[发明专利]一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种利用乙酸钾制备污泥活性炭的方法和装置。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，按照本发明的一个方面，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，本发明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。