污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法技术

本发明专利技术提供了一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法，属于环境污染控制领域。本发明专利技术对污泥中重金属浓度进行分析和鉴别，对低于预设的重金属标准限值的污泥进行热解炭化处理或高温烧结处理，对高于预设的重金属标准限值的污泥进行高温烧结处理。热解炭化处理得到的材料中重金属浸出值低于欧洲生物炭认证标准重金属限值，可作为污水处理污泥基生物炭吸附材料、高级氧化催化材料等。高温烧结处理得到的产品中重金属浸出值低于污泥陶粒重金属浸出国家行业标准限值，产品可作为建筑材料等。本发明专利技术可实现污泥中重金属稳定化和污泥安全资源化利用。和污泥安全资源化利用。和污泥安全资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法


[0001]本专利技术属于环境污染控制领域，尤其涉及一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法。

技术介绍

[0002]污泥一直被认为是污水处理过程中污染物质的汇，其中的各种污染物质尤其是重金属对其资源化利用造成了严重阻碍，亟需研发污泥安全资源化方法。目前污泥生化处理的方法虽然在一定程度上实现了污泥中重金属的钝化，且能够回收生物质能源，其产物也可以部分用作园林利用，但是在该过程中重金属并不会消失，反复的园林利用会带来重金属的累积以及再释放问题，与安全资源化利用相矛盾，从而限制了污泥的出路。通过热化学处理也可以实现重金属的固化和稳定化，所获得的产品能够更好的实现污泥的安全资源化，但是目前尚缺乏污泥热化学处理中重金属稳定化和安全资源化的一致性方法。

技术实现思路

[0003]污泥的热化学处理技术主要包括污泥焚烧、污泥气化、水泥窑协同处置、水热碳化、污泥热解和污泥高温烧结等。考虑到安全性、处理费用和运行维护成本，污泥热解制备污泥基生物炭材料和污泥烧结制轻质陶粒既可以实现生物质能源的回收，又可以实现污泥中重金属的稳定化，此外运行成本低廉，从而安全低成本的实现污泥的安全资源化。
[0004]在此基础上，考虑到热化学处理过程中污泥中重金属的固化率以及其处置风险，在污泥的热处理方式的选择时参考原污泥中重金属浓度尤其重要。
[0005]有鉴于前述内容，本专利技术的主要目的是提供一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法，以期能够通过热化学处理实现污泥中重金属稳定化和污泥安全资源化，从而促进污泥安全化处理处置技术发展。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法，如图1所示，上述方法包括以下步骤：步骤一：对污泥中重金属浓度进行分析和鉴别，对低于预设的重金属标准限值的污泥进行热解炭化处理或高温烧结处理，对高于预设的重金属标准限值的污泥进行高温烧结处理。在本步骤中，包括下述内容：1．进一步地，重金属包括以下至少一种：镉、汞、铅、铬、砷、镍、锌、铜。
[0007]2．进一步地，对污泥中重金属浓度进行分析和鉴别的预处理方法执行CJ/T 221
‑
2005《城市污水处理厂污泥检验方法》。
[0008]3．进一步地，对污泥中重金属浓度进行分析和鉴别所参考预设的重金属标准限值，其实是根据GB/T 23486
‑
2009《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》和EPA 40 CFR Part 503《污水污泥利用和处置标准》，选择二个标准中重金属指标最低值进行制定（如表1所示），以此作为依据对本专利技术中含重金属的污泥进行不同的热化学处理。
[0009]步骤二：对经过重金属浓度鉴别的污泥进行热化学处理，具体有如下两种形式：方式一：对污泥进行热解炭化处理。包括下述内容：1．在进行热解炭化处理之前对污泥进行深度脱水，经深度脱水处理后污泥中的含水率降低至60%
‑
70%。
[0010]2．进一步地，对深度脱水后的污泥进行低温干化处理，使污泥中的含水率降低至10%
‑
30%，低温干化处理的温度为65
‑
95℃。
[0011]3．进一步地，对低温干化处理后的污泥进行热解炭化处理，得到污泥基生物炭材料和热解气。
[0012]4．进一步地，热解炭化处理的参数包括：热解炭化时间为20
‑
120min；热解炭化温度为400
‑
800℃。热解温度根据产物用途，污泥中重金属含量等因素进行调节；热解产物停留时间根据污泥中有机质含量而确定，停留时间随着有机质含量的增加而延长。
[0013]5．进一步地，热解炭化过程产生的污泥基生物炭材料中重金属的浸出值低于欧洲生物炭认证标准（EBC, ver. 10.1, 2022）重金属限值，其中，本专利技术实施例中污泥热解炭化产品中重金属浸出浓度限值是根据欧洲生物炭认证标准重金属限值而制定（如表2所示），污泥热解炭化产品中重金属浸出检测的预处理方法执行HJ/T 299
‑
2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》。
[0014]6．进一步地，热解炭化产生的污泥基生物炭材料可以在催化臭氧高级氧化、芬顿催化氧化、过硫酸盐氧化中用作高级氧化催化剂；在污水强化一级处理、出水强化除磷、强化抗生素去除中用作吸附剂等。
[0015]方式二：对污泥进行高温烧结处理。包括下述内容：1．在进行高温烧结处理之前进行污泥调理脱水，脱水后污泥中的含水率为60%
‑
80%。
[0016]2．进一步地，对脱水后的污泥和添加剂按照一定的比例进行充分掺混，得到混合物。
[0017]3．进一步地，添加剂包括粘土、给水污泥、市政污泥、河道底泥、湖泊底泥、疏浚底泥、矿黏合剂中的一种或多种。
[0018]4．进一步地，根据污泥烧结产物的性能以及重金属的固定化目标要求，不同干燥后的污泥掺杂后混合物中氧化物的含量包括：SiO2：24%~46%，Al2O3：11%~26%，Fe2O3：3.5%~8.0%，CaO：2.25%~7.0%，MgO：1.2%~4.0%。混合物中SiO2能够保证产物中晶体结构的稳定性；Al2O3能够提高产物的刚性和强度，同时对结晶速率和晶体结构的稳定性起到重要作用；Fe2O3高温下发生氧化物分解，形成新的结构；CaO保持良好的热稳定性；MgO能够降低材料共熔点，促进原料本身自粘结与成孔，此外还可以影响晶体形成。
[0019]5．进一步地，使用颗粒机对混合物进行挤压成型并干燥处理后，对其进行高温烧结处理，得到烧结产品。
[0020]6．进一步地，高温烧结处理过程的温度为1000
‑
1300℃；高温烧结处理的时间为：20
‑
120min。烧结产物停留时间根据混合物原料中有机质含量而确定，停留时间随着有机质含量的增加而延长。此外，烧结温度的确定也可以根据产物用途、原料重金属含量等因素调节，烧结温度越高，重金属固化率越高。
[0021]7．进一步地，烧结产品中重金属浸出值低于国家行业标准污泥陶粒（JC/T 2621
‑
2021）重金属浸出限值，其中，本专利技术实施例中污泥高温烧结产品中重金属浸出浓度限值是根据国家行业标准污泥陶粒而制定（如表3所示），烧结产物重金属浸出检测的预处理方法执行GB/T 30810《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》。
[0022]8．进一步地，烧结产品可以用作建筑材料。
[0023]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化的方法，具有以下之一的有益效果：（1）在本专利技术中，热解炭化处理得到的污泥基生物炭材料可以作为吸附材料、催化材料等；高温烧结处理得到的烧结产品性能良好、生产成本低，能够满足行业要求，可作为建筑材料等。此外，热解炭化处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥热化学处理重金属稳定化和污泥安全资源化方法，其特征在于，包括：步骤一：对污泥中重金属浓度进行分析和鉴别，对低于预设的重金属标准限值的污泥进行热解炭化处理或高温烧结处理，对高于预设的重金属标准限值的污泥进行高温烧结处理；步骤二：对经过重金属浓度鉴别的污泥进行热化学处理，具体有如下两种方式：方式一：污泥热解炭化处理，包括：对污泥进行深度脱水、低温干化处理并在热解温度400℃
‑
800℃，进行热解炭化处理20min
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120min，得到的污泥基生物炭材料中重金属的浸出值低于欧洲生物炭认证标准重金属限值，热解气实现能源转化利用；方式二：污泥高温烧结处理，包括：对污泥进行调理脱水，脱水后污泥和添加剂相混合进行造粒、干燥，并在烧结温度1000℃
‑
1300℃，进行高温烧结处理20min
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：许国仁，刘洪伟，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：