一种利用污泥制作吸附材料的制造方法与流程

本发明涉及一种利用污泥制成复合型吸附材料的方法，具体涉及一种利用城市生活污泥制成适用于流体净化的复合型吸附材料结构的制造方法，属于环保技术和新材料技术领域。

背景技术：

目前对于城市污水处理厂产生的巨量污泥处置遇到极大困难，之前通过填埋的方式处置因存在对水源、土壤和周边空气的污染已经被逐步限制，现在通过高温热解燃烧对污泥的无害化和减量正在逐步推进。由于污泥的含水率很高，通过高温热解燃烧处理需要增加很高成本的能源对污泥进行烘干和助燃，处置成本无法承受。而通过高温燃烧产生的炉渣其资源化利用目前仅限于用作建筑材料的骨料等低价值用途，以此作为弥补高昂的污泥的处置成本于事无补。因此，对污泥处理后的高价值资源化是解决目前高昂处置成本的有效途径。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种利用污泥制作吸附材料的制造方法，包括采用的原料、器具及其操作步骤，实现将污泥变废为宝。

本发明可以采取如下技术方案:

一种利用污泥制作吸附材料的制造方法，所采用的原料包括污泥、水、调理剂和沸石粉；所采用的器具包括污泥稀释池、搅拌装置、污泥泵、板框压滤机、破碎机、烘干机和热解烧结炉；

其步骤包括：步骤一、将原污泥在污泥池里用水稀释；步骤二、加入调理剂把污泥浆的酸碱度调节至弱碱性；步骤三、往污泥浆中加入沸石粉，并通过搅拌机构将沸石粉与污泥浆搅拌均匀；步骤四、利用污泥泵将污泥浆泵入板框压滤机进行脱水；步骤五、将压滤脱水后的污泥饼送入破碎机破碎，步骤六、将破碎后的污泥送入烘干机烘干；步骤七、将污泥送入热解烧结炉进行热解、烧结并最后冷却。

本发明解决问题还可以进一步采取以下改进措施：

进一步改进措施为：步骤一中，原污泥加水稀释至含水率为91-93％的污泥浆。

进一步改进措施为：步骤二中，所述的调理剂为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸氢钠或石灰，调节后的污泥浆其ph值在8-10之间。

进一步改进措施为：步骤三中，所述的沸石粉是人造沸石或天然沸石，沸石粉的细度在50-200目之间。

进一步改进措施为：步骤三中，沸石粉的添加比例按稀释后污泥浆每立方米添加5—25公斤的沸石粉，并提供搅拌机构将沸石粉在污泥浆中搅拌均匀，所述的搅拌机构可以是机械搅拌或循环泵搅拌。

进一步改进措施为：步骤四中，通过板框压滤机压滤后的污泥其含水率为55-65％。

进一步改进措施为：步骤五把污泥饼破碎至体积小于8立方厘米的小块状或颗粒状。

进一步改进措施为：步骤六把污泥的含水率烘干至35-45％。

进一步改进措施为：步骤七中，所述的热解是在400-800℃高温缺氧的条件下把污泥中的剩余水分蒸发，把大部分有机物气化，所述烧结是在800-900℃的条件下把无机物烧结。

上述技术方案具有这样的技术效果:

通过本发明制成的复合型吸附材料，沸石粉在其分布均匀，其疏松结构具有良好的透气性和透水性，借助沸石和以及固定碳炭的吸附性能，适用于有机废气治理和污水净化，该产品主要成分由疏松陶质骨架、沸石物质和炭组成，满足更多种类的有机物脱附，包括较大分子量的有机粘附物，而且污泥中的矿物通过高温烧结后形成陶质骨架具有比活性炭更高的刚性而不容易破损，具有安全性、经济性和更长的使用寿命，应用领域广泛，可适用于工业、农业、服务业等领域的废气治理、污水治理和土壤修复。

复合型的结构还带来以下多重效果，沸石微粒和炭微粒的组合可适应更大范围种类的分子过滤，而疏松的陶质骨架对于大颗粒具有很好的过滤作用，减少了分子筛被堵塞的问题，陶质骨架除了起到刚性支撑外，在使用过程中还起到对废气和污水作初级过滤的效果。

本发明可以对污泥高价值资源化。

附图说明

图1是本发明制成的吸附材料的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体描述。

实施例一：一种利用污泥制作吸附材料的制造方法，所采用的原料包括污泥、水、调理剂和沸石粉，所采用的器具包括污泥稀释池、搅拌装置、污泥泵、板框压滤机、破碎机、烘干机和热解烧结炉；其制造方法包括：步骤一：污泥稀释，将原污泥在污泥池里用水稀释；步骤二、污泥浆调理，加入调理剂把污泥浆的酸碱度调节至弱碱性，步骤三、往污泥浆中加入沸石粉，并通过搅拌机构将沸石粉与污泥浆搅拌均匀；步骤四、污泥压滤，利用污泥泵将污泥浆泵入板框压滤机进行脱水；步骤五、污泥破碎、将压滤脱水后的污泥饼送入破碎机破碎，步骤六、污泥烘干，将破碎后的污泥送入烘干机烘干；步骤七、把污泥送入热解烧结炉进行热解、烧结并最后冷却。

步骤一中，原污泥加水稀释至含水率为92％的污泥浆；

步骤二中，调理剂为碳酸氢钠，调节后的污泥浆其ph值为9。

步骤三中，所述的沸石粉可以是天然沸石，沸石粉的细度在100目；

步骤三中，沸石粉的添加比例按稀释后污泥浆每立方米添加15公斤的沸石粉，并提供搅拌机构将沸石粉在污泥浆中搅拌均匀，所述的搅拌机构可以是机械搅拌；

步骤四中，通过板框压滤机压滤后的污泥其含水率为60％。

步骤五中，所述的污泥破碎是把污泥饼破碎至体积小于6立方厘米的小块状或颗粒状；

步骤六中，所述的污泥烘干是把污泥的含水率烘干至35-45％；

步骤七中，所述的热解是在500-750℃高温缺氧的条件下把污泥中的剩余水分蒸发，把大部分有机物气化，所述烧结是在850℃的条件下把无机物(矿物质)烧结12分钟。

工作原理

步骤一，将原污泥加水稀释至含水率为91-93％的污泥浆，其作用是解决固态的块状污泥难以与沸石粉充分均匀混合，而具有流动性的污泥浆与沸石粉只需要搅拌就很容易两者均匀混合。

步骤二，通过添加调理剂把污泥调节成弱碱性，可以减少污泥热解和烧结过程酸性气体的产生，降低尾气的净化成本，另外，选用碳酸氢钠(小苏打)作为调理剂，可以让污泥在之后的高温烘干阶段产生发泡形成疏松结构，增加污泥的通透性，有利于提高污泥的烘干效率和热解效率。当然，如果污泥在前期已经通过调理已经具有弱碱性，这个步骤可以省去。

步骤三，沸石粉可以是人造沸石或天然沸石，可以根据不同的应用需求选用相应的沸石型号和相应的添加量。沸石粉添加后通过机械或泵搅拌均匀，以保证制成品中沸石颗粒能分布均匀。

步骤四，采用板框压滤机将污泥压滤至含水率55-65％，是利用板框压滤机比其他压滤机有更高效的脱水效果，减少后续热解和烧结所需要的能耗。

步骤五，把污泥饼破碎至体积小于8立方厘米的小块状或颗粒状其目的是让污泥进入下一步骤烘干时，破碎后小体积的污泥的烘干脱水效果更好。

步骤六，将污泥烘干至含水率在35-45％，是基于烘干可以充分利用尾气的余热把其中部分水分去除，实现节能，但有限的尾气余热是不够去除更多的水分，通过烧结过程由污泥中有机物燃烧产生的热量和燃烧机补充的热量可以将剩余的污泥中剩余部分的水分全部蒸发。

步骤七，将污泥在400-800℃高温缺氧的条件下把污泥中的剩余水分蒸发，把大部分有机物气化，这样水分挥发和有机物气化后污泥内部结构就出现开放性的空穴，通过800-900℃约5—15分钟就可以把无机物(矿物质)烧结，如果原污泥的碳含量较高，可以通过控制助燃风量和燃烧时间保留部分固定碳在炉渣中。污泥及其混合物在高温烧结后变成由陶质骨架1、沸石微粒2、炭黑微粒3和开放性的空穴4组成且具有刚性的结构的吸附材料(如图1所示)，吸附材料中保留一定的固定碳(炭黑)会提高其吸附效能。

城市生活污泥是一种含有无机物和有机物混合的污染物，其组分中有机物和无机盐(矿物质)两者均匀混合而且比例相当接近，这与烧制陶质过滤材料的胚料所用的调和泥其结构和组分非常接近，而且污泥的有机物中含有大量微生物残骸经历长期发酵变成极细微粒，在高温烧结后可形成大量细密的空穴成为优质的过滤吸附材料。

本发明通过添加沸石粉对污泥改性，污泥最终加工成一种有很高价值的高性能的吸附材料，通过本发明的方法，首先在污泥热解前加入沸石微粒，并通过热解温度控制和供氧控制把剩余的水分蒸发和有机物微粒气化所腾出的空间形成空穴，水分蒸发和热解气外逸过程会把空穴冲破，使所有空穴形成对外连通的通道，保证外部流介质体可以渗透并通过。从而形成孔隙发达的内部结构，其内部结构包括陶质骨架1、沸石微粒2、炭微粒3和开放性的空穴4，符合复合型吸附材料的基本结构特征。该复合型的结构带来多重效果，沸石微粒和炭微粒的组合可适应更大范围种类的分子过滤，而疏松的陶质骨架对于大颗粒具有很好的过滤作用，减少了炭粒和分子筛被堵塞的情况，陶质骨架起到刚性支撑作用以及对流体的初级过滤作用，延长过滤材料的使用寿命。与此同时，缺氧热解(干馏)可以把小部分有机物以固定碳的形式留下，这些留下来的炭微粒同样呈多孔结构，这些炭微粒与沸石一样都具有良好的吸附性能。最后通过高温烧结，使污泥最终形成陶质结构提升了其结构强度和理化稳定性，最后冷却后得到制成品，制成品可以是颗粒状、片状或块状，以适用于不同装填方式的使用场合。

污泥热解烧结后最终的制成品内含沸石(又称分子筛)微粒和炭微粒(其形态为炭黑)，而且整体结构呈疏松结构(类似海绵结构)，因此具有良好的吸附性能和通透性，可以让气体或液体在低阻力的状态下通过并接触到沸石微粒和炭微粒表面，可吸附流经空气的vocs成分、和污水中的氨氮成分和重金属等有害物质，并有效降低污水的有机物，对流体进行有效的过滤和净化，该制成品中的内部结构为污泥中黏土矿物烧结后所形成的陶质结构，具有比活性炭更高的刚性而不容易破损，具有安全性、经济性和更长的使用寿命，应用领域广泛，可适用于工业、农业、服务业等领域的废气治理、污水治理和土壤修复，具有很高的社会效益和经济效益。

实施例二：一种利用污泥制作吸附材料的制造方法，所采用的原料包括污泥、水、调理剂和沸石粉，所采用的器具包括污泥稀释池、搅拌装置、超声波发生器、污泥泵、板框压滤机、破碎机、烘干机和热解烧结炉；其制造方法包括：步骤一：污泥稀释，将原污泥在污泥池里用水稀释；步骤二、污泥浆调理，加入调理剂把污泥浆的酸碱度调节至弱碱性，再用超声波发生器产生的超声波作用于污泥浆中；步骤三、往污泥浆中加入沸石粉，并通过搅拌机构将沸石粉与污泥浆搅拌均匀；步骤四、污泥压滤，利用污泥泵将污泥浆泵入板框压滤机进行脱水；步骤五、污泥破碎、将压滤脱水后的污泥饼送入破碎机破碎，步骤六、污泥烘干，将破碎后的污泥送入烘干机烘干；步骤七、将污泥送入热解烧结炉进行热解、烧结并最后冷却。

步骤一中，原污泥加水稀释至含水率为92％的污泥浆。

步骤二中，所述的调理剂为生石灰，调节后的污泥浆其ph值为10。

步骤二中，在加入生石灰后并让生石灰完全反应后，再用超声波发生器产生的超声波作用于污泥浆中。

步骤三中，所述的沸石粉可以是人造沸石，沸石粉的细度在150目。

步骤三中，所述的沸石粉的添加比例按稀释后污泥浆每立方米添加20公斤的沸石粉，并提供搅拌机构将沸石粉在污泥浆中搅拌均匀，所述的搅拌机构是循环泵搅拌。

步骤四中，所述的通过板框压滤机压滤后的污泥其含水率为62％。

步骤五中，所述的污泥破碎是把污泥饼破碎至体积小于5立方厘米的小块状或颗粒状；

步骤六中，所述的污泥烘干是把污泥的含水率烘干至40％。

步骤七中，所述的热解是在450-800℃高温缺氧的条件下把污泥中的剩余水分蒸发，把大部分有机物气化，所述烧结是在850-900℃的条件下把无机物(矿物质)烧结。

实施例二在步骤二中增加了超声波作用于污泥浆的环节。由于污泥中含有的微生物的细胞，存在部分细胞壁没有破裂，这些没有破壁的细胞内部水分由于受细胞壁阻隔，导致在进入步骤四的压滤环节时难以把细胞内的水分挤压出来，影响压滤效果。污泥浆在加入生石灰后使污泥浆呈碱性，同时生石灰遇水反应会产生大量的热量使污泥浆温度升高，再施加超声波作用后，通过上述的多种手段会加速污泥中微生物细胞壁的破裂，可有效提高后续污泥压滤的脱水效率。

如果原污泥已经对污泥微生物细胞进行过深度破壁处理后，步骤二可以省去超声波作用的环节。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。