CN103936244B - 一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，包括：将城市污水生物污泥进行空气干燥，然后磨碎成0.5～2mm的颗粒，将颗粒置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入蒸馏水和催化剂溶液，密封，然后将水热反应釜放入不锈钢加热夹套中，搅拌，加热至150～200℃维持5～10h，反应结束后，冷却、清洗、真空过滤、烘干，即得水热焦。本发明过程简单，安全性高，可以将城市污水生物污泥转化为具有一定比表面积和高发热值的水热焦，进而作为固体燃料进行应用。

Description

一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法
技术领域
本发明属于城市污水生物污泥资源化领域，特别涉及一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法。
背景技术
我国城市平均每年排放的干污泥量预计已高达600万吨，污泥的安全处理与处置已成为我国急需解决的环境问题之一，污泥减量化、稳定化、资源化处置也已成为制约城镇污水处理的重大共性问题。
据估计，当城市污水污泥泥龄为10～20天时，处理单位体积原水所产生的生物污泥最高可达250gTSS/m3。目前，针对城市污水污泥的最终处置方式主要有填埋、堆肥、焚烧、农业土地利用等，而对污泥的处理方面主要集中于研发减量化技术，如机械破解、超声波破解、热解处理、微波处理、热化学水解、臭氧氧化技术、好氧/厌氧消化、湿式空气氧化技术等，而关于污泥资源化技术的研究相对较少。生物污泥的堆肥和焚烧虽均可回收污泥本身的内含能，但在处理过程中会产生恶臭、二噁英等空气污染物，造成二次污染问题；利用填埋方式处理污泥不仅需要大量的土地，而且还会因渗漏等因素造成土壤和地下水的污染问题；利用高温/中温厌氧/好氧消化技术对污泥进行稳定化处理后作为有机肥应用于农田，可以提高农田肥力，但是越来越多的研究表明，尽管污泥经消化后可杀灭绝大多数病原微生物和细菌等，但并不能有效的去除污泥中的重金属和一些持久性有机污染物，当将消化污泥应用于农田施肥时，仍然可能会造成土壤甚至是地下水的污染。因此，研究并开发稳定、清洁、安全而实用的城市污水污泥资源化技术途径显得十分迫切和重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，该方法过程简单，安全性高，可以将城市污水生物污泥转化为具有一定比表面积和高发热值的水热焦，进而作为固体燃料进行应用。
本发明的一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，包括：
将城市污水生物污泥进行空气干燥，然后磨碎成0.5～2mm的颗粒，将颗粒置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入蒸馏水和催化剂溶液，密封，然后将水热反应釜放入不锈钢加热夹套中，搅拌，加热至150～200℃维持5～10h，反应结束后，冷却、清洗、真空过滤、烘干，即得水热焦；其中，生物污泥和蒸馏水的质量比为1:4～1:10，生物污泥和催化剂的质量比为1:3～1:80。
所述催化剂溶液为硫酸亚铁溶液或氧化铁纳米颗粒溶液，浓度为5～50mmol/L。
所述搅拌速度为150～250r/min。
所述烘干温度为60～110℃，烘干时间为2～24h。
所制备的水热焦作为固体燃料进行应用。
有益效果
（1）本发明制备方法简单，安全性高，制备过程中可以有效的降低固体中所含的Ni、Zn、Cu、Cd、Cr等重金属离子，同时可以将一些持久性有机污染物分解，所得的水热焦具有一定的比表面积和高发热值，能够作为清洁固体燃料进行应用；本发明为城市污水生物污泥的安全处置和资源化利用提供了新的思路和方法。
（2）本发明利用蒸馏水在亚临界状态下的特殊物化性质和溶剂化效应，实现对城市污水生物污泥的安全资源化，在实际工程应用中并不需要对其进行干化预处理，不仅可大大降低生物污泥的处理成本，而且还能产出具有高附加值的水热焦产品，因此具有显著的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将城市污水生物污泥进行空气干燥，干燥后将其磨碎成约为2mm的颗粒，取5.0g污泥颗粒置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入40mL蒸馏水和4.4mL浓度为50mmol/L的硫酸亚铁溶液，密封，然后将水热反应釜放入不锈钢加热夹套中，控制磁力搅拌速度为150rpm，加热至200℃反应10h，反应结束后，将反应釜放入冰水中快速冷却至室温，倒出反应所得的固液混合物于烧杯中，使用蒸馏水反复清洗，真空过滤，然后在105℃下干燥24h，最后称重得到约3.1g水热焦。
经检测分析可知，所制备的水热焦高发热值约为15.75MJ/kg。
实施例2
将城市污水生物污泥进行空气干燥，干燥后将其磨碎成约为1mm的颗粒，取5.0g污泥颗粒置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入30mL蒸馏水和15mL浓度为50mmol/L的氧化铁纳米颗粒溶液，密封，然后将水热反应釜放入不锈钢加热夹套中，控制磁力搅拌速度为250rpm，加热至180℃反应8h，反应结束后，将反应釜放入冰水中快速冷却至室温，倒出反应所得的固液混合物于烧杯中，使用蒸馏水反复清洗，真空过滤，然后在110℃下干燥12h，最后称重得到约3.7g水热焦。
经检测分析可知，所制备的水热焦高发热值约为16.48MJ/kg。

Claims (4)

1.一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，包括：
将城市污水生物污泥进行空气干燥，然后磨碎成0.5～2mm的颗粒，将颗粒置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入蒸馏水和催化剂溶液，密封，然后将水热反应釜放入不锈钢加热夹套中，搅拌，加热至180℃维持8h，反应结束后，冷却、清洗、真空过滤、烘干，即得水热焦；其中，生物污泥和蒸馏水的质量比为1:4～1:10，生物污泥和催化剂的质量比为1:3～1:80，催化剂溶液为硫酸亚铁溶液或氧化铁纳米颗粒溶液，浓度为5～50mmol/L。
2.根据权利要求1所述的一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，其特征在于：所述搅拌速度为150～250r/min。
3.根据权利要求1所述的一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，其特征在于：所述烘干温度为60～110℃，烘干时间为2～24h。
4.根据权利要求1所述的一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法，其特征在于：所制备的水热焦作为固体燃料进行应用。
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