專利名稱：一種用于煙氣脫硫脫汞的污泥基吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水污泥資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于煙氣脫硫脫汞的污泥基吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
污泥是污水處理的副產(chǎn)物，富集了污水中大量的有機(jī)及無機(jī)物質(zhì)。近年來，隨著我國人口的增長及污水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，污泥產(chǎn)量急劇增大。根據(jù)2011年中國統(tǒng)計年鑒推算，10年我國濕污泥量已突破3億噸。未經(jīng)恰當(dāng)處理處置的污泥進(jìn)入環(huán)境后，會對大氣和水體造成嚴(yán)重的二次污染。因此，開發(fā)污泥處理處置和資源化新途徑，對更好的實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化及資源化具有重要意義。由于污泥含有豐富的有機(jī)成分，通過一系列活化工序可制備成活性炭等吸附材料。目前，國內(nèi)外學(xué)者已對污泥制活性炭的可行性、污泥活性炭的吸附性能和安全性進(jìn)行了研究和探討。中國專利CN 100441504C將污泥曬干后，通過微波處理、碳化、水蒸氣活化、微波改性等步驟制備成活性炭，用于煙氣的脫硫。中國專利CN100577282C采用Al (OH)3溶膠浸泡碳化后的污泥，再經(jīng)焙燒制得伽瑪型三氧化二鋁膜改性污泥活性炭，用于吸附煙氣中的S02。中國專利CN101543763A公開了一種用于低濃度煙氣脫硫、脫硝的伽瑪型三氧化二鋁膜和五氧化二釩改性污泥活性炭。中國專利CN 101791537A采用殼聚糖污泥活性炭進(jìn)行改性，制備出一種類似用途的改性吸附劑。中國專利CN102134072A利用農(nóng)藥化工行業(yè)污水處理剩余污泥制備活性炭，過濾后加入增碳物料與活化劑，熱解制得活性炭。中國專利CN102432007A以剩余污泥為原料，通過多種余熱回用及水蒸氣活化法制備污泥活性炭。中國專利CN 101721973B公開了一種污泥基脫硫劑，該脫硫劑是以污泥活性炭、電爐灰等作為活性組分，增加膨潤土等粘結(jié)劑及碳酸銨等擴(kuò)孔劑制備而成，適用于低溫二氧化硫氣體的脫除。以上的申請或授權(quán)專利均存在以下問題(I)均以干污泥(包括碳化污泥)為原料或首先將污泥進(jìn)行脫水干化處理。由于水的氣化潛熱較大，反復(fù)經(jīng)過脫水干燥過程，勢必增加吸附劑制備的能耗；(2)添加劑均是以物理混合或浸潰的方式加入。固/液混合或固/固混合方式很難將添加劑均勻的加入到污泥中。(3)制備的活性炭可用于脫硫、脫硝、脫氯或吸附污水中的有機(jī)物，鮮有涉及到煙氣脫汞劑的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于煙氣脫硫脫汞的污泥基吸附劑及其制備方法。一種污泥基吸附劑的制備方法，包括如下步驟向污泥漿中添加活化劑及物理調(diào)節(jié)劑，攪拌混合并進(jìn)行機(jī)械脫水得到活化污泥；
對活化污泥干燥、研磨、篩分得到污泥顆粒；在惰性氣氛下對污泥顆粒熱解后經(jīng)物理活化制得污泥基吸附劑。進(jìn)一步地，所述污泥漿為市政污泥和/或造紙污泥，其含水率為90 99wt. %。進(jìn)一步地，所述活化劑為KOH、H2SO4, H3PO4, CaCl2, MgCl2, ZnCl2, FeCl3 中的一種或幾種；以污泥干基為基準(zhǔn)，所述活化劑為污泥干基重量的20 150%，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 60%的溶液使用。進(jìn)一步地，所述物理調(diào)節(jié)劑為CaO、Ca (OH) 2、CaCO3、煤粉、生物質(zhì)和粉煤灰中的一種或幾種混合；以污泥干基為基準(zhǔn)，所述物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的5 80%。進(jìn)一步地,所述時間為15 20min,機(jī)械脫水采用離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)或板框壓濾機(jī)。進(jìn)一步地，于空氣下常溫干燥或低溫45 105°C加熱干燥，篩分后取粒徑為0. I 2mm的污泥顆粒。進(jìn)一步地，將過篩后的污泥顆粒置于N2氣氛下以15 60°C /min的升溫速率升溫至500 1000°C保溫10 90min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化30 1801^11，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。一種污泥基吸附劑，按照上述方法制備得到。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明污泥基吸附劑的制備方法，通過向污泥漿中添加活化劑及物理調(diào)節(jié)劑，可有效提高污泥的孔隙率，并增加C、Ca、Cl等含量，所制得的污泥基吸附劑具有較高的吸附活性。此外，將活化劑、物理調(diào)節(jié)劑的過程與污泥調(diào)理脫水過程進(jìn)行耦合，省去了傳統(tǒng)活性炭制備工藝中的反復(fù)干燥過程，有效節(jié)省了吸附劑制備能耗。該制備方法工序簡單，條件易控，縮短了污泥的處理處置與資源化利用流程，可實(shí)現(xiàn)污泥基吸附劑的規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明污泥基吸附劑直接以高含水率漿態(tài)化的污泥為原料制備，有利于活化劑、物理調(diào)節(jié)劑與污泥均勻混合，強(qiáng)化改性效果。此外，該吸附劑可用于煙氣的脫硫、脫汞。


圖I是本發(fā)明污泥基吸附劑的制備方法工藝流程示意圖；圖2是本發(fā)明污泥基吸附劑與污泥基活性炭的效果示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種能直接利用高含水率污泥漿，并有效提高活化劑及物理調(diào)節(jié)劑利用率的污泥基吸附劑的制備方法。制備原料污泥漿源于污水處理廠，未經(jīng)過調(diào)理脫水或消化等任何處理過程，包括市政污泥及造紙污泥等，含水率高達(dá)909^99%。制備過程如圖I所示步驟SOl 向污泥漿中加入 KOH、H2SO4, H3PO4, CaCl2, MgCl2, ZnCl2, FeCl3 中的一種或幾種活化劑，CaO,Ca(OH)2、CaCO3、煤粉、生物質(zhì)(木屑、秸桿等)、粉煤灰中的一種或幾種物、理調(diào)節(jié)劑，其中，以污泥干基為基準(zhǔn)，活化劑為污泥干基重量的20% 150%，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40% 60%的溶液使用，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的5% 80%。接著攪拌污泥15 20min，混勻后采用離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)或板框壓濾機(jī)脫水得到活化污泥。濕混法可最大程度的使活化劑、物理調(diào)節(jié)劑與污泥混合均勻?；罨瘎┡c物理調(diào)節(jié)劑可以降低電負(fù)性污泥顆粒間的排斥作用和親水作用，在壓濾脫水的泥餅中形成質(zhì)地堅(jiān)硬、滲透性好的多孔晶格結(jié)構(gòu)。此外，活化劑、物理調(diào)節(jié)劑還可一定程度的提高污泥的脫水性能，將化學(xué)活化與污泥調(diào)理過程耦合，既可節(jié)約化學(xué)試劑用量和溶解用水量，又可減少操作步驟。步驟S02 :將活化污泥于空氣下常溫干燥或低溫(45 105°C)加熱干燥，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. r2mm的污泥。
將脫水泥餅干化過程與活化后污泥的干燥過程同步進(jìn)行，可有效降低能耗。此外，活化劑、物理調(diào)節(jié)劑的加入使得泥餅中的水分更容易散失。步驟S03 :在隊(duì)氣氛下，將過篩后的污泥以15飛(TC /min的升溫速率升溫至50(Tl000°C保溫l(T90min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化3(Tl80min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。熱解時，均勻分散在污泥內(nèi)部的活化劑經(jīng)脫水縮合、潤脹等作用在污泥顆粒中形成孔隙。物理調(diào)節(jié)劑增加了污泥中C、Ca等元素的含量。活化污泥中的氫、氧原子主要以水的形式分離出來，使一些含碳化合物縮合成不揮發(fā)的縮聚碳，從而產(chǎn)生發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)，同時活化劑與鏈烴、環(huán)烴以及微晶結(jié)構(gòu)中的C反應(yīng)，生成CO、CO2, H2O, H2等各種氣體隨著氣體的排出使得炭層間不斷形成新孔，開孔和擴(kuò)孔是同步交叉進(jìn)行的兩個過程，在活化初始階段開孔占一定的優(yōu)勢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，擴(kuò)孔程度逐漸加劇，此時部分微孔開始擴(kuò)展，得到碳化污泥。當(dāng)通入水蒸氣后，水蒸氣向碳化污泥顆粒的表面擴(kuò)散，繼而由表面沿孔隙向炭化顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，接著與污泥本身所含的碳及加入的污泥調(diào)節(jié)劑中的碳反應(yīng)，生成的H2、C0等氣體，進(jìn)一步增加污泥的孔隙率及比表面積。本發(fā)明實(shí)施例污泥基吸附劑與傳統(tǒng)方法制備的污泥基活性炭效果如圖2所示。與傳統(tǒng)的制備方法相比，本發(fā)明實(shí)施例中污泥基吸附劑具有發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)。此外，含Ca或Cl調(diào)節(jié)劑或其他具有較強(qiáng)吸附性的調(diào)節(jié)劑都可以進(jìn)一步增加SO2及Hg的吸附位點(diǎn)?，F(xiàn)以具體的污泥基吸附劑及其制備方法為例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I步驟SOl :取含水率為99. 0%的市政污泥，向污泥衆(zhòng)中依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的H3PO4及H2SO4作為活化劑，攪拌15min，活化劑為污泥干基重量的20% ;再加入質(zhì)量比3:1的Ca(OH)2和生物質(zhì)顆粒作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌5min，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的50% ;混勻后采用板框壓濾機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于空氣下常溫干燥數(shù)小時，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為
0.I 2mm的污泥。步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以15°C /min的升溫速率升溫至500°C保溫90min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化30min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。
經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為193m2/g，孔體積為0. 36cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為92%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為48%。實(shí)施例2
步驟SOl :取含水率為95. 5%的市政污泥，向污泥漿中加入質(zhì)量比I: I的ZnCl2和FeCl3配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的溶液作為活化劑，攪拌5min，活化劑為污泥干基重量的50% ;再加入質(zhì)量比1:2的CaO和煤粉作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌lOmin，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的60% ;混勻后米用帶式壓濾機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于45°C下干燥I. 5h，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. Hmm的污泥。步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以50°C /min的升溫速率升溫至600°C保溫30min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化60min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為223m2/g，孔體積為0. 38cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為52%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為88%。實(shí)施例3步驟SOl :取含水率為90. 0%的造紙污泥，向污泥漿中加入質(zhì)量比2:1的CaCl2和KOH配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的溶液作為活化劑，攪拌5min，活化劑為污泥干基重量的65% ;再加入質(zhì)量比1:1的CaCO3、粉煤灰作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌15min，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的50% ;混勻后采用板框壓濾機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于105°C下干燥lh，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. f 2_的污泥。步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以60°C /min的升溫速率升溫至1000°C保溫IOmin進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化180!^11，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為205m2/g，孔體積為0. 37cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為75%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為87%。實(shí)施例4步驟SOl :取含水率為90. 0%的造紙污泥，向污泥漿中加入質(zhì)量比2:1的ZnCl2和MgCl2配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的溶液作為活化劑，攪拌5min，活化劑為污泥干基重量的70% ;再加入CaO作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌15min，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的50% ;混勻后采用板框壓濾機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于80°C下干燥I. 5h，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. Hmm的污泥。
步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以50°C /min的升溫速率升溫至800°C保溫30min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化60min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為242m2/g，孔體積為0. 40cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為89%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為91%。實(shí)施例5步驟SOl :取含水率為97. 0%的市政污泥，向污泥漿中加入ZnCl2配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的溶液作為活化劑，攪拌5min，活化劑為污泥干基重量的150% ;再加入CaO作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌lOmin，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的5% ;混勻后采用離心機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于80°C下干燥I. 5h，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. Hmm的污泥。步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以50°C /min的升溫速率升溫至700°C保溫60min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化20min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為242m2/g，孔體積為0. 40cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為95%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為80%。實(shí)施例6步驟SOl :取含水率為96. 0%的市政污泥，向污泥漿中加入質(zhì)量比2:1的ZnCl2和FeCl3配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的溶液作為活化劑,攪拌5min,活化劑為污泥干基重量的80% ;再加入質(zhì)量比1:1的CaCO3、煤粉作為物理調(diào)節(jié)劑，攪拌15min，物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的50% ;混勻后采用板框壓濾機(jī)脫水。步驟S02 :將活化污泥于105°C下干燥lh，然后進(jìn)行研磨、篩分，取粒徑為0. f 2_的污泥。步驟S03 :在N2氣氛下，將過篩后的污泥以50°C /min的升溫速率升溫至500°C保溫30min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化30min，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。經(jīng)本實(shí)施例I制備的污泥基吸附劑BET比表面積為235m2/g，孔體積為0. 39cm3/g。Hg脫除反應(yīng)條件污泥基吸附劑用量20mg，氣氛高純N2，流量為lL/min，溫度1400C，此時Hg脫除率為90%。SO2脫除反應(yīng)條件S02濃度2000ppm，反應(yīng)溫度120°C，此時SO2脫除率為90%。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種污泥基吸附劑的制備方法，包括如下步驟 向污泥漿中添加活化劑及物理調(diào)節(jié)劑，攪拌混合并進(jìn)行機(jī)械脫水得到活化污泥； 對活化污泥干燥、研磨、篩分得到污泥顆粒； 在惰性氣氛下對污泥顆粒熱解后經(jīng)物理活化制得污泥基吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，所述污泥漿為市政污泥和/或造紙污泥，其含水率為90 99wt. %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，所述活化劑為KOH、H2SO4, H3PO4, CaCl2, MgCl2, ZnCl2, FeCl3中的一種或幾種；以污泥干基為基準(zhǔn)，所述活化劑為 污泥干基重量的20 150%,配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 60%的溶液使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，所述物理調(diào)節(jié)劑為CaO, Ca(OH)2, CaCO3、煤粉、生物質(zhì)和粉煤灰中的一種或幾種混合；以污泥干基為基準(zhǔn)，所述物理調(diào)節(jié)劑為污泥干基重量的5 80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，所述時間為15 20min，機(jī)械脫水采用離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)或板框壓濾機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，于空氣下常溫干燥或低溫45 105°C加熱干燥,篩分后取粒徑為0. I 2_的污泥顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6任意一項(xiàng)所述的污泥基吸附劑的制備方法，其特征在于，將過篩后的污泥顆粒置于N2氣氛下以15 60°C /min的升溫速率升溫至500 1000°C保溫10 90min進(jìn)行熱解，隨后通入水蒸氣活化30 180!^11，在N2保護(hù)狀態(tài)下冷卻到室溫即制得污泥基吸附劑。
8.一種污泥基吸附劑，其特征在于，按照權(quán)利要求I 7任意一項(xiàng)所述的制備得到。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于煙氣脫硫脫汞的污泥基吸附劑及其制備方法，該污泥基吸附劑以市政污泥和/或造紙污泥為原料。其制備方法包括的步驟有向污泥漿中添加活化劑及物理調(diào)節(jié)劑，攪拌混合并進(jìn)行機(jī)械脫水；干燥后進(jìn)行研磨、篩分；于惰性氣氛下熱解后經(jīng)物理活化制得污泥基吸附劑。本發(fā)明以污泥漿為原料，采用濕法混合方式提高活化劑及物理調(diào)節(jié)劑的均勻性?；罨瘎┡c物理調(diào)節(jié)劑可以降低電負(fù)性污泥顆粒間的排斥作用和親水作用，在壓濾脫水的泥餅中形成質(zhì)地堅(jiān)硬、滲透性好的多孔晶格結(jié)構(gòu)。制備的吸附劑可用于煙氣的脫硫、脫汞。其制備方法工序簡單，條件易控，實(shí)現(xiàn)了污泥處理與資源化的和諧統(tǒng)一，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。
文檔編號C02F11/10GK102745879SQ20121023169
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者劉歡, 姚洪, 岳良, 羅光前, 袁蓓, 謝淼 申請人:華中科技大學(xué)