本发明涉及一种污水污泥制备改性活性焦的方法。
背景技术：
污水污泥是市政污水处理过程中产生的副产物，处理每吨废水会产生3～5千克污泥。据统计，2015年我国污水污泥产生量已超过4700万吨，而目前通过填埋、焚烧等无害化和减量化处理的污泥量仅为污泥总量的30％。污泥中含营养元素氮和磷，可作为肥料被农用，但由于污水处理的絮凝过程中70～90％重金属(Cd、Pb、Cu、As、Cr、Ni)会通过吸附或沉淀而转移到污泥中，限制了其资源化利用的途径。从污泥处置方式上看，填埋场地日益稀缺，且存在潜在的土壤和地下水污染风险，导致污泥直接填埋并非良久之策；污泥生物处理技术尚不成熟，且缺少对产品的规范化管理；热处理技术具有减容量大、可能源回收等优点，但需要解决烟气中重金属的排放控制。
活性炭/焦具有结构多孔、比表面积大、表面活性高的优点，被广泛用作化工、水处理、大气处理等行业的吸附剂或催化剂载体。污泥中含有有机质，可通过炭化和活化处理制备成活性炭/焦。中国专利CN105170131A公开了一种污泥炭基脱硫脱硝催化剂的制备方法，利用水热炭化法制备污泥炭，增加了污泥的活性位点并负载了稀土金属催化剂，提高了其脱硫脱硝效率；中国专利CN104556030A公开了一种用于利用污泥制备大比表面积活性炭的控制方法，通过“两步三段法”，提高了活性焦的比表面积，用于烟气和污水中有害成分的净化。现有研究大多将污泥直接制备成活性炭，没有考虑其机械性能及可能存在的重金属的二次污染问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种减少污泥重金含量、实现污泥减量化和资源化的污水污泥制备改性活性焦的方法。
为达到上述目的，本发明一种污水污泥制备改性活性焦的方法，包括以下步骤：
(1)在污泥炭化过程中加入废聚氯乙烯；
(2)将炭化过程产生含有HCl和重金属污染物的烟气进行烟气处理。
较佳的，所述步骤(1)之前还包括下列步骤：
(1)将脱水污泥进行间接干化处理得到干化污泥；
(2)将步骤(1)中干化污泥进行破碎粉磨处理；
(3)将步骤(2)中破碎处理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接剂1％混合制备成型；
(4)将步骤(3)中混合成型的污泥和煤粉进行0.5～2h炭化处理。
较佳的，所述混合成型的污泥和煤粉炭化处理之后还包括下列步骤：
(1)向炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化剂，进行活化处理后得到活性焦；
(2)将制得的活性焦浸入改性剂，进行改性处理后烘干得到改性活性焦。
较佳的，所述活化处理中所述活性剂为氯化锌活性剂，所述活化处理的活化温度为900～1100℃，活化时间为1～3h；
较佳的，所述改性处理中所述改性剂为的V2O5的胶体溶液；
所述改性处理的具体步骤包括：
(1)将活性焦浸入浓度为0.1～0.5mol/L，温度为105～120℃的V2O5的胶体溶液；
(2)活性焦浸入V2O5的胶体溶液1～5h后取出并在105℃条件下烘干。
本发明采用适当的混合比将污泥与煤粉共同制备成活性焦，并在炭化过程中加入废聚氯乙烯，一方面实现废聚氯乙烯的资源回收利用，一方面削减了污泥中重金属的含量，提高活性焦吸附性能的同时保证其机械性能，并通过脱毒和改性方法制备安全环保的活性焦；与活性炭相比，活性焦具有机械强度高且价格低廉的特点，主要用于烟气的脱硫脱硝。
附图说明
图1是本发明实施例1和实施例2的污水污泥制备改性活性焦的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例一种污水污泥制备改性活性焦的方法，包括以下步骤：
(1)在污泥炭化过程中加入废聚氯乙烯；
(2)将炭化过程产生含有HCl和重金属污染物的烟气进行烟气处理。
所述步骤(1)之前还包括下列步骤：
(1)将脱水污泥进行间接干化处理得到干化污泥；
(2)将步骤(1)中干化污泥进行破碎粉磨处理；
(3)将步骤(2)中破碎处理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接剂1％混合制备成型；
(4)将步骤(3)中混合成型的污泥和煤粉进行0.5～2h炭化处理。
所述混合成型的污泥和煤粉炭化处理之后还包括下列步骤：
(1)向炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化剂，进行活化处理后得到活性焦；
(2)将制得的活性焦浸入改性剂，进行改性处理后烘干得到改性活性焦。
所述活化处理中所述活性剂为氯化锌活性剂，所述活化处理的活化温度为900～1100℃，活化时间为1～3h。
所述改性处理中所述改性剂为的V2O5的胶体溶液。
所述改性处理的具体步骤包括：
(1)将活性焦浸入浓度为0.1～0.5mol/L，温度为105～120℃的V2O5的胶体溶液；
(2)活性焦浸入V2O5的胶体溶液1～5h后取出并在105℃条件下烘干；
该方法整体步骤：
(1)将脱水污泥在温度为180～220℃下进行间接干化处理得到含水率为15～25％干化污泥；
(2)将步骤(1)中干化污泥进行破碎粉磨处理，将粒径降为200～325目以下；
(3)将步骤(2)中破碎处理后的干化污泥按照干化污泥3～15％、煤粉84～96％、粘接剂1％混合制备成型；
(4)将步骤(3)中混合成型的污泥和煤粉在温度600～800℃下进行0.5～2h炭化处理，在炭化过程中加入聚氯乙烯；
(5)向步骤(4)炭化后混合成型的污泥和煤粉中添加活化剂进行活化处理后得到活性焦；
(6)将制得的活性焦浸入改性剂进行改性处理后烘干得到改性活性焦。
在炭化过程中添加废聚氯乙烯，废聚氯乙烯在在加热过程自230℃左右开始分解产生HCl，产生的HCl与污泥中重金属(Pb、Cd、Cu、Zn等)氧化物反应生成相应的重金属氯化物。反应化学式如下：
3(CH2CHCl)n＝3nHCl+nC6H6
2HCl+PbO＝PbCl2+H2O
2HCl+CdO＝CdCl2+H2O
2HCl+ZnO＝ZnCl2+H2O
2HCl+CuO＝CuCl2+H2O
同时重金属氯化物具有熔点低、蒸汽压高的特点，在炭化的温度范围内可挥发至烟气或冷凝在颗粒物中，且炭化时间较长(0.5～2h)有利于重金属氯化物的转移，重金属去除率高于50％。进一步采用烟气处理系统去除产生的过量HCl及挥发的重金属氯化物等污染物；同时聚氯乙烯分解产生的气体有利于活性焦中多孔结构的形成；
污泥与煤粉共同制备活性焦，通过调整比例可提高传统活性焦的比表面积大、孔容率、吸附性，提高活性炭或活性焦中炭源含量和机械性能；
本实施例通过在炭化过程中炭化过程中，加入废聚氯乙烯将污泥中重金属转化为易挥发的重金属氯化物，使其在高温下迁移至烟气中并被烟气处理系统捕获，以减少活性焦中重金属的含量，同时聚氯乙烯分解产生的气体有利于活性焦中多孔结构的形成；同时利用污水污泥中富含有机质的特点，将其与煤粉按适当比例共同制备成活性焦，在显著提高活性焦吸附效率的前提下，实现污泥的减量化与资源化；污泥与煤粉共同制备的活性焦，可提高传统活性焦的比表面积大、孔容率、吸附性，解决了污泥基活性炭或活性焦中炭源低、活性炭机械性能差的问题。
实施例2
如图1所示，基于实施例1，本实施例所述活化处理中所述活性剂为氯化锌活性剂，活化处理的活化温度为900～1100℃，活化时间为1～3h。
所述改性处理中改性剂为的V2O5的胶体溶液，所述V2O5的胶体溶液浓度为0.1～0.5mol/L，温度为105～120℃；改性处理中活性焦浸入V2O5的胶体溶液时间为1～5h，取出后在105℃条件下烘干制得改性活性焦；
具体步骤如下：污泥干化的温度为200℃，脱水污泥经干化后含水率降为20％，经破碎机粉磨至200目，将干化污泥、煤粉和粘结剂按照5％、94％和1％的质量分数制备成型，炭化温度为600℃，炭化时间为1h，炭化过程中加入量为20～100g/t-活性焦的废聚氯乙烯；Pb去除率达到62％，Cd去除率达到82％，Zn去除率达到70％，Cu去除率达到67％，炭化炉产生的烟气经过烟气处理系统去除HCl、重金属等污染物，采用的活化剂为氯化锌，活化温度为900℃，活化时间为3h，活化后得到的活性焦浸入V2O5的胶体溶液中，胶体浓度为0.2mol/L，活性焦在温度为105℃的改性剂中浸渍2h，制得改性活性焦。
采用V2O5改性活性焦，增加活性焦上催化位点催化NOx分解，分解化学式如下：
4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2＝3N2+6H2O
本实施例炭化过程中，加入废聚氯乙烯将污泥中重金属转化为易挥发的重金属氯化物，使其在高温下迁移至烟气中并被烟气处理系统捕获，以减少活性焦中重金属的含量，同时聚氯乙烯分解产生的气体有利于活性焦中多孔结构的形成；利用污水污泥中富含有机质的特点，将其与煤粉按适当比例共同制备成活性焦，在显著提高活性焦吸附效率的前提下，实现污泥的减量化与资源化；污泥与煤粉共同制备活性焦，通过调整比例可提高传统活性焦的比表面积大、孔容率、吸附性，同时解决污泥基活性炭或活性焦炭源低、活性炭机械性能差的问题；采用V2O5改性活性焦，增加活性焦的活性位点，可有效提高烟气中NOx的脱除效率。
实施例2在实施例1的基础上选取实施例1中范围内的含量、配比、温度以及浓度，说明实施例1的任意含量、配比、温度以及浓度范围内的数值都应涵盖在本发明的保护范围之内。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。