CN101985355A - 一种污泥制备活性炭的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥制备活性炭的方法：将含水80%左右的脱水污泥按比例加入活化剂浸渍处理、干化后，送入活化装置，活化介质采用控氧燃烧得到的低氧高温烟气，温度小于600℃，氧含量小于4%，洗涤烘干后，制得干品活性炭；污泥浸渍后的干化及活化洗涤后活性炭的干化热源采用活化后较高温烟气，一般小于500℃。一种装置，包括混合浸渍釜、污泥浸渍后的干燥机、炭化活化器、洗涤釜、活性炭干燥机。本发明以高温低氧烟气为活化介质，直接将脱水污泥浸渍处理，简化了污泥制备活性炭的工艺，并且按品位逐级利用高温烟气的热能，降低了污泥制备活性炭的成本。

Description

一种污泥制备活性炭的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种脱水污泥制备活性炭的工艺方法，尤其涉及一种利用高温烟气作为热源、活化介质及保护气将含水80%的脱水污泥直接制备活性炭的方法及装置，以提高能源利用效率、降低污泥制备活性炭成本。
背景技术
伴随着全球经济的快速发展和人们对环境的日益关注，污水处理量高速增加，导致了污泥产量的迅速扩大。目前，我国每年排放干污泥约为500万吨，且在不断增加，如处理不当会造成严重的二次污染，同时污泥处理的投资和运行费用巨大，占整个污水厂投资及运行费用的25%～65%，已成为污水处理厂面临的沉重负担。
活性炭作为一种吸附催化材料，不溶于水和有机溶剂，易再生，对气体、溶液中的有机或无机物质以及胶体颗粒等有很强的吸附能力，具有足够的化学稳定性及耐酸、耐碱、耐热性，已在石油、化工、食品、轻工、国防、环境保护等诸多领域得到广泛应用。污泥中含有较多的碳，在一定的高温下以污泥为原料通过改性可以制得含碳吸附剂。制得的吸附剂有很高的COD去除率，是一种性能优良的有机废水处理剂，吸附饱和的吸附剂若不能再生，可以用作燃料在控制尾气条件下进行燃烧，这样也使原污泥中的有害因子被彻底氧化分解。
现有的化学法污泥制备活性炭工艺中，脱水污泥先干燥洗涤，再浸渍，以高温惰性气体（CO2或N2）为污泥炭化活化提供热量，并作为保护气。如此高温的惰性气体一般通过采用其它燃料间接加热得到，既增加了设备投资，又多耗能量，增加了活性炭的制造成本，工艺复杂，阻碍了污泥制备活性炭的工业化应用。
本发明以含水率为80%左右的脱水污泥为原料，不经干燥而直接浸渍，采用高温低氧烟道气为活化介质并为污泥炭化活化提供所需的热量，降低了高品位能源的消耗，降低了运行成本。由于烟气有一定的含氧量，高温条件下，微量的氧可达到预氧化污泥的目的，增加污泥表面活性，提升活性炭产品的品质。
发明内容
本发明提供一种经济、节能、环保的污泥制备活性炭的方法及装置，利用高温低氧烟气作为污泥炭化的活化介质、保护气，为原料的预氧化提供氧份，并提供炭化活化的热源，降低了高品位能源的消耗、工艺的复杂性及污泥活性炭的制造成本，提高了能源的利用率及污泥制备活性炭***的集成性。
本发明采用如下技术方案：
一种脱水污泥制备活性炭的工艺方法，步骤如下：
步骤1 将含水75%~85%的湿污泥直接与活化剂按10:1~4混合、浸渍10~24小时后，送入干燥机进行干燥， 
步骤2 送入炭化活化器进行活化，活化介质为控氧燃烧的高温低氧烟气，氧含量小于4%，
步骤3 活化后送入洗涤釜进行酸洗涤，然后甩干， 
步骤4 最后送入活性炭干燥机进行干燥，得到干品活性炭。
一种实施上述污泥制备活性炭的装置，包括混合浸渍釜、污泥浸渍后的干燥机、炭化活化器、洗涤釜、活性炭干燥机，在炭化活化器上设有控氧燃烧的高温低氧烟气进口和活化后烟气出口，在污泥浸渍后干燥机和活性炭干燥机上分别设第1活化后烟气进口、第2活化后烟气进口和第1干燥后烟气出口、第2干燥后烟气出口，炭化活化器的烟气出口分别与设在污泥浸渍后干燥机和活性炭干燥机上的第1活化后烟气进口和第2活化后烟气进口相连，污泥浸渍后干燥机上的第1干燥后烟气出口排空和活性炭干燥机上的第2干燥后烟气出口排空，混合浸渍釜出口与污泥浸渍后干燥机进口相连、污泥浸渍后干燥机出口与炭化活化器进口相连、炭化活化器出口与洗涤釜进口相连、洗涤釜出口与活性炭干燥机进口相连。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、 本发明采用烟气作为污泥炭化活化的热源，并有效利用活化后的烟气余热，提高了能源利用率，降低了能源消耗及污泥制备活性炭的成本。
2、 本发明采用高温低含氧量的烟气作为污泥炭化活化时的保护气、活化介质，省去纯净气体的应用，简化了污泥活性炭制造工艺。
3、 本发明采用低含氧量的烟气为污泥预氧化提供氧分，使得污泥颗粒的表面活性增加，活化作用更容易深入到原料颗粒内部，制得活性炭孔隙发达。
4、 本发明用含水率为80%左右的脱水污泥直接制备活性炭，省去以往污泥制备活性炭时的干燥环节，降低了能源消耗，简化了污泥活性炭制备工艺。
5、 本发明简化了污泥活性炭制造工艺，***高集成化、操作简单化。 
6、 本发明所述工艺制备的活性炭安全、稳定、无污染，使污泥真正达到稳定化、无害化、资源化的要求。
附图说明：
    图1是本发明的脱水污泥制备活性炭的工艺方法。
图1中，1、浸渍釜  2、污泥浸渍后干燥机  3、炭化活化器  4、洗涤釜  5、活性炭干燥机。
具体实施方式
实施例1：
一种脱水污泥制备活性炭的工艺方法，步骤如下：
步骤1 将含水80%左右的湿污泥直接与活化剂按10:1~4混合、浸渍10~24小时后，送入干燥机进行干燥， 
步骤2 送入炭化活化器进行活化，活化介质为控氧燃烧的高温低氧烟气，
步骤3 活化后送入洗涤釜进行酸洗涤，然后甩干， 
步骤4 最后送入活性炭干燥机进行干燥，得到干品活性炭。
实施例2
一种实施上述污泥制备活性炭的装置，包括混合浸渍釜1、污泥浸渍后的干燥机2、炭化活化器3、洗涤釜4、活性炭干燥机5，在炭化活化器3上设有控氧燃烧的高温低氧烟气进口和活化后烟气出口，在污泥浸渍后干燥机2和活性炭干燥机5上分别设第1活化后烟气进口、第2活化后烟气进口和第1干燥后烟气出口、第2干燥后烟气出口，炭化活化器3的烟气出口分别与设在污泥浸渍后干燥机2和活性炭干燥机5上的第1活化后烟气进口和第2活化后烟气进口相连，污泥浸渍后干燥机2上的第1干燥后烟气出口排空和活性炭干燥机5上的第2干燥后烟气出口排空，混合浸渍釜1出口与污泥浸渍后干燥机2进口相连、污泥浸渍后干燥机2出口与炭化活化器3进口相连、炭化活化器3出口与洗涤釜4进口相连、洗涤釜4出口与活性炭干燥机5进口相连。
下面参照附图，对本发明做出更为详细的说明：
参照图1，一种80%脱水湿污泥直接制备活性炭的装置，包括混合浸渍釜1、污泥浸渍后的干燥机2、炭化活化器3、洗涤釜4、活性炭干燥机5，在炭化活化器3上设有控氧燃烧的高温低氧烟气进口和活化后烟气出口，在污泥浸渍后干燥机2和活性炭干燥机5上分别设第1活化后烟气进口、第2活化后烟气进口和第1干燥后烟气出口、第2干燥后烟气出口，炭化活化器3的烟气出口分别与设在污泥浸渍后干燥机2和活性炭干燥机5上的第1活化后烟气进口和第2活化后烟气进口相连，污泥浸渍后干燥机2上的第1干燥后烟气出口排空和活性炭干燥机5上的第2干燥后烟气出口排空，混合浸渍釜1出口与污泥浸渍后干燥机2进口相连、污泥浸渍后干燥机2出口与炭化活化器3进口相连、炭化活化器3出口与洗涤釜4进口相连、洗涤釜4出口与活性炭干燥机5进口相连。
（无氧条件下的活化）将含水率为80%的市政污泥送入浸渍釜1内，以ZnCl2为活化剂，按浸渍比5:1（湿污泥：活化剂）将污泥于浸渍釜1内浸渍16小时，采用部分活化过的500℃的烟道气余热于干燥机2内将浸渍后的污泥烘干，随后送入炭化活化器3中以氮气作为保护气，在缺氧条件下进行炭化活化，控制污泥活化温度为550℃，活化时间为90分钟。随后洗涤、烘干，得到干品活性炭，其比表面积为493.1m2/g，亚甲基蓝吸附值为120.1mg/g。
（有氧条件下，氧含量2%）将含水率为80%的市政污泥送入浸渍釜1内，以ZnCl2为活化剂，按浸渍比5:1（湿污泥：活化剂）将污泥于浸渍釜1内浸渍16小时，采用部分活化过的500℃的烟道气余热于干燥机2内将浸渍后的污泥烘干，随后送入炭化活化器3中采用氧含量为2%、温度为600℃的高温低氧烟气进行炭化活化，控制污泥活化温度为550℃，活化时间为90分钟。随后洗涤，并用活化过的500℃的烟道气余热烘干，得到干品活性炭，其比表面积为516.1m2/g，亚甲基蓝吸附值为129.8mg/g，孔体积为0.29cm3/g，微孔体积为0.16cm3/g，平均孔径为3.95nm。
（有氧条件下，氧含量4%）将含水率为80%的市政污泥送入浸渍釜1内，以ZnCl2为活化剂，按浸渍比5:1（湿污泥：活化剂）将污泥于浸渍釜1内浸渍16小时，采用部分活化过的500℃的烟道气余热于干燥机2内将浸渍后的污泥烘干，随后送入炭化活化器3中采用氧含量为4%、温度为600℃的高温低氧烟气进行炭化活化，控制污泥活化温度为550℃，活化时间为90分钟。随后洗涤，并用活化过的500℃的烟道气余热烘干，得到干品活性炭，其比表面积为512.8m2/g，亚甲基蓝吸附值为129.1mg/g。 
氧气能与碳骨架表面基团发生氧化反应， 促进活性炭微孔的形成与发展。但当氧含量过高时，氧原子与碳骨架表面基团反应速度极快，许多氧分子根本来不及扩散到炭颗粒内部就已经与表面基团发生反应，限制了微孔的形成与发展，同时，还使已形成的微孔壁面被烧穿、扩宽，活性炭比表面积和微孔体积会随氧含量的增大而大幅下降，吸附性能变差。

Claims (3)

1.一种污泥制备活性炭的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1 将含水75%~85%的湿污泥直接与活化剂按10:1~4的质量比混合、浸渍10~24小时后，送入干燥机进行干燥， 
步骤2 送入炭化活化器进行活化，活化介质为控氧燃烧的高温低氧烟气， 
步骤3 活化后送入洗涤釜进行酸洗涤，然后甩干， 
步骤4 最后送入活性炭干燥机进行干燥，得到干品活性炭。
2.根据权利要求1所述的污泥制备活性炭的方法，其特征在于，步骤3所用的活化介质为温度为450~650℃、氧气含量小于4%的控氧燃烧的高温低氧烟气，步骤1和步骤4的干燥介质为来自炭化活化器出口的烟气。
3.一种实施权利要求1、2所述污泥制备活性炭方法的装置，其特征在于，包括混合浸渍釜（1）、污泥浸渍后的干燥机（2）、炭化活化器（3）、洗涤釜（4）、活性炭干燥机（5），在炭化活化器（3）上设有控氧燃烧的高温低氧烟气进口和活化后烟气出口，在污泥浸渍后干燥机（2）和活性炭干燥机（5）上分别设第1活化后烟气进口、第2活化后烟气进口和第1干燥后烟气出口、第2干燥后烟气出口，炭化活化器（3）的烟气出口分别与设在污泥浸渍后干燥机（2）和活性炭干燥机（5）上的第1活化后烟气进口和第2活化后烟气进口相连，污泥浸渍后干燥机（2）上的第1干燥后烟气出口排空和活性炭干燥机（5）上的第2干燥后烟气出口排空，混合浸渍釜（1）出口与污泥浸渍后干燥机（2）进口相连、污泥浸渍后干燥机（2）出口与炭化活化器（3）进口相连、炭化活化器（3）出口与洗涤釜（4）进口相连、洗涤釜（4）出口与活性炭干燥机（5）进口相连。
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