申请日2011.11.01
公开(公告)日2013.04.17
IPC分类号C02F11/00; C02F11/10; B01J20/28; B01J20/20; B01J20/30; C02F11/06
摘要
本发明公开一种利用污泥制造微孔吸附剂的方法、产物及专用设备，利用城市污泥中自然存活的微生物个体为成孔剂或称为成孔模块，制成的微孔吸附剂，并以该吸附剂作为基核，加入带极性纳米级多孔材料为骨架的外层，而制成的多用途杂化荷电吸附剂。以该材料核心为非极性吸附剂，外层粘附具有极性吸附剂的组合材料，机械强度好，使用寿命长，孔径分布很宽，对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物和重金属离子等具有较大的吸附容量和较快的吸附速率，且质量和应用范围大于活性炭，从多方面的实际应用中与粉状活性炭试剂测试对比，尤其是对于带极性的物质，吸附能力更优于活性炭试剂，用途极其广泛，制造成本低廉，有利于工业、环境产业的低成本运行。
权利要求书
1.一种利用污泥制造微孔吸附剂的方法，其特征是：所述的方法为利用污泥中自然存在或人工培植的微生物死体或活体作为成孔模块制成微孔吸附剂，所述的方法包括下述步骤：
A、将水含量为10%-90%的污泥作为原材料，污泥投放到臭氧处理器中对微生物进行人工强制灭活，并进行氧化处理，处理过程在常温常压下进行，臭氧发生器产生的臭氧浓度为5g/L至15 g/L，臭氧流速为4.5L/min至8L/min，反应时间为15 min至25min;
B、将经过人工强制灭活的污泥，送入初级固化设备中，加入占初始污泥总重量5%-30%的对污泥有固化作用的物料，与污泥实行均匀混合，混合时间为20min至30min;
C、经混合的污泥由卸料口放出，直接送入热解反应釜，当污泥进入热解反应釜时的釜内温度为40℃至120℃，进料速度为每分钟20kg至100kg，当污泥全部进入热解反应釜后，关闭进料口，使反应釜内实行绝氧运行状态;
D、当污泥全部进入热解反应釜并关闭进料口时，热解反应釜内呈绝氧状态，提温开始，提温速度控制在每30分钟30℃-50℃，当反应釜内温度达到140℃至230℃时，反应釜保持恒温状态1h至5h;
E、污泥从反应釜自动排出后，送入待加工库房自然陈化12h以上;
F、将经过自然陈化的微孔污泥颗粒，投放在酸化设备中，采用浓度为20%-30%的具有强氧化性能的无机氧化剂液体中静态浸泡，为硫酸和/或磷酸，浸泡时间为12h至18小时;
G、将已酸化的污泥颗粒采用70℃至80℃的热水漂洗并调整pH值至6.5至8后，进入热水蒸汽床进行初步物理活化，水蒸汽流量为200-280mL/min，活化时间为1.5h至2.5h;
H、将经过物理活化的微孔颗粒放入高温加热设备中进行高温活化，控制加热速率为15℃/min至30℃/min，隔绝空气的活化温度为480℃至780℃，活化时间为1h至4h;
I、将高温活化后的微孔颗粒取出后，当物料自然降温后，微孔吸附剂已制造完成。
2.根据权利要求1所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法，其特征是：所述的步骤A中，氧化方法采用自上而下与臭氧逆向循环接触，臭氧氧化法产生的臭氧尾气由臭氧收集设备收集处理。
3.根据权利要求1所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法，其特征是：所述的步骤B中，对污泥有固化作用的物料为氧化钙或淀粉,初级固化设备采用卧式多层的螺带组成，或者采用犁式搅拌机或棍式搅拌机。
4.根据权利要求1所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法，其特征是：所述的步骤C中，反应釜为可逆反方向转动的卧式旋转体，反应釜内部装置有翻动犁耙，反应釜的一端设有自动的单向排压装置，单向排压装置连接有气体自动清洗及气水热交换设备。
5.根据权利要求1所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法，其特征是：所述的步骤H中，活化过程中产生的尾气采用双塔式旋转喷淋逆向清洗空气清洁环保装置处理。
6.一种采用如权利要求1至5中任意一项所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法制得的微孔吸附剂。
7.一种采用如权利要求1至5中任意一项所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法制得的微孔吸附剂制作多功能杂化电荷吸附剂材料的方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：
A、采用微孔吸附剂为基核，加入若干份量的重量浓度为20%至50%的硅溶胶和/或重量浓度为20%至50%的铝溶胶充分混合，当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，硅溶胶为5份至10份;当采用微孔吸附剂和铝溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份;当采用微孔吸附剂、铝溶胶和硅溶胶三者时，混合物质比份为微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份，硅溶胶为5份至10份，经490℃至720℃的高温条件下活化1小时至4小时;
B、经研磨制成以纳米多孔吸附剂为基核的杂化荷电吸附剂材料。
8.一种采用如权利要求1至5中任意一项所述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法制得的微孔吸附剂制作多功能杂化电荷吸附剂材料的方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：
A、采用酸性重量浓度为20%至50%的铝溶胶和/或酸性重量浓度为20%至50%的硅溶胶加入重量为10%至15%的水调配至一定的稀释度后，经混合设备与污泥制成的吸附剂充分混合，当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，硅溶胶为5份至10份;当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份;当采用微孔吸附剂、铝溶胶和硅溶胶三者时，混合物质比份为微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份，硅溶胶为5份至10份;
B、将已经充分混合的混合物放入高温管式电阻炉中，在500℃至720℃的条件下，恒温1h至4h，制造成内核为污泥制造成的微孔吸附剂，外层为铝硅骨架介质网络吸附剂所合成的多功能杂化电荷吸附剂材料。
9.一种污泥处理设备，其特征是：所述的设备包括人工强制灭活装置、污泥固化装置、污泥推进器、绝氧式热化处理炉、剪切式混合装置、高温活化炉、热水漂洗池和酸化池，人工强制灭活装置与污泥固化装置连接，人工强制灭活装置上连接有臭氧发生器，人工强制灭活装置与污泥固化装置连接，污泥固化装置通过输送带与污泥推进器连接，污泥推进器与绝氧式热化处理炉连接，绝氧式热化处理炉通过螺带送料机与陈化库房连接，陈化库房与酸化池连接，酸化池与热水漂洗池连接，热水漂洗池通过输送带与密封式输送系统机组连接，密封式输送系统各机组与剪切式混合装置连接，剪切式混合装置与高温活化炉连接。
说明书
一种利用污泥制造微孔吸附剂的方法、产物及专用设备
技术领域
本发明公开一种城市污泥的利用方法，特别是一种利用城市污泥中自然存活的微生物个体为成孔剂或称为成孔模块，制成的微孔吸附剂，并以该吸附剂作为基核，加入带极性纳米级多孔材料为骨架的外层，而制成的多用途杂化荷电吸附剂，属于资源再生环境技术领域。
背景技术
随着世界城市化进程和工业化进程的逐渐发展，人们对环境的污染和破坏也日趋严重，环境的治理已经成为人们面临的严重问题。污水处理是环境治理中的重要项目，污水处理包括有对污水本身的处理和对污水中的污泥的处理，当前的技术中对污泥处理是把污泥进行浓缩、调治稳定、干化或焚烧的加工过程，目前也有利用污泥制造成陶粒或吸附沙，但这些产品适用性范围小，其脱色率和重金属去除率、比表面积、吸附效果均远差于一般商品活性碳，而且其制造方法基本是采用污泥高温碳化、化学活化和物理活化等方式完成，且产品附加值低，商业应用范围有限。同时，当前世界上对污泥中存在的微生物处理只是择向利用，其工序繁琐、技术性要求高。尤其是采取干燥的方法对污泥进行利用，各种微生物可能会产生重生现象，一般的小形细胞、细胞壁厚的细胞、圆形细胞和孢子芽孢等胞囊较耐干燥，一般在自然干燥条件下，这些细胞只是新陈代谢处于停滞状态，并非死亡，在供给潮气后又可复活，还是会对地球环境带来负面影响。
发明内容
针对上述提到的现有技术中对污水中的污泥利用率低，难以处理等现象，本发明提供一种新的利用污泥制造微孔吸附剂的方法，本发明一种利用污泥在自然条件下生存的微生物作为工具的新的方法，每克污泥有数以亿计的活体和死体微生物自然存在于污泥中，经过人工灭活方法，制备全死体微生物，并通过对污泥进行急速固化后和剪碎，不间断地进入高温绝氧转炉，进行干化固孔，这一系列的制备方法，主要在于利用微生物死体作为成孔工具，创造出每克污泥数以亿计的微孔穴和孔道，并利用化学氧化剂对微生物死体进化碳化后清除，再通过物理、高温活化手段，制造出高密集的纳米微孔孔穴和孔道的颗粒吸附剂。
本发明同时提供了利用该吸附剂为基核的颗粒，外层加载硅、铝网状骨架介质的多功能杂化电荷吸附剂的制成方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种利用污泥制造微孔吸附剂的方法，该方法为利用污泥中自然存在或人工培植的微生物死体或活体作为成孔模块制成微孔吸附剂，该方法包括下述步骤：
A、 将水含量为10%-90%的污泥作为原材料，污泥投放到臭氧处理器中对微生物进行人工强制灭活，并进行氧化处理，处理过程在常温常压下进行，臭氧发生器产生的臭氧浓度为5g/L至15 g/L，臭氧流速为4.5L/min至8L/min，反应时间为15min至25min;
B、 将经过人工强制灭活的污泥，送入初级固化设备中，加入占初始污泥总重量5%-30%的对污泥有固化作用的物料，与污泥实行均匀混合，混合时间为20min至30min;
C、 经混合的污泥由卸料口放出，直接送入热解反应釜，当污泥进入热解反应釜时的釜内温度为40℃至120℃，进料速度为每分钟20kg至100kg，当污泥全部进入热解反应釜后，关闭进料口，使反应釜内实行绝氧运行状态;
D、 当污泥全部进入热解反应釜并关闭进料口时，热解反应釜内呈绝氧状态，提温开始，提温速度控制在每30分钟30℃-50℃，当反应釜内温度达到140℃至230℃时，反应釜保持恒温状态1h至5h;
E、 污泥从反应釜自动排出后，送入待加工库房自然陈化12h以上;
F、 将经过自然陈化的微孔污泥颗粒，投放在酸化设备中，采用浓度为20%-30%的具有强氧化性能的无机氧化剂液体中静态浸泡，浸泡时间为12h至18小时;
G、 将已酸化的污泥颗粒采用70℃至80℃的热水漂洗并调整pH值至6.5至8后，进入热水蒸汽床进行初步物理活化，水蒸汽流量为200-280mL/min，活化时间为1.5h至2.5h;
H、 将经过物理活化的微孔颗粒放入高温加热设备中进行高温活化，控制加热速率为15℃/min至30℃/min，隔绝空气的活化温度为480℃至780℃，活化时间为1h至4h;
I、 将高温活化后的微孔颗粒取出后，当物料自然降温后，微孔吸附剂已制造完成。
本发明同时保护一种采用上述的利用污泥制造微孔吸附剂的方法制得的微孔吸附剂。
本发明同时保护一种采用上述的微孔吸附剂制作多功能杂化电荷吸附剂材料的方法，该方法包括下述步骤：
A、 采用微孔吸附剂为基核，加入若干份量的重量浓度为20%至50%的硅溶胶和/或重量浓度为20%至50%的铝溶胶充分混合，当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，硅溶胶为5份至10份;当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份;当采用微孔吸附剂、铝溶胶和硅溶胶三者时，混合物质比份为微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份，硅溶胶为5份至10份，经490℃至720℃的高温条件下活化1小时至4小时;
B、 经研磨制成以纳米多孔吸附剂为基核的杂化荷电吸附剂材料。
本发明同时保护一种采用上述的微孔吸附剂制作多功能杂化电荷吸附剂材料的方法，该方法包括下述步骤：
A、 采用酸性重量浓度为20%至50%的铝溶胶和/或酸性重量浓度为20%至50%的硅溶胶加入重量为10%至15%的水调配至一定的稀释度后，经混合设备与污泥制成的吸附剂充分混合，当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，硅溶胶为5份至10份;当采用微孔吸附剂和硅溶胶时，混合物质的比例为：微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份;当采用微孔吸附剂、铝溶胶和硅溶胶三者时，混合物质比份为微孔吸附剂基料70份至90份，铝溶胶为5份至20份，硅溶胶为5份至10份;
B、 将已经充分混合的混合物放入高温管式电阻炉中，在500℃至720℃的条件下，恒温1h至4h，制造成内核为污泥制造成的微孔吸附剂，外层为铝硅骨架介质网络吸附剂所合成的多功能杂化电荷吸附剂材料。
本发明同时提供一种污泥处理设备，设备包括人工强制灭活装置、污泥固化装置、污泥推进器、绝氧式热化处理炉、剪切式混合装置、高温活化炉、热水漂洗池和酸化池，人工强制灭活装置与污泥固化装置连接，人工强制灭活装置上连接有臭氧发生器，人工强制灭活装置与污泥固化装置连接，污泥固化装置通过输送带与污泥推进器连接，污泥推进器与绝氧式热化处理炉连接，绝氧式热化处理炉通过螺带送料机与陈化库房连接，陈化库房与酸化池连接，酸化池与热水漂洗池连接，热水漂洗池通过输送带与密封式输送系统机组连接，密封式输送系统各机组与剪切式混合装置连接，剪切式混合装置与高温活化炉连接。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的步骤A中，氧化方法采用自上而下与臭氧逆向循环接触。
所述的步骤A中，臭氧氧化法产生的臭氧尾气由臭氧收集设备收集处理。
所述的步骤B中，初级固化设备采用卧式多层的螺带组成，或者采用犁式搅拌机或棍式搅拌机。
所述的步骤B中对污泥有固化作用的物料为氧化钙或淀粉。
所述的步骤C中，反应釜为可逆反方向转动的卧式旋转体，反应釜内部装置有翻动犁耙。
所述的反应釜的一端设有自动的单向排压装置。
所述的单向排压装置连接有气体自动清洗及气水热交换设备。
所述的步骤F中，具有强氧化性能的无机氧化剂液体为硫酸和/或磷酸。
所述的步骤H中，活化过程中产生的尾气采用双塔式旋转喷淋逆向清洗空气清洁环保装置处理。
所述的输送带包括水平输送带和倾斜输送带或螺带或输送管道，污泥固化装置与水平输送带连接，水平输送带与倾斜输送带连接，倾斜输送带与污泥推进器连接。
所述的污泥处理设备前端为自动开启门，自动开启门处顶部设有高氧水清洁装置，污泥处理设备内设有高氧水产生装置，高氧水产生装置产生的高氧水通过高氧水清洁装置喷出。
对应于所述的倾斜输送带的位置处设有透明工作视板。
所述的绝氧式热化处理炉上连接有尾气环保处理装置。
所述的绝氧式热化处理炉上连接有热化汽体环保处理装置，尾气环保处理装置连接在热化汽体环保处理装置上。
所述的绝氧式热化处理炉中的反应釜，连接有汽体或可燃气体的负压装置，该装置内设有逆向水洗汽体清洁设备，在负压装置的尾端上连接有水封式可燃汽体收集处理装置，水封式可燃汽体收集处理装置连接在空气压缩机上，对气体进一步脱水，脱水后的气体收集于气库待处理。
本发明的有益效果是：通过本发明的技术方案，创新了采用微生物作为成孔剂来制造微孔吸附剂的制造方法，创造了一种对微生物的实际利用新方式。利用微生物特有的个体体积和形状以及自然存在于污泥中的数量及其强大的繁殖能力，其每克污泥中数以亿计的复杂菌落结构和微生物的个体和形状成为孔形的模块，经人工强制灭活固化、绝氧碳化固孔、酸化、物理活化、高温活化等工艺手段，制造成在低成本的条件下人工无法制造的多类型纳米级微细孔道和孔穴的吸附剂，在很大程度上降低了优质吸附剂的成本。本发明技术方案，还利用污泥制造的吸附剂为基核，外层包裹硅铝微孔骨架介质的多功能杂化荷电吸附剂，该材料核心为非极性吸附剂，外层粘附具有极性吸附剂的组合材料，机械强度好，使用寿命长，孔径分布很宽，对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物和重金属离子等具有较大的吸附容量和较快的吸附速率，用途极其广泛，制造成本低廉，有利于工业、环境产业的低成本运行。本发明创新了一种利用污泥制造成治理污水、净化空气和去除重金属离子的吸附剂，是一种利国利民的以污治污的实用方法和技术，产品主要以微孔结构为主，且比表面积较大，制造成本很低，且质量和应用范围大于活性碳，从多方面的实际应用中与粉状活性碳试剂测试对比，其各种应用功能基本一致，尤其是对于带极性的物质，吸附能力更优于活性碳试剂。
