焦；
(2)將制得的活性焦浸入改性劑，進(jìn)行改性處理后烘干得到改性活性焦。
所述活化處理中所述活性劑為氯化鋅活性劑，所述活化處理的活化溫度為900～1100℃，活化時(shí)間為1～3h。
所述改性處理中所述改性劑為的V2O5的膠體溶液。
所述改性處理的具體步驟包括：
(1)將活性焦浸入濃度為0.1～0.5mol/L，溫度為105～120℃的V2O5的膠體溶液；
(2)活性焦浸入V2O5的膠體溶液1～5h后取出并在105℃條件下烘干；
該方法整體步驟：
(1)將脫水污泥在溫度為180～220℃下進(jìn)行間接干化處理得到含水率為15～25％干化污泥；
(2)將步驟(1)中干化污泥進(jìn)行破碎粉磨處理，將粒徑降為200～325目以下；
(3)將步驟(2)中破碎處理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接劑1％混合制備成型；
(4)將步驟(3)中混合成型的污泥和煤粉在溫度600～800℃下進(jìn)行0.5～2h炭化處理，在炭化過程中加入聚氯乙烯；
(5)向步驟(4)炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化劑進(jìn)行活化處理后得到活性焦；
(6)將制得的活性焦浸入改性劑進(jìn)行改性處理后烘干得到改性活性焦。
在炭化過程中添加廢聚氯乙烯，廢聚氯乙烯在在加熱過程自230℃左右開始分解產(chǎn)生HCl，產(chǎn)生的HCl與污泥中重金屬(Pb、Cd、Cu、Zn等)氧化物反應(yīng)生成相應(yīng)的重金屬氯化物。反應(yīng)化學(xué)式如下：
3(CH2CHCl)n＝3nHCl+nC6H6
2HCl+PbO＝PbCl2+H2O
2HCl+CdO＝CdCl2+H2O
2HCl+ZnO＝ZnCl2+H2O
2HCl+CuO＝CuCl2+H2O
同時(shí)重金屬氯化物具有熔點(diǎn)低、蒸汽壓高的特點(diǎn)，在炭化的溫度范圍內(nèi)可揮發(fā)至煙氣或冷凝在顆粒物中，且炭化時(shí)間較長(0.5～2h)有利于重金屬氯化物的轉(zhuǎn)移，重金屬去除率高于50％。進(jìn)一步采用煙氣處理系統(tǒng)去除產(chǎn)生的過量HCl及揮發(fā)的重金屬氯化物等污染物；同時(shí)聚氯乙烯分解產(chǎn)生的氣體有利于活性焦中多孔結(jié)構(gòu)的形成；
污泥與煤粉共同制備活性焦，通過調(diào)整比例可提高傳統(tǒng)活性焦的比表面積大、孔容率、吸附性，提高活性炭或活性焦中炭源含量和機(jī)械性能；
本實(shí)施例通過在炭化過程中炭化過程中，加入廢聚氯乙烯將污泥中重金屬轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的重金屬氯化物，使其在高溫下遷移至煙氣中并被煙氣處理系統(tǒng)捕獲，以減少活性焦中重金屬的含量，同時(shí)聚氯乙烯分解產(chǎn)生的氣體有利于活性焦中多孔結(jié)構(gòu)的形成；同時(shí)利用污水污泥中富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，將其與煤粉按適當(dāng)比例共同制備成活性焦，在顯著提高活性焦吸附效率的前提下，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化與資源化；污泥與煤粉共同制備的活性焦，可提高傳統(tǒng)活性焦的比表面積大、孔容率、吸附性，解決了污泥基活性炭或活性焦中炭源低、活性炭機(jī)械性能差的問題。
實(shí)施例2
如圖1所示，基于實(shí)施例1，本實(shí)施例所述活化處理中所述活性劑為氯化鋅活性劑，活化處理的活化溫度為900～1100℃，活化時(shí)間為1～3h。
所述改性處理中改性劑為的V2O5的膠體溶液，所述V2O5的膠體溶液濃度為0.1～0.5mol/L，溫度為105～120℃；改性處理中活性焦浸入V2O5的膠體溶液時(shí)間為1～5h，取出后在105℃條件下烘干制得改性活性焦；
具體步驟如下：污泥干化的溫度為200℃，脫水污泥經(jīng)干化后含水率降為20％，經(jīng)破碎機(jī)粉磨至200目，將干化污泥、煤粉和粘結(jié)劑按照5％、94％和1％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)制備成型，炭化溫度為600℃，炭化時(shí)間為1h，炭化過程中加入量為20～100g/t-活性焦的廢聚氯乙烯；Pb去除率達(dá)到62％，Cd去除率達(dá)到82％，Zn去除率達(dá)到70％，Cu去除率達(dá)到67％，炭化爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)去除HCl、重金屬等污染物，采用的活化劑為氯化鋅，活化溫度為900℃，活化時(shí)間為3h，活化后得到的活性焦浸入V2O5的膠體溶液中，膠體濃度為0.2mol/L，活性焦在溫度為105℃的改性劑中浸漬2h，制得改性活性焦。
采用V2O5改性活性焦，增加活性焦上催化位點(diǎn)催化NOx分解，分解化學(xué)式如下：
4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2＝3N2+6H2O
本實(shí)施例炭化過程中，加入廢聚氯乙烯將污泥中重金屬轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的重金屬氯化物，使其在高溫下遷移至煙氣中并被煙氣處理系統(tǒng)捕獲，以減少活性焦中重金屬的含量，同時(shí)聚氯乙烯分解產(chǎn)生的氣體有利于活性焦中多孔結(jié)構(gòu)的形成；利用污水污泥中富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)，將其與煤粉按適當(dāng)比例共同制備成活性焦，在顯著提高活性焦吸附效率的前提下，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化與資源化；污泥與煤粉共同制備活性焦，通過調(diào)整比例可提高傳統(tǒng)活性焦的比表面積大、孔容率、吸附性，同時(shí)解決污泥基活性炭或活性焦炭源低、活性炭機(jī)械性能差的問題；采用V2O5改性活性焦，增加活性焦的活性位點(diǎn)，可有效提高煙氣中NOx的脫除效率。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上選取實(shí)施例1中范圍內(nèi)的含量、配比、溫度以及濃度，說明實(shí)施例1的任意含量、配比、溫度以及濃度范圍內(nèi)的數(shù)值都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。