污泥水热碳陶粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种污泥水热碳陶粒及其制备方法与应用。所述污泥水热碳陶粒包括污泥水热碳化材料、粘结材料、轻质材料。将污泥水热碳化材料、粘结材料、轻质材料和水混合，造粒，过筛，干燥，即可得到污泥水热碳陶粒。本发明专利技术以具有多孔结构、高比表面积和高含量腐殖酸的低温污泥水热碳化材料作为主要原料制备污泥水热碳陶粒，得到比表面积大和腐殖酸含量高的陶粒。该陶粒用于污水处理时，既可以吸附污染物，又可以提供微生物生长环境，进而提高微生物处理污水的能力和效果。

【技术实现步骤摘要】
污泥水热碳陶粒及其制备方法与应用本申请要求享有2019年7月29日向中国国家知识产权局提交的专利申请号为201910691431.X，专利技术名称为“污泥水热碳陶粒及其制备方法与应用”的在先申请的优先权。所述在先申请的全文通过引用的方式结合于本申请中。
本专利技术属于污水处理材料领域，具体涉及一种污泥水热碳陶粒及其制备方法与应用。
技术介绍
据调查统计，截止2015年，我国全年共处理废水532.3亿吨，按照污泥含水率80％和干基污泥产率1.5吨/吨污水计算，湿污泥产量达到3500万吨。一方面，污泥含有较高浓度的重金属、难降解有机物、病原微生物等，若不能妥当处理将造成严重的二次污染；另一方面，污泥中也含有大量有机质，若能够有效利用则能达到资源化利用的效果，具有良好的经济和社会效益。因此，污泥的资源化处理已成为近些年的研究热点。污泥资源化处理方法主要包括好氧堆肥、制取生物碳、制作建筑材料等，其中利用污泥制取生物碳因其能够同时实现资源化、无害化以及减量化的目标而备受关注。目前，尽管已经报道使用污泥制备陶粒，但其工艺复杂，并且产品处理污水的效果仍有待提高。
技术实现思路
为改善现有技术中的问题，本专利技术提供一种污泥水热碳陶粒，所述陶粒包括以重量份计的如下组分：污泥水热碳化材料20-100份；粘结材料5-60份；轻质材料0-20份。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳材料的用量可以为30-90份、40-80份、45-75份，如50-70份，例如55-65份。r>根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料可以是颗粒、粉体或其他形态，优选为粉体，更优选为粒径基本均一或均一的粉体。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料可以具有絮状片层状结构和多孔结构。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料的比表面积为4-60m2/g，例如10-50m2/g，如20-40m2/g。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料可以包含含氧官能团，所述含氧官能团包括但不限于选自羟基、羧基、醚键等中的一种或多种。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料中有机质的含量占其重量的30-40％，例如31-39％、32-38％、33-37％、34-36％。其中，所述有机质包括但不限于腐植酸。优选地，所述腐植酸的含量占所述污泥水热碳化材料重量的5-25％，例如7.5-23％、9-21％、10-20％、12-18％、14-16％。根据本专利技术的实施方案，所述粘结材料的用量可以为10-50份、15-45份、20-40份、25-35份，其实例可以是25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50份。根据本专利技术的实施方案，所述粘结材料可以选自本领域已知的粘结组分和/或胶凝组分。例如，所述粘结材料可以选自水泥(如硅酸盐水泥)、熟料、石膏、水玻璃等中的一种、两种或更多种。进一步地，当粘结材料由至少两种组分构成时，所述粘结材料可以包括硅酸盐水泥、石膏和水玻璃。根据本专利技术的实施方案，当粘结材料由至少两种组分构成时，各组分可以为在较宽的范围内选择。例如，水泥、石膏、水玻璃的重量比可以为(20-45):(1-5):(1-20)，只要其总重量份满足上文所述的范围即可。作为实例，所述粘结材料包括水泥43.5份、石膏2份、水玻璃1.5份；或水泥23.8份、石膏1.2份、水玻璃10份。根据本专利技术的实施方案，所述轻质材料的用量可以为0-20份，如0.1-20份、2-20份、3-15份、5-10份、7-9份，如8份。优选地，所述轻质材料的用量可以为0。根据本专利技术的实施方案，所述轻质材料可以选自本领域已知的组分，例如所述轻质材料可以选自珍珠岩、硅微粉等中的一种、两种或更多种。进一步地，当轻质材料由至少两种组分构成时，各组分可以为任意配比。根据本专利技术的实施方案，所述粘结材料和轻质材料各自独立地为粉体材料。根据本专利技术的实施方案，所述陶粒的平均粒径为1-5mm，例如2-4.5mm、3-4mm。根据本专利技术的实施方案，所述陶粒的比表面积在10m2/g以上，例如11m2/g、12m2/g、13m2/g、14m2/g、15m2/g、16m2/g、17m2/g、18m2/g、19m2/g或20m2/g以上。根据本专利技术的实施方案，所述陶粒的筒压强度＞3.5MPa，例如筒压强度＞4MPa、4.5MPa。根据本专利技术的实施方案，所述陶粒含有腐殖酸。根据本专利技术的实施方案，所述陶粒可以包含重金属。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料是以污泥为原料制备的。优选地，作为原料的污泥的含水量为80-95wt％。优选地，作为原料的污泥可以无需进行干燥脱水化处理。作为实例，所述污泥的来源可以选自生活污泥，如城市污水处理厂剩余污泥。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料是污泥经水热碳化处理后得到的材料。根据本专利技术的实施方案，所述水热碳化处理可以在300℃以下的温度下进行，所述温度可以为180-220℃，例如190-210℃，示例性地，195℃、200℃、或205℃。根据本专利技术的实施方案，在所述水热碳化处理可以在添加水的条件下进行。例如，作为原料的污泥的干重与水的重量比为(1～5):(10～100)，例如(1-4):(10-80)、(2-3):(20-60)。示例性地，污泥的干重与水的重量比为1:10。根据本专利技术的实施方案，所述水热碳化处理可以在搅拌下进行。例如，搅拌的转速可以为500-1000rpm，例如600-900rpm，如800rpm。根据本专利技术的实施方案，所述水热碳化处理中，所述污泥和水的混合物的pH值可在3-11之间，优选7-10，例如为9。根据本专利技术优选的实施方案，所述水热碳化处理可以在向污泥和水的混合物中添加碱的条件下进行。所述碱可以选自无机碱，例如碱金属或碱土金属的氢氧化物，如KOH和/或NaOH等。根据本专利技术的实施方案，所述水热碳化处理的反应时间可以为0.5-6h，例如1-5h，如3h。根据本专利技术的实施方案，所述水热碳化处理还包括进一步的后处理程序。所述后处理程序可包括将水热碳化反应得到的混合物固液分离，随后洗涤所得固体，得到污泥水热碳化材料。作为实例，所述固液分离可使用本领域已知的操作实现，例如采用离心或真空抽滤的方式进行固液分离。进一步地，固液分离脱水后的污泥水热碳化材料的含水量为50-70wt％，优选55-65wt％，例如为60wt％。进一步地，后处理程序还可以包括对得到的固体进行多次洗涤和烘干。根据本专利技术的实施方案，所述污泥水热碳化材料的制备方法包括：将污泥和水混合，在上述条件下进行水热反应，反应完成后冷却至室温，以及经过后处理程序得到污泥水热碳化材料。本专利技术还提供一种组合物，其包括以重量份计的如下组分：根据本专利技术的实施方案，所述水的用量可以为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.污泥水热碳陶粒，其特征在于，所述陶粒包括以重量份计的如下组分：/n污泥水热碳化材料 20-100份；/n粘结材料 5-60份；/n轻质材料 0-20份。/n

【技术特征摘要】
20190729 CN 201910691431X1.污泥水热碳陶粒，其特征在于，所述陶粒包括以重量份计的如下组分：
污泥水热碳化材料20-100份；
粘结材料5-60份；
轻质材料0-20份。


2.根据权利要求1所述的污泥水热碳陶粒，其特征在于，所述污泥水热碳化材料为颗粒、粉体或其他形态；
优选地，所述污泥水热碳化材料具有絮状片层状结构和多孔结构；
优选地，所述污泥水热碳化材料的比表面积为4-60m2/g；
优选地，所述污泥水热碳化材料包含含氧官能团，所述含氧官能团包括但不限于选自羟基、羧基、醚键中的一种或多种；
优选地，所述污泥水热碳化材料中有机质的含量占其重量的30-40％；
优选地，所述有机质包括但不限于腐植酸，所述腐植酸的含量占所述污泥水热碳化材料重量的5-25％。


3.根据权利要求1或2所述的污泥水热碳陶粒，其特征在于，所述粘结材料选自粘结组分和/或胶凝组分，例如硅酸盐水泥、熟料、石膏、水玻璃中的一种、两种或更多种，例如所述粘结材料包括硅酸盐水泥、石膏和水玻璃；
优选地，所述轻质材料选自珍珠岩、硅微粉中的一种、两种或更多种；
优选地，所述粘结材料和轻质材料各自独立地为粉体材料。


4.根据权利要求1-3任一项所述的污泥水热碳陶粒，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：石萍，
申请(专利权)人：深圳市海立方生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44