CN115028327A - 一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，包括：将螺旋藻与高无机质污泥混合，调整物料含水率、反应温度和时间，开展协同水热碳化反应。所获得的液相中COD、VFA、TN和NH4 +‑N等浓度上升显著，最高增幅达320％；水热炭碳化程度不断提高接近低品位煤，燃烧性能提高，有效拓宽了水热炭的应用途径。
Description
技术领域
本发明属于高无机质污泥处理领域，具体涉及一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，通过添加螺旋藻协同污泥共水热碳化，可大大提升产物性能，拓宽产物利用途径。
背景技术
近年来，随着城市和经济发展，我国城市污水处理量和污泥产量增长迅速，以往重水轻泥的思想导致污泥处理处置问题日益突出，形势十分严峻。与发达国家相比，我国城镇污水处理厂污泥有机质含量低、含砂量高和污染物种类多，具有资源与污染双重属性。
以重庆为代表的山地城市污水处理厂进水无机质浓度普遍偏高，且平均粒径小于200μm，污水厂现有除砂设备难以去除，大部分细微泥砂随剩余污泥一起排除，导致污泥中无机质含量偏高。
目前常用的污泥处置方式主要包括土地利用、建材利用和卫生填埋等，相应的处理技术主要包括污泥厌氧消化、好氧发酵和干化焚烧等，但受到碳排放、污泥中重金属等污染物及有机质含量的限制，这些处理技术和处置方式都不太适用于高无机质污泥。
利用水热碳化技术处理高无机质污泥是可行的。通过水热碳化过程可以实现污泥中有机质在液相中富集，有利于从液相产物中回收N和P等营养物质；无机质留存在水热炭中，实现了污泥中有机质和无机质的分离。通过设置不同的温度和反应时长，可以调整水热碳化的产物分布及性质，便于后续利用。但受污泥中无机质含量过高的影响，水热炭中无机质高达83.57％，而污泥中的有机质又大量溶解到液相中，导致水热炭的高位热值低于污泥原料，燃烧性能差。
因此，急需一种提升高无机质污泥水热碳化产物性能的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法。本发明通过添加螺旋藻协同污泥共水热碳化，促进有机物在液相产物中进一步富集，有利于从液相产物中回收N和P等营养物质；增强水热炭的碳化作用，提高燃烧热值，改善材料性能，大大拓宽了产物的利用途径。
SS:污泥，SP:螺旋藻。
以SS:SP＝4:1、3:2、1:1、2:3、1:4为例，各比例条件下所产生的水热炭分别标记为SP4:1、 SP3:2、SP1:1、SP2:3、SP1:4。
HHV＝0.349C+1.1783H+0.1005S-0.1034O-0.0015N-0.0211A(MJ·kg-1)。
本发明通过以下步骤实现上述技术目的：
将污泥原料与螺旋藻按不同比例混合，调节料液比、反应温度和时长，开展协同水热碳化反应，收集反应结束后的产物。
进一步的，所述高无机质污泥中无机质含量高达66.28％，其中无机质以粒径小于200μm 的石英砂为主。
进一步的，所述污泥原料与螺旋藻混合比例采用4:1、3:2、1:1、2:3、1:4五个比例，反应原料总质量为10g，具体情况见表3。
进一步的，所述协同水热碳化反应过程中料液比采用1:20，称取反应原料10g，量取去离子水200mL，搅拌混合加入反应釜中。
进一步的，所述协同水热碳化反应条件设置为，稳定升温至220℃，反应2.0h。
进一步的，所述产物性能提升效果具体体现在，所获得的液相中COD、VFAs、TN和NH4 +- N等浓度上升显著，最高增幅达320％；水热炭碳化程度不断提高接近低品位煤，燃烧热值由 5.56MJ/kg上升至14.62MJ/kg，拓宽了水热炭的应用途径。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用水热碳化技术处理高无机质污泥是可行的。通过水热碳化过程可以实现污泥中有机质在液相中富集，有利于从液相产物中回收N和P等营养物质；无机质留存在水热炭中，实现了污泥中有机质和无机质的分离。通过设置不同反应条件，可以调整水热碳化的产物分布及性质，便于后续利用。
2、本发明选用不同生物质混合污泥协同水热碳化可以获得不同的水热炭材料，添加螺旋藻增加了原料中的蛋白质和脂质含量，大大提高了水热炭的燃烧性能，可用作清洁燃料。
3、本发明采用协同水热碳化提升产物性能是可行的。通过协同水热碳化，水热炭的C含量和高位热值大大提高，超过污泥原料，无机质占比明显下降，水热炭的燃烧性能得到很好的改善。此外，水热炭中H/C和O/C原子摩尔比呈下降趋势，C＝C官能团增强，水热炭的芳香结构增加，碳化程度提高。有机物在液相中再次富集，液相中各化学组分浓度大幅上升，便于后续回收利用，拓宽了污泥的资源化利用途径。
附图说明
图1为本发明试验例1中不同SS:SP条件下液相产物中COD浓度。
图2为本发明试验例1中不同SS:SP条件下液相产物中VFAs浓度。
图3为本发明试验例1中不同SS:SP条件下液相产物中含氮物质及总氮浓度。
图4为本发明试验例1中水热炭外观形貌。
图5为本发明试验例1中水热炭燃烧特性曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例中所采用的污泥取自重庆市某污水处理厂，该污泥是市政污水经AAO工艺处理后进入浓缩池的污泥。将新鲜的剩余污泥置于鼓风干燥箱中于105℃下烘干，利用万能高速粉碎机将其打碎，然后反复研磨过100目筛，将过筛后的污泥样品密闭保存在自封袋放于干燥皿中保存，污泥具体参数见表1。
实施例中将螺旋藻置于鼓风干燥箱中于105℃下烘干，利用万能高速粉碎机将其打碎，然后反复研磨过100目筛，将过筛后的螺旋藻样品密闭保存在自封袋放于干燥皿中保存，螺旋藻具体参数见表2。
试验例1
将污泥同螺旋藻(SP)按照4:1、3:2、1:1、2:3、1:4的比例混合，液料比设定为1:20，反应物总量控制在200g，反应原料总量控制在10g，具体情况见表3。调配好反应原料后，搅拌均匀加入反应釜中，恒定升温至220℃，反应2.0h。待反应结束后，分离固、液相产物，分别储存分析。
液相产物中各化学组分浓度变化情况如图1～图3所示，均有不同程度的上升；
水热炭外观形貌见图4，水热炭燃烧特性曲线见图5，所得水热炭特征分析见表4。
表4水热炭的特征分析
对比例：
取10g干燥污泥粉末和200mL的去离子水加入至水热反应釜中，搅拌混合均匀。恒定升温至220℃，反应2.0h。待反应结束后，分离固、液相产物，分别储存分析。
Claims (5)
1.本发明提供了一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将螺旋藻与高无机质污泥按一定比例混合，调整物料含水率、反应温度(180℃～260℃)和时间(0.5h～6.0h)，开展协同水热碳化反应，组合方式包括但不限于上述情况；
步骤2，经水热碳化反应后，所得产物经过真空抽滤实现固液分离，可以获得协同水热碳化制备的液相产物与固体燃料。
2.根据权利要求1所述一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，所述高无机质污泥无机质含量高达66.28％，其中无机质以粒径小于200μm的石英砂为主，污泥基本特征见表1：
表1污泥原料基本特征分析
3.根据权利要求1所述一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，协同水热碳化过程中采用螺旋藻，螺旋藻基本特征见表2：
表2螺旋藻的基本特征分析
4.根据权利要求1所述一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，其特征在于，螺旋藻与高无机质污泥混合比例以及料液比可以按不同情况进行组合，以污泥：螺旋藻＝4:1、3:2、1:1、2:3、1:4，料液比1:20为例，具体情况见表3：
表3协同水热碳化物料添加情况
5.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻提高高无机质污泥水热碳化产物性能方法，其特征在于，所述步骤2中固液分离采用真空抽滤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220909 |