申请日2016.01.14
公开(公告)日2016.04.27
IPC分类号C01B31/10; C02F11/10; C02F11/12
摘要
一种污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，包括微爆炸剂/骨料构建调理过程、太阳能夹层干化过程和活化二段热解过程;将污泥类泥质生物质脱水后的污泥、微爆炸剂和骨料以干基的质量比8.5：0.5：1.0～6：2：2进行混合均匀后进行布料，在太阳能夹层干化系统中进行干化，再进入热解炉进行二段热解，初期炭化阶段控制温度在230℃，停留20min，再以20～40℃/min的速率升温到400℃，停留30～60min，水蒸气活化阶段通入水蒸气，流速为0.1～1L/(min·g)，热解终温温度为550-650℃，停留时间为20～60min，形成的活性炭BET为200～500m2/g，颗粒尺寸<20mm;微爆炸剂为硝酸铵、硝酸铵钾和硝酸铵钙中的一种或者几种，骨料为废旧电路板。本发明综合利用太阳能干化、微爆炸剂膨化造孔和废树脂构建骨架，提高了污泥太阳能干化效率和活性炭的品质。
权利要求书
1.一种污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：包括所述污泥类泥质生物质的微爆炸剂/骨料构建调理过程、太阳能夹层干化过程和活化二段热解过程;将所述污泥类泥质生物质脱水后的污泥、微爆炸剂和骨料混合均匀后进行布料，在太阳能夹层干化系统中进行干化，干化后的污泥再进入热解炉进行二段热解，经过初期炭化阶段和水蒸气活化阶段，完成活性炭的制取。
2.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的污泥类泥质生物质是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富营养化产生的包括蓝藻在内的含水率较高的生物质，或者是畜禽粪便和人体粪便、沼渣、中药提炼渣;该污泥类泥质生物质的含水率为80～95%。
3.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的污泥、微爆炸剂和骨料的干基混合的质量比为8.5：0.5：1.0～6：2：2。
4.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的微爆炸剂为硝酸铵、硝酸铵钾和硝酸铵钙中的一种或者几种，所述的骨料为废旧电路板。
5.根据权利要求4所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的微爆炸剂/骨料构建调理过程中，添加微爆炸剂后的污泥的真密度为1.03～1.57g/cm3，所述废旧电路板去除重金属后经过破碎，其粒径<2mm。
6.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的太阳能夹层干化过程中，布料的污泥层的厚度为1～10cm，干化后污泥的含水率<30%。
7.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的初期炭化阶段中，控制温度在230℃，停留20min，之后以20～40℃/min的速率升温，升温到400℃后停留30～60min;所述的水蒸气活化阶段中，通入水蒸气，水蒸气流速为0.1～1L/(min·g)，热解终温温度为550-650℃，停留时间为20～60min。
8.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的活性炭为粉体活性炭，其BET为200～500m2/g，颗粒尺寸<20mm。
9.根据权利要求1所述的污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：所述的活性炭制取方法包括下列步骤：
步骤一，微爆炸剂/骨料构建调理过程，将脱水后的污泥、微爆炸剂和骨料的干基以8.5：0.5：1.0～6：2：2的质量比，采用调节池或者进料过程采用高压泵进行混合均匀;
步骤二，太阳能夹层干化过程，将步骤一混合成的由微爆炸剂和骨料构建的污泥，采用人工或者高压泵直接输入太阳能夹层干化系统进行布料，污泥层的厚度保持在1～10cm之 间，晾干至污泥的含水率降到<30%;
步骤三，活化二段热解过程，将干化后的污泥进入热解炉进行热解，初期炭化阶段中，控制温度在230℃，停留20min，之后以20～40℃/min的速率升温，继续升温到400℃，停留30～60min;水蒸气活化阶段中，通入水蒸气，水蒸气流速0.1～1L/(min·g)，热解终温控制在550～650℃，停留时间为20～60min;在550～650℃的无氧或缺氧状态下，通过厌氧/缺氧热解过程获得所述活性炭，该活性炭的BET为200～500m2/g，颗粒尺寸<20mm。
说明书
一种污泥类泥质生物质的活性炭制取方法
技术领域
本发明涉及一种固体废弃物实现资源化的方法，具体涉及一种用污泥类泥质生物质制取活性炭的方法，属于环保技术领域。
背景技术
随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂的污泥产量也急剧增加。截止2013年6月底，全国已建成城镇污水处理厂3479座，污水处理能力约1.2亿立方米/日。污水处理厂大规模建成投入运营最直接的结果，是污泥产出量的大幅提升。预测到2015年，城镇污水处理厂全年湿污泥(含水率80%)的产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。目前全国城镇污水处理厂的污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而大部分未进行规范化的处理处置。污泥中含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，若不经有效的处理处置，则极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，大大降低污水处理设施的环境效益，因此必须大力发展污泥的处理处置。
污泥通常含有有机残体、菌体、无机颗粒、胶体等，其中活性污泥有机物的含量高达60%-70%，这些有机物能够用于后续的资源化利用。现有的污泥处理过程中，不管是填埋、焚烧还是堆肥，其总有部分物质不能得到有效处理或者利用，从而需要进行后续处置。
公开号CN101423212B的专利《利用污泥制备污泥活性炭的方法》，利用比例为100：10-30：1-5的污泥半焦：黏合剂：调孔剂进行均化混捏造粒，烘干后进行活化处理(880℃或900℃)，从而制得活性炭。但由于污泥具有高含水率的特性，其有机物中主要是以蛋白质、碳氢化合物等非木质素等为主，因此在污泥制取木质素过程中，需要完成脱水和热解活化来提升污泥制取的活性炭的特性。该制取过程具有特异性，其中最重要的是污泥含有大量的致密性物质，污泥首先进行脱水，而脱水本身导致了后续的缩水性，使得在污泥碳制备过程中，有机物被严重收缩，导致在热解制备碳过程中，有效孔道不能打开，从而使其最终的BET值偏低，基本只有50m2/g左右。因此有必要在干化过程中对污泥进行抗收缩处理，使抗收缩处理后的污泥在热解过程中，通过构建疏松结构来形成污泥内部孔道，利用外加活性剂，产生大量的有效微孔，从而提高污泥的活性炭性质。
目前中国已经成为电路板的全球第一生产大国，电路板年产量超过15000万m2，且年均增长率在14.4%以上。电路板年产量增加以及年增长率的加大，意味着淘汰的废旧电路板的量也随之快速增加。目前废旧电路板约占电子电气产品数量的3%左右，而且呈现逐年增加的态势;其次，电路板生产中的残次品和边角料约占总量的3%-7%，同样呈现出逐年增加之 势。电路板中除了含有较高回收价值的金属外，还含有塑料、惰性氧化物等物质，是现在处置的难点。因此，如何实现以废治废，利用电路板粉末本身具有的较强架构作用，再结合污泥的混合，通过引入电路板粉末作为其中的增碳剂，同时以其骨架作为污泥热解制碳的撑料，成为解决问题的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有污泥制备碳过程中活性炭的质量较低，无法满足后续资源化利用的不足，提供一种污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，利用微爆炸剂的膨化作用，使得污泥在干化过程中不过分减少体积，同时微爆炸剂在热解制碳过程中分解释放大量气体用于造孔，使得产生的气体与污泥中碳物质缩合，以增加后续的污泥碳得率，达到提高污泥炭的质量、价廉物美、工艺简单、碳质量高的效果，从而极大地提高社会效益和经济效益。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种污泥类泥质生物质的活性炭制取方法，其特征在于：包括所述污泥类泥质生物质的微爆炸剂/骨料构建调理过程、太阳能夹层干化过程和活化二段热解过程;将所述污泥类泥质生物质脱水后的污泥、微爆炸剂和骨料混合均匀后进行布料，在太阳能夹层干化系统中进行干化，干化后的污泥再进入热解炉进行二段热解，经过初期炭化阶段和水蒸气活化阶段，完成活性炭的制取。
进一步地，所述的污泥类泥质生物质是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富营养化产生的包括蓝藻在内的含水率较高的生物质，或者是畜禽粪便和人体粪便、沼渣、中药提炼渣;该污泥类泥质生物质的含水率为80～95%。
进一步地，所述的污泥、微爆炸剂和骨料的干基混合的质量比为8.5：0.5：1.0～6：2：2。
进一步地，所述的微爆炸剂为硝酸铵、硝酸铵钾和硝酸铵钙中的一种或者几种，所述的骨料为废旧电路板。
进一步地，所述的微爆炸剂/骨料构建调理过程中，添加微爆炸剂后的污泥的真密度为1.03～1.57g/cm3，所述废旧电路板去除重金属后经过破碎，其粒径<2mm。
进一步地，所述的太阳能夹层干化过程中，布料的污泥层的厚度为1～10cm，干化后污泥的含水率<30%。
进一步地，所述的初期炭化阶段中，控制温度在230℃，停留20min，之后以20～40℃/min的速率升温，升温到400℃后停留30～60min;所述的水蒸气活化阶段中，通入水蒸气，水蒸气流速为0.1～1L/(min·g)，热解终温温度为550-650℃，停留时间为20～60min。
进一步地，所述的活性炭为粉体活性炭，其BET为200～500m2/g，颗粒尺寸<20mm。
进一步地，所述的活性炭制取方法包括下列步骤：
步骤一，微爆炸剂/骨料构建调理过程，将脱水后的污泥、微爆炸剂和骨料的干基以8.5：0.5：1.0～6：2：2的质量比，采用调节池或者进料过程采用高压泵进行混合均匀;
步骤二，太阳能夹层干化过程，将步骤一混合成的由微爆炸剂和骨料构建的污泥，采用人工或者高压泵直接输入太阳能夹层干化系统进行布料，污泥层的厚度保持在1～10cm之间，晾干至污泥的含水率降到<30%;
步骤三，活化二段热解过程，将干化后的污泥进入热解炉进行热解，初期炭化阶段中，控制温度在230℃，停留20min，之后以20～40℃/min的速率升温，继续升温到400℃，停留30～60min;水蒸气活化阶段中，通入水蒸气，水蒸气流速0.1～1L/(min·g)，热解终温控制在550～650℃，停留时间为20～60min;在550～650℃的无氧或缺氧状态下，通过厌氧/缺氧热解过程获得所述活性炭，该活性炭的BET为200～500m2/g，颗粒尺寸<20mm。
与现有技术相比，本发明为抵抗污泥干化过程的收缩性能，添加了微爆炸剂，该微爆炸剂在热解过程中还释放出大量的气体用于造孔，从而有利于中孔的形成;热解过程中，污泥中的微量重金属，如Fe、Cu等，能够产生部分催化作用，有利于微孔的形成;采用水蒸气活化，则有利于去除和分离重油，防止其在热解过程中滞留在活性炭中，从而有利于污泥炭中微孔的形成，增加污泥活性炭的比表面积。
本发明的优点主要体现在以下几个方面：
(1)充分利用太阳能，将污泥等泥质有机质均匀晾铺在夹层区内，既实现了太阳能直接利用，又利用了微小空间对其进行有效保温，大幅度提高了干化速率。
(2)通过添加微爆炸剂，提高了污泥的内部空间，抵消了污泥在干化过程中的体积收缩，为后续的污泥碳热解和活化过程提供了良好的物理空间。
(3)通过利用外置水蒸气，协同微爆炸剂在低温段的快速分解作用，提高了泥质有机物的BET值。
(4)利用外加废树脂类骨料，为泥质垃圾的提升准备了骨架，有利于污泥碳的生成。
