專利名稱：用于煙氣脫硫的污泥活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于活性炭的制備方法，尤其涉及煙氣脫硫用活性炭的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)廢水排放及資源保護(hù)要求的提高，新的污水處理廠將不斷建立。處理污水的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的污泥，其數(shù)量約占處理水量的0.3％～0.5％左右(以含水率為97％計(jì)算)，這些污泥不穩(wěn)定、易腐敗、有惡臭。城市污水處理廠產(chǎn)生的大量污泥，經(jīng)過(guò)沉淀、濃縮、消化、脫水及最終處置等常規(guī)污泥處理和處置工藝，需要大量的基建投資和較高的運(yùn)行費(fèi)用，其運(yùn)行費(fèi)用約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的40％～65％左右。2004年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)已建成并投入運(yùn)營(yíng)的污水處理廠已超過(guò)700座，日污水處理能力約4500萬(wàn)噸，現(xiàn)年排放污泥量(干重)約130萬(wàn)噸，且每年仍已10％左右的增幅增長(zhǎng)。隨著污水處理廠運(yùn)行效率的逐漸提高和新的污水處理廠的逐步建成，我國(guó)城市污泥每年排放污泥量(干重)最終估計(jì)將提高到840萬(wàn)噸，占我國(guó)總固體廢棄物排放量的3.2％。特別是對(duì)于天津市這種大城市，如何處置污泥是全球所面臨的緊迫問(wèn)題。
由于污水處理廠未經(jīng)消化的污泥中揮發(fā)性固體和蛋白質(zhì)分別占總干固體質(zhì)量的60～80％和22～41％，因此未經(jīng)消化的污泥中有機(jī)碳含量高。近幾年，對(duì)污泥制備活性炭方面進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)研究，由于缺少理論方面的指導(dǎo)，使得大部分制得的污泥活性炭吸附性能不很理想，限制了其應(yīng)用。另外，在制備方法上，國(guó)內(nèi)外主要使用的是化學(xué)活化法、物理活化法、化學(xué)物理活化法制備污泥活性炭。物理活化法雖然污染小，但活性炭的性能較差；化學(xué)活化法雖然吸附性能普遍優(yōu)于物理法，但存在著大量使用活化劑，活化時(shí)腐蝕設(shè)備、活化后續(xù)水洗、酸洗廢水的處理等環(huán)境問(wèn)題，使其可行性受阻。物理化學(xué)活化法雖在一定程度上減少使用活化劑，緩解了活化時(shí)腐蝕設(shè)備、活化后續(xù)水洗、酸洗廢水的處理等環(huán)境問(wèn)題，但是化學(xué)活化法存在的問(wèn)題仍未得到徹底的解決。因此，需要開發(fā)出既環(huán)保又能制得具有較好吸附性能污泥活性炭的新工藝。
近年來(lái)，微波加熱發(fā)展很快。由于微波加熱的方法是通過(guò)被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”而使物料溫度升高，不須任何熱傳導(dǎo)的過(guò)程，加熱速度快且均勻，沒(méi)有額外熱量消耗，能效高，加熱時(shí)間僅需傳統(tǒng)加熱方式的幾分之一或幾十分之一。金燕、蔣文舉等人在2003年第四期《環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備》中，發(fā)表的“微波加熱對(duì)活性炭表面基團(tuán)及其對(duì)SO2吸附性能的影響”文章，論述了“微波加熱技術(shù)對(duì)不同粒徑的活性炭進(jìn)行改性，研究了改性前后活性炭的表面化學(xué)基團(tuán)、元素組成的變化，以及對(duì)SO2吸附性能的影響”?，F(xiàn)有的微波-物理法制備活性炭的過(guò)程為原料→常規(guī)加熱炭化→微波加熱同時(shí)通入活化氣體(如水蒸氣、二氧化碳、空氣等)至少20min→活性炭成品?，F(xiàn)有方法的缺點(diǎn)是，由于微波加熱時(shí)通入的活化氣體對(duì)氣氛尚有特殊要求，因此微波爐的構(gòu)造必須適應(yīng)氣氛的特殊需要，另外，在脫硫性能和能源消耗方面同樣有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用微波-物理法，利用微波將脫硫官能團(tuán)賦予污泥活性炭材料的表面，以克服物理活化法、化學(xué)物理活化法及化學(xué)活化法制備污泥活性炭的不足，提供一種能夠提高脫硫性能、使微波爐構(gòu)造得以簡(jiǎn)化、降低活性炭成本、節(jié)約能源消耗、實(shí)現(xiàn)污水、污泥資源化和無(wú)害化的脫硫用活性炭的制備方法。
本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種脫硫用污泥活性炭的制備方法，包括如下步驟(1)污泥的預(yù)處理將污水污泥曬干、脫水，制成含水率低于10wt％～20wt％的干污泥；(2)微波處理干污泥每30～50g的干污泥，在攪拌過(guò)程中逐滴加入5～60mL的蒸餾水，使得干污泥與蒸餾水充分混合，放置12～24h，然后再將此污泥置于微波爐內(nèi)，在300～1000w下，微波處理1～15min，再轉(zhuǎn)入干燥器中冷卻至室溫，待用；(3)炭化將步驟(2)制得的污泥放入炭化爐中，在200～1000℃下炭化，采用氮?dú)飧艚^空氣，氮?dú)饬髁繛?0～100L/h，加熱速率控制在5～35℃/min，炭化0.5～4h，制得炭化料；(4)物理活化將步驟(3)制得的炭化料在200～1000℃下活化，采用流量為10～100L/h的水蒸汽，加熱速率控制在5～35℃/min，活化0.5～4h，制得活化料；(5)微波改性將步驟(4)制得的活化料置于微波爐中，控制微波功率為200～1000w，微波輻照1～10min，冷卻，研磨，制得脫硫污泥活性炭。
所述步驟(1)的制成干污泥的含水率為20wt％。
所述步驟(2)稱量干污泥40g，在攪拌過(guò)程中逐滴加入的蒸餾水5mL，放置12h，再將此污泥置于600w微波爐內(nèi)，微波處理3min。
所述步驟(3)的炭化溫度為1000℃，氮?dú)饬髁繛?0L/h，加熱速率控制在35℃/min，炭化30min。
所述步驟(4)的活化溫度為200℃，水蒸汽流量為100L/h，加熱速率控制在5℃/min，活化4h。
所述步驟(5)的控制微波功率為1000w，微波輻照1min。
本發(fā)明的有益效果是，利用微波法將脫硫官能團(tuán)賦予污泥活性炭材料的表面，以克服物理活化法、化學(xué)物理活化法及化學(xué)活化法及現(xiàn)有技術(shù)制備污泥活性炭的不足。提高了脫硫性能、簡(jiǎn)化了微波爐構(gòu)造、降低了活性炭成本、節(jié)約了能源消耗、實(shí)現(xiàn)了污水、污泥資源化和無(wú)害化的煙氣脫硫用活性炭的制備方法。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明所用原料為城市污水處理廠剩余的污泥。
本發(fā)明采用的微波-物理法制備活性炭的過(guò)程為污泥→加水浸漬→微波加熱→常規(guī)加熱炭化→物理活化同時(shí)通入活化氣體(如水蒸氣、二氧化碳、空氣等)→污泥活性炭→微波改性→脫硫用污泥活性炭成品。由于先加水浸漬污泥，使得適量的水進(jìn)入污泥的表面及內(nèi)部，再進(jìn)行微波加熱，微波與污泥表面和內(nèi)部的水發(fā)生作用，水能吸收微波使污泥的溫度劇烈上升，有利于后續(xù)炭化和活化反應(yīng)的順利進(jìn)行，最后經(jīng)活化后的污泥活性炭再經(jīng)微波輻照，一方面，污泥活性炭本身要吸收微波而升溫，燒失一部分炭，使孔徑擴(kuò)大，同時(shí)打開部分的閉孔，增加污泥活性炭的孔容和比表面積，提高污泥活性炭的吸附性能，另一方面，改變表面的基團(tuán)結(jié)構(gòu)，使其堿性增強(qiáng)，從而污泥活性炭吸附二氧化硫的能力增強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在不斷提高污泥活性炭脫硫性能的同時(shí)，簡(jiǎn)化了微波爐的構(gòu)造(不需通氣氛)，減少了微波輻照的時(shí)間(少于15min)，節(jié)省能源。通過(guò)改進(jìn)脫硫用污泥活性炭的制備方法，克服了物理活化法、化學(xué)物理活化法及化學(xué)活化法制備污泥活性炭的不足。提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)污水、污泥資源化和無(wú)害化，降低脫硫活性炭成本，不斷地提高脫硫性能的脫硫用活性炭的制備方法。
實(shí)施例1(1)制備干污泥將污水污泥曬干、脫水，制成含水率為10wt％的干污泥。
(2)微波處理干污泥稱量30g的干污泥，再在攪拌過(guò)程中逐滴加入20mL的蒸餾水，使得干污泥與蒸餾水充分混合，放置24h，然后再將此污泥置于微波爐內(nèi)，在300w下，微波處理5min，再轉(zhuǎn)入干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)炭化將步驟(2)制得的污泥放入炭化爐中，在200℃下炭化，采用氮?dú)飧艚^空氣，氮?dú)饬髁繛?00L/h，加熱速率控制在5℃/min，炭化4h，制得炭化料。
(4)物理活化將步驟(3)制得的炭化料在1000℃下活化，采用水蒸汽(流量為50L/h)，加熱速率控制在20℃/min，活化0.5h，制得活化料。
(5)微波改性將步驟(4)制得的活化料置于微波爐中，控制微波功率為800w，微波輻照3min，冷卻，制得脫硫污泥炭。
實(shí)施例1的脫硫?qū)嶒?yàn)本發(fā)明采用初始濃度為1000mg/dm3SO2混合氣體作為待處理氣源。采用常規(guī)的脫硫裝置采集經(jīng)過(guò)脫硫污泥活性炭脫硫后的SO2混合氣體。應(yīng)用碘量法滴定采集了SO2混合氣體的吸收液，通過(guò)計(jì)算得出脫硫污泥活性炭對(duì)SO2氣體的脫硫值。
1)SO2吸收液的制備精確稱取11.0g氨基磺酸銨、7.0g硫酸銨，加少量水，攪拌使其充分溶解，繼續(xù)加水至1000ml。以0.05mol/L硫酸調(diào)節(jié)至pH＝5.4±0.3，即成SO2氣體吸收液。
2)碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備①碘貯備溶液的制備，精確稱取40.0g碘化鉀、12.7g碘，加少量水充分溶解，用水稀釋至1000ml，加鹽酸3滴，配制成碘貯備溶液C＝0.1mol/L，貯存于棕色瓶中，保存于冷暗處。
②碘貯備溶液的標(biāo)定，吸取0.1mol/L的碘貯備溶液25.00ml，以0.1mol/L硫代硫酸鈉溶液滴定，溶液由紅棕色變?yōu)榈S色后，加0.5％淀粉溶液5.0ml，繼續(xù)用硫代硫酸鈉溶液滴定至蘭色恰好消失為止，記下滴定消耗硫代硫酸鈉的體積(V)。通過(guò)精確計(jì)算，得到碘貯備溶液的準(zhǔn)確摩爾濃度。
③碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備，依據(jù)碘貯備溶液的準(zhǔn)確摩爾濃度，計(jì)算出需要的碘貯備溶液的體積，取該體積碘貯備溶液于1000ml容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，充分混勻，制備出碘標(biāo)準(zhǔn)溶液C＝0.01mol/L，貯存于棕色瓶中，在冰箱中保存待用。
3)采集了SO2混合氣體的吸收液的滴定采樣后，在現(xiàn)場(chǎng)將第一、第二個(gè)吸收瓶中采集了低濃度SO2混合氣體的吸收液全部轉(zhuǎn)入碘量瓶中，然后用少量吸收液洗滌兩個(gè)吸收瓶1～2次，洗滌液并入碘量瓶中，搖勻后加0.5％的淀粉溶液5.0ml，以0.01mol/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至蘭色，記下消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V。
4)依據(jù)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，精確計(jì)算出脫硫污泥活性炭脫硫率為68.2％實(shí)施例2(1)制備干污泥將污水污泥曬干、脫水，制成含水率為20wt％的干污泥。
(2)微波處理干污泥稱量40g的干污泥，再在攪拌過(guò)程中逐滴加入5mL的蒸餾水，使得干污泥與蒸餾水充分混合，放置12h，然后再將此污泥置于微波爐內(nèi)，在600w下，微波處理3min，再轉(zhuǎn)入干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)炭化將步驟(2)制得的污泥放入炭化爐中，在500℃下炭化，采用氮?dú)飧艚^空氣，氮?dú)饬髁繛?0L/h，加熱速率控制在20℃/min，炭化1h，制得炭化料。
(4)物理活化將步驟(3)制得的炭化料在800℃下活化，采用水蒸汽(流量為10L/h)，加熱速率控制在35℃/min，活化0.5h，制得活化料。
(5)微波改性將步驟(4)制得的活化料置于微波爐中，控制微波功率為200w，微波輻照10min，冷卻，制得脫硫污泥炭。
實(shí)施例2的脫硫?qū)嶒?yàn)的方法與實(shí)施例1相同。依據(jù)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，精確計(jì)算出實(shí)施例2的脫硫污泥活性炭的脫硫率為78.6％。
實(shí)施例3(1)制備干污泥將污水污泥曬干、脫水，制成含水率為15wt％的干污泥。
(2)微波處理干污泥稱量50g的干污泥，再在攪拌過(guò)程中逐滴加入60mL的蒸餾水，使得干污泥與蒸餾水充分混合，放置18h，然后再將此污泥置于微波爐內(nèi)，在1000w下，微波處理1min，再轉(zhuǎn)入干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)炭化將步驟(2)制得的污泥放入炭化爐中，在1000℃下炭化，采用氮?dú)飧艚^空氣，氮?dú)饬髁繛?0L/h，加熱速率控制在35℃/min，炭化30min，制得炭化料。
(4)物理活化將步驟(3)制得的炭化料在200℃下活化，采用水蒸汽(流量為100L/h)，加熱速率控制在5℃/min，活化4h，制得活化料。
(5)微波改性將步驟(4)制得的活化料置于微波爐中，控制微波功率為1000w，微波輻照1min，冷卻，制得脫硫污泥炭。
實(shí)施例3的脫硫?qū)嶒?yàn)的方法與實(shí)施例1相同。依據(jù)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，精確計(jì)算出實(shí)施例3的脫硫污泥活性炭的脫硫率為60.5％。
本發(fā)明與已有技術(shù)制得污泥活性炭脫硫率的對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表1，持續(xù)脫硫4h后本發(fā)明與微波物理法制得活性炭脫硫率的對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表2。
表1

表2

由表1、表2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明較之現(xiàn)有技術(shù)具有顯著地進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種用于煙氣脫硫的污泥活性炭的制備方法，包括如下步驟(1)污泥的預(yù)處理將污水污泥曬干、脫水，制成含水率為10wt％～20wt％的干污泥；(2)微波處理干污泥每30～50g的干污泥，在攪拌過(guò)程中逐滴加入5～60mL的蒸餾水，放置12～24h，然后再將此污泥置于微波爐內(nèi)，在300～1000w下，微波處理1～15min，再轉(zhuǎn)入干燥器中冷卻至室溫，待用；(3)炭化將步驟(2)制得的污泥放入炭化爐中，于200～1000℃下炭化，采用氮?dú)飧艚^空氣，氮?dú)饬髁繛?0～100L/h，加熱速率控制在5～35℃/min，炭化0.5～4h，制得炭化料；(4)物理活化將步驟(3)制得的炭化料在200～1000℃下活化，采用流量為10～100L/h的水蒸汽，加熱速率控制在5～35℃/min，活化0.5～4h，制得活化料；(5)微波改性將步驟(4)制得的活化料置于微波爐中，控制微波功率為200～1000w，微波輻照1～30min，冷卻，研磨，制得脫硫污泥活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的制成干污泥的含水率為20wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)稱量干污泥40g，在攪拌過(guò)程中逐滴加入的蒸餾水5mL，放置12h，再將此污泥置于600w微波爐內(nèi)，微波處理3min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的炭化溫度為1000℃，氮?dú)饬髁繛?0L/h，加熱速率控制在35℃/min，炭化30min
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的活化溫度為200℃，水蒸汽流量為100L/h，加熱速率控制在5℃/min，活化4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的控制微波功率為1000w，微波輻照1min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于煙氣脫硫的污泥活性炭的制備方法，包括(1)污泥的預(yù)處理，(2)微波處理干污泥，(3)炭化，(4)物理活化，(5)微波改性的步驟。本發(fā)明利用微波法將脫硫官能團(tuán)賦予污泥活性炭材料的表面，提供了一種實(shí)現(xiàn)污水、污泥資源化和無(wú)害化、降低脫硫活性炭成本、節(jié)約能源消耗、提高脫硫性能的煙氣脫硫用活性炭的制備方法。
文檔編號(hào)C02F11/00GK1986399SQ200610130548
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者范曉丹, 張襄楷 申請(qǐng)人:天津城市建設(shè)學(xué)院