[发明专利]基于活性污泥的改性生物质炭催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于环保技术领域，具体为基于活性污泥的改性生物质炭催化剂及其制备方法。本发明方法包括：（1）将活性污泥进行分选、冻干，对干化后的活性污泥进行粉末化、过筛；（2）将粉末状活性污泥浸渍于改性溶液如FeCl₃、CeCl₃、LaCl₃中，然后过滤干燥，得到浸渍活性污泥；（3）将浸渍活性污泥在氮气氛围中进行厌氧热解处理，控制升温速率和恒温热解时间，热解结束冷却至室温，得到活性污泥制备得来的生物质炭；（4）将生物质炭置于球磨机中研磨、过筛，然后水洗至pH为中性，干燥得到产品生物质炭。本发明工艺简单，耗时短，制备的改性生物质炭催化性能好、效果稳定，实现了固体废物的资源化。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及固体废物资源化利用和污染物降解催化剂及其制备方法，特别涉及基于活性污泥的改性生物质炭催化剂及其制备方法。

背景技术

活性污泥法是目前净化城市污水的核心方法，随着城市化进程的加快，污水处理厂也在快速建设，在污水处理厂运行过程中，会产生大量的废物活性污泥（WAS），中国每年活性污泥的产量已经达到40亿吨（含水量80%），占地面积大，具有潜在的环境风险，而且处置费用高，提高了污水处理厂的运行成本。因此，WAS的合理处置并从中获取相应的资源是目前研究的主要内容。

WAS中含有大量的有机物，如蛋白质、碳水化合物和病原微生物等，所以选择合适的处置方法至关重要。许多处置技术，如焚烧，堆肥处理，填埋处置等虽然可以杀死病原微生物和寄生虫等，但是，这些技术不可避免的会造成二次污染，如焚烧会产生二噁英污染空气，填埋处置占用大量的土地资源，而且产生的垃圾渗滤液会污染地下水。WAS热解被认为是最有希望的处置方法，热解是将原材料在无氧条件下高温加热的热化学过程，它可以有效杀死病原微生物，减少污泥体积，二次污染少，并且可以获得资源化的产物生物质炭。

生物质炭作为一种新型的富碳固体材料，在环境保护和生产生活中具有巨大的利用价值，由于其具有较大的比表面积，多孔的稳定结构，表面丰富的官能团，已经被应用于污水的吸附处理处置和农业的生产活动中。然而，生物炭用于污水吸附只是完成了污染物的转移过程，对其后续在农业中改良土壤、增加土壤肥力的研究也仅停留在对其性质的表征和性能的探讨上。近些年来，关于生物质炭用于催化分解污染物的研究逐渐成为焦点，这是由于热解过程中会产生持久性自由基（PFRs），其中PFRs被认为是一种很好的活化剂，能够催化H₂O₂产生•OH，这就使得其具有明显催化污染物分解的能力。本发明利用改性溶液先浸渍处理活性污泥，改性后的活性污泥再热解后得到的改性生物质炭可以表现出更加优异的催化性能和更强的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、稳定、安全的基于活性污泥的改性生物质炭催化剂及其制备方法。

本发明提供的基于活性污泥的改性生物质炭催化剂的制备方法，具体步骤为：

A、对活性污泥进行分选，去除其中不能分解的杂质固体；

B、对活性污泥进行烘干，然后用破碎机对烘干后的活性污泥进行破碎，再过筛，制得粉末状活性污泥；

C、将粉末状活性污泥浸渍于0.05-0.1 mol/L的改性溶液中2-3 h，过滤后干燥，制得浸渍粉末状活性污泥；

D、将浸渍粉末状活性污泥置于真空管式炉中，在氮气氛围下进行厌氧热解；热解结束后，待温度恢复至室温，得到改性生物质炭；

E、将改性生物质炭置于滚筒球磨机中进行研磨，水洗pH至中性，然后烘干过筛，得到具有高效催化效果的改性生物质炭。

优选的，所述步骤B中，在烘干装置中干燥，温度为60-70℃，烘干时间为60 h -72h；用40-60目的筛子筛分活性污泥。