申請日2016.04.29

　　公開(公告)日2016.07.06

　　IPC分類號C02F11/10; C01B31/02

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，工藝步驟為：分別將剩余污泥和榛子殼烘干后破碎成1mm以下的固體顆粒;按一定比例混合后加入氯化鋅溶液，于室溫條件下浸泡24h并烘干;將烘干后的混合顆粒真空熱解;熱解產(chǎn)物依次采用稀鹽酸、去離子水洗滌，烘干后得到生物炭。本發(fā)明將剩余污泥與含有大量有機質(zhì)的榛子殼進行混合熱解制備生物炭，結(jié)合ZnCl2溶液浸泡的活化造孔方法，使熱解過程更容易發(fā)生，與直接焚燒、熱解以及添加玉米秸稈等農(nóng)作物熱解的方式相比，本發(fā)明有助于形成產(chǎn)量高、比表面積大、孔隙度良好的生物炭產(chǎn)品。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于按以下步驟進行：

　　(1)分別將剩余污泥和榛子殼烘干;

　　(2)分別將烘干后的剩余污泥與榛子殼破碎成1mm以下的固體顆粒;

　　(3)將剩余污泥和榛子殼的固體顆�；旌虾蠹尤肼然�鋅溶液，于室溫條件下浸泡24h，烘干;

　　(4)將烘干后的混合顆粒真空熱解;

　　(5)將熱解后的混合物依次采用稀鹽酸、去離子水洗滌，烘干后得到生物炭。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于所述步驟(3)中榛子殼占剩余污泥和榛子殼總質(zhì)量的5~30%。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于所述步驟(3)中氯化鋅溶液的濃度為2~5mol/L。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于所述步驟(4)中真空熱解的條件為：真空度為100~500Pa，升溫速率為10℃/min，熱解終溫為400~700℃，時間為15~120min。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于所述步驟(1)、(3)和(5)中烘干的溫度為100~110℃，時間為22~26h。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，其特征在于所述生物炭的比表面積為632.54~806.15m2/g，碘吸附值為589.27~669.15mg/g。

　　說明書

　　一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污泥處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法。

　　背景技術(shù)

　　污水處理廠排放的污泥按處理方法和分離過程分為五類：初沉污泥、活性污泥、腐殖污泥、化學(xué)污泥和沉淀污泥。其中剩余污泥來源于二沉池中排出系統(tǒng)外的活性污泥，具有有機質(zhì)含量高并富集大量的碳元素的特點，加以絕氧熱解可有效地保留其中的碳元素，轉(zhuǎn)變成污泥處置過程中減量化、無害化、安全化，并具有經(jīng)濟附加值的生物炭產(chǎn)品，同時避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)中使用木質(zhì)原料制備生物炭而消耗大量天然植被的弊端。

　　生物炭是一種碳含量極其豐富的木炭，幾乎為純碳，主要功能體現(xiàn)在以下幾個方面：①固碳作用：生物炭是穩(wěn)定的碳固定載體，可將不穩(wěn)定碳轉(zhuǎn)化為芳香性碳骨架封存于土壤中，抑制溫室氣體的排放，減輕溫室效應(yīng);②土壤改良：生物炭表面含有氮、磷、鉀等植物生長所需營養(yǎng)元素，添加于土壤中可改善土壤的理化性質(zhì);③吸附效應(yīng)：生物炭富含微孔結(jié)構(gòu)，有很強的吸附能力，可用作吸附劑去除污水、大氣中污染物。

　　隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及國家對環(huán)境保護中主要污染物減排工程的重視，對剩余污泥的有效處理使之變廢為寶逐漸成為環(huán)境工作者們面臨的嚴峻問題。目前對剩余污泥的處理方式主要有以下三種：污泥焚燒、直接熱解、加入玉米秸稈熱解。

　　污泥焚燒法是將脫水污泥直接送入焚燒爐焚燒，可將污泥中所有水分和有機物全部去除，污泥本身變成灰燼，該方法適用于含少量有害物的工業(yè)污泥或有機物濃度極高的工業(yè)廢水，并且缺點是需要消耗大量的能源，設(shè)備要求高，運行管理復(fù)雜。此外，焚燒過程還會產(chǎn)生目前已成為環(huán)境熱點的劇毒產(chǎn)物二噁英。

　　直接熱解是利用污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對其加熱，使有機物產(chǎn)生熱裂解，該方法能源利用率較高，并且無二噁英和呋喃等有害氣體產(chǎn)生，但該方法運行成本較高，且形成的生物炭比表面積較低，孔隙結(jié)構(gòu)較差，不利于作為吸附材料等開發(fā)利用。

　　加入玉米秸稈熱解可增加生物炭的比表面積，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，但玉米秸稈中的揮發(fā)份含量較大，在熱解過程中的質(zhì)量損失較多，直接造成生物炭的產(chǎn)率低。

　　采用這三種方式處理剩余污泥均可以得到生物炭，但具有產(chǎn)率普遍較低、制得的生物炭比表面積和孔隙度較差、吸附性能不佳、重金屬元素含量較高等缺陷。因此，亟需開發(fā)一種生物炭產(chǎn)量高、性能好，且環(huán)境友好的剩余污泥處理方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，將剩余污泥與榛子殼按照一定比例混合，在特定條件下熱解，制備得到產(chǎn)率高、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)好、重金屬元素呈殘渣態(tài)(固定化)的生物炭。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

　　一種利用剩余污泥和榛子殼共熱解制備生物炭的方法，按以下步驟進行：

　　(1)分別將剩余污泥和榛子殼烘干;

　　(2)分別將烘干后的剩余污泥與榛子殼破碎成1mm以下的固體顆粒;

　　(3)將剩余污泥和榛子殼的固體顆�；旌虾蠹尤肼然�鋅溶液，于室溫條件下浸泡24h，烘干;

　　(4)將烘干后的混合顆粒真空熱解;

　　(5)將熱解后的混合物依次采用稀鹽酸、去離子水洗滌，烘干后得到生物炭。

　　上述方法中，所述步驟(3)中榛子殼占剩余污泥和榛子殼總質(zhì)量的5~30%。

　　上述方法中，所述步驟(3)中氯化鋅溶液的濃度為2~5mol/L。

　　上述方法中，所述步驟(4)中真空熱解的條件為：真空度為100~500Pa，升溫速率為10℃/min，熱解終溫為400~700℃，時間為15~120min。

　　上述方法中，所述步驟(1)、(3)和(5)中烘干的溫度為100~110℃，時間為22~26h。

　　上述方法中，所述生物炭的比表面積為632.54~806.15m2/g，碘吸附值為589.27~669.15mg/g。

　　本發(fā)明的原理為：榛子是重要的堅果樹種之一，在我國東北產(chǎn)量較高，榛子殼中含有豐富的碳元素，但往往被作為垃圾扔棄，本發(fā)明將榛子殼作為碳源添加劑和剩余污泥混合，一方面可以增加原料中的含碳比例，另一方面由于榛子殼粉碎后的顆粒分散性好，有助于降低剩余污泥相互聚集，因此可促進熱解反應(yīng)的發(fā)生，能顯著增加生物炭的比表面積，并有利于生物炭中的孔隙形成，同時優(yōu)化生物炭產(chǎn)率，減少原料中重金屬元素含量，確保生物炭產(chǎn)品的環(huán)境安全性。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點及其有益效果是：

　　本發(fā)明將剩余污泥與含有大量有機質(zhì)的榛子殼進行混合熱解制備生物炭，結(jié)合ZnCl2溶液浸泡的活化造孔方法，使熱解過程更容易發(fā)生，與直接焚燒、熱解以及添加玉米秸稈等農(nóng)作物熱解的方式相比，本發(fā)明有助于形成產(chǎn)率高、比表面積大、孔隙度良好的生物炭產(chǎn)品，并且所制備的生物炭可將重金屬元素穩(wěn)定于其熱解過程所形成的晶體結(jié)構(gòu)中，防止在使用過程中的析出，固定化效果好，實現(xiàn)剩余污泥向?qū)Νh(huán)境安全無害化生物炭產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。

　　榛子殼、玉米秸稈工業(yè)分析結(jié)果如表1所示。

　　表1榛子殼、玉米秸稈工業(yè)分析

　　工業(yè)分析水分 Mar固定碳 FCd灰分Ad揮發(fā)份 Vd低位熱值LHV榛子殼7.22%13.98%4.23%74.57%27.82MJ/kg玉米秸稈8.24%11.94%3.57%76.25%13.37MJ/kg

　　注：ar表示收到基;d表示干基。