專利名稱：一種柱狀污泥基活性炭的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種將城市污水處理廠剩余污泥制備活性炭的方法，尤其是涉及ー種直接將剩余污泥制備柱狀活性炭的方法。
背景技術：
活性炭由于其發(fā)達的孔隙結構、巨大的比表面積、穩(wěn)定的化學性質、較高的機械強度、可再生性等特點，作為ー種性能優(yōu)良的吸附劑，在大氣污染物和水中污染物的去除方面應用廣泛。目前，制備活性炭的傳統(tǒng)原料為木屑、木炭及煤炭。由于木材再生慢，加之木材的大量消耗，使木質活性炭的發(fā)展受到限制。而煤質活性炭又由于煤炭資源的減少而生產成本不斷增高。因此，尋找其他資源代替木材、煤炭等傳統(tǒng)原料制備活性炭成為多方關注的 熱點。將城市污水處理廠的剩余污泥作為原料制取活性炭，既可以為剩余污泥的處理找到出路，有效降低污水處理廠的運行成本，解決處理不當帶來的環(huán)境問題；又可以制備應用廣泛、性能良好的活性炭資源，變廢為寶，為活性炭的制備提供一條途徑，具有良好的環(huán)境效益和經濟效益，符合廢物資源化利用的趨勢和要求。與此同時，考慮到利用城市污水處理廠剩余污泥已經制得的粉末活性炭在應用過程中不易與水分離，且容易形成粉塵飛揚，造成嚴重的環(huán)境污染問題。另外，現(xiàn)有的柱狀活性炭均是以煤焦油或采用煤焦油加浙青等作為粘結劑的生產方法，煤焦油添加比例較大，而且采用液壓或其它高壓設備成型，存在諸多缺陷如下煤焦油用量大，使得生產成本提高，并且隨著煤焦油價格的上漲而不斷上漲，整個行業(yè)的利潤空間逐步縮小；煤焦油在生產過程中會分解產生ー些有害、有毒物質，氣味惡劣，對環(huán)境造成嚴重污染；煤焦油在貯存、運輸過程中必須在蒸汽不間斷加熱條件下進行，熱能消耗較大；成型時采用液壓或高壓設備，能量消耗高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于嚴格貫徹落實資源化利用、可持續(xù)發(fā)展的十二五規(guī)劃要求及發(fā)展趨勢，克服上述粉末活性炭不易與水分離，且易形成粉塵飛揚；同時克服采用煤焦油等粘結劑的利用導致的成本提高以及環(huán)境污染問題與成型設備耗能高等問題。本發(fā)明提供ー種直接將城市污水處理廠剩余污泥制成柱狀活性炭的方法。該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程(a)將城市污水廠的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入配制的化學活化劑溶液浸泡，常溫下化學活化24小時，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩；(b)將(a)中制得的污泥粉置于造粒設備的捏合缸內，加適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑1—lOmm的光滑條狀物，并切成長5—40mm柱狀顆粒；
(C)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至炭化所需最佳溫度炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。在本發(fā)明的(a)步驟中，所述的化學活化劑是活性炭制備的必要條件，活性炭活化有物理活化法和化學活化法，本發(fā)明采用化學活化的方法?；罨爸糜?05°C干燥箱烘干(24h)是為了將剩余污泥的水分去除，以不影響后來的化學活化效果；活化后置于105°C干燥箱烘干(24h)是為了更容易粉碎至200目的粉末。在本發(fā)明的(b)步驟中，加入自來水充分攪拌后即可擠出光滑條狀物，這是因為剩余污泥本身具有較強的粘著性，無須額外添加粘著剤，與此同時，在壓カ沒有特定要求的情況下，即可滿足污泥成型所需強度。
造粒設備選用裝有柱狀模具的擠出成型機，物料通過擠出機模板擠壓成條狀物，根據(jù)不同的用途，擠成條的直徑范圍為Imm 10mm，擠壓后用切刀將條切成特定長度的柱狀顆粒。在本發(fā)明的(C)步驟為高溫炭化階段，使制得的柱狀污泥炭化，成為柱狀活性炭。本發(fā)明采用雙螺桿捏合擠壓一體機或者裝有柱狀模具的擠出成型機，在較低壓力且沒有添加任何粘著剤，而且在上述優(yōu)選條件下使得剩余污泥成型并活化炭化，最終得到柱狀污泥基活性炭。具有以下優(yōu)點I、將城市污水處理廠的剩余污泥作為原料制取活性炭，變廢為寶，既可以為剩余污泥的處理找到出路，又有效降低污水處理廠的運行成本，解決了污泥處理不當帶來的環(huán)境問題。貫徹落實了國家提出的資源化利用、可持續(xù)發(fā)展的要求和趨勢。2、充分利用了污泥本身的粘著性，完全脫離了采用煤焦油等粘著劑生產柱狀活性炭的方法，使得エ藝簡便，減少了環(huán)境污染，節(jié)約了熱能，生產成本大大降低，完全符合國家節(jié)能減排的要求。3、采用該類造粒設備，成型壓カ較低，操作條件溫和，大大提高了生產能力。4、與粉末活性炭相比，不會出現(xiàn)粉塵飛揚現(xiàn)象，且在水處理應用中，容易與水分離，操作簡單的同時大大提高了環(huán)境效益。


圖I是污泥基柱狀活性炭實物圖。
圖2是污泥基柱狀活性炭掃描電鏡(未過濾ZnCl2放大2000倍)圖。
具體實施例方式實施例I :柱狀污泥基活性炭的制造方法，該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程(a)將城市污水廠的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入質量分數(shù)為30%的ZnCl2溶液作為活化劑浸泡，常溫下化學活化24小時，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩；(b)將(a)中制得的污泥粉置于雙螺桿捏合擠壓一體式造粒設備的捏合缸內，カロ適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑4mm的光滑條狀物，并切成長20mm柱狀顆粒；
(c)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至600°C高溫炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。經測試，此污泥基柱狀活性炭的平均壓縮強度為100. 23N，碘吸附值為415. 62，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散，具有較好的穩(wěn)定性。實施例2柱狀污泥基活性炭的制造方法，該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程(a)將城市污水廠的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入質量分數(shù)為30%的 ZnCl2溶液作為活化劑浸泡，常溫下化學活化24小時，將活化劑過濾，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩；(b)將(a)中制得的污泥粉置于雙螺桿捏合擠壓一體式造粒設備的捏合缸內，カロ適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑4mm的光滑條狀物，并切成長20mm柱狀顆粒；(c)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至600°C高溫炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。經測試，此污泥基柱狀活性炭的平均壓縮強度為141. 91N，碘吸附值為279. 20，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例3柱狀污泥基活性炭的制造方法，該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程(a)將城市污水廠的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入質量分數(shù)為30%的ZnCl2溶液作為活化劑浸泡，常溫下化學活化24小時，將活化劑過濾，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩；(b)將(a)中制得的污泥粉置于雙螺桿捏合擠壓一體式造粒設備的捏合缸內，カロ適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑4mm的光滑條狀物，并切成長20mm柱狀顆粒；(c)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至500°C高溫炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。經測試，此污泥基柱狀活性炭的平均壓縮強度為133. 81N，碘吸附值為329. 49，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例4柱狀污泥基活性炭的制造方法，該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程(a)將城市污水廠的剰余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入質量分數(shù)為30%的ZnCl2溶液作為活化劑浸泡，常溫下化學活化24小時，將活化劑過濾，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩；(b)將(a)中制得的污泥粉置于雙螺桿捏合擠壓一體式造粒設備的捏合缸內，カロ適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑4mm的光滑條狀物，并切成長20mm柱狀顆粒；
(c)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至700°C高溫炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。經測試，此污泥基柱狀活性炭的平均壓縮強度為142. 81N，碘吸附值為327. 49，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例5按照實施例I的エ藝步驟及エ藝參數(shù)，步驟(b)中，造粒設備選用裝有柱狀模具的擠出成型機，制得的柱狀污泥基活性炭吸附指標與實施例1、2、3、4相當。實施例6按照實施例I的エ藝步驟，步驟(a)中，化學活化劑選用一定濃度的KOH溶液；步 驟(c)中，炭化溫度設為800—900で，其它步驟及エ藝參數(shù)不變，得到的柱狀污泥基活性炭具有更發(fā)達的微孔和更大的比表面積，且反應較快，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例I按照實施例I的エ藝步驟，步驟(a)中，化學活化劑選用一定濃度的H3PO4溶液；步驟(c)中，炭化溫度設為400—600で，其它步驟及エ藝參數(shù)不變，得到的柱狀污泥基活性炭孔徑較小，但中孔發(fā)達，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例8按照實施例I的エ藝步驟，步驟(a)中，化學活化劑選用一定濃度的NH3 H2O溶液；步驟(c)中，炭化溫度設為800-900で，其它步驟及エ藝參數(shù)不變，得到的柱狀污泥基活性炭表面添加了含氮官能團，其脫硫作用明顯增強，長期浸泡在室溫的水中不會坍塌或分散。實施例9按照實施例I的エ藝步驟及エ藝參數(shù)，活化后的污泥粉加水攪拌后，放入擠條缸內，換用不同直徑的模具，可將物料擠壓成直徑的光滑條狀物，并可切成長5mm—40mm柱狀顆粒。
權利要求
1.一種柱狀污泥基活性炭的制備方法，該方法以城市污水處理廠剩余污泥為主要原料，其特征在于包括以下過程 (a)將城市污水廠的剩余污泥于105°C干燥箱烘干(24h)，加入配制的化學活化劑溶液浸泡，常溫下化學活化24小時，放入105°C干燥箱烘干(24h)，然后用粉碎機粉碎至過200目分樣篩； (b)將(a)中制得的污泥粉置于造粒設備的捏合缸內，加適量自來水，污泥粉與自來水的質量比2. 8 1，充分攪拌均勻，再放入擠條缸內，將物料擠壓成直徑1—lOmm的光滑條狀物，并切成長5—40mm柱狀顆粒； (c)將柱狀污泥顆粒放入馬弗爐程序升溫，第一階段升溫至105°C脫水干燥，第二階段繼續(xù)升溫至炭化所需最佳溫度炭化60分鐘，制得柱狀污泥基活性炭。
2.如權利要求I所述的一種柱狀污泥基活性炭的制備方法，其特征在于所用的城市污水廠的污泥本身具有較強的粘著性，可以直接擠壓成條狀物，而無須添加粘著劑。
3.如權利要求I所述的一種柱狀污泥基活性炭的制備方法，其特征在于所述的化學活化劑為質量分數(shù)30%的ZnCl2溶液，KOH溶液、H3PO4溶液或者NH3 H2O溶液。
4.如權利要求I所述的一種柱狀污泥基活性炭的制備方法，其特征在于所述的造粒設備為雙螺桿捏合擠壓一體式造粒設備或者其他裝有柱狀模具的擠出成型機。
5.如權利要求I所述的一種柱狀污泥基活性炭的制備方法，其特征在于所述的炭化所需的最佳溫度取決于活化劑種類，如ZnCl2為600°C ；K0H和NH3 H2O為800—90(TC ；H3PO4為 400—600 °C。
全文摘要
本發(fā)明以城市污水廠剩余污泥為原料制備柱狀污泥基活性炭，解決現(xiàn)有活性炭成型須粘結劑而引起環(huán)境污染問題。首先將已干燥的剩余污泥經30％的ZnCl2溶液或其它活化劑活化，置于105℃干燥箱烘干，用粉碎機粉碎過200目分樣篩，制得的粉末污泥置于造粒機內，僅加入適量水，粉末污泥與水的質量比2.8∶1，無須加粘著劑，充分攪拌均勻，擠出柱狀顆粒。通過馬弗爐加熱干燥脫水，再以炭化所需最佳溫度炭化，制得柱狀污泥基活性炭。本發(fā)明制得的柱狀活性炭不易形成粉塵飛揚，且使用后易與溶液分離。與普通柱狀活性炭相比，其表面含豐富的酸性官能團，可以高效去除水體中的有機污染物和重金屬等污染物等。
文檔編號C01B31/12GK102757047SQ201210173658
公開日2012年10月31日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權日2012年5月31日
發(fā)明者包漢峰, 封莉, 張立秋, 楊維薇 申請人:北京林業(yè)大學