专利名称：一种柱状污泥基活性炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种将城市污水处理厂剩余污泥制备活性炭的方法，尤其是涉及ー种直接将剩余污泥制备柱状活性炭的方法。
背景技术：
活性炭由于其发达的孔隙结构、巨大的比表面积、稳定的化学性质、较高的机械强度、可再生性等特点，作为ー种性能优良的吸附剂，在大气污染物和水中污染物的去除方面应用广泛。目前，制备活性炭的传统原料为木屑、木炭及煤炭。由于木材再生慢，加之木材的大量消耗，使木质活性炭的发展受到限制。而煤质活性炭又由于煤炭资源的減少而生产成本不断增高。因此，寻找其他资源代替木材、煤炭等传统原料制备活性炭成为多方关注的 热点。将城市污水处理厂的剩余污泥作为原料制取活性炭，既可以为剩余污泥的处理找到出路，有效降低污水处理厂的运行成本，解决处理不当带来的环境问题；又可以制备应用广泛、性能良好的活性炭资源，变废为宝，为活性炭的制备提供一条途径，具有良好的环境效益和经济效益，符合废物资源化利用的趋势和要求。与此同时，考虑到利用城市污水处理厂剩余污泥已经制得的粉末活性炭在应用过程中不易与水分离，且容易形成粉尘飞扬，造成严重的环境污染问题。另外，现有的柱状活性炭均是以煤焦油或采用煤焦油加浙青等作为粘结剂的生产方法，煤焦油添加比例较大，而且采用液压或其它高压设备成型，存在诸多缺陷如下煤焦油用量大，使得生产成本提高，并且随着煤焦油价格的上涨而不断上涨，整个行业的利润空间逐步縮小；煤焦油在生产过程中会分解产生ー些有害、有毒物质，气味恶劣，对环境造成严重污染；煤焦油在贮存、运输过程中必须在蒸汽不间断加热条件下进行，热能消耗较大；成型时采用液压或高压设备，能量消耗高。
发明内容
本发明的目的在于严格贯彻落实资源化利用、可持续发展的十二五规划要求及发展趋势，克服上述粉末活性炭不易与水分离，且易形成粉尘飞扬；同时克服采用煤焦油等粘结剂的利用导致的成本提高以及环境污染问题与成型设备耗能高等问题。本发明提供ー种直接将城市污水处理厂剩余污泥制成柱状活性炭的方法。该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程(a)将城市污水厂的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入配制的化学活化剂溶液浸泡，常温下化学活化24小时，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛；(b)将(a)中制得的污泥粉置于造粒设备的捏合缸内，加适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径1—lOmm的光滑条状物，并切成长5—40mm柱状颗粒；
(C)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至炭化所需最佳温度炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。在本发明的(a)步骤中，所述的化学活化剂是活性炭制备的必要条件，活性炭活化有物理活化法和化学活化法，本发明采用化学活化的方法。活化前置于105°C干燥箱烘干(24h)是为了将剩余污泥的水分去除，以不影响后来的化学活化效果；活化后置于105°C干燥箱烘干(24h)是为了更容易粉碎至200目的粉末。在本发明的(b)步骤中，加入自来水充分搅拌后即可挤出光滑条状物，这是因为剩余污泥本身具有较强的粘着性，无须额外添加粘着剤，与此同时，在压カ没有特定要求的情况下，即可满足污泥成型所需强度。
造粒设备选用装有柱状模具的挤出成型机，物料通过挤出机模板挤压成条状物，根据不同的用途，挤成条的直径范围为Imm 10mm，挤压后用切刀将条切成特定长度的柱状颗粒。在本发明的(C)步骤为高温炭化阶段，使制得的柱状污泥炭化，成为柱状活性炭。本发明采用双螺杆捏合挤压一体机或者装有柱状模具的挤出成型机，在较低压力且没有添加任何粘着剤，而且在上述优选条件下使得剩余污泥成型并活化炭化，最終得到柱状污泥基活性炭。具有以下优点I、将城市污水处理厂的剩余污泥作为原料制取活性炭，变废为宝，既可以为剩余污泥的处理找到出路，又有效降低污水处理厂的运行成本，解决了污泥处理不当带来的环境问题。贯彻落实了国家提出的资源化利用、可持续发展的要求和趋势。2、充分利用了污泥本身的粘着性，完全脱离了采用煤焦油等粘着剂生产柱状活性炭的方法，使得エ艺简便，減少了环境污染，节约了热能，生产成本大大降低，完全符合国家节能减排的要求。3、采用该类造粒设备，成型压カ较低，操作条件温和，大大提高了生产能力。4、与粉末活性炭相比，不会出现粉尘飞扬现象，且在水处理应用中，容易与水分离，操作简单的同时大大提高了环境效益。
图I是污泥基柱状活性炭实物图。
图2是污泥基柱状活性炭扫描电镜(未过滤ZnCl2放大2000倍)图。
具体实施例方式实施例I :柱状污泥基活性炭的制造方法，该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程(a)将城市污水厂的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入质量分数为30%的ZnCl2溶液作为活化剂浸泡，常温下化学活化24小时，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛；(b)将(a)中制得的污泥粉置于双螺杆捏合挤压一体式造粒设备的捏合缸内，カロ适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径4mm的光滑条状物，并切成长20mm柱状颗粒；
(c)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至600°C高温炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。经测试，此污泥基柱状活性炭的平均压缩强度为100. 23N，碘吸附值为415. 62，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散，具有较好的稳定性。实施例2柱状污泥基活性炭的制造方法，该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程(a)将城市污水厂的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入质量分数为30%的 ZnCl2溶液作为活化剂浸泡，常温下化学活化24小时，将活化剂过滤，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛；(b)将(a)中制得的污泥粉置于双螺杆捏合挤压一体式造粒设备的捏合缸内，カロ适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径4mm的光滑条状物，并切成长20mm柱状颗粒；(c)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至600°C高温炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。经测试，此污泥基柱状活性炭的平均压缩强度为141. 91N，碘吸附值为279. 20，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例3柱状污泥基活性炭的制造方法，该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程(a)将城市污水厂的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入质量分数为30%的ZnCl2溶液作为活化剂浸泡，常温下化学活化24小时，将活化剂过滤，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛；(b)将(a)中制得的污泥粉置于双螺杆捏合挤压一体式造粒设备的捏合缸内，カロ适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径4mm的光滑条状物，并切成长20mm柱状颗粒；(c)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至500°C高温炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。经测试，此污泥基柱状活性炭的平均压缩强度为133. 81N，碘吸附值为329. 49，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例4柱状污泥基活性炭的制造方法，该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程(a)将城市污水厂的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入质量分数为30%的ZnCl2溶液作为活化剂浸泡，常温下化学活化24小时，将活化剂过滤，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛；(b)将(a)中制得的污泥粉置于双螺杆捏合挤压一体式造粒设备的捏合缸内，カロ适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径4mm的光滑条状物，并切成长20mm柱状颗粒；
(c)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至700°C高温炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。经测试，此污泥基柱状活性炭的平均压缩强度为142. 81N，碘吸附值为327. 49，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例5按照实施例I的エ艺步骤及エ艺參数，步骤(b)中，造粒设备选用装有柱状模具的挤出成型机，制得的柱状污泥基活性炭吸附指标与实施例1、2、3、4相当。实施例6按照实施例I的エ艺步骤，步骤(a)中，化学活化剂选用一定浓度的KOH溶液；步 骤(c)中，炭化温度设为800—900で，其它步骤及エ艺參数不变，得到的柱状污泥基活性炭具有更发达的微孔和更大的比表面积，且反应较快，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例I按照实施例I的エ艺步骤，步骤(a)中，化学活化剂选用一定浓度的H3PO4溶液；步骤(c)中，炭化温度设为400—600で，其它步骤及エ艺參数不变，得到的柱状污泥基活性炭孔径较小，但中孔发达，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例8按照实施例I的エ艺步骤，步骤(a)中，化学活化剂选用一定浓度的NH3 H2O溶液；步骤(c)中，炭化温度设为800-900で，其它步骤及エ艺參数不变，得到的柱状污泥基活性炭表面添加了含氮官能团，其脱硫作用明显增强，长期浸泡在室温的水中不会坍塌或分散。实施例9按照实施例I的エ艺步骤及エ艺參数，活化后的污泥粉加水搅拌后，放入挤条缸内，换用不同直径的模具，可将物料挤压成直径的光滑条状物，并可切成长5mm—40mm柱状颗粒。
权利要求
1.一种柱状污泥基活性炭的制备方法，该方法以城市污水处理厂剩余污泥为主要原料，其特征在于包括以下过程 (a)将城市污水厂的剩余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入配制的化学活化剂溶液浸泡，常温下化学活化24小时，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎机粉碎至过200目分样筛； (b)将(a)中制得的污泥粉置于造粒设备的捏合缸内，加适量自来水，污泥粉与自来水的质量比2. 8 1，充分搅拌均匀，再放入挤条缸内，将物料挤压成直径1—lOmm的光滑条状物，并切成长5—40mm柱状颗粒； (c)将柱状污泥颗粒放入马弗炉程序升温，第一阶段升温至105°C脱水干燥，第二阶段继续升温至炭化所需最佳温度炭化60分钟，制得柱状污泥基活性炭。
2.如权利要求I所述的一种柱状污泥基活性炭的制备方法，其特征在于所用的城市污水厂的污泥本身具有较强的粘着性，可以直接挤压成条状物，而无须添加粘着剂。
3.如权利要求I所述的一种柱状污泥基活性炭的制备方法，其特征在于所述的化学活化剂为质量分数30%的ZnCl2溶液，KOH溶液、H3PO4溶液或者NH3 H2O溶液。
4.如权利要求I所述的一种柱状污泥基活性炭的制备方法，其特征在于所述的造粒设备为双螺杆捏合挤压一体式造粒设备或者其他装有柱状模具的挤出成型机。
5.如权利要求I所述的一种柱状污泥基活性炭的制备方法，其特征在于所述的炭化所需的最佳温度取决于活化剂种类，如ZnCl2为600°C ；K0H和NH3 H2O为800—90(TC ；H3PO4为 400—600 °C。
全文摘要
本发明以城市污水厂剩余污泥为原料制备柱状污泥基活性炭，解决现有活性炭成型须粘结剂而引起环境污染问题。首先将已干燥的剩余污泥经30％的ZnCl2溶液或其它活化剂活化，置于105℃干燥箱烘干，用粉碎机粉碎过200目分样筛，制得的粉末污泥置于造粒机内，仅加入适量水，粉末污泥与水的质量比2.8∶1，无须加粘着剂，充分搅拌均匀，挤出柱状颗粒。通过马弗炉加热干燥脱水，再以炭化所需最佳温度炭化，制得柱状污泥基活性炭。本发明制得的柱状活性炭不易形成粉尘飞扬，且使用后易与溶液分离。与普通柱状活性炭相比，其表面含丰富的酸性官能团，可以高效去除水体中的有机污染物和重金属等污染物等。
文档编号C01B31/12GK102757047SQ201210173658
公开日2012年10月31日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者包汉峰, 封莉, 张立秋, 杨维薇 申请人:北京林业大学