[發明專利]一種鐵錳生物炭催化劑及調理污泥脫水的應用

有效

• 申請號: 202010470757.2
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111437825B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 孫水裕;楊賢;梁嘉林;黃錦佳;周佳麗;曾劉婷
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J37/08;C02F11/06;C02F11/143
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 姚招泉

本發明公開了一種鐵錳生物炭催化劑及其在調理污泥脫水中的應用，鐵錳生物炭催化劑通過如下方法制備得到：將農業廢棄物均勻浸漬活化劑后烘干，在惰性氛圍中熱解處理，經后處理得到生物炭；將生物炭與Fe³⁺、Mn²⁺溶液混合均勻，分離后得到固體物質，經后處理得到鐵錳生物炭催化劑。本發明創造性地將鐵、錳離子負載于生物炭制備催化劑，聯合過硫酸鹽調理污泥脫水，不需對污泥預調節pH，步驟簡潔易操作效率高，可顯著提高污泥脫水性能，同時也為農業廢棄物的環保再利用提供了有效的、無害化的新途徑。

技術領域

本發明涉及污泥處理領域，更具體地，涉及一種鐵錳生物炭催化劑及調理污泥脫水的應用。

背景技術

隨著工業的飛速發展以及城市人口的不斷增長，使得城市污水的排放量空前增加，在城市水污染得到有效控制的同時，也導致了城鎮污泥的產生量大幅度增加，預測到2020年，城鎮污泥的產量將超過6000萬噸。污泥是廢水處理過程中產生的剩余物，污泥含水率高(可達99％以上)，其中含有有機物、重金屬、病原菌等成分，若處理處置不當，將對環境造成嚴重危害。高含水率的污泥不僅不利于后續的處理處置，同時增加污泥運輸的成本。污泥中的胞外聚合物(EPS)是制約污泥脫水的關鍵所在，EPS主要是由高度親水的大分子物質組成，污泥調理技術可有效破壞EPS中的親水結構，打斷水分子-有機物化學鍵、降低水合能、溶裂微生物細胞壁，可有效強化污泥脫水性能和泥水分離效果。

高級氧化技術(AOPs)，是以產生的強氧化能力自由基為特點，如羥基自由基(·OH)、硫酸根自由基(SO₄^-·)等，使難降解的有機物轉化為低害或者無害的小分子物質的新型氧化除污染技術。近年來，以活化過硫酸鹽(Persulfate，PS)產生SO₄^-·的高級氧化技術，在污泥深度脫水、高濃度有機廢水、土壤地下水原位修復等領域的應用逐漸興起。過硫酸鹽在水中電離產生的過硫酸根離子(S₂O₈^2-)在正常條件下反應速率較低，氧化效果并不明顯。但在經過過渡金屬、光、熱、活性炭等催化活化后，可產生大量的硫酸根自由基(SO₄^-·)，其氧化電位達到2.5～3.1V，與·OH氧化電位相近，但比其穩定，因此此方法可替代以羥基自由基為主的高級氧化技術。

目前，在眾多活化方式中，過渡金屬因其能在常溫下進行且操作簡單，已越來越受青睞。但引入的金屬離子易流失，降解結束后如不經分離會產生二次污染。因此，將過渡金屬負載到碳材料上制備成催化劑，利用碳材料和過渡金屬協同活化過硫酸鹽處理有機物，是一種很實用的方法，并達到將過渡金屬回收利用的目的。我國是農業大國，因農業生產、農產品加工、畜禽養殖業排放的農業廢棄物數量龐大，而農業廢棄物大多是含碳豐富的碳質材料，使用生物炭替代商業活性炭，既可緩解不可再生能源的緊缺，降低活性炭生產成本，也可使農業廢棄物得到充分的循環利用。

中國專利CN110204174A公開了一種調理污泥脫水的方法，該方法采用污泥炭基二價鐵材料和污泥炭基零價鐵材料做催化劑，用于污泥強化脫水處理，但待脫水的污泥需經過pH調節后才可進行反應，污泥脫水步驟比較繁瑣，效率較低。

因此，還需開發出一種用于調理污泥脫水的催化劑，其pH適用范圍更寬，使得調理污泥脫水操作步驟簡潔，效率更高。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的污泥脫水步驟比較繁瑣效率較低的缺陷，提供一種鐵錳生物炭催化劑，所述鐵錳生物炭催化劑具有較寬的pH適用范圍，能高效催化過硫酸鹽氧化反應。

本發明的另一目的在于提供上述鐵錳生物炭催化劑在調理污泥脫水中的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種鐵錳生物炭催化劑，所述鐵錳生物炭催化劑通過如下方法制備得到：