申請日2015.09.24
公開(公告)日2015.12.30
IPC分類號B01J20/22; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本發(fā)明提供了一種利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步：將污泥進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵后將污泥進行濃縮，得到發(fā)酵廢棄物，向其中加入營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑，進行二次發(fā)酵，得到二次發(fā)酵廢棄物;第二步：將所得的二次發(fā)酵廢棄物濃縮后，放入密閉反應(yīng)器中，加入催化劑，進行反應(yīng)，經(jīng)過后處理得到重金屬吸附劑。本發(fā)明方法顯著提高了碳材料對重金屬的吸附率，實現(xiàn)了對有機廢物的高效資源化利用。
權(quán)利要求書
1.一種利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：
第一步：將污泥進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵后將污泥進行濃縮，得到發(fā)酵廢棄物，向其中加入營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑，進行二次發(fā)酵，得到二次發(fā)酵廢棄物;
第二步：將所得的二次發(fā)酵廢棄物濃縮后，放入密閉反應(yīng)器中，加入催化劑，進行反應(yīng)，經(jīng)過后處理得到重金屬吸附劑。
2.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述第一步中，發(fā)酵后將污泥進行濃縮至VSS為10~40g/L。
3.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑含有碳水化合物、油脂和蛋白質(zhì)，碳水化合物、油脂和蛋白質(zhì)的重量比為4-8：1-6：1-3。
4.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑的添加量為污泥VSS重量的5%~50%。
5.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑為餐廚垃圾。
6.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的厭氧發(fā)酵的溫度為25-50℃，pH為6-11，時間為3-6天。
7.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的二次發(fā)酵的時間為2~7天，發(fā)酵溫度控制在10~60℃，發(fā)酵過程中pH控制為4~10，發(fā)酵條件為兼性厭氧。
8.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的反應(yīng)條件為在1h內(nèi)使反應(yīng)體系的溫度升到180~250℃，并保持該溫度1h，壓力為1~1.5MPa，攪拌速度為800~1200rpm。
9.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的反應(yīng)產(chǎn)物的后處理方法為：將反應(yīng)體系自然冷卻到室溫冷卻至室溫，抽濾得到固體產(chǎn)物，使用自來水洗滌，直至自來水無色透明為止，將固體產(chǎn)物在40~80℃烘箱中烘干10~20h，最后將得到的固體研磨得到重金屬吸附劑。
10.如權(quán)利要求1所述的利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法，其特征在于，所述的催化劑為CaCl2和MgO，CaCl2的添加量為每克濃縮后的二次發(fā)酵廢棄物中的揮發(fā)性固體懸浮物加入0.01~0.05gCaCl2，MgO的添加量為每克濃縮后的二次發(fā)酵廢棄物中的揮發(fā)性固體懸浮物加入0.02~0.07gMgO。
說明書
一種利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種資源化利用發(fā)酵廢棄物的方法，尤其是關(guān)于利用發(fā)酵廢棄物 制備重金屬吸附劑的方法。
背景技術(shù)
厭氧發(fā)酵是有機底物在厭氧條件下通過微生物的代謝活動而被代謝轉(zhuǎn)化的 過程，同時伴有CH4和CO2產(chǎn)生的變化，產(chǎn)生的發(fā)酵液中含有大量的揮發(fā)性脂 肪酸(VFA)，可被資源化利用，如文獻(JingyangLuo，LeiyuFeng，etal.Improved productionofshort-chainfattyacidsfromwasteactivatedsludgedrivenby carbohydrateadditionincontinuous-flowreactors：InfluenceofSRTandtemperature. AppliedEnergy，113(2014)57-58)中只提到了資源化利用污泥產(chǎn)生短鏈脂肪酸， 但至今并未涉及污泥發(fā)酵廢棄物的處理處置方法。發(fā)酵之后的廢棄底泥難以資源 化利用，VSS含量低，隨意堆放會產(chǎn)生臭氣，污染大氣環(huán)境，而且會占用大量的 土地資源。目前，常用的處理方法為堆肥法，但是該方法會產(chǎn)生大氣污染等二次 污染;衛(wèi)生填埋會占用大量的土地資源還會產(chǎn)生高昂的運輸費用。污泥發(fā)酵廢棄 物中含有厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸以及難以被微生物代謝的碳源物質(zhì)，由于 發(fā)酵產(chǎn)物中存在羥基，羧基等親水基團，通過適當(dāng)?shù)臏囟燃皦毫ο拢诙䞍r離子 的催化作用下，羥基酸會加成在碳鏈上，并且會使生成的碳材料具有更優(yōu)的多孔 物理結(jié)構(gòu)，為制備高性能吸附劑提供了可能。
水體中重金屬離子的去除方法包括化學(xué)沉淀(產(chǎn)生低密度污泥，難以處理)， 膜過濾(膜污染，成本高)，電化學(xué)方法(包括電凝法、電浮選和電附著)需要 昂貴的電力供應(yīng)，吸附法是目前公認的一種有效和經(jīng)濟的處理污水中重金屬的方 法，比較常用的吸附劑為活性炭，但是活性炭的制備成本較高，一直限制著活性 炭在污水治理行業(yè)的應(yīng)用。如文獻(馬纓，盛國平.改性炭基吸附劑去除水中重 金屬和染料的研究)中報道了對活性炭改性以提高對重金屬離子的吸附量，并未 從根本上解決活性炭制備高成本問題;文獻(RezanDemir-Cakan，NikiBaccile，et al.Carboxylate-RichCarbonaceousMaterialsviaOne-StepHydrothermal CarbonizationofGlucoseinthePresenceofAcrylicAcid.Chem.Mater.2009，21， 484-490)中報道了水熱碳化葡萄糖制備吸附炭，并引入丙烯酸對碳材料改性， 該報道制備吸附炭的成本較高，而且引入高成本的改性藥劑，使得該方法難以在 實際工程中實施。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種資源化利用發(fā)酵廢棄物，同時利用發(fā)酵液中的有機 酸對重金屬吸附材料進行改性的方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用污泥發(fā)酵廢棄物制備重金屬吸附 劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：
第一步：將污泥進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵后將污泥進行濃縮，得到發(fā)酵廢棄物， 向其中加入營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑，進行二次發(fā)酵，得到二次發(fā)酵廢棄物;
第二步：將所得的二次發(fā)酵廢棄物濃縮后，放入密閉反應(yīng)器中，加入催化劑， 進行反應(yīng)，經(jīng)過后處理得到重金屬吸附劑。
優(yōu)選地，所述第一步中，發(fā)酵后將污泥進行濃縮至VSS為10～40g/L。
優(yōu)選地，所述的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑含有碳水化合物、油脂和蛋白質(zhì)，碳水化合物、 油脂和蛋白質(zhì)的重量比為4-8∶1-6∶1-3，碳水化合物、油脂和蛋白質(zhì)的總重量 為發(fā)酵廢棄物的VSS重量的5%～50%。
優(yōu)選地，所述的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑為餐廚垃圾。
優(yōu)選地，所述的污泥為城市污水處理廠的剩余污泥。
優(yōu)選地，所述的厭氧發(fā)酵的溫度為25-50℃，pH為6-11，時間為3-6天。
優(yōu)選地，所述的二次發(fā)酵的時間為2～7天，發(fā)酵溫度控制在10～60℃，發(fā)酵 過程中pH控制為4～10，發(fā)酵條件為兼性厭氧。
優(yōu)選地，所述的第二步中，二次發(fā)酵廢棄物濃縮至VSS為35-60g/L。
優(yōu)選地，所述的密閉反應(yīng)器需要密閉耐溫耐壓，要求溫度耐受極限至少為 280℃，要求壓力耐受至少為5MPa。
優(yōu)選地，所述的密閉反應(yīng)器設(shè)有四氟乙烯或PPL內(nèi)襯。
優(yōu)選地，所述的反應(yīng)壓力為1～1.5MPa，反應(yīng)溫度設(shè)定為：在1h內(nèi)使反應(yīng)體 系的溫度升到180～250℃，并保持該溫度1h，反應(yīng)在攪拌下進行，攪拌速度為 800～1200rpm。
優(yōu)選地，所述的反應(yīng)產(chǎn)物的后處理方法為：將反應(yīng)體系自然冷卻到室溫冷卻 至室溫，抽濾得到固體產(chǎn)物，使用自來水洗滌，直至自來水無色透明為止，將固 體產(chǎn)物在40～80℃烘箱中烘干10～20h，最后將得到的固體研磨得到重金屬吸附劑。
優(yōu)選地，所述的催化劑為CaCl2和MgO，CaCl2的添加量為每克濃縮后的二 次發(fā)酵廢棄物中的揮發(fā)性固體懸浮物(VSS)加入0.01～0.05gCaCl2，MgO的添 加量為每克濃縮后的二次發(fā)酵廢棄物中的揮發(fā)性固體懸浮物(VSS)加入 0.02～0.07gMgO。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明方法顯著提高了碳材料對重金屬的吸附率，實現(xiàn)了對有機廢物的高效 資源化利用。
