一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，操作步驟如下：1）脫水：污水處理廠、站生化處理剩余污泥經(jīng)離心脫水，含水率在40～50%；2）活化：將該污泥與粉碎的玉米芯進(jìn)行混合后同活化劑加入活化釜中攪拌6～8h；3）干燥：活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，含水率在10%，真空干燥后研磨、過篩，選取粒徑為1-2mm的干燥污泥顆粒備用；4）炭化：氮?dú)獗Ｗo(hù)，流量為10L/h，管式電阻爐中，20℃/min的速率程序升溫，590～610℃溫度下熱解炭化3～4h；碳化后冷卻至室溫,研磨、過篩，選取粒徑在1～2mm的顆粒；5）洗滌晾干后即完成制備。本發(fā)明將污水生化處理產(chǎn)生的剩余污泥資源化利用，得到的固體催化劑用于吸收、吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣。
【專利說明】一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣態(tài)污染物的廢氣處理技術(shù)和新型功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】。涉及利用城鎮(zhèn)及工業(yè)廢水處理過程中產(chǎn)生的剩余活性污泥，經(jīng)篩選并培養(yǎng)為優(yōu)勢菌種后制備用于提高氧化能力活性炭固體生物吸附劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋼鐵廠、造紙廠、化工廠、食品廠、醫(yī)院、酒店等的廢水處理設(shè)施生產(chǎn)或運(yùn)行過程，通常會產(chǎn)生一些惡臭、有毒有害、腐蝕性等污染物。這些物質(zhì)擴(kuò)散到空氣中，導(dǎo)致腐蝕性問題和影響舒適性的異味、雖不像強(qiáng)烈的腐蝕性氣體那樣對生產(chǎn)設(shè)備造成明顯傷害，但慢性腐蝕會逐步破壞控制系統(tǒng)并對人體造成很大傷害，管理人員往往需要一段時間才能發(fā)現(xiàn)。由此增加大量的企業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用支出、相關(guān)人員醫(yī)療健康費(fèi)用支出，既影響環(huán)境還造成很多不必要的損失。
[0003]上述過程中產(chǎn)生的氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物種類繁多，特性各異，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、燃燒法、冷凝法及新興的生物提取液
催化氧化法等。
[0004]目前，生產(chǎn)企業(yè)及其污水處理設(shè)施產(chǎn)生的廢氣目前多采用吸收法和吸附法組合的方式進(jìn)行處理，其中吸收法原理為:當(dāng)采用某種液體處理氣體混合物時，在氣液相的接觸過程中，氣體混合物中的不同組分在同一種液體中的溶解度不同，氣體中的一種或數(shù)種溶解度大的組分將進(jìn)入到液相中，從而使氣相中的各組分相對濃度發(fā)生了改變，即混合氣體得到了分離凈化。依據(jù)吸收質(zhì)與吸收劑是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而將其分為物理吸收和化學(xué)吸收。吸附法的原理為:由于固體表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力和化學(xué)鍵力，因此當(dāng)此固體表面與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃集并保持在固體表面，以此實(shí)現(xiàn)對混合氣體的凈化。上述兩種技術(shù)結(jié)合治理氣態(tài)污染物具有工藝成熟、設(shè)備簡單、一次性投資低對所需凈化組分具有很高的捕集效率，對于含塵、含濕、含粘污染物的廢氣也可同時處理，因?yàn)閼?yīng)用范圍廣泛。但同時上述兩種方法結(jié)合也存在一些問題，由于吸收是將氣體中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到了液體中，這些物質(zhì)中有些還具有回收價值，因此對洗手液必須進(jìn)行處理，否則將導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或引起二次污染，吸附法的吸附劑在使用一段時間后，吸附能力會明顯下降乃至喪失，因此要不斷的對失效吸附劑進(jìn)行再生。通過再生，可以是吸附劑重復(fù)使用，降低吸附費(fèi)用，因更換過于頻繁對于高濃度廢氣凈化采用吸附法效果并不理想。
[0005]生化處理經(jīng)多年實(shí)踐證明是目前運(yùn)行最為穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用很低的一種污水處理方式。處理設(shè)施中的活性污泥及優(yōu)勢菌種經(jīng)過污泥訓(xùn)話過程對于污水中的各種污染因子具有很好的去除效果。一些污水處理設(shè)施的日常運(yùn)行會不斷產(chǎn)剩余活性污泥，如不及時排出處理設(shè)施，會對整個處理系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，故需進(jìn)行污泥脫水工作，并將脫水后污泥送至具有處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處理(目前大部分為焚燒)，需要大量的資金支持，且剩余污泥得不到較好的利用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將污水生化處理產(chǎn)生的剩余污泥資源化利用，提供一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，制備得到的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑，其骨架為污泥基活性炭。
[0008]本發(fā)明骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，按如下的步驟進(jìn)行:
[0009]步驟一、脫水:污水廠或企業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水率在40?50%的生化污泥；
[0010]步驟二、活化:將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20:3?4進(jìn)行混合成混合物；將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化6?8h ;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，；生化污泥與KOH固體量的重量比為20:2?3,生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20:1?2 ;
[0011]步驟三、干燥:將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%，然后在真空干燥機(jī)中105?110°C干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2_的干燥污泥體顆粒備用；
[0012]步驟四、炭化:將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為:氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20°C /min的速率程序升溫，590?610°C溫度下熱解炭化3?4h ;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池；將碳化后的固體冷卻至室溫，依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在I?2mm的顆粒；
[0013]步驟五、洗滌:將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架為污泥基活性炭的固體催化劑。
[0014]進(jìn)一步講，該制備方法還包括:
[0015]步驟六、催化劑再生:將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后固體催化劑。
[0016]本發(fā)明一種將骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣的應(yīng)用，其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩板塔中，以此提聞有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積，提聞處理效率。
[0017]本發(fā)明把污泥的處置與催化劑的制備過程有機(jī)的結(jié)合起來，既處理了剩余的污泥，又能用較低的成本制備吸收、吸附及生物催化氧化處理劑，使廢氣處理設(shè)施效率大大提高，有效地去除了一般方法所難去除的有機(jī)氣態(tài)污染物。本發(fā)明制得的污泥基活性炭吸收、吸附、催化氧化劑在有機(jī)氣態(tài)污染物的處理過程，對廢氣中的各類有害污染物具有良好的去除效果，成本低廉，操作設(shè)備與方法簡單，方便回收與再生使用。將剩余污泥及優(yōu)勢菌種資源化利用制備基于高效立體篩板塔玻璃鋼墊層污泥基活性炭，用于處理有機(jī)氣態(tài)污染物，有較好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019](I)對多余的污泥進(jìn)行資源化利用，加入的玉米芯和KOH無毒害作用，不新引入金屬離子，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，制造成本低；[0020](2)處理范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用，可以方便地與傳統(tǒng)吸收、吸附方法實(shí)現(xiàn)耦合，提高整體工業(yè)廢氣處理過程的經(jīng)濟(jì)效益；
[0021](3)相比傳統(tǒng)單一吸收、吸附、反應(yīng)等方法而言，此方法結(jié)合吸收、吸附及生物處理多種功能于一身，結(jié)合基質(zhì)活性炭充分發(fā)揮了吸收、吸附及生物處理三者的優(yōu)勢；
[0022](4)與傳統(tǒng)整體充填填料型固體催化劑相比，該固化生物處理劑與活性炭表面結(jié)合更為牢固，充分利用高效立體篩板塔為承托層，具有氣體與液體傳質(zhì)效率高，不易堵塞，且不會產(chǎn)生因整體裝填填料堵塞導(dǎo)致企業(yè)接觸不均勻，吸收、液體短流等問題，催化劑性能穩(wěn)定，催化劑使用壽命較長。
[0023](5)固體催化劑方便回收與再生。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明更加詳細(xì)的描述內(nèi)容如下:
[0025]發(fā)明原理:本發(fā)明將城市及工業(yè)污水廠站生化處理產(chǎn)生的剩余污泥等多源污泥資源化利用，用來制備具有吸收、吸附、生物處理劑。本發(fā)明將制備污泥基活性炭工藝和利用吸收、吸附、生物處理劑的廢氣處理工藝合為一體，建立一套利用多源污泥制備具有催化功能活性炭的方法。脫水后污泥經(jīng)過活化、干燥、研磨、篩分、混合、焙燒等步驟，制備出骨架為污泥基活性炭的用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑。
[0026]方法步驟:
[0027]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，按如下的步驟進(jìn)行:
[0028]步驟一、脫水:污水廠或企業(yè)污水處理站，如樹脂工業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水率在40?50%的生化污泥；
[0029]步驟二、活化:將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20:3?4進(jìn)行混合成混合物；將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化6?8h ;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，；生化污泥與KOH固體量的重量比為20:2?3,生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20:1?2 ;
[0030]步驟三、干燥:將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%，然后在真空干燥機(jī)中105?110°C干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2_的干燥污泥體顆粒備用；
[0031]步驟四、炭化:將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為:氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20°C /min的速率程序升溫，590?610°C溫度下熱解炭化3?4h ;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池；將碳化后的固體冷卻至室溫，依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在I?2mm的顆粒；
[0032]步驟五、洗滌:將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架為污泥基活性炭的固體催化劑。
[0033]步驟六、催化劑再生:將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后固體催化劑。
[0034]將本發(fā)明制備得到的骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣的應(yīng)用，其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩板塔中，以此提高有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積，提高處理效率。本發(fā)明適用于吸收、吸附、生物處理有機(jī)工業(yè)廢氣，例如:典型的城鎮(zhèn)及工業(yè)污水處理廠站產(chǎn)生廢氣、化工及制造加工行業(yè)產(chǎn)生廢氣等等，并可與其他處理方法聯(lián)合使用。
[0035]盡管上面對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑，其特征在于，其骨架為污泥基活性炭。
2.一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，其特征在于，按如下的步驟進(jìn)行: 步驟一、脫水:污水廠或企業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水率在40?50%的生化污泥； 步驟二、活化:將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20:3?4進(jìn)行混合成混合物；將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化6?8h ;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，；生化污泥與KOH固體量的重量比為20:2?3，生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20:1?2 ; 步驟三、干燥:將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%，然后在真空干燥機(jī)中105?110°C干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2_的干燥污泥體顆粒備用； 步驟四、炭化:將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為:氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20°C /min的速率程序升溫，590?610°C溫度下熱解炭化3?4h ;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池；將碳化后的固體冷卻至室溫，依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在I?2mm的顆粒； 步驟五、洗滌:將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架為污泥基活性炭的固體催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，其特征在于，該制備方法還包括: 步驟六、催化劑再生:將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后固體催化劑。
4.一種將骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣的應(yīng)用，其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩板塔中，用于提高有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積。
【文檔編號】B01D53/86GK103551137SQ201310520488
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】龐維亮, 馮麗霞, 田澤祥, 程丹丹, 魏錚, 孟建麗, 賈麗云, 張志揚(yáng), 劉京偉, 王夢南 申請人:天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司