本發(fā)明屬于污泥活性炭材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于稀有金屬的污泥活性炭及在除硫氨磷方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和用水量的猛增，伴隨著大量的水質(zhì)污染，而且污水處理和控制水污染也會(huì)產(chǎn)生大量的污泥和惡臭污染。污泥的惡臭主要以硫化氫和氨氣為主，惡臭不僅對(duì)人體健康、動(dòng)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生危害，而且對(duì)社會(huì)也有不安全的影響。目前，國(guó)內(nèi)外處理臭氣的主要方法有吸附法、吸收法、燃燒法和生物凈化法，其中吸附法和生物凈化法為主要處理方法，是因?yàn)樯飪艋ǔ杀镜土椒ㄊ褂梅椒?，去除效果穩(wěn)定。

吸附法的主要材料是活性炭，活性炭由于原料易得，制作過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，吸附效果穩(wěn)定而得到人們的親睞。污泥活性炭是以活性污泥作為原料制備的，活性污泥中含有細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等異種個(gè)體群和有機(jī)物，因?yàn)槲勰嗷钚蕴坎粌H具有活性炭的物理吸附性能，還含有大量微生物，對(duì)惡臭的來(lái)源進(jìn)行物理、生物和化學(xué)處理，對(duì)惡臭進(jìn)行綜合治理。中國(guó)專利CN 101423212B公開(kāi)的利用污泥制備污泥活性炭的方法，將污泥中加入凝絮劑和重金屬螯合劑，攪拌后濃縮脫水烘干，然后置于半干餾氣化爐中進(jìn)行半干餾處理，在取出石頭和鐵質(zhì)后，加入瀝青或者焦油作為黏合劑，紙漿黑液、無(wú)煙煤炭粉、氯化鉀、氫氧化鉀或者氫氧化鈉作為調(diào)孔劑，混合均勻，造粒，晾曬，置于活化爐中活化處理，篩分制粉得到污泥活性炭。該方法制備的污泥活性炭中大孔、中孔和過(guò)渡孔豐富，吸附平衡能力突出，吸附速度快，但是其對(duì)廢水、廢氣的處理并沒(méi)有針對(duì)性。中國(guó)專利CN 103495399B公開(kāi)的污泥活性炭的制備方法和應(yīng)用，將污泥干燥分水過(guò)篩，于氨氣氛圍中熱解，再加入雙氧水溶液中，振蕩氧化得到污泥活性炭氧化炭粉，再在氨氣氛圍下加熱處理，得到污泥活性炭氨化炭粉，最后浸沒(méi)于甲基化試劑中，洗滌干燥得到污泥活性炭。該方法制備的污泥活性炭對(duì)低濃度高氯酸鹽具有很好的去除效果，且不會(huì)造成二次污染。中國(guó)專利CN 105833835A公開(kāi)的一種載錳污泥活性碳材料及其制備方法，將污泥烘干后粉碎形成顆粒狀污泥炭坯，浸入酸溶液和鹽酸鹽溶液的復(fù)合活化劑中活化，取出烘干，再置于高溫爐中炭化處理，用酸溶液漂洗、洗脫、烘干，最后置于金屬錳負(fù)載溶液中，超聲，烘干，加熱冷凍得到載錳的污泥活性炭。該方法制備的載錳的污泥活性炭孔徑發(fā)達(dá)，顆粒分布均勻，活化性能良好。

由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，通過(guò)對(duì)污泥活性炭進(jìn)行改性整理，不僅可以改善污泥的吸附性能，而且還可以目標(biāo)物的吸附性能。但是目前針對(duì)硫氨磷等元素的針對(duì)污泥活性炭吸附劑方面的研究并不多見(jiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于稀有金屬的污泥活性炭及在除硫氨磷方面的應(yīng)用，該基于稀有金屬的污泥活性炭中含有污泥活性炭和錳鈰鐠釹钷釤銪釓鋱鏑鈥鉺等金屬元素，具體方法為：將軟錳礦粉末與活性污泥混合，加入氯化鋅復(fù)合活化劑，高溫活化，炭化得到軟錳復(fù)合活性污泥，將活性污泥經(jīng)氫氧化鉀溶液改性后，與稀土氧化物粉末和螯合劑混合，微波爐加熱，炭化得到稀土復(fù)合活性污泥，將這種復(fù)合活性污泥混合得到產(chǎn)品。本發(fā)明制備的基于稀有金屬的污泥活性炭活性大，孔隙高，孔徑分布均勻，吸附能力強(qiáng)，螯合多種金屬和微生物，對(duì)硫氨磷都具有很好的吸附能力，對(duì)污水和廢棄中的硫氨磷去除率高。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于稀有金屬的污泥活性炭，所述基于稀有金屬的污泥活性炭中含有污泥活性炭和稀有金屬，所述稀有金屬由軟錳礦粉末和稀土氧化物粉末提供，所述稀有金屬包括錳元素、鑭元素、鈰元素、鐠元素、釹元素、钷元素、釤元素、銪元素、釓元素、鋱?jiān)?、鏑元素、鈥元素、鉺元素、銩元素、鐿元素和镥元素，所述稀有金屬與污泥活性炭的質(zhì)量比為0.1:99.9-5:95。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述軟錳礦粉末中錳元素的含量不低于50％，所述稀土氧化物粉末的粒徑為150-300目。

本發(fā)明優(yōu)選的軟錳礦粉末的主要成分為二氧化錳，二氧化錳自身具有良好的表面吸附效應(yīng)、氧化還原作用和催化效應(yīng)等作用，并且資源豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好。

本發(fā)明優(yōu)選的稀土氧化物粉末的粒徑在150-300目，氣孔結(jié)構(gòu)好，機(jī)械強(qiáng)度高，生產(chǎn)簡(jiǎn)單，易工業(yè)化生產(chǎn)。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述基于稀有金屬的污泥活性炭的制備方法包括以下步驟：

(1)將污泥烘干24h后，研磨成污泥粉末，將軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，超聲混合均勻1-6h，靜置24h，在80-130℃下烘干活化24-72h，置于550-650℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)1-5h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭；

(2)將步驟(1)制備的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，將污泥活性炭粉浸漬于氫氧化鉀溶液中，密封攪拌，洗滌干燥，加入稀土氧化物粉末和檸檬酸，再400-500W下微波加熱2-3min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)氮?dú)馀c水蒸氣，高溫活化反應(yīng)，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭；

(3)將步驟(1)制備的軟錳復(fù)合污泥活性炭與步驟(2)制備的稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(1)的污泥為剩余稀污泥或者脫水泥餅，含水率為85-90％，灰份含量為35-50％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(1)或者(2)的污泥粉末的粒徑為200-300目。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(1)的軟錳礦粉末與污泥粉末的質(zhì)量比為0.1:45-5:45。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(1)的氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑中氯化鋅和稀硫酸的體積為3:1-6:1，氯化鋅的濃度為4-6mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-45％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(2)的稀土氧化物粉末與污泥粉末的質(zhì)量比為0.1:45-5:45。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，制備方法步驟(3)的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭的質(zhì)量比為1:0.7-1.3。

此外，本發(fā)明還提供一種基于稀有金屬的污泥活性炭在污水除硫氮磷的應(yīng)用，包括以下步驟：將污泥稀釋后，加入基于稀有金屬的污泥活性炭，快速攪拌，吸附靜置沉淀；將基于稀有金屬的污泥活性炭置于廢氣環(huán)境中，送風(fēng)，靜置吸附。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的基于稀有金屬的污泥活性炭中含有錳元素、鑭元素、鈰元素、鐠元素、釹元素、钷元素、釤元素、銪元素、釓元素、鋱?jiān)?、鏑元素、鈥元素、鉺元素、銩元素、鐿元素和镥元素，這些稀有金屬元素具有較強(qiáng)的催化氧化作用，稀有金屬元素添加至污泥活性炭中，可顯著提高對(duì)硫氮磷的吸附效果，更好地實(shí)現(xiàn)污水分離，但是稀有金屬元素的量過(guò)少達(dá)不到促進(jìn)效果，過(guò)多反而會(huì)影響硫氮磷的吸收。

(2)本發(fā)明制備的基于稀有金屬的污泥活性炭中的污泥活性炭經(jīng)氫氧化鉀堿性溶液處理后，污泥活性炭的活性更加明顯，吸附效果更好，對(duì)硫氮磷的去除率可達(dá)90％以上，能有效的凈化水質(zhì)，防止水體污染。

(3)本發(fā)明制備的基于稀有金屬的污泥活性炭的孔隙率高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且縫補(bǔ)均勻，污泥活性炭的表面含有明顯的突起，比表面積高，吸附活性點(diǎn)位多，而且污泥活性炭表面含有微生物和稀有金屬能促進(jìn)硫氮磷的吸附，解決了現(xiàn)有的污泥活性對(duì)硫氮磷吸附差的問(wèn)題。

(4)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可操控性強(qiáng)，制備原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益好，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和推廣價(jià)值，而且該吸附在水體中的穩(wěn)定性好，不會(huì)造成水體的二次污染，具有很好的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(1)將含水率為85％，灰份含量為35％的剩余稀污泥烘干24h后，研磨成200-300目的污泥粉末，將質(zhì)量比為0.1:45，粒徑為150目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為3:1，氯化鋅的濃度為4mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，超聲混合均勻1h，靜置24h，在80℃下烘干活化24h，置于550℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)1h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將200目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入0.1份的粒徑為150目的稀土氧化物粉末和2份的檸檬酸，在400W下微波加熱2min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)1h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:0.7的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

實(shí)施例2：

(1)將含水率為90％，灰份含量為50％的脫水泥餅烘干24h后，研磨成300目的污泥粉末，將質(zhì)量比為5:45，粒徑為300目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為6:1，氯化鋅的濃度為6mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％，超聲混合均勻6h，靜置24h，在130℃下烘干活化72h，置于650℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)5h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將300目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入5份的粒徑為300目的稀土氧化物粉末和10份的檸檬酸，在500W下微波加熱3min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)5h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:1.3的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

實(shí)施例3：

(1)將含水率為88％，灰份含量為45％的剩余稀污泥烘干24h后，研磨成250目的污泥粉末，將質(zhì)量比為1:45，粒徑為200目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為4:1，氯化鋅的濃度為5mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％，超聲混合均勻3h，靜置24h，在100℃下烘干活化36h，置于600℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)2h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將250目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入2份的粒徑為250目的稀土氧化物粉末和8份的檸檬酸，在450W下微波加熱2.5min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)3h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:1的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

實(shí)施例4：

(1)將含水率為89％，灰份含量為42％的脫水泥餅烘干24h后，研磨成300目的污泥粉末，將質(zhì)量比為2.5:45，粒徑為150-300目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為5:1，氯化鋅的濃度為5mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％，超聲混合均勻3h，靜置24h，在110℃下烘干活化50h，置于650℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)2h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將200目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入3份的粒徑為300目的稀土氧化物粉末和8份的檸檬酸，在450W下微波加熱2min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)3h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:1.1的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

實(shí)施例5：

(1)將含水率為90％，灰份含量為45％的剩余稀污泥烘干24h后，研磨成200目的污泥粉末，將質(zhì)量比為1.5:45，粒徑為250目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為5:1，氯化鋅的濃度為1.5mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％，超聲混合均勻4h，靜置24h，在90℃下烘干活化72h，置于550℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)4h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將200目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入3份的粒徑為200目的稀土氧化物粉末和6份的檸檬酸，在500W下微波加熱2min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)3.5h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:1.2的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

實(shí)施例6：

(1)將含水率為90％，灰份含量為40％的脫水泥餅烘干24h后，研磨成300目的污泥粉末，將質(zhì)量比為0.1:45，粒徑為300目的軟錳礦粉末與污泥粉末混合均勻，加入氯化鋅和稀硫酸的復(fù)合活化劑，其中氯化鋅和稀硫酸的體積為3:1，氯化鋅的濃度為6mol/L，稀硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，超聲混合均勻6h，靜置24h，在80℃下烘干活化72h，置于650℃管式爐內(nèi)，高溫炭化反應(yīng)1h，冷卻后水洗至中性得到軟錳復(fù)合污泥活性炭。

(2)將300目的污泥粉末在氨氣氛圍下熱解，形成污泥活性炭粉，按重量份計(jì)，將質(zhì)量比為45份的污泥活性炭粉浸漬于20％的氫氧化鉀溶液中，密封攪拌60min，洗滌干燥，加入5份的粒徑為150目的稀土氧化物粉末和10份的檸檬酸，在400W下微波加熱3min，置于管式爐內(nèi)，通過(guò)體積比為1:1的氮?dú)馀c水蒸氣，900℃下高溫活化反應(yīng)1h，冷卻后水洗至中性得到稀土復(fù)合污泥活性炭。

(3)將質(zhì)量比為1:1.3的軟錳復(fù)合污泥活性炭與稀土復(fù)合污泥活性炭混合，研磨篩分，得到基于稀有金屬的污泥活性炭。

將實(shí)施例1-6制備的基于稀有金屬的污泥活性炭用于污水和廢棄的硫氮磷吸附中，具體方法為：

將污泥稀釋后，加入基于稀有金屬的污泥活性炭，快速攪拌，吸附靜置沉淀。

將基于稀有金屬的污泥活性炭置于廢氣環(huán)境中，送風(fēng)，靜置吸附。

經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-6制備的基于稀有金屬的污泥活性炭以及現(xiàn)有技術(shù)的未改性的活性炭的對(duì)污水和廢棄的硫氮磷的去除率結(jié)果如下所示：

污水中：

廢氣中：

由上表可見(jiàn)，本發(fā)明制備的基于稀有金屬的污泥活性炭與未改性的污泥活性炭相比，對(duì)硫氮磷的吸附效果顯著提高，去除率可達(dá)90％。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。