CN107188386A - 一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法 - Google Patents

一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，属于固体废弃物资源化领域。其步骤为，将污水厂剩余污泥进行湿热水解，破坏污泥的胶体结构及细胞膜壁，把的大分子链断为小分子链，得到液态状泥水混合物；将湿热水解的泥水混合物产物通过强制通风槽式好氧发酵进行生物干化，降低含水率；将干化后的污泥脱水使其含水率降低至38％‑40％；脱水后的污泥进行炭化制备成生物炭；进行生物炭的活化。本发明的方法制备的生物炭可用于污水处理，吸附污水中的重金属、氮和磷等污染物质。本方法能够实现污水厂污泥的资源化和循环利用。

Description

一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化领域，特别涉及一种城市污水厂剩余污泥制备生物炭的方法。
背景技术
目前，随着城市生活污水厂的普及，城市污水处理过程产生的剩余污泥也随之增多，但是污泥处理相较于污水处理要困难得多。现有很多污水处理厂的污泥处理率不高、处理效率低且处理成本高，最终导致大量城市污泥简单填埋、堆放或随意倾倒，从而对环境造成较大污染危害。因此，城市污水厂剩余污泥的处理，是城市污水厂亟需解决的重要问题之一。另一方面，城市污水厂出水重金属离子、氮和磷污染较难解决，缺乏高效的吸附剂，同时废气中恶臭物质和挥发性有机化合物的去除也需要高效的固体吸附剂。
将城市污水厂污泥进行热水解、脱水和炭化制备生物炭越来越引起广泛的重视。制取的生物炭可用于污水处理过程中的脱氮、除磷以及废气中恶臭、挥发性有机化合物的去除。以城市污水厂剩余污泥制取生物炭，能够达到固体废弃物的减量化、无害化和资源循环利用的目的。
发明内容
考虑到以往的污水厂剩余污泥资源化处理的不足，本发明提出一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，提高城市污水厂污泥的无害化和资源化处理率。本发明的另一目的是提供一种能够高效去除污水中重金属、氮和磷去除的生物炭材料。
为实现上述目的，本发明提供一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其步骤为：
湿热水解：采用污泥泵将污泥打入水解反应器，通入高温蒸汽，在高压状态下，并加入稀HCl作催化剂，将污泥中的有机物水解，破坏细胞壁，把的大分子链断为小分子链，得到液态状泥水混合物。
生物干化：将湿热水解的泥水混合物送入强制通风槽式好氧发酵装置进行生物干化，生物干化后污泥含水量控制在55-58％。
脱水：将生物干化后的污泥采用板框压滤机进行脱水，含水率降至 38％-40％。
炭化：脱水后的污泥送入炭化炉进行炭化，以梯度升温速率加热至一定温度后，按一定流速通入惰性气体保温一定时间，进行炭化，冷却至室温后制得生物炭。
活化：将炭化后的产物与稀HCl混合，去除产物中所含的无机杂质，之后用蒸馏水漂洗。
所述的湿热水解过程通入180-200℃饱和蒸汽到1.0-1.3MPa压力下搅拌反应1h，将污泥中的有机物水解，破坏细胞壁，把的大分子链断为小分子链。
所述的湿热水解过程在样品中加入浓度为0.5mol/L的稀HCl处理剂。
所述的生物干化温度为90℃，采用强制通风槽式好氧发酵装置，通风强度为140-160L/h.kg，干化时间120h。
所述的脱水是将生物干化后的污泥采用板框压滤机进行脱水，其含水率降至38％-40％。
所述的炭化是在惰性气体的保护下以10℃/min的升温速率升温至 400-450℃。
所述的惰性气体为流动的氮气，所述氮气的流速为500L/min，所述在惰性气体中的保温时间为60min。
所述的活化是指炭化后的产物与5mol/LHCl混合，去除产物所含的无机杂质，用蒸馏水漂洗至水中Cl-1浓度不能检出。
本发明的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法具有如下优点：
1.通过湿热水解、生物干化、炭化和活化制备的污泥生物炭相较于其他污泥处理措施而言制备的生物炭活性高，运行操作与维护简单，无二次污染。
2.所制备的生物炭不仅可以作为廉价的吸附剂供污水处理使用，还可以通过用于废气处理。
3.污泥炭化制备生物炭可实现污水厂污泥的资源化利用。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步具体的说明，而不是限制本发明。
实施例1：
来自城市污水厂，含水率为85-90％的剩余污泥用污泥泵将污泥打入水解反应器，通入190℃蒸汽，工作压力控制在1.2MPa，加入稀HCl处理剂，反应1h，将污泥中的有机物水解，破坏细胞壁，把的大分子链断为小分子链，得到液态状泥水混合物。将湿热水解的泥水混合物送入强化通风槽式好氧发酵装置进行生物干化，通风强度为150L/h·kg，干化时间120h，生物干化后污泥含水量控制在56％。将生物干化后的污泥采用板框压滤机进行脱水，含水率降至38％。干化后的污泥送入炭化炉进行炭化，在惰性气体的保护下以 10℃/min的升温速率升温至450℃，炭化2h，冷却至室温后制得生物炭。然后再将炭化固态产物与5mol/LHCl混合去除产物中所含的无机杂质。即得到活化后的生物炭，可用作污水处理中重金属离子和氮磷的去除。

Claims (9)

1.一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其步骤为：
湿热水解：采用污泥泵将污泥打入水解反应器，通入高温蒸汽，在高压状态下，并加入稀HCl作催化剂，将污泥中的有机物水解，破坏细胞壁，把的大分子链断为小分子链，得到液态状泥水混合物。
生物干化：将湿热水解的泥水混合物送入强制通风槽式好氧发酵装置进行生物干化，生物干化后污泥含水量控制在55-58％。
脱水：将生物干化后的污泥采用板框压滤机进行脱水，含水率降至38％-40％。
炭化：脱水后的污泥送入炭化炉进行炭化，以梯度升温速率加热至一定温度后，按一定流速通入惰性气体保温一定时间，进行炭化，冷却至室温后制得生物炭。
活化：将炭化后的产物与稀HCl混合，去除产物中所含的无机杂质，之后用蒸馏水漂洗。
2.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，湿热水解过程通入的饱和蒸汽温度为180-200℃，压力控制在1.0-1.3MPa，反应时间为1h。
3.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，湿热水解过程在样品中加入浓度为0.5mol/L的稀HCl作催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，生物干化温度为90℃，强制通风槽式好氧发酵装置的通风强度为140-160L/h.kg，干化时间为120h。
5.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于将生物干化后的污泥采用板框压滤机进行脱水，其含水率降至38-40％。
6.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，所述炭化过程的升温速率为10℃/min，升温至400-450℃。
7.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，所述氮气环境为流动的氮气环境，所述氮气的流速为500L/min，保温时间为60min。
8.权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于，炭化后的产物与5mol/LHCl混合，去除产物所含的无机杂质，用蒸馏水漂洗至水中Cl-1浓度不能检出。
9.根据权利要求1所述的一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，其特征在于原料污泥的含水率在85％-90％。
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