CN105255506A

CN105255506A - 一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法

Info

Publication number: CN105255506A
Application number: CN201510574976.4A
Authority: CN
Inventors: 赵丹; 费颖恒; 王建明; 陈顺权
Original assignee: Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用技术领域，具体公开了一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法。本发明利用钢渣等调理剂强化污泥水热碳化过程，有助于改变污泥重金属形态，降低污泥炭中重金属活性，起到明显的钝化污泥中重金属作用，并且具有原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易行，环境友好，易于推广应用，真正达到了“以废治废”的目的。

Description

一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法

技术领域

本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用技术领域，尤其涉及一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法。

背景技术

随着我国城市污水处理厂的普及和运行，城市污水处理厂污泥产量快速增加。2001-2012年间，我国污泥的年产总量以平均每年约14.1％的速率从567万吨增加至2419万吨。由于生物可利用性差和含水率高(多数污泥在出厂时仍高达80％)等问题，剩余污泥的运输和安全处置受到了严重制约。污泥含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，若未能得到有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。

水热碳化法以水为热的载体，加热促使污泥中微生物絮体解散，微生物细胞破裂，有机物发生水解、缩合和碳化。无需对污泥进行事先干燥，对原料污泥的含水率要求低，反应条件温和，工艺过程简单，因而在能量耗费和生产控制上较传统碳化法具有明显的优势，是目前碳化技术发展中的新起之秀。例如中国专利CN102875005A公开了“一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺”，提供了一种污泥水热碳化工艺。例如中国专利CN103923899A公开了“基于厌氧消化和水热碳化的污泥综合处理方法”，提供了一种清洁环保、产物附加值高、快速高效的基于厌氧消化和水热碳化的污泥综合处理方法。例如中国专利CN104150743A公开了“一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法”，采用微波辅助加热，该方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果，还可有效降低或固定污泥中的重金属含量。

钢渣是钢铁冶炼后所排的一种固体废弃物，主要为多种金属氧化物的熔融混合物，其中以钙、铁、硅氧化物为主，镁、铝，锰、磷次之。目前，钢渣除用作冶金原料和建筑材料外，还可用于农业作钢渣磷肥、硅肥和酸性土壤改良剂或施用于缺磷碱性土壤等，例如中国专利CN101863719A公开了“利用钢渣作土壤调理剂的方法”，不仅大量处理钢渣，而且改善土壤肥力，提高农作物的产量及品质。例如中国专利CN101836576A公开了“一种用生物污泥和钢渣制作养殖土的方法”，提供了一种用生物污泥和钢渣制作养殖土的方法。在污泥治理方面的应用较少，被作为调理剂应用于污泥脱水环节，例如中国专利CN102557387A公开了“一种钢渣制备的复合污泥絮凝脱水调理剂”，该调理剂能够明显减小污泥的比阻，使污泥脱水由难变易。到目前为止，尚未见利用钢渣等调理剂强化水热碳化制备污泥炭的报道。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法。本发明利用钢渣等调理剂强化污泥水热碳化过程，有助于改变污泥重金属形态，降低污泥炭中重金属活性，起到明显的钝化污泥中重金属作用。

本发明采取如下的技术方案：

本发明的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，包括以下步骤：

步骤1：在含水污泥中投加钢渣废弃物作为调理剂，采用电磁搅拌器搅拌均匀，然后送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，得到水热碳化液；

步骤2：将得到的水热碳化液进行固液分离，然后固体产物经过水洗、干燥，获得污泥炭。

进一步的，步骤1中所述的含水污泥为市政污泥。

进一步的，步骤1中所述的钢渣废弃物用量为污泥干重的0.5％-10％。

进一步的，步骤1中所述含水污泥的含水率50％～85％。

进一步的，步骤1中所述水热碳化反应加热方法为电热板直接加热或微波辅助加热。

进一步的，所述微波辅助加热时，微波功率为200W～800W。

进一步的，步骤1中所述的水热反应过程中，控制水热反应器内压力为2atm～3atm。

进一步的，步骤1中所述的水热反应过程中，控制加热温度为150℃～300℃。

进一步的，步骤1中所述的水热碳化反应时间为30min～150min。

进一步的，步骤2中所述的干燥温度为40℃～60℃。

进一步的，步骤2中所述固液分离方法采用离心分离，离心转速为3000rpm～6000rpm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明方法可以很好降低或固定污泥中的重金属，其含量显著低于相同条件下未添加钢渣水热碳化法获得的污泥炭。

(2)本发明方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果；此外，该方法所得污泥炭可有效钝化污泥中的重金属。

(3)本发明方法原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易行，环境友好，易于推广应用，真正达到了“以废治废”的目的。

(4)污泥炭还是一种固碳减排的物质，因污泥炭本身的稳定性，修复和改良效果长期持久，其生产和使用都对全球碳排放有缓解作用。

具体实施方式

本发明的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，包括如下步骤：在含水污泥中投加钢渣废弃物作为调理剂，采用电磁搅拌器搅拌均匀，然后送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，得到水热碳化液进行固液分离，然后固体产物经过离心、水洗、干燥后，获得污泥炭。

所用水热反应器可密封，耐高温(200℃～300℃)及高压(2atm～3atm)。水热反应器内配有温度探头，可在反应过程中控制反应器内温度。

固液分离方法采用离心分离，离心转速优选为3000rpm～6000rpm。

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

向含水率为80％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的7.5％，搅拌均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为2.7atm，水热温度为250℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，50℃烘箱干燥，获得污泥炭。

污泥炭产率为66％，有机质含量为24.12％，其有效磷、有效氮较原污泥分别增加了30.15％、31.22％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了85.59％、90.21％，82.89％，79.12％，94.67％，86.59％。

实施例2

向含水率为85％的生活污泥投加钢渣，投加量为污泥干重的7.5％，搅拌均匀，送入水热反应器中，密封，微波辅助加热进行水热碳化反应，微波功率为400W，反应器内压力为2.5atm，水热温度控制为200℃，反应时间为90min，得到水热碳化液；3500rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，50℃下烘箱干燥，获得污泥炭。

污泥炭产率为63.1％，有机质含量为21.69％，其有效磷、有效氮较原污泥分别增加了29.26％、34.59％。对其重金属进行测定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了89.10％、93.27％，88.82％，75.31％，96.67％，90.13％。

实施例3

向含水率为80％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的10％，搅拌均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为3atm，水热温度为300℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，60℃烘箱干燥，获得污泥炭。

污泥炭产率为70％，有机质含量为21.12％，其有效磷、有效氮较原污泥分别增加了27.15％、25.89％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了93.58％、94.52％，90.67％，85.49％，97.23％，94.36％。

实施例4

向含水率为60％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的2.5％，搅拌均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为3atm，水热温度为150℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，60℃烘箱干燥，获得污泥炭。

污泥炭产率为65％，有机质含量为21.19％，其有效磷、有效氮较原污泥分别增加了24.16％、26.39％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了80.13％、89.26％，86.35％，76.38％，93.58％，88.39％。

实施例5

向含水率为75％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的5％，搅拌均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为2.4atm，水热温度200℃，反应时间为120min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，40℃烘箱干燥，获得污泥炭1。污泥炭产率为61.7％。

同样地，将含水率为75％的生活污泥直接送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为2.4atm，水热温度200℃，反应时间为120min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，40℃烘箱干燥，获得污泥炭2。污泥炭产率为58.3％。

对其重金属进行测定，污泥炭1：Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了89.79％、92.73％，89.36％，77.93％，94.23％，90.88％。污泥炭2：Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了80.79％、89.11％，86.08％，74.67％，90.22％，87.49％。

本发明公开的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，该方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果，还可有效钝化污泥中的重金属。本发明方法原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易行，环境友好，易于推广应用，真正达到了“以废治废”的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述的含水污泥为市政污泥。

3.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述的钢渣废弃物用量为污泥干重的0.5％-10％。

4.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述含水污泥的含水率为50％～85％。

5.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述水热碳化反应加热方法为电热板直接加热或微波辅助加热。

6.根据权利要求5所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，所述微波辅助加热时，微波功率为200W～800W。

7.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述的水热反应过程中，控制水热反应器内压力为2atm～3atm。

8.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述的水热反应过程中，控制加热温度为150℃～300℃。

9.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤1中所述的水热碳化反应时间为30min～150min。

10.根据权利要求1所述的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，其特征在于，步骤2中所述的干燥温度为40℃～60℃。