CN115572033B - 一种制备污泥碳的两级碳化***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备污泥碳的两级碳化***和方法，包括：调理脱水单元，用于制作泥饼，污泥干化单元，用于将泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化，减压碳化单元和增压碳化单元，依次碳化骨架系污泥颗粒，该制备污泥碳的两级碳化***通过减压碳化与增压碳化两级联用，先进行减压碳化，后进行增压碳化，在污泥颗粒表面形成气体疏通孔道，提高污泥颗粒的污泥碳比表面积增加。

Description

一种制备污泥碳的两级碳化***和方法
技术领域
本发明属于污泥碳制备技术领域，更具体地，涉及一种制备污泥碳的两级碳化***和方法。
背景技术
污泥碳是指污泥在隔绝空气条件下经碳化反应获得的黑色固体材料，具备一定的吸附能力，可用于吸附材料、载体材料、骨架材料等。近年来，随着污泥碳化工程的推广应用，污泥碳总产量越来越大，污泥碳应用途径及效果已构成制约污泥碳化工程正常运行的关键因素。
在现有工况下，污泥碳的比表面积通常低于80m2/g，吸附能力低，用于吸附材料时性能不佳，应用受限。
以污泥碳、椰壳炭等生物炭吸附液相中污染物时，污染物吸附在生物炭表面，导致生物炭的吸附能力不能得到有效表达，从而制约了生物炭的吸附能力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种制备污泥碳的两级碳化***，该制备污泥碳的两级碳化***通过减压碳化与增压碳化两级联用，先进行减压碳化，后进行增压碳化，在污泥颗粒表面形成气体疏通孔道，提高污泥颗粒的污泥碳比表面积增加。
为了实现上述目的，本发明提供一种制备污泥碳的两级碳化***，包括：
调理脱水单元，用于制作泥饼；
污泥干化单元，用于将所述泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
减压碳化单元和增压碳化单元，依次碳化所述骨架系污泥颗粒。
一种制备污泥碳的两级碳化方法，利用上述的制备污泥碳的两级碳化***，包括：
将污泥与支撑骨架混合并深度脱水制成泥饼；
将泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
将干化后的骨架系污泥颗粒在减压条件下碳化至形成气体疏通孔道；
在增压条件下二次碳化骨架系污泥颗粒，扩大和/或增加气体疏通孔道。
可选地，所述骨架系污泥颗粒的支撑骨架包括生物质骨架和生物炭骨架中至少一个。
可选地，所述支撑骨架的粒径为0.5mm～5mm。
可选地，所述支撑骨架添加比例为20％～50％。
可选地，干化后的所述骨架系污泥颗粒含水率为10％～20％。
可选地，所述骨架系污泥颗粒的粒径为5mm～10mm。
可选地，所述减压条件包括温度为300～450℃，表压为-50～-10kPa。
可选地，所述增压条件包括温度为600～800℃，表压为10～50kPa。
可选地，碳化时长不少于30min。
本发明提供一种制备污泥碳的两级碳化***，其有益效果在于：
1、该制备污泥碳的两级碳化***通过减压碳化与增压碳化两级联用，先进行减压碳化，后进行增压碳化，在污泥颗粒表面形成气体疏通孔道，提高污泥颗粒的污泥碳比表面积增加。
2、先通过第一级减压碳化，通过降低***压力差提高污泥颗粒表面气体脱附动力，促进污泥颗粒内部挥发分快速析出并完成脱附，从而达到在物料挥发分大量析出阶段快速打孔的目的，再通过第二级增压碳化，通过增压实现在高温条件下，增加挥发分在颗粒表面及内部的停留时间，从而实现挥发分与生物质碳的二次裂解的发生概率，从而实现在高温条件下的扩孔和造孔的目的。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种制备污泥碳的两级碳化***的流程示意图。
附图标记说明：
1、调理脱水单元；2、污泥干化单元；3、减压碳化单元；4、增压碳化单元。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种制备污泥碳的两级碳化***的流程示意图。
如图1所示，一种制备污泥碳的两级碳化***，包括：
调理脱水单元1，用于制作泥饼；
污泥干化单元2，用于将泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
减压碳化单元3和增压碳化单元4，依次碳化骨架系污泥颗粒。
具体的，骨架系污泥颗粒的支撑骨架的粒径为0.5mm～5mm，添加比例为20％～50％，减压碳化与增压碳化两级联用，先进行减压碳化，后进行增压碳化，在污泥颗粒表面形成气体疏通孔道，提高污泥颗粒的污泥碳比表面积增加。
进一步，第一级减压碳化，通过降低***压力差提高污泥颗粒表面气体脱附动力，促进污泥颗粒内部挥发分快速析出并完成脱附，从而达到在物料挥发分大量析出阶段快速打孔的目的；
第二级增压碳化，通过增压实现在高温条件下，增加挥发分在颗粒表面及内部的停留时间，从而实现挥发分与生物质碳的二次裂解的发生概率，从而实现在高温条件下的扩孔和造孔的目的
一种制备污泥碳的两级碳化方法，利用上述的制备污泥碳的两级碳化***，包括：
将污泥与支撑骨架混合并深度脱水制成泥饼；
将泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
将干化后的骨架系污泥颗粒在减压条件下碳化至形成气体疏通孔道；
在增压条件下二次碳化骨架系污泥颗粒，扩大和/或增加气体疏通孔道。
具体的，将务必依次进行污泥调理、污泥干化和减压、增压碳化，使的污泥碳比表面积增加。
进一步，制造泥饼时添加无机药剂≤2.0％，PAM：≤5‰。
进一步，将污泥与支撑骨架混合并深度脱水制成泥饼包括：
将污泥进行中温厌氧消化；
混合中温厌氧消化后的污泥泥质和支撑骨架得到骨架系污泥颗粒。
在本实施例中，骨架系污泥颗粒的支撑骨架包括生物质骨架和生物炭骨架中至少一个。
具体的，以稻壳炭、秸秆炭等生物质炭，或稻壳、秸秆等纤维素含量高的生物质为骨架支撑材料。
在本实施例中，支撑骨架的粒径为0.5mm～5mm。
在本实施例中，支撑骨架添加比例为20％～50％。
具体的，避免成品污泥颗粒过大和污泥颗粒的成型率。
进一步，支撑骨架粒径的选择主要依据污泥中有机份含量、骨架类型、干化后污泥颗粒含水率、碳化压力和温度等因素综合确定，主要目的是通过以上参数控制实现目标大孔隙的构建，以确保污泥碳内部孔隙打开，确保这些大孔隙在在液相污染物或气溶胶污染物吸附过程中发挥出功能。同时，支撑骨架粒径的确定也应考虑两级碳化后污泥碳颗粒强度。因此，支撑骨架的粒径为0.5mm～5mm，添加比例为20％～50％具有最佳效果。
在本实施例中，干化后的骨架系污泥颗粒的含水率为10％～20％。
具体的，10％～20％区间内的污泥颗粒的强度高，污泥颗粒的表面干燥，其内部由于传质阻力而截留水分。这些水分在进行两级厌氧消化时，在第一级减压碳化时，在控制碳化温度下，其内部水分伴随热解挥发分快速析出物料颗粒表面，从而在颗粒表面形成气体疏通孔道，利用气体疏通孔道增加污泥颗粒的表面积，进而提高吸附能力。
在本实施例中，骨架系污泥颗粒的粒径为5mm～10mm。
在本实施例中，减压条件包括温度为300～450℃，表压为-50～-10kPa。
在本实施例中，增压条件包括温度为600～800℃，表压为10～50kPa。
在本实施例中，碳化时长不少于30min。
实施例1
(1)高级厌氧消化污泥泥质
初沉和剩余污泥在165℃、30min后，经中温厌氧消化后，污泥含固率6.4％，灰分含量55％。
(2)污泥调理
以稻壳炭为污泥调理脱水骨架支撑材料，添加比例：50％；采用硫酸铝投加量1％，PAM投加量5‰。采用板框压滤机作为深度脱水机械，脱水后泥饼含水率56.57％。
(3)污泥干化
采用低温热泵干化机作为干化脱水机械，污泥泥饼经挤压造粒成粒径5mm的颗粒，经干化处理后，污泥含水率降低至20％。
(4)减压、增压碳化
采用减压碳化单元3和增压碳化单元4进行污泥碳化处理，其中：
减压碳化单元3：温度400℃，停留时间：30min，表压：-20kPa。
增压碳化单元4：温度700℃，停留时间：30min，表压：30kPa。
(5)污泥碳
经碳化处理后，获得污泥碳比表面积：585m2/g，亚甲基蓝吸附值：212mg/g。
实施例2
(1)高级厌氧消化污泥泥质
初沉和剩余污泥在165℃、30min后，经中温厌氧消化后，污泥含固率6.4％，灰分含量55％。
(2)污泥调理
以稻壳炭为污泥调理脱水骨架支撑材料，添加比例：50％；采用硫酸铝投加量1％，PAM投加量5‰。采用板框压滤机作为深度脱水机械，脱水后泥饼含水率58.63％。
(3)污泥干化
采用低温热泵干化机作为干化脱水机械，污泥泥饼经挤压造粒成粒径5mm的颗粒，经干化处理后，污泥含水率降低至20％。
(4)减压、增压碳化
采用减压碳化单元3和增压碳化单元4进行污泥碳化处理，其中：
减压碳化单元3：温度400℃，停留时间：30min，表压：-20kPa。
增压碳化单元4：温度700℃，停留时间：30min，表压：30kPa。
(5)污泥碳
经碳化处理后，获得污泥碳比表面积：672m2/g，亚甲基蓝吸附值：246mg/g。
实施例3
(1)高级厌氧消化污泥泥质
初沉和剩余污泥在165℃、30min后，经中温厌氧消化后，污泥含固率6.4％，灰分含量55％。
(2)污泥调理
以稻壳为污泥调理脱水骨架支撑材料，添加比例：40％；采用硫酸铝投加量1.5％，PAM投加量5‰。采用板框压滤机作为深度脱水机械，脱水后泥饼含水率55.63％。
(3)污泥干化
采用低温热泵干化机作为干化脱水机械，污泥泥饼经挤压造粒成粒径10mm的颗粒，经干化处理后，污泥含水率降低至20％。
(4)减压、增压碳化
采用减压碳化单元3和增压碳化单元4进行污泥碳化处理，其中：
减压碳化单元3：温度300℃，停留时间：45min，表压：-20kPa。
增压碳化单元4：温度700℃，停留时间：30min，表压：30kPa。
(5)污泥碳
经碳化处理后，获得污泥碳比表面积：981m2/g，亚甲基蓝吸附值：355mg/g。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种制备污泥碳的两级碳化***，其特征在于，包括：
调理脱水单元，用于制作泥饼；
污泥干化单元，用于将所述泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
减压碳化单元和增压碳化单元，依次碳化所述骨架系污泥颗粒。
2.一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，利用根据权利要求1所述的制备污泥碳的两级碳化***，包括：
将污泥与支撑骨架混合并深度脱水制成泥饼；
将泥饼制成骨架系污泥颗粒并干化；
将干化后的骨架系污泥颗粒在减压条件下碳化至形成气体疏通孔道；
在增压条件下二次碳化骨架系污泥颗粒，扩大和/或增加气体疏通孔道。
3.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述骨架系污泥颗粒的支撑骨架包括生物质骨架和生物炭骨架中至少一个。
4.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述支撑骨架的粒径为0.5mm～5mm。
5.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述支撑骨架添加比例为20％～50％。
6.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，干化后的所述骨架系污泥颗粒含水率为10％～20％。
7.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述骨架系污泥颗粒的粒径为5mm～10mm。
8.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述减压条件包括温度为300～450℃，表压为-50～-10kPa。
9.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，所述增压条件包括温度为600～800℃，表压为10～50kPa。
10.根据权利要求2所述的一种制备污泥碳的两级碳化方法，其特征在于，碳化时长不少于30min。
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