一种改性污泥炭材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性污泥炭材料的制备方法，属于污水污泥处理处置领域。该方法包括以下步骤：S1、取一定量的活性污泥，投加絮凝剂，然后物理脱水、干燥，得到污泥干泥饼；S2、对步骤S1制得的污泥干泥饼进行粉碎、研磨、过100目筛，得到粉末状干污泥；S3、将步骤S2得到的粉末状干污泥置入管式炉中，绝氧条件下800℃高温热解30min，冷却取出样品，用去离子水洗掉表面灰分后，烘干得到粉末状污泥炭；S4、将步骤S3得到的粉末状污泥炭加入酸或碱的改性剂中，浸泡12‑24h，用去离子水反复洗至洗液为中性后，烘干得到改性污泥炭材料。该方法实现了污泥固废的回收利用，制得的改性污泥炭材料对污水中的溶解性有机物具有很好的吸附效果。

A preparation method of modified sludge carbon material

【技术实现步骤摘要】
一种改性污泥炭材料的制备方法
本专利技术涉及污水污泥处理处置领域，尤其涉及一种改性污泥炭材料的制备方法，为污泥的后续处理和资源化利用创造有利条件。
技术介绍
随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展。为了进一步削减污水中痕量有机污染物的排放通量，目前已经报道的污水深度处理技术主要有膜分离技术、高级氧化技术、电化学氧化技术和吸附技术等。膜技术在再生水处理中应用广泛，但膜污染严重制约了其规模化的应用；氧化技术由于其会产生有毒副产物、催化剂的高度选择性以及难分离回收、处理成本高等问题，导致目前实际应用并不多；活性炭是一种多孔性物质，且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性污泥法是污水处理厂常用的污水处理技术，其中的活性污泥是真菌、原生动物等不同生物群体组成的液固胶体絮状物，富含大量蛋白质、多糖、纤维素、木质素等，在热解过程中能够形成孔隙发达、官能团多样的多孔材料，使得获得的污泥炭材料对污水中溶解性有机物具有独特的吸附性能。然而，活性污泥热解过程中会产生大量的烟气和灰分，这些灰分并不会随着高温热解转化为气体，而是在冷却过程中覆盖在污泥炭材料的表面，堵塞住污泥炭材料表面的炭孔，影响其吸附性能；另外，污泥中含有许多含硅、铝、磷的矿物杂质，这些矿物熔点极高，不会随着热解过程而熔化，反而在活性污泥热解成炭材料的过程中更好地暴露出来，从而影响污泥炭材料的吸附性能。活性污泥热解制备炭材料技术目前尚未走向成熟，很大一部分原因是其性能相比市售活性炭有着一定差距，且在制作成本上优势不大。因此，提高污泥炭材料的吸附性能，成为其能否被推广使用的重要因素。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种改性污泥炭材料的制备方法，相比于传统污泥炭材料，该改性污泥炭材料吸附性能更好，提高了对污水中溶解性有机污染物的去除效果，实现了污泥处置与资源化的宗旨，为今后工程实践应用提供了理论依据。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：在本专利技术中，提供一种改性污泥炭材料的制备方法，包括以下步骤：S1、在所取的污水厂活性污泥中投加絮凝剂，对其进行脱水调理，然后通过离心或板框压滤进行高压脱水处理后通过鼓风烘干箱进行干化处理，得到污泥干泥饼；S2、通过粉碎机对步骤S1获得的污泥干泥饼进行粉碎、研磨、过100目筛，得到粉末状干污泥；S3、将步骤S2得到的粉末状干污泥置入瓷舟，粉末状干污泥填满瓷舟，避免空气进入，并用瓷质盖板将瓷舟盖住；将瓷舟缓缓置入管式炉中，在氮气氛围下，以10℃/min的升温速率升至800℃后停留30min进行热解，热解完成后冷却至室温，取出样品，用去离子水洗掉表面灰分后，烘干得到粉末状污泥炭；S4、将步骤S3得到的粉末状污泥炭加入改性剂中，所述改性剂为盐酸、硝酸或氢氧化钠溶液中的一种，浸泡震荡12-24h，将上清液去除后，用去离子水反复洗至洗液为中性后，烘干得到污泥炭材料。本专利技术的制备方法先通过对污水厂活性污泥脱水、800℃无氧条件下高温热解，再引入不同的酸碱化学试剂浸渍改性制得本专利技术的改性污泥炭材料，其吸附性能好，能有效去除污水中溶解性的有机污染物，实现污泥处置与资源化的宗旨。本专利技术通过引入酸碱化学试剂对污泥炭材料进行改性，可以清洗污泥炭表面难以被水清洗干净的灰分和热解过程中难以被高温热解掉的矿物成分，使污泥炭材料的孔隙结构更完整地暴露出来；此外，改性也为污泥炭材料引入官能团，增加污泥炭材料的吸附点位。进一步的，在步骤S1中，所述絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、氯化铝、氯化铁、硫酸铝、硫酸铁、聚丙烯酰胺(PAM)中的一种或几种。进一步的，所述盐酸、硝酸或氢氧化钠溶液改性剂的浓度为0.5mol/L-2mol/L，所述粉状污泥炭与改性剂的质量比为1：10。本专利技术的基本原理是：由于酸碱改性剂具有良好的溶蚀作用，可以把污泥炭中覆盖在表面的灰分和一部分矿物溶解，并刻蚀污泥炭表面使其更加粗糙，起到增大污泥炭比表面积、增强污泥炭表面孔隙结构的作用。此外，高温热解下的污泥炭具有高度芳香化的特征，与水中溶解性有机物、尤其是芳香类蛋白具有很好的络合作用和Π电子吸附作用，酸碱改性剂同时也在污泥炭表面引入官能团，增加污泥炭表面吸附位点，提高其吸附性能。本专利技术制备方法不仅为今后污泥制炭提供了思路，也为污泥资源利用化提供良好的理论基础。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有的有益效果如下：(1)本专利技术提供了一种新的制备污泥炭材料的思路，引入酸碱改性剂，有效地去除污泥炭表面的灰分和矿物，显著增加了材料的吸附性能；(2)本专利技术制备方法操作流程简单，易于控制调节，改性试剂可反复多次使用，成本低；(3)本专利技术同步实现了污泥资源化和无害化处理，为今后污泥处置和资源化提供了新方向。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。图1为本专利技术实施例的改性污泥炭材料制备方法流程图；图2a为本专利技术实施例1未改性的粉末状污泥炭的SEM图；图2b为本专利技术实施例1改性后的污泥炭材料的SEM图；图3a为本专利技术实施例1未改性的粉末状污泥炭的吸脱附曲线及孔径孔容图；图3b为本专利技术实施例1改性后的污泥炭材料的吸脱附曲线及孔径孔容图；图4a为本专利技术实施例2未改性的粉末状污泥炭的SEM图；图4b为本专利技术实施例2改性后的污泥炭材料的SEM图；图5a为本专利技术实施例2未改性的粉末状污泥炭的吸脱附曲线及孔径孔容图；图5b为本专利技术实施例2改性后的污泥炭材料的吸脱附曲线及孔径孔容图；图6为本专利技术实施例中二沉池原始出水水样、加入盐酸改性的污泥炭材料出水水样、加入氢氧化钠改性的污泥炭材料出水水样的三维荧光对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。实施例1：制备改性污泥炭材料参考图1，本专利技术实施例1提供了一种改性污泥炭材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取某市政污水处理厂剩余的活性污泥，按活性污泥中所含总悬浮固体(TSS)的5‰质量比投加阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂，反应30min进行脱水调理，然后板框压滤进行高压脱水处理后通过105℃鼓风烘干箱进行干化处理，得到污泥干泥饼。(2)将得到的污泥干泥饼粉碎、研磨、过100目筛，得到粉末状干污泥，保存于干燥器中；将粉末状干污泥置入瓷舟，粉末状干污泥要填满瓷舟、避免空气进入，并用瓷质盖板将瓷舟盖住；将瓷舟缓缓置入管式炉中，在氮气氛围下，以10℃/min的升温速率升至800℃后停留30min进行热解，热解完成后冷却至室温(此过程需保持氮气流通)，取出样品，用去离子水洗掉表面灰分后烘干保存，得到粉末状污泥炭；(3)配置1mol/L的盐酸溶液500ml，投入20g粉末状污泥炭，在20℃环境下180r/min恒温振荡1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性污泥炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、取一定量的活性污泥，投加絮凝剂，然后物理脱水、干燥，得到污泥干泥饼；/nS2、对步骤S1制得的污泥干泥饼进行粉碎、研磨、过100目筛，得到粉末状干污泥；/nS3、将步骤S2得到的粉末状干污泥置入管式炉中，绝氧条件下800℃高温热解30min，冷却取出样品，用去离子水洗掉表面灰分后，烘干得到粉末状污泥炭；/nS4、将步骤S3得到的粉末状污泥炭加入酸或碱的改性剂中，浸泡12-24h，用去离子水反复洗至洗液为中性后，烘干得到改性污泥炭材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性污泥炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取一定量的活性污泥，投加絮凝剂，然后物理脱水、干燥，得到污泥干泥饼；
S2、对步骤S1制得的污泥干泥饼进行粉碎、研磨、过100目筛，得到粉末状干污泥；
S3、将步骤S2得到的粉末状干污泥置入管式炉中，绝氧条件下800℃高温热解30min，冷却取出样品，用去离子水洗掉表面灰分后，烘干得到粉末状污泥炭；
S4、将步骤S3得到的粉末状污泥炭加入酸或碱的改性剂中，浸泡12-24h，用去离子水反复洗至洗液为中性后，烘干得到改性污泥炭材料。


2.根据权利要求1所述的一种改性污泥炭材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶家林，张伟军，张军发，李岚峰，程皓琬，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，中节能博实湖北环境工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42