CN111039728A - 一种污泥基活性炭缓释肥制备方法 - Google Patents

一种污泥基活性炭缓释肥制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥基活性炭缓释肥制备方法，包括：将生物质增碳剂在活化剂溶液中充分浸渍，脱水后得到活化增碳剂，其活化剂中含有制肥料所需的K、P等元素；向原始污泥中加入活化增碳剂，充分搅拌使活化增碳剂均匀分布在污泥中，制得改性污泥，根据进料污泥性质调整活化增碳剂配比与掺量，以保证产品污泥炭质量稳定；将上述改性污泥热干化至恒重，制得复合前驱体；在保护气气氛下，对制得的复合前驱体进行绝氧加热炭化，得到污泥基活性炭粗料；清洗所述污泥基活性炭粗料至接近中性，干燥后即得污泥基活性炭缓释肥。本发明用以改善现有污泥炭灰分高、孔隙体积小、比表面小、季节性质量波动大、土地利用效果相对较低等问题。

Description

一种污泥基活性炭缓释肥制备方法
技术领域
本发明属于污泥处理处置技术领域，尤其是涉及一种污泥基活性炭缓释肥制备方法。
背景技术
随着城市人口不断增加及生活污水处理率的提高，市政污泥产量也不断增加。污泥带来的环境污染问题越来越被公众重视。市政污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，含有病原菌、寄生虫，铜、锌、铬、汞等重金属，以及难降解有毒有害物。由于污泥所具有的理化性质，实现彻底减量化、无害化、资源化处置十分困难。
污泥炭化是一种有前景的污泥处置方式，通过热处理将污泥极大的减量，并钝化重金属、消灭有害微生物、去除难降解有毒有机物，最终形成污泥炭资源。污泥炭极大的保留了污泥中的碳值及磷等养分，其多孔结构可改良板结土壤，十分适合土地利用。而目前多数污泥炭化工程项目中所制得的污泥炭产品，存在灰分高、孔隙体积小、比表面小、季节性质量波动大、土地利用效果相对较低等问题，导致污泥炭不能高值化利用。污泥炭化更多作为一种处置方式来消纳污泥，其产品还不具有较好的市场竞争力。污泥炭的下游去路成为制约污泥炭化技术发展应用的因素之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥基活性炭缓释肥制备方法，以改善现有污泥炭灰分高、孔隙体积小、比表面小、季节性质量波动大、土地利用效果相对较低等问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种污泥基活性炭缓释肥制备方法，包括如下步骤：
(1)增碳剂预处理：将生物质增碳剂加入KOH、K2CO3、KCl或H3PO4的一种或多种混合的活化剂溶液中，搅拌均匀充分浸渍，脱水后得到活化增碳剂，其活化剂根据肥效需要调整K、P元素比例及浓度；
(2)原始污泥预处理：向原始污泥中加入步骤(1)所述活化增碳剂，充分搅拌使活化增碳剂均匀分布在污泥中，制得改性污泥，根据进料污泥性质调整活化增碳剂配比与掺量，以保证产品污泥炭质量稳定；
(3)干化处理：将步骤(2)所述改性污泥热干化至恒重，制得复合前驱体；
(4)炭化处理：在保护气CO2气氛下，对步骤(3)所述复合前驱体进行绝氧加热炭化，得到污泥基活性炭粗料；
(5)清洗干燥：清洗步骤(4)所述污泥基活性炭粗料至接近中性，干燥后即得污泥基活性炭缓释肥。
作为优选，步骤(1)所述生物质增碳剂为秸秆、稻壳、花生壳、木屑、树枝、落叶等农林废弃物中一种或几种混合的粉末。
作为优选，步骤(1)所述活化剂种类根据肥料所需的营养元素要求与材料性质选用，采用混合活化剂时，活化剂之间应相互不干扰，使K与P质量比5～10:1。
作为优选，步骤(1)所述增碳剂预处理时，活化剂溶液营养元素计浓度和为1～5mol/L，浸渍时间不少于3h。
作为优选，步骤(2)所述原始污泥预处理时，活化增碳剂与原始污泥的绝干质量比例为0.3～0.5:1，根据原始污泥性质调整掺量使改性污泥有机质绝干含量稳定在75％以上。
作为优选，步骤(4)所述污泥炭化处理时，升温速度为10～30℃/min，炭化温度为700～800℃，温度稳定后炭化时间为1～2h，以便充分改善污泥孔隙结构并钝化重金属。
作为优选，步骤(5)所述污泥基活性炭粗料清洗时，用自来水将污泥基活性炭粗料清洗至pH值控制在6～8。
作为优选，步骤(2)所述原始污泥为城镇污水处理厂的剩余污泥，含水率80％左右。
与现有技术相比，本发明的优点与积极效果在于：
(1)本发明污泥在活化剂作用下，在CO2气氛下炭化，大大改善了污泥炭的孔隙结构分布，显著提高了比表面积和总孔体积等参数，使污泥炭活化为污泥基活性炭，提高了土地利用价值。
(2)本发明通过使用含K、P的活化剂，提高了污泥基活性炭中营养元素含量，减缓了营养元素释放速率，使污泥基活性炭转化为污泥基活性炭缓释肥料，使污泥高值化资源利用，产生经济效益。
(3)本发明通过加入生物质增碳剂，使污泥提高含碳量以降低灰分，同时根据季节性污泥进料性质差异调整生物质增碳剂的掺量，来保证污泥基活性炭缓释肥的产品质量稳定。
(4)本发明通过将生物质增碳剂作为活化剂载体，直接将活化增碳剂与原始污泥混合复配，相对于溶液浸渍活化，避免了污泥直接在活化剂中浸渍稀释导致脱水难、药剂浪费的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的污泥基活性炭缓释肥的制备流程图。
图2为本发明实施例提供的增碳活化污泥炭化产物与原污泥直接炭化产物扫描电镜对比图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
本发明污泥基活性炭缓释肥的制备流程如图1所示。
实施例1：一种污泥基活性炭缓释钾肥制备方法，包括如下步骤：
(1)增碳剂预处理：将花生壳送入粉碎机粉碎至1mm左右的粉末，将花生壳粉末浸渍于1mol/L(K计)的KOH溶液中，搅拌均匀后充分浸渍3h，使KOH负载于花生壳颗粒上，浸渍完毕后采用192*130根/10cm密度的滤布过滤脱水，得到活化增碳剂；
(2)原始污泥预处理：将步骤(1)中制得的活化增碳剂与含水率80％的原始污泥，按绝干质量比0.3:1进行100～200r/min混合搅拌1h，使负载KOH的花生壳颗粒均匀分散在污泥中，得到改性污泥；
(3)干化处理：将步骤(2)中制得的改性污泥送入干燥机内，在80℃温度下，将改性污泥干化至恒重，得到复合前驱体；
(4)炭化处理：将步骤(3)中制得的复合前驱体送入炭化炉中，通入CO2气体作为保护气，升温速度为20℃/min，炭化温度为700℃，温度稳定后炭化时间为2h，得到粗料；
(5)清洗干燥：待步骤(4)中制得的粗料冷却至常温后，用自来水清洗至pH值控制在6～8，在80℃下烘干至恒重，得到污泥基活性炭缓释钾肥。肥料中含钾约8wt％，含固定碳约60wt％，比表面积约500m2/g。
实施例2：一种污泥基活性炭缓释磷肥制备方法，包括如下步骤：
(1)增碳剂预处理：将秸秆送入粉碎机粉碎至1mm左右的粉末，将秸秆粉末浸渍于2mol/L(P计)的H3PO4溶液中，搅拌均匀后充分浸渍3h，使H3PO4负载于秸秆颗粒上，浸渍完毕后采用192*130根/10cm密度的滤布过滤脱水，得到活化增碳剂；
(2)原始污泥预处理：将步骤(1)中制得的活化增碳剂与含水率80％的原始污泥，按绝干质量比0.4:1进行100～200r/min混合搅拌1h，使负载H3PO4的秸秆颗粒均匀分散在污泥中，得到改性污泥；
(3)干化处理：将步骤(2)制得的改性污泥送入干燥机内，在80℃温度下，将改性污泥干化至恒重，得到复合前驱体；
(4)炭化处理：将步骤(3)中制得的复合前驱体送入炭化炉中，通入CO2气体作为保护气，升温速度为20℃/min，炭化温度为750℃，温度稳定后炭化时间为1.5h，得到粗料；
(5)清洗干燥：待步骤(4)中制得的粗料冷却至常温后，用自来水清洗至pH值控制在6～8，在80℃下烘干至恒重，得到污泥基活性炭缓释磷肥。肥料中含磷约20wt％，含固定碳约60wt％，比表面积约350m2/g。
实施例3：一种污泥基活性炭缓释复合肥制备方法，包括如下步骤：
(1)增碳剂预处理：将园林落叶与树枝送入粉碎机分别粉碎至1mm左右。两种粉末质量3:1加入活化剂溶液中浸渍，活化剂溶液含3mol/L(K计)的KCl和0.5mol/L(P计)的H3PO4。搅拌均匀后充分浸渍3h，使活化剂负载于秸秆颗粒上，浸渍完毕后采用192*130根/10cm密度的滤布过滤脱水，得到活化增碳剂；
(2)原始污泥预处理：将步骤(1)中制得的活化增碳剂与含水率80％的原始污泥，按绝干质量比0.5:1进行100～200r/min混合搅拌1h，使活化增碳剂颗粒均匀分散在污泥中，得到改性污泥；
(3)干化处理：将步骤(2)制得的改性污泥送入干燥机内，在80℃温度下，将改性污泥干化至恒重，得到复合前驱体；
(4)炭化处理：将步骤(3)中制得的复合前驱体送入炭化炉中，通入CO2气体作为保护气，升温速度为20℃/min，炭化温度为750℃，温度稳定后炭化时间为1.5h，得到粗料；
(5)清洗干燥：待步骤(4)中制得的粗料冷却至常温后，用自来水清洗至pH值控制在6～8，在80℃下烘干至恒重，得到污泥基活性炭缓释复合肥。肥料中含钾约10wt％，含磷约10wt％，含固定碳约60wt％，比表面积约550m2/g。
如图2(a)所示，为原污泥直接炭化产物扫描电镜图；如图2(b)所示，为本发明增碳活化污泥炭化产物扫描电镜图；由图2(a)、图2(b)对比可知，本发明大大改善了污泥炭的孔隙结构分布，显著提高了比表面积和总孔体积等参数。
本发明各原料的上下限、区间取值，以及制备的工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)增碳剂预处理：将生物质增碳剂加入KOH、K2CO3、KCl或H3PO4的一种或多种混合的活化剂溶液中，搅拌均匀充分浸渍，脱水后得到活化增碳剂；
(2)原始污泥预处理：向原始污泥中加入步骤(1)所述活化增碳剂，充分搅拌使活化增碳剂均匀分布在污泥中，制得改性污泥；
(3)干化处理：将步骤(2)所述改性污泥热干化至恒重，制得复合前驱体；
(4)炭化处理：在保护气CO2气氛下，对步骤(3)所述复合前驱体进行绝氧加热炭化，得到污泥基活性炭粗料；
(5)清洗干燥：清洗步骤(4)所述污泥基活性炭粗料至接近中性，干燥后即得污泥基活性炭缓释肥。
2.根据权利要求1所述的污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，步骤(1)所述生物质增碳剂为秸秆、稻壳、花生壳、木屑、树枝、落叶等农林废弃物中一种或几种混合的粉末。
3.根据权利要求1所述的污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，步骤(1)所述增碳剂预处理时，活化剂溶液营养元素计浓度和为1～5mol/L，浸渍时间不少于3h。
4.根据权利要求1所述的污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，步骤(2)所述原始污泥预处理时，活化增碳剂与原始污泥的绝干质量比例为0.3～0.5:1。
5.根据权利要求1所述的污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，步骤(4)所述污泥炭化处理时，升温速度为10～30℃/min，炭化温度为700～800℃，温度稳定后炭化时间为1～2h。
6.根据权利要求1所述的污泥基活性炭缓释肥制备方法，其特征在于，步骤(2)所述原始污泥为城镇污水处理厂的剩余污泥，含水率80％左右。
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