CN106512928A - 一种用于处理垃圾渗透液的污泥炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于处理垃圾渗滤液的污泥炭，由以城市污水厂污泥为主要原料，采用ZnCl2化学活化法，在适宜的活化温度、活化时间、ZnCl2浓度、原料粒度制备而来的。该方法制备的污泥炭，使用时不仅能够处理垃圾渗滤液，处理效果好，处理成本低，降低能耗的浪费，而且利于环境保护，节约资源，有利于回馈社会。可以在短时间内完成主要污染物的去除，本发明在处理过程中操作简便，效果显著且稳定性强。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种用于处理垃圾渗透液的污泥炭以及污泥炭的制备方法。
背景技术
垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度的有机废水。垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点：BOD5和COD浓度高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮的含量较高，微生物营养元素比例失调等。
从目前见诸报道的情况来看，垃圾焚烧渗滤液处理工艺多为“预处理+生物处理+深度处理”。生物处理作为工艺流程中的主体部分多采用厌氧生物法+好氧生物法。渗滤液经生物处理可去除大部分易降解有机物，而剩余的难生物降解有机物，需进行深度处理。深度处理部分很多采用膜处理技术，尤其是纳滤(CNF),反渗透(RO)或者它们的组合工艺。膜分离技术具有安全可靠，操作简单，分离效率极高等优点，作为深度处理技术能进一步去除生化***未降解的有机物、COD,BOD等污染物质，为出水指标达到设计要求提供保障。
在渗滤液的处理方法中，将渗滤液与城市污水合并处理是最简便的方法。但是填埋场通常远离城镇，因此其渗滤液与城市污水合并处理有一定的具体困难，往往不得不自己单独处理。常用的垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法，在COD为2000～40000mg/L时，物化方法的COD去除率可达50％～87％。和生物处理相比，物化处理不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对BOD5/COD比值较低(0.07～0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理。在实践中用得较多的是生化法，生物处理法通常具有可靠、经济高效等特点，是处理垃圾渗滤液的常用方法。但是生物法的使用及效率会因渗滤液中大量难降解、有毒有机物的存在而受到限制。例如经过生化处理后的垃圾渗滤液中仍存在大量苯酚类、环烷烃、羧酸类有机物，必须经过深度处理后才能达标排放。国内外学者对垃圾渗滤液的深度处理提出了很多理论和方法，但这些方法各有利弊，因此寻找到一种环保、高效、节能的渗滤液处理技术意义重大
活性炭是一种能有效处理垃圾渗滤液的吸附剂，在城市污水处理厂中，活性污泥是污水处理***产生的副产品，含有大量的有机物、腐殖质等可利用资源，经过一定的处理后，可转化成良好的吸附材料。目前，其制备工艺包括炭化、活化两步。气体活化法(水蒸气法)是除去固定在构成的碳素骨架间的碳化氢，形成多孔结构。加热法是从原料外部开始，经过相当长的时间才能从表及里形成微孔，且不能形成新的微孔，因此微孔数有限。并且，采用上述方法处理得到的污泥炭，污泥活性炭中的重金属含量较原污泥中的重金属含量并没有显著减少，即其吸附能力被一定程度限制，严重影响了其广泛应用。此外，在处理垃圾渗滤液后，经常会存在吸附不彻底，排放标准不达标的问题。
鉴于此，研究一种污泥炭的制备方法，同时使用其处理垃圾渗透液的处理的方法，是本发明亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中上述技术缺陷，从而提出一种污泥炭的制备方法，同时使用其处理垃圾渗透液的处理的方法。
为此，本发明提供一种污泥炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、将从污水厂取回的污泥在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在115-120℃下进一步脱水干燥至恒重；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过60-70目筛，以固液比1：5的2.5-3.5mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为50-60℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在115-120℃下干燥50-55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以200-240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
上述方法中，优选的，在S2中，其固液比1：5的3.0mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h。
优选的，在S1中，在从污水厂取回的污泥中还加入3％石灰、5％粉煤灰。
同时，本发明还提供一种用于处理垃圾渗滤液的工艺，包括如下步骤：将垃圾渗滤液用泵连续输入臭氧接触氧化柱，同时连续通入臭氧，经过臭氧氧化后的水排入容积为1000L的储水桶进行暂时储存并去除残余臭氧，之后经填充有所述的污泥炭的BAC滤池净化后出水。
优选的，所述BAC滤池为PVC材质，直径0.14X1.6m；承托层为3-5cm鹅卵石，高10cm；填料采用完成挂膜的污泥炭，为3-4mm柱状污泥炭，孔隙率30％，填料层高lm，体积15.4L，有效体积4.6L；进水流量通过蠕动泵来控制；水温控制在20-25℃。
优选的，臭氧投加量292mg03/L水，污泥基活性炭停留时间为4.3h时，臭氧-污泥基活性炭深度处理垃圾焚烧渗滤液生化出水，可使出水COD在2/3的运行时间里低于排放标准100mg/L，色度则可稳定达标。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明提供的一种用于处理垃圾渗滤液的污泥炭，由以城市污水厂污泥为主要原料，采用ZnCl2化学活化法，在适宜的活化温度、活化时间、ZnCl2浓度、原料粒度时制备而来的，特别是加入了少量石灰、粉煤灰，使得污泥炭的各项性能指标有明显改善。
(2)处理效果好：以该污泥炭处理垃圾渗滤液，可做到在短时间内实现一级A排放，将15000以上的COD降低到2500左右；
(3)处理成本低：以该方法制备的污泥炭，制备成本低，相比较化学法处理周期更短，处理同样体积的废水所需污泥体积更小，具有明显的成本优势，具有适应的广泛性。
(4)该方法处理垃圾渗滤液，降低能耗的浪费，而且利于环境保护，节约资源，有利于回馈社会；能够有效去除含氮杂环化合物、芳香族化合物、腈类、醚、有机酸及烯烃类化合物。
附图说明
图1为本发明的原污泥和实施例2污泥炭的表面结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在120℃下进一步脱水干燥至恒重；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过65目筛，以固液比1：5的3mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在120℃下干燥55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例2污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥加入污泥重量3％石灰、5％粉煤灰，在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在120℃下进一步脱水干燥至恒重，；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过65目筛，以固液比1：5的3mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在120℃下干燥55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例3污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在100℃下进一步脱水干燥至恒重；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过100目筛，以固液比1：3的2mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为75℃，浸渍时间为24h；
S3、然后将样品在100℃下干燥48h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以160m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以15℃/min的升温速率升温至600℃的热解温度，并在此温度下停留60min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用3mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用80℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为6；
S7、洗涤后的产物在100℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例4污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥，加入污泥重量3％石灰、5％粉煤灰，在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在100℃下进一步脱水干燥至恒重；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过100目筛，以固液比1：3的2mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为75℃，浸渍时间为24h；
S3、然后将样品在100℃下干燥48h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以160m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以15℃/min的升温速率升温至600℃的热解温度，并在此温度下停留60min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用3mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用80℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为6；
S7、洗涤后的产物在100℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例5污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥加入污泥重量1％石灰、2％粉煤灰，在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在120℃下进一步脱水干燥至恒重，；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过65目筛，以固液比1：5的3mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在120℃下干燥55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例6污泥炭的制备
S1、将从污水厂取回的污泥加入污泥重量5％石灰、7％粉煤灰，在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在120℃下进一步脱水干燥至恒重，；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过65目筛，以固液比1：5的3mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在120℃下干燥55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
实施例7垃圾渗滤液的处理
S8、将垃圾渗滤液用泵连续输入臭氧接触氧化柱，同时连续通入臭氧，经过臭氧氧化后的水排入容积为1000L的储水桶进行暂时储存并去除残余臭氧，之后经填充有实施例1-6之一所述的污泥炭的BAC滤池净化后出水。
其中所述BAC滤池为PVC材质，直径0.14X1.6m；承托层为3-5cm鹅卵石，高10cm；填料采用完成挂膜的污泥炭，为3-4mm柱状污泥炭，孔隙率30％，填料层高lm，体积15.4L，有效体积4.6L；进水流量通过蠕动泵来控制；水温控制在20-25℃。
其中，臭氧投加量292mg03/L水，污泥基活性炭停留时间为4.3h时，臭氧-污泥基活性炭深度处理垃圾焚烧渗滤液生化出水，可使出水COD在2/3的运行时间里低于排放标准100mg/L，色度则可稳定达标。
因为挥发分在热解的过程中能被分解从而形成孔洞结构，因此污泥炭中挥发分的含量是判断污泥是否合适制备成活性炭的一个重要指标。进而，将本发明实施例中所制备的污泥炭进行工业分析，具体结果见表1。
表1原污泥与污泥炭的工业分析
| 原料 | 挥发分 | 灰分 | 固定碳 |
| 污泥 | 70.34 | 20.11 | 9.55 |
| 实施例1 | 32.90 | 35.12 | 31.98 |
| 实施例2 | 21.00 | 30.13 | 48.87 |
| 实施例3 | 25.90 | 33.45 | 40.65 |
| 实施例4 | 32.78 | 35.46 | 31.76 |
| 实施例5 | 37.90 | 38.23 | 23.87 |
| 实施例6 | 35.27 | 31.09 | 33.64 |
由表1结果可见，实施例2制备得到的污泥炭，其固定碳含量最高，相对于实施例1、3-6有明显提高。
从图1可以看出：比较原污泥及实施例2污泥炭可知，污泥炭表面粗糙度明显增加，孔洞增多变大且不规则分布，这使得其具有非常优异的吸附能力。此外，虽然本发明中省略实施例1、3-6中污泥炭的表面结构，但实际检验过程中，观察到与实施例2相比，实施例1、3-6中污泥炭的表面粗糙度增加均不如实施例2明显，孔洞增多变大的程度也不如实施例2。
进而，将本发明实施例中所制备的污泥炭进行比表面积对比，具体结果见表2为原污泥、污泥炭、商品炭的比表面积对比。
表2原污泥与污泥炭进行比表面积对比
| 原料 | 比表面积 | 平均孔径 |
| 原污泥 | 3.12 | 25.34 |
| 商品炭 | 678.1 | 3.45 |
| 实施例1 | 230.4 | 8.12 |
| 实施例2 | 343.1 | 4.09 |
| 实施例3 | 289.2 | 7.78 |
| 实施例4 | 256.9 | 10.12 |
| 实施例5 | 278.3 | 6.99 |
| 实施例6 | 220.3 | 9.34 |
表2结果表明，不同条件制备的污泥炭的比表面积远远高于原污泥的比表面积，平均孔径较原污泥明显减小，但是仍然低于商品炭的比表面积。尤其是，实施例2制备的污泥炭相比于实施例1、3-6中污泥炭，其比表面积与平均孔径的改善明显更优。
进一步，将本发明实施例中所制备的污泥炭用于垃圾渗滤液的处理，具体方法见实施例7，具体结果见表3。
表2原污泥与污泥炭浸出液中重金属含量对比
表3结果表明，不同条件制备的污泥炭处理垃圾渗滤液后，其污泥炭浸出液中的重金属含量较原污泥中的重金属含量大大减少。尤其是，实施例2制备的污泥炭相比于实施例1、3-6中污泥炭浸出液中的重金属含量减少更为明显。
显然，上述实施例中采用的实验条件仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种污泥炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、将从污水厂取回的污泥在阴凉通风处自然干燥，再将干燥后的污泥放入电热鼓风干燥箱中在115-120℃下进一步脱水干燥至恒重；
S2、然后将干燥脱水后的污泥经粉碎机粉碎后过60-70目筛，以固液比1：5的2.5-3.5mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为50-60℃，浸渍时间为48h；
S3、然后将样品在115-120℃下干燥50-55h；
S4、将干燥后的污泥放置在OTL1200型管式电阻炉的石英管中，以200-240m1/min的速率向石英管中通入N2，在N2气氛下电阻炉以20℃/min的升温速率升温至750℃的热解温度，并在此温度下停留80min；
S5、热解过程结束后，样品在N2的气氛下冷却至室温；
S6、将热解产物用5mol/L的盐酸溶液洗涤浸渍20min，再用60℃的去离子水反复洗涤，直至出水pH为7；
S7、洗涤后的产物在120℃下烘干至恒重，研磨，过筛后即得污泥炭成品。
2.根据权利要求1所述的污泥炭的制备方法，其特征在于，在S2中，其固液比1：5的3.0mol/L的ZnCl2活化剂溶液混合浸渍，浸渍温度为55℃，浸渍时间为48h。
3.根据权利要求1所述的污泥炭的制备方法，其特征在于，在S1中，在从污水厂取回的污泥中还加入3％石灰、5％粉煤灰。
4.一种用于处理垃圾渗滤液的工艺，包括如下步骤：将垃圾渗滤液用泵连续输入臭氧接触氧化柱，同时连续通入臭氧，经过臭氧氧化后的水排入容积为1000L的储水桶进行暂时储存并去除残余臭氧，之后经填充有权利要求1所述的污泥炭的BAC滤池净化后出水。
5.根据权利要求4所述的用于处理垃圾渗滤液的工艺，其特征在于，所述BAC滤池为PVC材质，直径0.14X 1.6m；承托层为3-5cm鹅卵石，高10cm；填料采用完成挂膜的污泥炭，为3-4mm柱状污泥炭，孔隙率30％，填料层高lm，体积15.4L，有效体积4.6L；进水流量通过蠕动泵来控制；水温控制在20-25℃。
6.根据权利要求5所述的用于处理垃圾渗滤液的工艺，其特征在于，臭氧投加量292mg03/L水，污泥基活性炭停留时间为4.3h时，臭氧-污泥基活性炭深度处理垃圾焚烧渗滤液生化出水，可使出水COD在2/3的运行时间里低于排放标准100mg/L，色度则可稳定达标。
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