CN105195092A

CN105195092A - 一种污泥基生物炭及其制备方法

Info

Publication number: CN105195092A
Application number: CN201510649033.3A
Authority: CN
Inventors: 刘和; 刘宏波; 程伟凤; 符波
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明属于生物质加工领域，尤其涉及一种污泥基生物炭及其制备方法，该污泥基生物炭包括以下质量份数配比的原料：粉煤灰：40-60份；污泥：40-60份。其制备方法包括以下步骤：(1)将粉煤灰和脱水后的污泥进行干燥，干燥温度为100～120℃；(2)将所述步骤(1)中的污泥和粉煤灰混合，混匀研磨至100～200目，氮气保护下，热解1～2h，热解温度为650～750℃；(3)热解完成后，降至室温，去离子水洗涤产物，最后烘干，得到产品。本发明利用粉煤灰对氮磷的吸附性，将其添加入污泥中，制备生物炭，不但节约了成本，使污泥和粉煤灰变废为宝，而且提高了生物炭对氮磷的吸附性能。

Description

一种污泥基生物炭及其制备方法

技术领域

本发明属于生物质加工领域，尤其涉及一种污泥基生物炭及其制备方法。

背景技术

随着经济发展和环保意识的增强，污水处理事业不断发展，污泥中含有大量的有毒有害物质，如处置不当，将造成“二次污染”，这使得污泥处理成为中国目前最紧迫的环境问题之一。

污泥中含有较多的碳，具备了制备生物炭的客观条件，通过热解对污泥进行相关的处理就可充分利用污泥中的有机质成分，将其转化成含碳的多孔吸附材料。但是，传统污泥直接制备的生物炭其成本高、污染大，吸附能力难以和市场上的生物炭相媲美，使得污泥制备生物炭技术难以工业化应用。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种污泥基生物炭及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种污泥基生物炭及其制备方法，利用粉煤灰对氮磷的吸附性，将其添加入污泥中，制备生物炭，不但节约了成本，使污泥和粉煤灰变废为宝，而且提高了生物炭对氮磷的吸附性能。

本发明提出的一种污泥基生物炭，包括以下质量份数配比的原料：

粉煤灰：40-60份；

污泥：40-60份。

本发明还提出了污泥基生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粉煤灰和脱水后的污泥进行干燥，干燥温度为100～120℃；

(2)将所述步骤(1)中的污泥和粉煤灰混合，混匀研磨至100～200目，氮气保护下，热解1～2h，热解温度为650～750℃；

(3)热解完成后，降至室温，去离子水洗涤产物，最后烘干，得到产品。

进一步的，所述步骤(1)中，粉煤灰和脱水后的污泥经干燥后，含水率低于5％。

进一步的，所述步骤(2)中，氮气的流速为200～300mL/min。

进一步的，所述步骤(3)中，去离子水的温度为60～90℃，烘干温度为100～120℃。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明利用粉煤灰对氮磷的吸附性，将其添加入污泥中，制备生物炭，不但节约了成本，使污泥和粉煤灰变废为宝，而且提高了生物炭对氮磷的吸附性能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是实施例二中制备的污泥基生物炭的氨氮等温吸附曲线；

图2是实施例三中制备的污泥基生物炭的总磷等温吸附曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

以城市污水处理厂脱水间的污泥为研究对象，其含水率为80％。分别将污泥和粉煤灰在烘箱烘干，干燥温度为100℃，干燥至含水率低于5％。按混合物质量百分数向污泥中添加40％的粉煤灰，混匀研磨至100目。

将混合物在管式炉中热解2h，氮气保护，气体流量控制在300mL/min，热解温度为700℃，热解完成后自然降至室温。

取出产品，用60℃的去离子水洗涤热解产物，最后在120℃烘干，研磨至100目，储存备用。

对产品进行氮气吸脱附实验，检测产品的BET比表面积和孔体积，其数据见表1。

表1为污泥掺加粉煤灰制备生物炭的基本物理性质，从表1中可看出，污泥在掺加粉煤灰烧制生物炭后的比表面积、孔体积大大降低，其中比表面积下降最为明显，约为原来的二分之一。污泥掺加粉煤灰制备生物炭的基本物理性质相较于空白组明显下降。

表1污泥掺加粉煤灰制备生物炭的基本物理性质

注：SFBC为污泥掺杂粉煤灰制备的生物炭；SBC为不掺加粉煤灰污泥制备的生物炭。

实施例二：

以城市污水处理厂脱水间的污泥为研究对象，其含水率为80％。分别将污泥和粉煤灰在烘箱烘干，干燥温度为110℃，干燥至含水率低于5％。按混合物质量百分数向污泥中添加50％的粉煤灰，混匀研磨至150目。

将混合物在管式炉中热解1.5h，氮气保护，气体流量控制在250mL/min，热解温度为650℃，热解完成后自然降至室温。

取出产品，用80℃的去离子水洗涤热解产物，最后在100℃烘干，研磨至150目，储存备用。

将制得产品进行氨氮吸附，并与市场的商业活性炭作对比，具体结果见图1。

图1为本实施例中产品和商业活性炭的氨氮吸附曲线，从图1中可以看出，污泥按一定比例混合粉煤灰烧制的SFBC(污泥掺杂粉煤灰制备的生物炭)氨氮吸附量远远高于商业活性炭。相较与商业活性炭，采用本方法制备的氨氮吸附材料最终的氨氮吸附量增加了3～4倍左右。

实施例三：

采用本专利方法制备用于总磷吸附的污泥基生物炭。以城市污水处理厂脱水间的污泥为研究对象，其含水率为80％。分别将污泥和粉煤灰在烘箱烘干，干燥温度为120℃，干燥至含水率低于5％。按混合物质量百分数向污泥中添加60％的粉煤灰，混匀研磨至200目。

将混合物在管式炉中热解1h，氮气保护，气体流量控制在200mL/min，热解温度为750℃，热解完成后自然降至室温。

取出产品，用90℃的去离子水洗涤热解产物，最后在110℃烘干，研磨至200目，储存备用。

将产品进行总磷吸附，并与市场上的商业活性炭作对比，具体结果见图2。

图2为本实施例中产品和商业活性炭的总磷吸附曲线，从图2中可以看出，污泥按一定比例混合粉煤灰烧制的SFBC(污泥掺杂粉煤灰制备的生物炭)总磷吸附量远远高于商业活性炭。相较与商业活性炭，本方法制备的总磷吸附材料最终的总磷吸附量增加了5倍左右。

综上所述，本发明制备所得活性污泥掺混粉煤灰的生物炭，可用于污水处理工程，本发明克服了市场上活性炭制备成本高、污染大的缺点，由于原料的大部分为污泥，使得其具备了容重轻、孔隙率高的优点，在处理工程中作为载体时可负载较大生物量；粉煤灰是以活性氧化物SiO₂和Al₂O₃为主的多孔性及有较大比表面积的粉末状物质，可以通过吸附、离子交换去除生活污水中的氨氮和磷，将其作为添加物制备污泥基生物炭，有效改善了污泥基生物炭的氮磷吸附性能，本发明的产品在氨氮和总磷水体吸附中，吸附量分别高达22mg/g和21mg/g，吸附性能良好；本发明以城市污水处理厂脱水污泥、热电厂燃后的粉煤灰为原料，对于粉煤灰和剩余污泥的减量化和资源化提出了一种新的思路，另外二者均为废弃物，其成本较活性炭原料的成本低，同时减轻了固废堆放对周边环境造成的污染，实现了资源的再利用，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种污泥基生物炭，其特征在于：包括以下质量份数配比的原料：

粉煤灰：40-60份；

污泥：40-60份。

2.根据权利要求1所述的一种污泥基生物炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种污泥基生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，粉煤灰和脱水后的污泥经干燥后，含水率低于5％。

4.根据权利要求3所述的一种污泥基生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氮气的流速为200～300mL/min。

5.根据权利要求4所述的一种污泥基生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，去离子水的温度为60～90℃，烘干温度为100～120℃。