CN110092553A - 一种基于污泥热解固化重金属的方法 - Google Patents

一种基于污泥热解固化重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于污泥热解固化重金属的方法，所述方法包括以下步骤：对污泥进行干燥处理，并粉碎；将粉碎后的污泥与致孔颗粒混合均匀，得污泥混料；在无氧环境中将所述污泥混料进行热解，得热解污泥；将所述热解污泥与辅助粉体混合均匀后，进行活化，得生物炭，所述辅助粉体为壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的混合物。该方法能够将重金属元素和生物炭以稳定的形式结合在一起，重金属被稳定固化在生物炭中，在强酸强碱高温低温等恶劣环境均难以浸出，从而不会对环境造成污染。

Description

一种基于污泥热解固化重金属的方法
技术领域
本发明涉及污泥得处理，特别涉及一种基于污泥热解固化重金属的方法。
背景技术
传统方法中，污泥，特别是重金属含量较高得污泥常用处理方法为填埋和焚烧，填埋将危险废物填埋于抗压及双层不透水材质所构筑并设有阻止污染物外泄，而且填埋占地面积较大，填埋操作复杂，产生的渗滤液危害大，难以处理。焚烧也只能作为减量化的技术，焚烧残渣仍要进行填埋处理。同时，在焚烧过程中，容易产生二噁英，存在二次污染问题。将污泥热解固化制成生物炭是一种更为高效、无害得方法，这种方法所得生物炭能够作为吸附剂再次使用，然而，目前得污泥固化形成得生物炭吸附能力较差，生物炭强度较低，使用价值不大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于污泥热解固化重金属的方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种基于污泥热解固化重金属的方法，所述方法包括以下步骤：
S10、对污泥进行干燥处理，并粉碎；
S20、将粉碎后的污泥与致孔颗粒混合均匀，得污泥混料；
S30、在无氧环境中将所述污泥混料进行热解，得热解污泥；
S40、将所述热解污泥与辅助粉体混合均匀后，进行活化，得生物炭，所述辅助粉体为壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的混合物。
进一步地，所述致孔颗粒为废塑料颗粒。
进一步地，所述致孔颗粒的重量为所述污泥重量的5~35%。
进一步地，所述步骤S40中再次加入所述致孔颗粒，再次加入的所述致孔颗粒的重量与所述辅助粉体的重量比为：0.1~1：1。
进一步地，步骤S40中，所述辅助粉体的重量为热解污泥重量的5~10%。
进一步地，步骤S40中，壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的重量比为1：2~5。
进一步地，步骤S10中，干燥处理后的污泥含水率不超过40%，粉碎后的污泥平均直径小于等于5mm。
进一步地，热解温度为550~700℃；活化温度大于等于700℃。
进一步地，步骤S30中，升温速率为15~20℃/min，升温至550~700℃后，保温至少2h。
进一步地，所述方法还包括步骤S50、将所得生物炭冷却至室温，然后在-50～-35℃下冷冻2h以上。
本发明实施例提供了一种基于污泥热解固化重金属的方法，该方法能够将重金属元素和生物炭以稳定的形式结合在一起，重金属被稳定固化在生物炭中，在强酸强碱高温低温等恶劣环境均难以浸出，从而不会对环境造成污染。实现对含重金属的电镀污泥等无害化处置，解决重金属对环境的污染问题。而且，得到得生物炭吸附能力强，强度较高，不仅能够用于污水处理、污染土壤的处理，实现对重金属的吸附，而且还能够用作建筑填料，提高了生物炭的使用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的实施例提供了一种基于污泥热解固化重金属的方法，所述方法包括以下步骤：
S10、对污泥进行干燥处理，并粉碎；
S20、将粉碎后的污泥与致孔颗粒混合均匀，得污泥混料；
S30、在无氧环境中将污泥混料进行热解，得热解污泥；
S40、将热解污泥与辅助粉体混合均匀后，进行活化，得生物炭，辅助粉体为壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的混合物。
热解可以在热解炉内进行，无氧环境可以在热解炉内通入惰性气体氮气作为缓冲气而实现，从而保证炉内的厌氧还原氛围。热解过程中，污泥中部分低沸点有机物挥发，大部分有机物以还原态的固体炭或有机物形式存留下来，形成生物炭。泥中的重金属元素在此热解过程中发生形态的转变，由可交换态变成残渣态，与生物炭通过特定的方式结合在一起，达到极为稳定的状态。此时生物炭在酸碱浸泡、高温低温等恶劣条件下均呈稳定状态，其中的重金属无法浸出至环境中，从而对环境无害。致孔颗粒能够增加生物炭中的空隙，增加生物炭的表面积，提高生物炭的吸附能力。辅助粉体能够增加生物炭的强度。本发明实施例中的污泥包括但不限于电镀污泥、印染污泥和酸碱中和污泥。壳聚糖增加了生物炭上官能团类型，增大了生物炭上的活性位点，有利于提高生物炭的吸附容量和吸附效率。
致孔颗粒可以选用碳酸盐等无机致孔剂，但优选地，致孔颗粒为废塑料颗粒。废塑料作为致孔剂能够实现对生活垃圾的高效利用，充分体现了清洁生产和循环经济理念。
在本发明的一些实施例中，致孔颗粒的重量为污泥重量的5~35%。
在本发明的一些实施例中，步骤S40中再次加入致孔颗粒，再次加入的致孔颗粒的重量与辅助粉体的重量比为：0.1~1：1。再次加入致孔颗粒能够减少活化过程中温度过高改变生物炭的空隙结构，减少甚至避免生物炭孔隙率下降。
在本发明的一些实施例中，步骤S40中，辅助粉体的重量为热解污泥重量的5~10%。
在本发明的一些实施例中，步骤S40中，壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的重量比为1：2~5。
在本发明的一些实施例中，步骤S10中，干燥处理后的污泥含水率不超过40%，粉碎后的污泥平均直径小于等于5mm。
在本发明的一些实施例中，热解温度为550~700℃；活化温度大于等于700℃。
在本发明的一些实施例中，步骤S30中，升温速率为15~20℃/min，升温至550~700℃后，保温至少2h。研究发现，即使温度超过1000℃，如1300℃，生物炭的孔隙结构仍较好保持，吸附能力仍较好。
在本发明的一些实施例中，方法还包括步骤S50、将所得生物炭冷却至室温，然后在-50～-35℃下冷冻2h以上。冷冻处理有助于提高生物炭的强度。
下面结合具体是实施例对本发明的基于污泥热解固化重金属的方法进行说明，可以理解的是，本发明并不限于以下实施例：
实施例一
S10、将含水率高于60%的电镀污泥进行脱水，使其含水率降至40%，干燥处理后污泥为2000kg，然后粉碎，粉碎后的污泥平均直径约等于5mm；
S20、将粉碎后的污泥与100kg、平均直径为5mm的废塑料颗粒混合均匀，得污泥混料；
S30、向热解炉内通入惰性气体氮气作为缓冲气，将污泥混料进行热解，其中升温速率为15℃/min，升温至550℃后，保温2h，得热解污泥；
S40、将热解污泥与200kg辅助粉体混合均匀后，再次加入20kg废塑料颗粒，活化，活化温度约为750℃，得生物炭，辅助粉体为壳聚糖与高岭土的混合物；壳聚糖与高岭土的重量比为1：2；
步骤S50、将所得生物炭冷却至室温25℃，然后在-50℃下冷冻2.5h。
实施例二
S10、将含水率高于60%的印染污泥进行脱水，使其含水率降至40%，干燥处理后污泥为2000kg，然后粉碎，粉碎后的污泥平均直径约等于4mm；
S20、将粉碎后的污泥与400kg、平均直径为4mm的废塑料颗粒混合均匀，得污泥混料；
S30、向热解炉内通入惰性气体氮气作为缓冲气，将污泥混料进行热解，其中升温速率为18℃/min，升温至650℃后，保温3h，得热解污泥；
S40、将热解污泥与200kg辅助粉体混合均匀后，再次加入24kg废塑料颗粒，活化，活化温度约为850℃，得生物炭，辅助粉体为壳聚糖与高岭土和生石灰的混合物；壳聚糖、高岭土、生石灰重量比为1：2：1；
步骤S50、将所得生物炭冷却至室温25℃，然后在-35℃下冷冻3h。
实施例三
S10、将含水率高于60%的酸碱中和污泥进行脱水，使其含水率降至40%，干燥处理后污泥为2000kg，然后粉碎，粉碎后的污泥平均直径约等于5mm；
S20、将粉碎后的污泥与100kg、平均直径为5mm的废塑料颗粒混合均匀，得污泥混料%；
S30、向热解炉内通入惰性气体氮气作为缓冲气，将污泥混料进行热解，其中升温速率为15℃/min，升温至600℃后，保温2h，得热解污泥；
S40、将热解污泥与200kg辅助粉体混合均匀后，再次加入20kg废塑料颗粒，活化，活化温度约为1360℃，得生物炭，辅助粉体为壳聚糖与高岭土的混合物；壳聚糖与高岭土的重量比为1：3；
步骤S50、将所得生物炭冷却至室温25℃，然后在-45℃下冷冻3.5h。
结果测试：
表1 实施例一至实施例三，三种重金属污泥的重金属含量
表2 实施例一至实施例三，三种污泥制备生物炭浸出液中的重金属含量
（注：“-”代表未检出）
表1为电镀、印染、酸碱中和三种含重金属的污泥所制备出生物炭产品中的重金属元素含量。表2为三种污泥所制备生物炭浸出液中的重金属元素含量。浸出试验参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ557-2010）进行。
由表1可知，三种污泥中重金属含量较高，其中电镀污泥中重金属含量最高，铜、铬、镍、锌等元素含量较高。而经由本发明实施例的方法的厌氧热解后，产生的生物炭产品，可见表2，对其进行浸出实验，发现浸出液中重金属含量极低，均为维护未检出或低于0.1mg/L，远远低于危《险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.1-2007）中的国家标准。因此，污泥中的重金属已安全固化在生物炭中，不会浸出至环境中造成影响，呈稳定状态。因此，通过本技术方案，可实现电镀污泥中重金属元素的固化，实现危险废物的减量化、无害化和资源化。再者，实施例一至实施例三所得的生物炭强度也符合建筑材料相关标准，可用于路基材料的填筑，浇筑梁、板、框架等。
将实施例一至实施例三所得的生物炭用于铅污染的污水处理，吸附结果见表3。
根据本发明实施例中污泥的其他操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S10、对污泥进行干燥处理，并粉碎；
S20、将粉碎后的污泥与致孔颗粒混合均匀，得污泥混料；
S30、在无氧环境中将所述污泥混料进行热解，得热解污泥；
S40、将所述热解污泥与辅助粉体混合均匀后，进行活化，得生物炭，所述辅助粉体为壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的混合物。
2.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，所述致孔颗粒为废塑料颗粒。
3.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，所述致孔颗粒的重量为所述污泥重量的5~35%。
4.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，在步骤S40中再次加入所述致孔颗粒，再次加入的所述致孔颗粒的重量与所述辅助粉体的重量比为：0.1~1：1。
5.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，步骤S40中，所述辅助粉体的重量为热解污泥重量的5~10%。
6.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，步骤S40中，壳聚糖与高岭土、生石灰、粉煤灰、膨润土、硅酸钠中至少一种的重量比为1：2~5。
7.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，步骤S10中，干燥处理后的污泥含水率不超过40%，粉碎后的污泥平均直径小于等于5mm。
8.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，热解温度为550~700℃；活化温度大于等于700℃。
9.根据权利要求8所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，步骤S30中，升温速率为15~20℃/min，升温至550~700℃后，保温至少2h。
10.根据权利要求1所述的基于污泥热解固化重金属的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤S50、将所得生物炭冷却至室温，然后在-50～-35℃下冷冻2h以上。
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