一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，具体包括以下步骤：S1将污泥颗粒进行热解处理并冷却，收集热解产物污泥半焦；S2将污泥半焦与乙酸钾粉末均匀混合后进行活化处理，乙酸钾与污泥半焦的质量比例为(0.5～3)：1；S3将污泥半焦放入盐酸溶液中洗涤并过滤，清洗并干燥后得到污泥活性炭，其中，盐酸浓度为1～3mol/L，污泥半焦的质量与盐酸的体积比为1g：(2ml～10ml)。本发明专利技术还公开了一种重金属吸附装置。本发明专利技术能够提高污泥活性炭的物化结构，制备得到品质优良的活性炭，而且整个工艺过程中不会造成二次污染，同时存在高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点。

A method and device for the preparation of activated carbon from sludge by potassium acetate

The invention belongs to the field of sewage treatment, in particular relates to a method for preparing sludge activated carbon using potassium acetate system, including the following steps: S1 granular sludge pyrolysis processing and cooling, collecting pyrolysis of sludge char; S2 sludge and semi coke powder evenly mixed potassium acetate after activation treatment, the quality ratio of acetic acid K and sludge char for (0.5 ~ 3):1; S3 sludge char is put in the washing and filtering in hydrochloric acid solution, washing and drying to obtain the sludge activated carbon, the concentration of hydrochloric acid is 1 ~ 3mol/L, the quality of semi coke and hydrochloric acid sludge volume ratio is 1g: (2ml ~ 10ml). The invention also discloses a heavy metal adsorption device. The invention can improve the physicochemical structure of activated carbon from sludge, and prepare the activated carbon with excellent quality. Moreover, the whole process does not cause two pollution. At the same time, it has the advantages of high efficiency, high quality, low cost, innocuity and easy operation.

【技术实现步骤摘要】
一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法及装置
本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法和装置。
技术介绍
环境污染已经成为当前世界面临的亟待解决的问题，尤其是重金属污染已经已经严重影响到人类的身心健康。重金属能和人体内各种蛋白质相互作用并使其失活，逐渐在人体中富集造成人体中毒，导致如水俣病，骨痛病等。而铅是工业废水中的主要重金属种类之一，主要来源于蓄电池、涂料、燃油、油漆、冶炼、电镀、机械、五金、染发剂、化妆品等工业生产，铅在人体中主要以可溶态的形式存在，可被人体直接吸收。其能够通过皮肤等进入人体器官，严重时造成贫血症，神经机能失调和肾损伤等。重金属铅的超标排放，会通过饮水及食物链最终进入人体，危害人体健康。目前对重金属铅的处理方法主要包括沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离技术、生物处理法等，但这些技术成本较高、周期长、处理环境要求苛刻、难以达到排放标准。而吸附法是利用多孔性固体材料除去水中重金属的一种有效的方法，并且成本低，去除效率高。污泥基活性炭已经被研究证实可作为一种有效的吸附剂，不仅可以解决污泥的处置，而且达到资源化的目的。污泥作为吸附剂是一种廉价的材料，能有效去除水溶液中的污染物，尤其可以固化液体中的重金属。目前污泥活性炭的制备方法主要分为物理活化和化学活化。物理活化采用的活化剂为二氧化碳、空气、水蒸气，污泥中含有的高含量的灰分阻碍了活化剂与炭骨架的作用，很难形成发达的孔隙结构。而常用的化学活化剂，如氯化锌、硫酸、磷酸、硫酸、氢氧化钾等。其中氯化锌在热解活化过程中产生有毒气体氯化氢等，硫酸、磷酸对污泥半焦的作用较小，很难得到品质优良的污泥活性炭。氢氧化钾具有很好的活化作用，能够得到发达的孔隙结构，但强碱对热解设备的腐蚀较为严重，增加设备的投入成本。因此需要探究一种既可以提高污泥活性炭的物化特性，又可以降低成本，减少设备腐蚀的制备方法，便于工业化的应用。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种制备污泥活性炭的方法，使其能够避免对于环境的污染和设备的腐蚀，同时解决现有活化剂的活化作用达不到效果的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，其针对现有的污泥活性炭制备时采用的钾盐活化剂具有污染环境且活性炭产量小等特点，相应研究提出采用乙酸钾来作为活化剂制备污泥活性炭，其中通过对作为关键参与物的乙酸钾和污泥组分及配比进行设计，此外还对后续工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用乙酸钾良好的的活化性能，提高污泥活性炭的物化结构，制备得到品质优良的活性炭，而且整个工艺过程中不会造成二次污染，同时存在高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1将脱水污泥干燥、粉碎并进行筛分，将筛分得到的污泥颗粒进行热解处理，然后在惰性气氛下冷却，收集热解产物污泥半焦；S2将污泥半焦与乙酸钾粉末均匀混合，然后在惰性气氛下从室温缓慢升温至活化温度进行活化处理，其中，所述乙酸钾与污泥半焦的质量比例为(0.5～3)：1；S3将污泥半焦放入盐酸溶液中洗涤并过滤，其中，盐酸浓度为1～3mol/L，污泥半焦的质量与盐酸的体积比为1g：(2ml～10ml)，在过滤后用去离子水清洗并干燥，得到污泥活性炭。具体地，本专利技术通过采用乙酸钾作为活化剂来制备活性炭，乙酸钾能够与污泥半焦中的碳反应，有利于污泥活性炭的扩孔，提高孔隙率。乙酸钾的活化原理如：CH3COOK+C→CO2+K2O+H2O↑CH3COOK→K2CO3+H2O↑K2CO3+C→K2O+H2O↑利用乙酸钾良好的活化性能能够实现污泥的活化，同时，通过控制制备过程中乙酸钾、污泥半焦和盐酸溶液等关键反应物的比例和浓度，提高污泥活性炭的物化结构，使其具备发达的孔隙结构，从而得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭。优选地，所述步骤S1中，干燥温度为105℃～108℃，干燥时间为24h～48h；热解处理以20～30℃/min的升温速率加热到500℃～700℃，停留时间为1h-3h。优选地，所述步骤S1中的污泥半焦的收集过程采用循环水冷却。通过采用循环水冷却，使污泥半焦冷却便于收集，同时保证其性能不受高温破坏，便于后续进行活化处理。优选地，所述步骤S1中，在对污泥进行筛分时采用的筛子尺寸为30～120目；所述步骤S2中使用的活化剂乙酸钾研磨成粉末并筛分，筛子尺寸为30～120目。污泥颗粒和乙酸钾的粒径大小影响其在热解和活化处理的影响，将其筛子尺寸控制在30～120目，从而控制污泥颗粒和乙酸钾粉末的粒径大小，利于后续处理时受热均匀和活化完全，从而提高最终活性炭的品质。优选地，所述步骤S2中的升温速率为10℃/min～20℃/min；活化温度为700℃～850℃，活化时间为1h～2h。优选地，所述步骤S3中将污泥半焦与盐酸的混合液放置在旋转仪上进行洗涤处理，所述旋转仪的转速为100～200转，旋转时间为12h～24h。优选地，所述步骤S3中的干燥温度为105℃～108℃，时间为24h～36h。通过将活化温度、活化时间等关键参数控制在上述范围，能够使得污泥半焦在乙酸钾的活性作用下能够活化完全，而且避免乙酸钾因为受热而导致失活。按照本专利技术的另一方面，提供了根据上所述方法制备的污泥活性炭应用于脱除废水中的重金属铅。按照本专利技术的另一方面，提供了一种重金属吸附装置，其特征在于，其包括注射泵、吸附管和取样器，所述注射泵与吸附管之间通过进液管相连，所述吸附管的另一端与取样器之间通过出液管相连，所述取样器的另一端设置有管道从废液池中获取废液，所述吸附管放置有如上所述的方法制备的得到的污泥活性炭作为吸附剂,所述取样器从废液池中抽取的废液，经吸附管中的污泥活性炭吸附后除去重金属，最后进入注射泵内。具体地，通过在重金属吸附装置中设置注射泵、吸附管和取样器，使得废水在吸附装置内流通，而通过吸附管中的污泥活性炭来对废水中的重金属进行吸附，实现对工作废水的处理。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，其针对现有的污泥活性炭制备时采用的钾盐活化剂具有污染环境且活性炭产量小等特点，相应研究提出采用乙酸钾来作为活化剂制备污泥活性炭，其中通过对作为关键参与物的乙酸钾和污泥组分及配比进行设计，此外还对后续工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用乙酸钾良好的的活化性能，提高污泥活性炭的物化结构，制备得到品质优良的活性炭，而且整个工艺过程中不会造成二次污染，同时存在高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。(2)本专利技术通过采用乙酸钾作为活化剂来制备活性炭，利用乙酸钾良好的活化性能来实现污泥的活化，同时，通过控制制备过程中乙酸钾、污泥半焦和盐酸溶液等关键反应物的比例和浓度，提高污泥活性炭的物化结构，使其具备发达的孔隙结构，从而得到重金属吸附性能良好的污泥活性炭。本专利技术制备的污泥活性炭具备发达的孔隙结构，而且含有一定量的官能团，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1将脱水污泥干燥、粉碎并进行筛分，将筛分得到的污泥颗粒进行热解处理，然后在惰性气氛下冷却，收集热解产物污泥半焦；S2将污泥半焦与乙酸钾粉末均匀混合，然后在惰性气氛下从室温缓慢升温至活化温度进行活化处理，其中，所述乙酸钾与污泥半焦的质量比例为(0.5～3)：1；S3将污泥半焦放入盐酸溶液中洗涤并过滤，其中，盐酸浓度为1mol/L～3mol/L，污泥半焦的质量与盐酸的体积比为1g：(2ml～10ml)，在过滤后用去离子水清洗并干燥，得到污泥活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1将脱水污泥干燥、粉碎并进行筛分，将筛分得到的污泥颗粒进行热解处理，然后在惰性气氛下冷却，收集热解产物污泥半焦；S2将污泥半焦与乙酸钾粉末均匀混合，然后在惰性气氛下从室温缓慢升温至活化温度进行活化处理，其中，所述乙酸钾与污泥半焦的质量比例为(0.5～3)：1；S3将污泥半焦放入盐酸溶液中洗涤并过滤，其中，盐酸浓度为1mol/L～3mol/L，污泥半焦的质量与盐酸的体积比为1g：(2ml～10ml)，在过滤后用去离子水清洗并干燥，得到污泥活性炭。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，干燥温度为105℃～108℃，干燥时间为24h～48h；热解处理以20℃/min～30℃/min的升温速率加热到500℃～700℃，停留时间为1h-3h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中的污泥半焦的收集过程采用循环水冷却。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，在对污泥进行筛分时采用的筛子尺寸为30目～120目；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵敬爱，金前争，王贤华，曾阔，张雄，张世红，陈汉平，张俊杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42