申请日2018.08.20
公开(公告)日2018.12.11
IPC分类号C01B32/05; C02F11/12
摘要
本发明属于属于废水处理及污泥资源化利用技术领域，公开了一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法，具体步骤为：(1)水热处理：将污水厂脱水污泥送入水热反应器中，微波辅助加热进行水热反应，得到混合料液A';(2)将得到的混合料液A'进行固液分离，固体产物水洗、干燥，得到含水量小于10%的混合物料A;(3)混匀：混合物料A与冷凝油均匀混合，得到混合物料B;(4)将混合物料B经低温烘焙;(5)碳化处理：首先将烘焙固体产物进行预碳化处理;然后进行二次碳化处理，得到碳基材料。本申请能够实现污泥向污泥碳材料的定向转换，提高污泥碳产量;提高污泥碳中的有效磷和有效氮的含量;降低污泥碳中的重金属含量。
权利要求书
1.一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)水热处理：将污水厂脱水污泥送入水热反应器中，密闭，控制水热反应器内压力为1atm～2atm，加热温度为100℃～200℃，微波辅助加热进行水热反应30min～50min，得到混合料液A';
(2)将得到的混合料液A'进行固液分离，固体产物水洗、40℃～60℃干燥，得到含水量小于10%的混合物料A;
(3)混匀：混合物料A与冷凝油均匀混合，得到混合物料B;
(4)将混合物料B经低温烘焙得到烘焙固体产物和烘焙气体产物;
(5)碳化处理：首先将烘焙固体产物在惰性气体的保护下进行预碳化处理，得到预碳化产物;然后将预碳化产物再进行二次碳化处理，得到碳基材料。
2.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，烘焙气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与步骤(2)得到的混合物料A混合。
3.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，步骤(1)中控制微波功率为100w～700w。
4.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，步骤(1)中控制微波功率为300w～500w。
5.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，步骤(4)的烘焙温度为200℃～300℃，停留时间为3h～5h。
6.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，步骤(5)预碳化处理温度为350℃～500℃，停留时间为1.5h～2.5h;二次碳化处理温度为500℃～800℃，停留时间为0.5h～2h;所述惰性气体为氮气或者氩气中的一种。
7.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，所述烘焙气体产物冷凝过程所产生的不凝燃气经过燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气作为低温烘焙、预碳化处理和二次碳化处理过程的热源。
8.如权利要求1所述的利用脱水污泥制备碳基材料的方法，其特征在于，所述碳基材料为污泥碳。
说明书
一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法
技术领域
本发明属于废水处理及污泥资源化利用技术领域，特别涉及一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法。
背景技术
污泥是污水处理厂好氧生物处理过程中产生的一种副产物。根据相关部门的调查，我国2010年末至2015年末，我国城镇污水处理厂污水处理能力由1.24亿立方米/日增长至1.7亿立方米/日，由此估算出污泥产生量(含水率80%)的区间由2200-4500万吨/年提供至3000-6200万吨/年。污水处理量的增长，会导致污泥产生量的持续上升。但是，在我国由于受到经济、技术和管理水平等因素的限制，国内各地污水处理厂的污泥无害化处置率仅仅约为56%，往往不经过无害化处理便简单填埋，甚者无序堆存，污泥无害化处置的比例偏低，这与我国城镇污水处理率91.90%、县城污水处理率为85.22%的状况相距甚远。污泥产生的环境问题越来越严重，这使得污泥的妥善处理处置越来越受到公众的关注。
污泥处理与处置的目的主要由以下4个方面：(1)减量化，即减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用;(2)稳定化，即通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染;(3)无害化，即达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等;(4)资源化，即在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的。因此，寻求经济有效的减量化、稳定化、无害化和资源化的污泥处理利用技术具有重要意义。
因为污泥的成份较为复杂，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体。同时污泥是一种富碳废弃物，可作为制备碳材料的原料，而且碳化工艺简单，污泥炭材料制备和应用倍受青睐，已成污泥资源化利用的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法。
为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种利用脱水污泥制备碳基材料的方法，具体步骤为：
(1)水热处理：将污水厂脱水污泥送入水热反应器中，密闭，控制水热反应器内压力为1atm～2atm，加热温度为100℃～200℃，微波辅助加热进行水热反应30min～50min，得到混合料液A';
(2)将得到的混合料液A'进行固液分离，固体产物水洗、40℃～60℃干燥，得到含水量小于10%的混合物料A;
(3)混匀：混合物料A与冷凝油均匀混合，得到混合物料B;
(4)将混合物料B经低温烘焙得到烘焙固体产物和烘焙气体产物;
(5)碳化处理：首先将烘焙固体产物在惰性气体的保护下进行预碳化处理，得到预碳化产物;然后将预碳化产物再进行二次碳化处理，得到碳基材料。
进一步的，烘焙气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与步骤(2)得到的混合物料A混合。
进一步的，步骤(1)中控制微波功率为100w～700w。
进一步的，步骤(1)中控制微波功率为300w～500w。
进一步的，步骤(4)的烘焙温度为200℃～300℃，停留时间为3h～5h。
进一步的，步骤(5)预碳化处理温度为350℃～500℃，停留时间为1.5h～2.5h;二次碳化处理温度为500℃～800℃，停留时间为0.5h～2h;所述惰性气体为氮气或者氩气中的一种;
进一步的，所述气体产物冷凝过程所产生的不凝燃气经过燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气作为低温烘焙、预碳化处理和二次碳化处理过程的热源。
进一步的，所述碳基材料为污泥碳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够实现污泥向污泥碳材料的定向转换，从而提高污泥碳产量;产生的污泥碳中的有效磷和有效氮的含量较原污泥中均有所增加;产生的污泥碳中的重金属含量较原污泥中有所降低。
