申請日2013.10.29

　　公開(公告)日2014.02.05

　　IPC分類號B01J21/18; B01D53/44; B01D53/86

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，操作步驟如下：1)脫水：污水處理廠、站生化處理剩余污泥經(jīng)離心脫水，含水率在40～50%;2)活化：將該污泥與粉碎的玉米芯進(jìn)行混合后同活化劑加入活化釜中攪拌6～8h;3)干燥：活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，含水率在10%，真空干燥后研磨、過篩，選取粒徑為1-2mm的干燥污泥顆粒備用;4)炭化：氮?dú)獗Ｗo(hù)，流量為10L/h，管式電阻爐中，20℃/min的速率程序升溫，590～610℃溫度下熱解炭化3～4h;碳化后冷卻至室溫,研磨、過篩，選取粒徑在1～2mm的顆粒;5)洗滌晾干后即完成制備。本發(fā)明將污水生化處理產(chǎn)生的剩余污泥資源化利用，得到的固體催化劑用于吸收、吸附及生物催化氧化處理有機(jī)廢氣。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑，其特征在于，其骨架為污泥基活性炭。

　　2.一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，其特征在于，按如下的步驟進(jìn) 行：

　　步驟一、脫水：污水廠或企業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水 率在40～50%的生化污泥;

　　步驟二、活化：將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20：3～4 進(jìn)行混合成混合物;將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化 6～8h;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥與KOH固體量 的重量比為20：2～3，生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20：1～2;

　　步驟三、干燥：將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥機(jī)中105～110℃干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研 磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2mm的干燥污泥體顆粒備用;

　　步驟四、炭化：將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為：氮?dú)?為保護(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20℃/min的速率程序升溫，590～610℃溫度下 熱解炭化3～4h;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池;將碳化后的固 體冷卻至室溫,依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在1～2mm的顆粒;

　　步驟五、洗滌：將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架 為污泥基活性炭的固體催化劑。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，其特征在于， 該制備方法還包括：

　　步驟六、催化劑再生：將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH 溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后 固體催化劑。

　　4.一種將骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理有機(jī) 廢氣的應(yīng)用,其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩板塔中，用 于提高有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積。

　　說明書

　　一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備及其應(yīng)用

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于氣態(tài)污染物的廢氣處理技術(shù)和新型功能材料技術(shù)領(lǐng)域。涉及利用城鎮(zhèn)及工 業(yè)廢水處理過程中產(chǎn)生的剩余活性污泥，經(jīng)篩選并培養(yǎng)為優(yōu)勢菌種后制備用于提高氧化能 力活性炭固體生物吸附劑的方法。

　　背景技術(shù)

　　在鋼鐵廠、造紙廠、化工廠、食品廠、醫(yī)院、酒店等的廢水處理設(shè)施生產(chǎn)或運(yùn)行過程， 通常會產(chǎn)生一些惡臭、有毒有害、腐蝕性等污染物。這些物質(zhì)擴(kuò)散到空氣中，導(dǎo)致腐蝕性 問題和影響舒適性的異味、雖不像強(qiáng)烈的腐蝕性氣體那樣對生產(chǎn)設(shè)備造成明顯傷害，但慢 性腐蝕會逐步破壞控制系統(tǒng)并對人體造成很大傷害，管理人員往往需要一段時間才能發(fā) 現(xiàn)。由此增加大量的企業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用支出、相關(guān)人員醫(yī)療健康費(fèi)用支出，既影響環(huán)境 還造成很多不必要的損失。

　　上述過程中產(chǎn)生的氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物種類繁多，特性各異，采用的治理方法也 各不形同，常用的方法有：吸收法、吸附法、催化法、燃燒法、冷凝法及新興的生物提取 液催化氧化法等。

　　目前，生產(chǎn)企業(yè)及其污水處理設(shè)施產(chǎn)生的廢氣目前多采用吸收法和吸附法組合的方式 進(jìn)行處理，其中吸收法原理為：當(dāng)采用某種液體處理氣體混合物時，在氣液相的接觸過程 中，氣體混合物中的不同組分在同一種液體中的溶解度不同，氣體中的一種或數(shù)種溶解度 大的組分將進(jìn)入到液相中，從而使氣相中的各組分相對濃度發(fā)生了改變，即混合氣體得到 了分離凈化。依據(jù)吸收質(zhì)與吸收劑是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而將其分為物理吸收和化學(xué)吸收。 吸附法的原理為：由于固體表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力和化學(xué)鍵力，因此當(dāng) 此固體表面與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃集并保持在固體表面，以此實(shí)現(xiàn)對 混合氣體的凈化。上述兩種技術(shù)結(jié)合治理氣態(tài)污染物具有工藝成熟、設(shè)備簡單、一次性投 資低對所需凈化組分具有很高的捕集效率，對于含塵、含濕、含粘污染物的廢氣也可同時 處理，因?yàn)閼?yīng)用范圍廣泛。但同時上述兩種方法結(jié)合也存在一些問題，由于吸收是將氣體 中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到了液體中，這些物質(zhì)中有些還具有回收價值，因此對洗手液必須進(jìn)行 處理，否則將導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或引起二次污染，吸附法的吸附劑在使用一段時間后，吸附 能力會明顯下降乃至喪失，因此要不斷的對失效吸附劑進(jìn)行再生。通過再生，可以是吸附 劑重復(fù)使用，降低吸附費(fèi)用，因更換過于頻繁對于高濃度廢氣凈化采用吸附法效果并不理 想。

　　生化處理經(jīng)多年實(shí)踐證明是目前運(yùn)行最為穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用很低的一種污水處理方式。 處理設(shè)施中的活性污泥及優(yōu)勢菌種經(jīng)過污泥訓(xùn)話過程對于污水中的各種污染因子具有很 好的去除效果。一些污水處理設(shè)施的日常運(yùn)行會不斷產(chǎn)剩余活性污泥，如不及時排出處理 設(shè)施，會對整個處理系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，故需進(jìn)行污泥脫水工作，并將脫水后污泥送至具 有處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處理(目前大部分為焚燒)，需要大量的資金支持，且剩余污泥得 不到較好的利用。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將污水生化處理產(chǎn)生的剩余污泥資源化利用，提供一種骨 架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，制備得到的固體催化劑用于吸收，吸附及生 物催化氧化處理有機(jī)廢氣。

　　為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑，其骨架為污泥 基活性炭。

　　本發(fā)明骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法，按如下的步驟進(jìn)行：

　　步驟一、脫水：污水廠或企業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水 率在40～50%的生化污泥;

　　步驟二、活化：將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20：3～4 進(jìn)行混合成混合物;將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化 6～8h;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥與KOH固體量 的重量比為20：2～3，生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20：1～2;

　　步驟三、干燥：將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥機(jī)中105～110℃干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研 磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2mm的干燥污泥體顆粒備用;

　　步驟四、炭化：將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為：氮?dú)?為保護(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20℃/min的速率程序升溫，590～610℃溫度下 熱解炭化3～4h;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池;將碳化后的固 體冷卻至室溫,依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在1～2mm的顆粒;

　　步驟五、洗滌：將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架 為污泥基活性炭的固體催化劑。

　　進(jìn)一步講，該制備方法還包括：

　　步驟六、催化劑再生：將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH 溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后 固體催化劑。

　　本發(fā)明一種將骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧化處理 有機(jī)廢氣的應(yīng)用,其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩板塔中， 以此提高有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積，提高處理效率。

　　本發(fā)明把污泥的處置與催化劑的制備過程有機(jī)的結(jié)合起來，既處理了剩余的污泥，又 能用較低的成本制備吸收、吸附及生物催化氧化處理劑，使廢氣處理設(shè)施效率大大提高， 有效地去除了一般方法所難去除的有機(jī)氣態(tài)污染物。本發(fā)明制得的污泥基活性炭吸收、吸 附、催化氧化劑在有機(jī)氣態(tài)污染物的處理過程，對廢氣中的各類有害污染物具有良好的去 除效果，成本低廉，操作設(shè)備與方法簡單，方便回收與再生使用。將剩余污泥及優(yōu)勢菌種 資源化利用制備基于高效立體篩板塔玻璃鋼墊層污泥基活性炭，用于處理有機(jī)氣態(tài)污染 物，有較好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

　　(1)對多余的污泥進(jìn)行資源化利用，加入的玉米芯和KOH無毒害作用，不新引入金 屬離子，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，制造成本低;

　　(2)處理范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用，可以方便地與傳統(tǒng)吸收、吸附方法實(shí)現(xiàn)耦 合，提高整體工業(yè)廢氣處理過程的經(jīng)濟(jì)效益;

　　(3)相比傳統(tǒng)單一吸收、吸附、反應(yīng)等方法而言，此方法結(jié)合吸收、吸附及生物處 理多種功能于一身，結(jié)合基質(zhì)活性炭充分發(fā)揮了吸收、吸附及生物處理三者的優(yōu)勢;

　　(4)與傳統(tǒng)整體充填填料型固體催化劑相比，該固化生物處理劑與活性炭表面結(jié)合 更為牢固，充分利用高效立體篩板塔為承托層，具有氣體與液體傳質(zhì)效率高，不易堵塞， 且不會產(chǎn)生因整體裝填填料堵塞導(dǎo)致企業(yè)接觸不均勻，吸收、液體短流等問題，催化劑性 能穩(wěn)定，催化劑使用壽命較長。

　　(5)固體催化劑方便回收與再生。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明更加詳細(xì)的描述內(nèi)容如下：

　　發(fā)明原理：本發(fā)明將城市及工業(yè)污水廠站生化處理產(chǎn)生的剩余污泥等多源污泥資源化 利用，用來制備具有吸收、吸附、生物處理劑。本發(fā)明將制備污泥基活性炭工藝和利用吸 收、吸附、生物處理劑的廢氣處理工藝合為一體，建立一套利用多源污泥制備具有催化功 能活性炭的方法。脫水后污泥經(jīng)過活化、干燥、研磨、篩分、混合、焙燒等步驟，制備出 骨架為污泥基活性炭的用于處理有機(jī)工業(yè)廢氣的固體催化劑。

　　方法步驟：

　　為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明一種骨架為污泥基活性炭的固體催化劑的制備方法， 按如下的步驟進(jìn)行：

　　步驟一、脫水：污水廠或企業(yè)污水處理站，如樹脂工業(yè)污水處理站生化處理剩余污泥 經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水率在40～50%的生化污泥;

　　步驟二、活化：將上述步驟一得到的生化污泥與粉碎的玉米芯按照重量比為20：3～4 進(jìn)行混合成混合物;將上述混合物和活化劑依次加入到帶攪拌設(shè)備的活化釜中，攪拌活化 6～8h;其中，活化劑為2moL/L KOH溶液或1.5mol/L ZnCl2溶液，;生化污泥與KOH固體量 的重量比為20：2～3，生化污泥與ZnCl2固體量的重量比為20：1～2;

　　步驟三、干燥：將上述步驟二活化后的污泥再次經(jīng)離心機(jī)脫水，使污泥含水率在10%， 然后在真空干燥機(jī)中105～110℃干燥3h，得干燥污泥體，將干燥污泥體依次在球磨機(jī)中研 磨、篩分器中過篩后，選取粒徑為1-2mm的干燥污泥體顆粒備用;

　　步驟四、炭化：將步驟三得到的干燥污泥體顆粒進(jìn)行碳化，碳化的工藝條件為：氮?dú)?為保護(hù)氣，流量為10L/h，管式電阻爐中，20℃/min的速率程序升溫，590～610℃溫度下 熱解炭化3～4h;將炭化過程中所產(chǎn)生的廢氣通入裝有堿液的尾氣吸收池;將碳化后的固 體冷卻至室溫,依次在球磨機(jī)中研磨、篩分器中過篩，選取粒徑在1～2mm的顆粒;

　　步驟五、洗滌：將上述步驟四得到的顆粒在洗滌釜中清水洗滌數(shù)次，晾干后即為骨架 為污泥基活性炭的固體催化劑。

　　步驟六、催化劑再生：將失活后催化劑加到洗滌釜中，先用重量百分比為5%的NaOH 溶液洗滌，再用清水洗滌至中性，晾干后重復(fù)進(jìn)行步驟三、步驟四和步驟五，即得再生后 固體催化劑。

　　將本發(fā)明制備得到的骨架為污泥基活性炭的固體催化劑用于吸收，吸附及生物催化氧 化處理有機(jī)廢氣的應(yīng)用,其中，采用高效立體篩板塔，并將固體催化劑裝入該高效立體篩 板塔中，以此提高有機(jī)廢氣與催化劑間氣、固兩相接觸比表面積，提高處理效率。本發(fā)明 適用于吸收、吸附、生物處理有機(jī)工業(yè)廢氣，例如：典型的城鎮(zhèn)及工業(yè)污水處理廠站產(chǎn)生 廢氣、化工及制造加工行業(yè)產(chǎn)生廢氣等等，并可與其他處理方法聯(lián)合使用。

　　盡管上面對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的 具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示 下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。