申請(qǐng)日2013.09.27

　　公開(公告)日2014.01.22

　　IPC分類號(hào)C05D9/00; C01B31/08

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種污泥的處理方法及其處理得到的農(nóng)用污泥生物炭，其中農(nóng)用污泥生物炭主要是由有機(jī)無機(jī)解毒劑與城市污泥混合均勻后通過低溫限氧裂解制得，其中解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量3%～20%。本發(fā)明污泥的處理方法既能有效降低炭化產(chǎn)物中重金屬活性和總量、殺滅病原菌、消除多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物，又能最大限度保留養(yǎng)分，產(chǎn)品適用于農(nóng)林等種植業(yè)領(lǐng)域。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種污泥的處理方法，其特征在于包括如下步驟：

　　(1)將解毒劑與濕城市污泥混合均勻后，進(jìn)行干燥，或者將所述解毒劑與干城市污泥混合均勻;其中混合物的水分含量不大于15%;

　　所述解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量3%～20%;所述解毒劑是有機(jī)和/或無機(jī)解毒劑，所述有機(jī)解毒劑是指木質(zhì)素、腐植酸、味精廠的下腳料及廢料中的一種或幾種的任一比例混合;所述無機(jī)解毒劑是指粉煤灰、磷石膏、硅藻土、硫酸鈣、硫酸鎂中的一種或幾種的任一比例混合;

　　(2)將步驟(1)的混合物粉碎、過篩，得到裂解原料;

　　(3)將所述裂解原料加入炭化爐中進(jìn)行低溫限氧裂解，然后冷卻即可;

　　所述的低溫限氧裂解，是指裂解溫度為280℃～420℃，裂解時(shí)間為40分鐘～120分鐘，裂解時(shí)以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于：其中解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量5%~15%。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于：其中解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量10%。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于：裂解溫度為300℃～350℃，裂解時(shí)間為50分鐘～70分鐘。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的處理方法，其特征在于：所述的城市污泥是指城市污水處理廠剩余污泥。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理方法，其特征在于：所述的城市污泥是指城市污水處理廠剩余污泥，以干基計(jì)，重金屬含量為Pb≤1150mg/kg、Cd≤18mg/kg、As≤85mg/kg、Cr≤1150mg/kg、Cu≤1700mg/kg、Zn≤3400mg/kg、Ni≤230mg/kg;多環(huán)芳烴含量小于等于10mg/kg;有機(jī)質(zhì)含量大于等于20%。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理方法，其特征在于：所述木質(zhì)素為酸木素和/或木質(zhì)素磺酸鹽，所述腐植酸為有機(jī)質(zhì)含量大于30%的風(fēng)化煤和/或褐煤。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述濕城市污泥的含水量50%~85%，干城市污泥的水分含量不大于15%。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：步驟(2)中，過篩是過60目篩。

　　10.一種由權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述污泥的處理方法制得的農(nóng)用污泥生物炭。

　　說明書

　　污泥的處理方法及其獲得的農(nóng)用污泥生物炭

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于農(nóng)林用生物炭領(lǐng)域，具體涉及污泥的處理方法及其獲得的農(nóng)用污泥生物炭。

　　背景技術(shù)

　　根據(jù)《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，2015年我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力將達(dá)到759.4億m3，按目前82.5%的平均運(yùn)行負(fù)荷和占污水體積0.02%的污泥產(chǎn)生量計(jì)算，污泥年產(chǎn)量將達(dá)到1253萬噸。我國(guó)城鎮(zhèn)污泥妥善處置率很低，2010年污泥無害化處理率尚不到25%(國(guó)務(wù)院辦公廳，2012)，已成為我國(guó)土壤和水環(huán)境中一個(gè)新的環(huán)境污染源，研發(fā)污泥無害化和資源化處理新技術(shù)，對(duì)促進(jìn)污水處理事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展和預(yù)防二次污染意義重大。

　　城市污泥中含有大量的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，無害化處理后土地利用是理想的資源化出路。污泥中有機(jī)污染物、病原菌、重金屬等有害物質(zhì)是城市污泥資源化利用的主要障礙，其中重金屬的危害不僅與其總量有關(guān)，更重要的取決于其有效態(tài)含量，而污泥內(nèi)的重金屬一般具有較高的活性，有效態(tài)含量占全量比重大，不經(jīng)有效鈍化則土地利用危害較大。

　　污泥高溫炭化可有效去除有機(jī)污染物、殺滅病原菌和鈍化重金屬，但由于高溫炭化使重金屬得到濃縮，炭化產(chǎn)物中重金屬總量大幅度增加，往往超過農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)有污泥炭化技術(shù)的產(chǎn)品目標(biāo)多作為活性炭(CN 102745687 A;CN102432007 A;CN102530941 A)。同時(shí)，高溫炭化使城市污泥中植物營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失嚴(yán)重，產(chǎn)品得率低，經(jīng)濟(jì)性差。研發(fā)在較低溫度下既能有效降低炭化產(chǎn)物中重金屬活性和總量、殺滅病原菌、消除多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物，又最大限度保持養(yǎng)分，適合農(nóng)用的污泥生物炭生產(chǎn)工藝，對(duì)城市污泥無害化和資源化意義重大。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種重金屬活性和總量顯著降低、病原菌得到有效殺滅、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物大幅降解、又最大限度保持養(yǎng)分且生物炭產(chǎn)率高的的農(nóng)用污泥處理方法及其獲得的生物炭。

　　本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

　　一種污泥的處理方法，包括如下步驟：

　　(1)將解毒劑與濕城市污泥混合均勻后，進(jìn)行干燥，或者將所述解毒劑與干城市污泥混合均勻;其中混合物的水分含量不大于15%;

　　所述解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量3%～20%;所述解毒劑是有機(jī)和/或無機(jī)解毒劑，所述有機(jī)解毒劑是指木質(zhì)素、腐植酸、味精廠的下腳料及廢料中的一種或幾種的任一比例混合;所述無機(jī)解毒劑是指粉煤灰、磷石膏、硅藻土、硫酸鈣、硫酸鎂中的一種或幾種的任一比例混合;

　　(2)將步驟(1)的混合物粉碎、過篩，得到裂解原料;

　　(3)將所述裂解原料加入炭化爐中進(jìn)行低溫限氧裂解，然后冷卻即可;

　　所述的低溫限氧裂解，是指裂解溫度為280℃～420℃，裂解時(shí)間為40分鐘～120分鐘，裂解時(shí)以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

　　優(yōu)選地，所述的方法，步驟(2)中，過篩是過60目篩。

　　所述的方法，優(yōu)選地，其中解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量5%~15%，更優(yōu)選為8%~15%，最優(yōu)選為10%。

　　優(yōu)選地，上述裂解溫度為300℃～350℃，裂解時(shí)間為50分鐘～70分鐘。

　　所述城市污泥是指城市污水處理廠剩余污泥，城市污泥可為濕的也可為干的，濕城市污泥的含水量50%~85%，干城市污泥的水分含量不大于15%。

　　進(jìn)一步地，所述城市污泥中，以干基計(jì)，重金屬含量為Pb≤1150mg/kg、Cd≤18mg/kg、As≤85mg/kg、Cr≤1150mg/kg、Cu≤1700mg/kg、Zn≤3400mg/kg、Ni≤230mg/kg;多環(huán)芳烴含量小于等于10mg/kg;有機(jī)質(zhì)含量大于等于20%。

　　優(yōu)選地，所述的方法，其中所述木質(zhì)素為酸木素和/或木質(zhì)素磺酸鹽，所述腐植酸為有機(jī)質(zhì)含量大于30%的風(fēng)化煤和/或褐煤。

　　本發(fā)明還提供由上述方法獲得的農(nóng)用污泥生物炭，它主要是由解毒劑與城市污泥混合均勻后通過低溫限氧裂解制得，其中解毒劑占城市污泥干物質(zhì)量3%～20%;所述解毒劑是有機(jī)和/或無機(jī)解毒劑，所述有機(jī)解毒劑是指木質(zhì)素、腐植酸、味精廠的下腳料及廢料中的一種或幾種的任一比例混合;所述無機(jī)解毒劑是指粉煤灰、磷石膏、硅藻土、硫酸鈣、硫酸鎂中的一種或幾種的任一比例混合;所述的低溫限氧裂解，是指裂解溫度為280℃～420℃，裂解時(shí)間為40分鐘～120分鐘，裂解時(shí)以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

　　本發(fā)明生產(chǎn)的農(nóng)用污泥生物炭的應(yīng)用場(chǎng)所可以是農(nóng)田、果園或牧草地，也可以是天然林、次生林和人工林覆蓋的林地;本發(fā)明生產(chǎn)的農(nóng)用污泥生物炭的年施用量累計(jì)不應(yīng)超過30t/hm2，連續(xù)施用不應(yīng)超過15年。

　　下面描述農(nóng)用污泥生物炭重金屬總量和有效態(tài)重金屬含量的測(cè)定方法。

　　農(nóng)用污泥生物炭重金屬總量采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17138-1997測(cè)定污泥生物炭中的重金屬全量。污泥及其炭化產(chǎn)物經(jīng)HF-HNO3- HClO4 三酸消解后，用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定樣品中重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Ni的含量，用冷原子吸收分光光度法測(cè)定樣品中重金屬Hg的含量，用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定重金屬Cd含量，用硼氰化鉀-硝酸銀分光光度法測(cè)定As含量。

　　農(nóng)用污泥生物炭有效態(tài)重金屬含量采用0.05M DTPA(diethylenetriaminepentaacetieacid)與0.1M TEA及 0.01M CaC12混合溶液(稀HCl調(diào)節(jié)pH=7.3)按固液比1:5提取，浸提液離心過濾后，用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni的含量，用冷原子吸收分光光度法測(cè)定濾液中重金屬Hg的含量，用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定濾液中重金屬Cd含量，用ICP測(cè)定濾液中重金屬As含量。

　　下面描述農(nóng)用污泥生物炭氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素及有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法。

　　全氮采用凱氏消煮法;全磷采用酸溶(硫酸+高氯酸)--鉬銻抗比色法測(cè)定;全鉀采用氫氟酸—高氯酸消煮法測(cè)定。

　　下面描述農(nóng)用污泥生物炭生物炭產(chǎn)率的測(cè)定方法。

　　生物炭產(chǎn)率=碳化產(chǎn)物質(zhì)量/原料質(zhì)量×100%。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

　　本發(fā)明在污泥中加入有機(jī)無機(jī)解毒劑，在較低溫度下限氧炭化，獲得的產(chǎn)品不僅達(dá)到重金屬活性顯著降低，總量也明顯降低，消除有機(jī)污染物和病原菌的污染等無害化目的，而且與常規(guī)高溫炭化相比可獲得較高的產(chǎn)品得率，產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)元素含量高。

　　本發(fā)明采用的解毒劑均從廢棄物中篩選獲得，以廢治廢，環(huán)境效益顯著。同時(shí)，較低的炭化溫度有利于節(jié)能或利用工業(yè)余熱。

　　本發(fā)明采用350℃添加有機(jī)無機(jī)解毒劑制得的農(nóng)用污泥生物炭產(chǎn)品中重金屬含量和有效量與原污泥、相同溫度下不加解毒劑的炭化產(chǎn)品、550℃下的炭化產(chǎn)品比較，添加解毒劑條件下炭化，炭化產(chǎn)物中不僅重金屬總量降低，更重要的是有效態(tài)含量大幅度降低，大大降低了炭化產(chǎn)品的重金屬環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

　　本發(fā)明采用300℃添加有機(jī)無機(jī)解毒劑制得的農(nóng)用污泥生物炭產(chǎn)品中養(yǎng)分含量與原污泥、相同溫度下不加解毒劑的炭化產(chǎn)品、500℃、700℃下的炭化產(chǎn)品比較，添加解毒劑條件下炭化，炭化產(chǎn)物能保持較高的養(yǎng)分含量，且獲得較高的生物炭產(chǎn)率。