一种污泥生物炭资源化利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种污泥生物炭资源化利用的方法。包括将污泥制备得到的生物炭进行细磨并磁选，得到含铁磁性材料与不含铁的生物炭微粉；其中生物炭微粉与水泥及早强剂进行干式预混合得到预混合料；再添加河沙混合得二次混合料；将减水剂和水在搅拌器中分散均匀，加入二次混合料得到第三混合料；送入模具中加压成型；将模具放置在蒸养箱中，蒸养后降至室温，坯体凝固后将模具拆除；常温养护获得混凝土实心砖、砌块或保温材料。所述方法将污泥中的有害重金属固化，避免对环境二次污染，并直接制备成混凝土实心砖，实现污泥资源化利用和规模化处理，尤其适用于含重金属污泥热解所得生物炭的处理。工艺简单，成本低，具有良好的经济与环境效益。境效益。境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥生物炭资源化利用的方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化综合利用领域，尤其涉及一种污泥生物炭资源化利用的方法。

技术介绍

[0002]尽管污泥中含有具潜在利用价值的有机质和N、P、K等营养元素，但其中的盐分、病原微生物、有机高聚物、特别是重金属直接进入环境则会引起大气、水体及土壤污染。研究发现城市越大，污泥中重金属的浓度越高。我国污泥中的重金属具有明显的地域特点。例如，北方燃煤取暖较为普遍，因此As和Hg的含量较高；南方有色金属矿区分布集中及人类活动开发程度较高，因此Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的含量较高。目前我国污泥重金属含量较高的问题主要与废水处理过程中没有相关标准的约束有很大的关系，其重金属污染问题限制了污泥的处置与资源化利用。如果未经处置，污泥中的重金属在微生物的作用下可转化为毒性更强的金属有机化合物，通过生物链进入人体，造成蛋白质失活变形，破坏正常生理代谢活动，危害人体健康。
[0003]污泥热解技术是将污泥在缺氧或无氧条件下进行热分解的过程，目标产物是生物炭。该技术具有以下优势：(1)采用热化学处理技术，处理速度快、周期短、处理量大。(2)减量化彻底，一次性减少污泥体积和总量90％以上。(3)处理过程中高温可以实现100％杀灭各种有害病原菌。(4)热解可以将堆肥技术无法完全去除的残留抗生素彻底分解和无害化。(5)大量减少焚烧过程中CO2和NOx等气体的排放，无飞灰污染，污染控制环节简单。(6)产生的焦油和可燃气作为补充燃料可以减少能源供给。有研究者对污泥热解过程中重金属的迁移转化规律作了详细研究，发现Cr、Ni、Cu、Zn和Pb在热解条件下绝大多数仍存于生物炭中，且重金属生物可利用性和生态毒性减低。由于受到重金属总量限制的影响，污泥热解生物炭进入土壤的规模化利用途径依然受限。因此，为实现污泥热解技术的广泛应用，必然要开发重金属总量超标的污泥生物炭资源化利用方案。
[0004]由于污泥生物炭中的主要成分为无机物，将生物炭用于制砖原料，一方面，可减少制砖所需要的成本，另一方面也可解决生物炭规模化处置问题，具有良好的应用前景。专利技术专利CN201710642807.9公开了一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，脱水污泥经过淋洗去除部分重金属后，板框压滤，然后加入粉煤灰或者高炉渣混合均匀，造粒干燥之后，经高温裂解得到污泥生物炭，碎石骨料与处理过的废弃织物混合后，将搅拌好的混凝土和污泥生物炭一起装模、加压、成型，脱模，养护，即得到污泥生物炭透水砖，可以阻止地表径流中的重金属氮、磷、有机污染物等向地下水迁移，防治地下水污染。专利技术专利CN201710642784.1公开了一种用于水质净化的污泥生物炭透水砖的制备方法，脱水污泥经过淋洗去除部分重金属后，然后加入粉煤灰或者高炉渣混合均匀，经高温裂解得到污泥生物炭，污泥生物炭与废弃织物混合后，加入水搅拌，然后加入水泥和减水剂搅拌，再加水搅拌，装模、成型，脱模，养护，即得到污泥生物炭透水砖可以净化水质。上述方法，都需要将污泥淋洗去除部分重金属后板框压滤，再加入粉煤灰或者高炉渣混合造粒干燥后高温裂解3
～4小时得到污泥生物炭，此种污泥生物炭的制备过程复杂，适用性较差；而且在制砖过程中均需加入废弃织物，使整个流程成本高，应用受限。由于现有污泥热解生物炭工艺规模化生产过程中均是采用污泥脱水干化后直接进入热解炉热解0.5～1小时得到的污泥生物炭，因此，开发污泥生物炭制备建材砖的技术，有利于拓展污泥生物炭的资源化利用途径，具有良好的环境、社会及经济效益。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种将污泥中的有害重金属固化，是其不对环境产生二次污染，并直接制备成混凝土实心砖，减少实心砖中其它组份用量，实现污泥资源化利用和规模化处理，工艺简单，产品成本低，具有良好的经济效益与环境效益的污泥资源化利用的方法。
[0006]为实现上述目的，细磨：将污泥制备得到的生物炭进行细磨并磁选，得到含铁磁性材料与不含铁的生物炭微粉；
[0007]一次混合料制备：将上述生物炭微粉与水泥及早强剂进行干式预混合得到预混合料；
[0008]二次混合料制备：将上述所得的预混合料中添加河沙，进行二次混合得二次混合料；
[0009]第三混合料制备：将减水剂和水在搅拌器中分散均匀，加入制备好的二次混合料，得到第三混合料；
[0010]成型：将制备好的第三混合料送入模具中加压成型；
[0011]低温蒸养：将模具放置在蒸养箱中，蒸养后降至室温，坯体凝固后将模具拆除；
[0012]常温养护：将模具拆除后的胚体放置在常温养护箱静置养护8
‑
20天，即可获得混凝土实心砖、砌块或保温材料。
[0013]进一步，所述污泥为含重金属的污泥；优选的，所述污泥为含重金属超标的污泥。
[0014]进一步，所述生物炭为污泥经400～600℃热解得到的产物，热解时间为0.5～2小时；
[0015]进一步，所述细磨为使其粒度范围为<100目；细磨的方式为球磨或气流磨。
[0016]进一步，所述一次混合料制备步骤中，水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥；
[0017]所述早强剂为硅酸钠、硫酸钠、氯化钙中的一种或一种以上；
[0018]任选的，所述不含铁的生物炭微粉添加的质量含量为预混合料干基总质量的20～40％；水泥添加比例为预混合料干基总质量的58～78％，所述早强剂的添加比例为预混合料总量的1％
‑
2％。
[0019]进一步，所述二次混合料制备步骤中，预混合料与河沙的重量比例为1：1～1：3。
[0020]进一步，所述第三混合料制备步骤中，第三混合料中添加水的水灰比为0.3
‑
0.4，搅拌时间为3
‑
10min，搅拌机转速为300
‑
800r/min；
[0021]所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种或两种混合；任选的，减水剂的添加量为第三混合料质量总量的0.1％
‑
0.2％。
[0022]进一步，所述低温蒸养步骤中，蒸养的温度为40℃
‑
55℃，湿度≥65％，蒸养8
‑
15个
小时；
[0023]任选的，低温蒸养结束后按照降温速率≤15℃/h的速度降至室温。
[0024]进一步，所述常温养护步骤中，静置养护的温度为20℃
‑
27℃，湿度≥65％。
[0025]在制备过程中，生物炭微粉细磨为使其粒度范围为<100目，既可以为分离回收含铁磁性组份提供条件，还使微粉最大程度发挥与水泥协同水化性能。生物炭微粉添加的质量含量为预混合料干基总质量的20～40％，添加量太小，无法实现污泥生物炭规模化利用，添加量超过预混合料干基总质量40％，则影响产品的性能。
[0026]有益效果：(1)与现有技术相比，可以直接使用污泥单独热解产生的生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤，细磨：将污泥制备得到的生物炭进行细磨并磁选，得到含铁磁性材料与不含铁的生物炭微粉；一次混合料制备：将上述生物炭微粉与水泥及早强剂进行干式预混合得到预混合料；二次混合料制备：将上述所得的预混合料中添加河沙，进行二次混合得二次混合料；第三混合料制备：将减水剂和水在搅拌器中分散均匀，加入制备好的二次混合料，得到第三混合料；成型：将制备好的第三混合料送入模具中加压成型；低温蒸养：将模具放置在蒸养箱中，蒸养后降至室温，坯体凝固后将模具拆除；常温养护：将模具拆除后的胚体放置在常温养护箱静置养护8
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20天，即可获得混凝土实心砖。2.如权利要求1所述污泥资源化利用的方法，其特征在于，所述污泥为含重金属的污泥；优选的，所述污泥为含重金属超标的污泥。3.如权利要求1所述污泥资源化利用的方法，其特征在于，所述生物炭为污泥经400～600℃热解得到的产物，热解时间为0.5～2小时。4.如权利要求1所述污泥资源化利用的方法，其特征在于，所述细磨为使其粒度范围为<100目；细磨的方式为球磨或气流磨。5.如权利要求1所述污泥资源化利用的方法，其特征在于，所述一次混合料制备步骤中，水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥；所述早强剂为硅酸钠、硫酸钠、氯化钙中的一种或一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：余广炜，王玉，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：