本發(fā)明屬于廢棄物處理及資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分級定向熱解污泥碳化方法。
背景技術(shù)：
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隨著污水處理能力的提高，污泥量也大幅增加。據(jù)《2013-2017年中國污泥處理處置深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》，到2015年我國污泥年產(chǎn)量將達(dá)到約1.98億噸，成為全球最大污泥產(chǎn)生國。目前國外污泥處置措施主要是填埋、焚燒等，其中填埋由于場地限制和安全隱患也逐漸被棄用，焚燒由于存在投資、運(yùn)行成本較高、環(huán)境安全和碳排放等問題，一直存在較大的爭議。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用、城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面來看，污泥資源化利用應(yīng)該是污泥處置的理想出路。
中國專利CN103908949A公開了一種污泥基活性炭及其生產(chǎn)方法和在電鍍含鉻廢水中的應(yīng)用，其特征是污泥經(jīng)干燥、活化、微波處理、洗滌、烘干步驟后制備而成?？稍陔婂兒t廢水處理中，污泥活性炭用作吸附劑。中國專利ZL 201410349427.2公開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50～85wt％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。中國專利CN104355519A公開了基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，包括污泥水熱碳化和微波快速熱解兩大步驟。水熱碳化用于污泥前期預(yù)處理，可以解決污泥高水分低熱值的難點(diǎn)，在源頭上提高污泥的能量品位；通過將水熱碳化反應(yīng)后的污泥碳進(jìn)行微波快速熱解，獲得較好產(chǎn)率的液體燃料和可燃?xì)怏w，固體殘余焦炭可用于工業(yè)原料，從而實現(xiàn)污泥高效低污染能源資源化處置。
上述專利均涉及采用微波對污泥或?qū)ξ勰噙M(jìn)過加工以后的中間產(chǎn)物進(jìn)行的加熱，但所處理的物料中均含有較多的水分。專利CN104355519A涉及采用分步法處理污泥，但在水熱碳化過程中會產(chǎn)生大量的水溶性污染物，處理過程中產(chǎn)生的污水難以處理。同時水熱所制備得到的固體產(chǎn)物含有較多的水，不利于微波快速熱解制備固炭。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種分級定向熱解污泥碳化方法，本發(fā)明通過微波對污泥進(jìn)行整體式加熱，解決了傳統(tǒng)加熱方式利用加熱源于物料之間通過溫差驅(qū)動換熱在放大過程中，物料中存在加熱不均勻的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經(jīng)脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經(jīng)步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃～350℃進(jìn)行低溫烘焙處理；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至500℃～800℃進(jìn)行中溫碳化，得到污泥碳。
本發(fā)明將污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機(jī)質(zhì)在低溫和較長反應(yīng)停留時間條件下進(jìn)行烘焙預(yù)處理，通過緩慢縮聚反應(yīng)進(jìn)行芳構(gòu)化和炭化，低溫烘焙處理后會使污泥中的有機(jī)物縮聚交聯(lián)炭化現(xiàn)象，可以增加中溫?zé)峤夤腆w碳的收率。
通過低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至500℃～800℃進(jìn)行熱解碳化及協(xié)同造孔，通過低溫烘焙及微波中溫碳化的組合處理可以提高污泥碳收率和比表面積。
優(yōu)選地，步驟(1)所述的脫水干燥過程中向待脫水干燥的污泥中添加鐵或鎂的氧化物。通過添加氧化鎂，可以改善本發(fā)明制備得到的污泥碳作為電極材料或除臭材料的特性。
優(yōu)選地，步驟(2)中所述的低溫烘焙時間為1～3h。
優(yōu)選地，步驟(3)中所述的中溫碳化時間為0.5～1h。
優(yōu)選地，步驟(3)中經(jīng)中溫碳化后所產(chǎn)生的產(chǎn)物經(jīng)過燃燒器燃燒產(chǎn)生煙氣，所述煙氣作為步驟(2)低溫烘焙的烘焙熱源。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明提供的技術(shù)通過微波對污泥進(jìn)行整體式加熱，解決了傳統(tǒng)加熱方式利用加熱源于物料之間通過溫差驅(qū)動換熱在放大過程中，物料中存在加熱不均勻的問題；
2、本發(fā)明提供的技術(shù)由于采用整體式加熱，同時通過添加改性物質(zhì)有利于在污泥碳生產(chǎn)過程中促進(jìn)污泥碳中孔的形成，所生產(chǎn)的污泥碳具有加大的比表面積，污泥碳物化性質(zhì)較好。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明分級定向熱解污泥碳化流程圖。
具體實施方式：
以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
除特別說明，本發(fā)明中的實驗材料和試劑均為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)市購產(chǎn)品。
參閱圖1：一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經(jīng)脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經(jīng)步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃～350℃進(jìn)行低溫烘焙處理1～3h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至500℃～800℃進(jìn)行中溫碳化0.5～1h，得到污泥碳。
實施例1
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經(jīng)脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經(jīng)步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃進(jìn)行低溫烘焙處理1h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至500℃進(jìn)行中溫碳化0.5h，得到污泥碳。
步驟(1)中污泥脫水干燥其可以選用污泥脫水機(jī)或者機(jī)械脫水裝置實現(xiàn)均可。步驟(3)微波中溫碳化所產(chǎn)生的液體及氣體產(chǎn)物經(jīng)過燃燒器燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馔ㄟ^低溫烘焙反應(yīng)器作為烘焙熱源，可實現(xiàn)能源的回收利用，避免能源浪費(fèi)。
本實例所產(chǎn)生的污泥碳比表面積為79.41m2/g，碳含量17.75％。
實施例2
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經(jīng)脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經(jīng)步驟(1)脫水干燥的污泥在300℃進(jìn)行低溫烘焙處理2h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至600℃進(jìn)行中溫碳化0.8h，得到污泥碳。
本實例所產(chǎn)生的污泥碳比表面積為51.36m2/g，碳含量16.75％。
實施例3
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經(jīng)脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經(jīng)步驟(1)脫水干燥的污泥在350℃進(jìn)行低溫烘焙處理3h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產(chǎn)物采用微波加熱至800℃進(jìn)行中溫碳化1h，得到污泥碳。
本實例所產(chǎn)生的污泥碳比表面積為49.32m2/g，碳含量17.02％。
本發(fā)明提出的分級定向熱解污泥碳化方法所生產(chǎn)的污泥碳與現(xiàn)有技術(shù)制得污泥碳相對比，本發(fā)明得到的污泥碳具有加大的比表面積，污泥碳物化性質(zhì)更好，得到的碳含量較高，其中實施例1的工藝條件下得到的污泥碳其比表面積最大，碳含量最高。
以上對本發(fā)明提供的分級定向熱解污泥碳化方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以上實施例的說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，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(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)。