技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄物處理及資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高污泥碳產(chǎn)量的方法。
背景技術(shù)：
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生活污水是人類生活過(guò)程中產(chǎn)生的污水，其主要來(lái)源是糞便和洗滌污水。生活污水處理過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生0.5～0.6‰的污泥(以含水80％計(jì)算)。污水處理隨著污水處理能力的提高，污泥量也大幅增加，到2015年我國(guó)污泥年產(chǎn)量約為1.98億噸，成為全球最大污泥產(chǎn)生國(guó)。我國(guó)的污泥處理目前以衛(wèi)生填埋為主，但由于場(chǎng)地限制和存在地下水污染風(fēng)險(xiǎn)、填埋場(chǎng)滑坡等安全隱患將逐漸被棄用。污泥焚燒存在投資、運(yùn)行成本較高、存在二次環(huán)境污染等問(wèn)題。污泥資源化利用是污泥處置的熱點(diǎn)研究方向。
中國(guó)專利cn201410349427.2公開(kāi)了一種微波輔助水熱碳化制備污泥炭的方法，該方法先將含水率為50％～85％的污泥送入水熱反應(yīng)器中，控制水熱反應(yīng)器內(nèi)壓力為2～3atm，加熱溫度為150℃～300℃，微波輔助加熱進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)30～150min，得到水熱碳化液。然后將得到的水熱碳化液進(jìn)行固液分離，固體產(chǎn)物水洗、40℃～60℃干燥，獲得污泥炭。中國(guó)專利zl201110445480.9公開(kāi)了一種利用污泥制備生物碳的方法，以污泥為原料，將污泥放置于密閉反應(yīng)器內(nèi)，在高溫、無(wú)氧條件下，污泥經(jīng)高溫?zé)峤庖欢〞r(shí)間后，制成生物碳。專利zl201310112617.8公開(kāi)了一種污泥高溫碳化系統(tǒng)及碳化工藝，包括如下步驟1)將脫水污泥輸送至脫水污泥干燥機(jī)中；2)碳化加熱爐供給加熱氣體將污泥含水率降到30％，從脫水污泥干燥機(jī)排出的加熱氣體經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)入碳化加熱爐燃燒脫臭；3)干化污泥輸送至污泥碳化爐中經(jīng)過(guò)600℃～800℃的高溫、缺氧處理，形成穩(wěn)定的碳化產(chǎn)物，污泥碳化爐中碳化所產(chǎn)生的干餾氣體輸出至碳化加熱爐進(jìn)行燃燒脫臭。
上述專利均涉及采用高溫?zé)峤獾姆椒▽?duì)污泥或?qū)ξ勰噙M(jìn)過(guò)加工以后的中間產(chǎn)物進(jìn)行的熱解，從而制備污泥碳。污泥常規(guī)熱解在得到固體碳的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生含碳?xì)怏w和液體產(chǎn)物。上述專利均為涉及通過(guò)控制熱解工藝和條件，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，提高污泥碳產(chǎn)量的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種提高污泥碳產(chǎn)量的方法，本發(fā)明通過(guò)控制熱解工藝和條件，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，提高污泥碳產(chǎn)量的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種提高污泥碳產(chǎn)量的方法，包括如下步驟：
1)污泥干燥：污泥經(jīng)干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；
2)冷凝油回用：干燥污泥與步驟(4)氣體產(chǎn)物冷凝工序產(chǎn)生的冷凝油均勻混合；
3)烘焙及熱解制碳：混合物先進(jìn)行低溫烘焙，然后進(jìn)行中溫?zé)峤庠炜字苽湮勰嗵迹?/p>
4)氣體產(chǎn)物冷凝：烘焙及熱解過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)過(guò)冷凝得到冷凝油及不凝燃?xì)?，冷凝油用于與步驟(1)得到的干燥污泥混合。
本發(fā)明提供的技術(shù)通過(guò)對(duì)污泥熱解過(guò)程產(chǎn)生的熱解油進(jìn)行利用，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，可以顯著提高污泥碳產(chǎn)量；同時(shí)有利于減少污泥資源化回收利用過(guò)程的二次污染物排放。
優(yōu)選的，步驟(1)中所述的干燥溫度為105℃～150℃。通過(guò)干燥得到含水量小于10％的干燥污泥，通過(guò)簡(jiǎn)單破碎可以得到粉末狀或小顆粒狀的干燥污泥。同時(shí)通過(guò)干燥可以顯著降低碳化及烘焙過(guò)程中產(chǎn)生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
優(yōu)選的，步驟(3)中所述的低溫烘焙溫度為250℃～350℃，優(yōu)選的，停留時(shí)間為2～4h。通過(guò)烘焙處理可以使冷凝油及污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機(jī)物在較低溫度和較長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間條件下，通過(guò)慢速的縮聚反應(yīng)進(jìn)行芳構(gòu)化和炭化，生成較為穩(wěn)定的大分子有機(jī)物。
優(yōu)選的，步驟(3)中所述的中溫碳化溫度為500℃～800℃，停留時(shí)間為0.5～2h。冷凝油以及烘焙產(chǎn)物在高溫下含氫、含氧基團(tuán)迅速釋放，含碳基團(tuán)留在固體產(chǎn)物中形成含有大孔結(jié)構(gòu)的熱解碳骨架結(jié)構(gòu)及熱解碳。通過(guò)上述處理可以有效增加污泥碳產(chǎn)率。
優(yōu)選的，所述的冷凝過(guò)程所產(chǎn)生的不凝燃?xì)饨?jīng)過(guò)燃燒器燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饪勺鳛榈蜏睾姹杭爸袦責(zé)峤膺^(guò)程的熱源。
本發(fā)明的有益效果是：
1)本發(fā)明提供的技術(shù)通過(guò)對(duì)污泥熱解過(guò)程產(chǎn)生的熱解油進(jìn)行利用，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，可以顯著提高污泥碳產(chǎn)量；
2)本發(fā)明提供的污泥熱解方法有利于減少污泥資源化回收利用過(guò)程的二次污染物排放。
附圖說(shuō)明：
圖1是提高污泥碳產(chǎn)量的方法流程圖。
具體實(shí)施方式：
以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
除特別說(shuō)明，本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)材料和試劑均為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品。
實(shí)施例1
一種提高污泥碳產(chǎn)量的方法，包括如下步驟：
1)污泥干燥：污泥經(jīng)干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；
2)冷凝油回用：干燥污泥與后續(xù)工序產(chǎn)生的冷凝油均勻混合；
3)烘焙及熱解制碳：混合物先進(jìn)行低溫慢速烘焙，然后進(jìn)行中溫?zé)峤庠炜字苽湮勰嗵迹?/p>
4)氣體產(chǎn)物冷凝：烘焙及熱解過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)過(guò)冷凝得到冷凝油及不凝燃?xì)?，冷凝油用于與前述干燥步驟得到的干燥污泥混合。
本發(fā)明提供的技術(shù)通過(guò)對(duì)污泥熱解過(guò)程產(chǎn)生的熱解油進(jìn)行利用，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，可以顯著提高污泥碳產(chǎn)量；同時(shí)有利于減少污泥資源化回收利用過(guò)程的二次污染物排放。
步驟(1)中干燥溫度為105℃。通過(guò)干燥得到含水量小于10％的干燥污泥，通過(guò)簡(jiǎn)單破碎可以得到粉末狀或小顆粒狀的干燥污泥。同時(shí)通過(guò)干燥可以顯著降低碳化及烘焙過(guò)程中產(chǎn)生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
步驟(3)中低溫烘焙溫度為300℃，停留時(shí)間為2h。通過(guò)烘焙處理可以使冷凝油及污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機(jī)物在較低溫度和較長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間條件下，通過(guò)慢速的縮聚反應(yīng)進(jìn)行芳構(gòu)化和炭化，生成較為穩(wěn)定的大分子有機(jī)物。
步驟(3)中中溫碳化溫度為700℃，停留時(shí)間為1h。冷凝油以及烘焙產(chǎn)物在高溫下含氫、含氧基團(tuán)迅速釋放，含碳基團(tuán)留在固體產(chǎn)物中形成含有大孔結(jié)構(gòu)的熱解碳骨架結(jié)構(gòu)及熱解碳。通過(guò)上述處理可以有效增加污泥碳產(chǎn)率。
本實(shí)施例所使用的工藝條件下步驟(3)中制備的污泥碳，干基污泥碳收率為69.68％，對(duì)比常規(guī)工藝700℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率約為60％，采用本發(fā)明工藝污泥碳收率提高約10％。
實(shí)施例2
參照實(shí)施實(shí)例1，其不同之處在于：
步驟(1)中干燥溫度為150℃。通過(guò)干燥得到含水量小于5％的干燥污泥，通過(guò)簡(jiǎn)單破碎可以得到粉末狀或小顆粒狀的干燥污泥。同時(shí)通過(guò)干燥可以顯著降低碳化及烘焙過(guò)程中產(chǎn)生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
步驟(3)中低溫烘焙溫度為350℃，停留時(shí)間為4h。通過(guò)烘焙處理可以使冷凝油及污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機(jī)物在較低溫度和較長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間條件下，通過(guò)慢速的縮聚反應(yīng)進(jìn)行芳構(gòu)化和炭化，生成較為穩(wěn)定的大分子有機(jī)物。通過(guò)采用較低溫度較長(zhǎng)時(shí)間增加促進(jìn)冷凝油及污泥中主要組分向大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化。
步驟(3)中所述的中溫碳化溫度為800℃，停留時(shí)間為0.5h。冷凝油以及烘焙產(chǎn)物在高溫下含氫、含氧基團(tuán)迅速釋放，含碳基團(tuán)留在固體產(chǎn)物中形成含有大孔結(jié)構(gòu)的熱解碳骨架結(jié)構(gòu)及熱解碳。通過(guò)上述處理可以有效增加污泥碳產(chǎn)率。
本實(shí)例所使用的工藝條件下干基污泥碳收率69.22％，對(duì)比常規(guī)工藝800℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率約為55％，采用本發(fā)明工藝污泥碳收率提高約15％。
實(shí)施例3
參照實(shí)施實(shí)例1，其不同之處在于：
步驟(3)中低溫烘焙溫度為250℃，停留時(shí)間為2h。通過(guò)烘焙處理可以使冷凝油及污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機(jī)物在較低溫度和較長(zhǎng)反應(yīng)停留時(shí)間條件下，通過(guò)慢速的縮聚反應(yīng)進(jìn)行芳構(gòu)化和炭化，生成較為穩(wěn)定的大分子有機(jī)物。
步驟(3)中中溫碳化溫度為500℃，停留時(shí)間為2h。冷凝油以及烘焙產(chǎn)物在高溫下含氫、含氧基團(tuán)迅速釋放，含碳基團(tuán)留在固體產(chǎn)物中形成含有大孔結(jié)構(gòu)的熱解碳骨架結(jié)構(gòu)及熱解碳。通過(guò)上述處理可以有效增加污泥碳產(chǎn)率。
本實(shí)例所使用的工藝條件下干基污泥碳收率69.22％，對(duì)比常規(guī)工藝500℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率約為60％，采用本發(fā)明工藝污泥碳收率提高約10％。
本發(fā)明提出的通過(guò)對(duì)污泥熱解過(guò)程產(chǎn)生的熱解油進(jìn)行利用，最小化熱解液體和氣體收率，實(shí)現(xiàn)污泥向污泥碳材料的定向轉(zhuǎn)化，可以顯著提高污泥碳產(chǎn)量。
以上對(duì)本發(fā)明提供的提高污泥碳產(chǎn)量的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)方案及其核心思想，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。