[發明專利]一種利用污水廠剩余污泥制備生物炭的方法

在審

• 申請號: 201710580500.0
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107188386A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 劉建偉;印定坤
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: C02F11/10
• 分類號: C02F11/10;C02F11/02;C02F11/12;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于固體廢棄物資源化領域，特別涉及一種城市污水廠剩余污泥制備生物炭的方法。

背景技術

目前，隨著城市生活污水廠的普及，城市污水處理過程產生的剩余污泥也隨之增多，但是污泥處理相較于污水處理要困難得多。現有很多污水處理廠的污泥處理率不高、處理效率低且處理成本高，最終導致大量城市污泥簡單填埋、堆放或隨意傾倒，從而對環境造成較大污染危害。因此，城市污水廠剩余污泥的處理，是城市污水廠亟需解決的重要問題之一。另一方面，城市污水廠出水重金屬離子、氮和磷污染較難解決，缺乏高效的吸附劑，同時廢氣中惡臭物質和揮發性有機化合物的去除也需要高效的固體吸附劑。

將城市污水廠污泥進行熱水解、脫水和炭化制備生物炭越來越引起廣泛的重視。制取的生物炭可用于污水處理過程中的脫氮、除磷以及廢氣中惡臭、揮發性有機化合物的去除。以城市污水廠剩余污泥制取生物炭，能夠達到固體廢棄物的減量化、無害化和資源循環利用的目的。

發明內容

考慮到以往的污水廠剩余污泥資源化處理的不足，本發明提出一種利用污水廠剩余污泥制備生物炭的方法，提高城市污水廠污泥的無害化和資源化處理率。本發明的另一目的是提供一種能夠高效去除污水中重金屬、氮和磷去除的生物炭材料。

為實現上述目的，本發明提供一種利用污水廠剩余污泥制備生物炭的方法，其步驟為：

濕熱水解：采用污泥泵將污泥打入水解反應器，通入高溫蒸汽，在高壓狀態下，并加入稀HCl作催化劑，將污泥中的有機物水解，破壞細胞壁，把的大分子鏈斷為小分子鏈，得到液態狀泥水混合物。

生物干化：將濕熱水解的泥水混合物送入強制通風槽式好氧發酵裝置進行生物干化，生物干化后污泥含水量控制在55-58％。

脫水：將生物干化后的污泥采用板框壓濾機進行脫水，含水率降至 38％-40％。

炭化：脫水后的污泥送入炭化爐進行炭化，以梯度升溫速率加熱至一定溫度后，按一定流速通入惰性氣體保溫一定時間，進行炭化，冷卻至室溫后制得生物炭。

活化：將炭化后的產物與稀HCl混合，去除產物中所含的無機雜質，之后用蒸餾水漂洗。

所述的濕熱水解過程通入180-200℃飽和蒸汽到1.0-1.3MPa壓力下攪拌反應1h，將污泥中的有機物水解，破壞細胞壁，把的大分子鏈斷為小分子鏈。

所述的濕熱水解過程在樣品中加入濃度為0.5mol/L的稀HCl處理劑。

所述的生物干化溫度為90℃，采用強制通風槽式好氧發酵裝置，通風強度為140-160L/h.kg，干化時間120h。

所述的脫水是將生物干化后的污泥采用板框壓濾機進行脫水，其含水率降至38％-40％。

所述的炭化是在惰性氣體的保護下以10℃/min的升溫速率升溫至 400-450℃。

所述的惰性氣體為流動的氮氣，所述氮氣的流速為500L/min，所述在惰性氣體中的保溫時間為60min。

所述的活化是指炭化后的產物與5mol/LHCl混合，去除產物所含的無機雜質，用蒸餾水漂洗至水中Cl^-1濃度不能檢出。

本發明的一種利用污水廠剩余污泥制備生物炭的方法具有如下優點：

1.通過濕熱水解、生物干化、炭化和活化制備的污泥生物炭相較于其他污泥處理措施而言制備的生物炭活性高，運行操作與維護簡單，無二次污染。

2.所制備的生物炭不僅可以作為廉價的吸附劑供污水處理使用，還可以通過用于廢氣處理。

3.污泥炭化制備生物炭可實現污水廠污泥的資源化利用。

具體實施方式

下面對本發明的技術方案做進一步具體的說明，而不是限制本發明。

實施例1：

來自城市污水廠，含水率為85-90％的剩余污泥用污泥泵將污泥打入水解反應器，通入190℃蒸汽，工作壓力控制在1.2MPa，加入稀HCl處理劑，反應1h，將污泥中的有機物水解，破壞細胞壁，把的大分子鏈斷為小分子鏈，得到液態狀泥水混合物。將濕熱水解的泥水混合物送入強化通風槽式好氧發酵裝置進行生物干化，通風強度為150L/h·kg，干化時間120h，生物干化后污泥含水量控制在56％。將生物干化后的污泥采用板框壓濾機進行脫水，含水率降至38％。干化后的污泥送入炭化爐進行炭化，在惰性氣體的保護下以 10℃/min的升溫速率升溫至450℃，炭化2h，冷卻至室溫后制得生物炭。然后再將炭化固態產物與5mol/LHCl混合去除產物中所含的無機雜質。即得到活化后的生物炭，可用作污水處理中重金屬離子和氮磷的去除。