處理蘆竹的系統和方法及改性生物炭與流程

2023-06-07 08:28:27 1

本發明屬於有機固體廢物資源化綜合利用領域，具體而言，本發明涉及處理蘆竹的系統和方法及改性生物炭。

背景技術：

蘆竹，一種水生植物，為禾本科，屬多年生草本植物。蘆竹繁殖速度快，生物量大，是溼地生態修復的常用植物。蘆竹生物質含有大量的纖維素和木質素，具有較高的燃燒熱值。但是，目前缺乏經濟有效的資源化利用技術，導致溼地系統中蘆竹不能及時去除，任其自然腐爛分解，汙染物及營養物質又被釋放到溼地系統中，造成二次汙染。此外，還有一部分用於直接燃燒產熱，或作為飼料、肥料和製漿造紙工業的原料，這些領域的利用量不足農林生物質廢棄物重量的50％。同時，這些方法既造成了對生態環境的汙染，又造成了資源的極大浪費，不能達到生物質資源的「資源化，減量化，無害化」的處理要求。

因此，現有處理蘆竹的技術有待進一步改進。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種處理蘆竹的系統和方法及改性生物炭。該系統易操作，設備運行穩定可靠、清潔節能，且熱效率高，所得的改性生物炭的比表面積可達480-550m2/g，用該改性生物炭修復汙染土壤，可將土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種處理蘆竹的系統，根據本發明的實施例，該系統包括：

預處理裝置，所述預處理裝置具有蘆竹入口和預處理後蘆竹出口；

旋轉床熱解爐，所述旋轉床熱解爐包括：

環形爐膛，所述環形爐膛內限定出冶煉空間；

可轉動布料盤，所述布料盤位於所述冶煉空間中，並且所述布料盤將所述冶煉空間分為自上而下的熱解腔室和供熱腔室，所述布料盤上布置有通孔；

熱氣進口，所述熱氣進口位於所述供熱腔室；

進料口，所述進料口位於所述熱解腔室且與所述預處理後蘆竹出口相連，並且在所述進料口處布置勻料器；

熱解油氣出口，所述熱解油氣出口位於所述熱解腔室；

生物炭出口，所述生物炭出口位於所述熱解腔室；

研磨裝置，所述研磨裝置具有生物炭入口和生物炭粉出口，所述生物炭入口與所述生物炭出口相連；

混合罐，所述混合罐具有生物炭粉入口、含有磷酸鹽和鹽酸的改性液入口、殘液出口和改性生物炭出口，所述生物炭粉入口與所述生物炭粉出口相連。

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統通過將蘆竹進行簡單的預處理無需乾燥處理即可送至旋轉床熱解爐，在旋轉床熱解爐內，熱氣從位於旋轉床熱解爐下方的供熱腔室進入，預處理後蘆竹在勻料器的作用下均勻布置在可轉動布料盤上，且在布料盤上布置有通孔，從而顯著提高預處理後蘆竹與熱氣的接觸面積，進而提高預處理後蘆竹的熱解效率；熱解所得的生物炭經研磨得到生物炭粉，可顯著提高生物炭粉的比表面積，進而提高後續生物炭粉的改性效率；在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的，並且採用該改性生物炭用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。

另外，根據本發明上述實施例的處理蘆竹的系統還可以具有如下附加的技術特徵：

在本發明的一些實施例中，上述處理蘆竹的系統進一步包括：乾燥裝置，所述乾燥裝置具有改性生物炭入口、燃料入口和乾燥改性生物炭出口，所述改性生物炭入口與所述改性生物炭出口相連，所述燃料入口與所述熱解油氣出口相連。由此，有利於提高系統的熱利用率，同時提高改性生物炭的品質。

在本發明的再一個方面，本發明提出了一種採用上述處理蘆竹的系統處理蘆竹的方法，根據本發明的實施例，該方法包括：

(1)將蘆竹供給至所述預處理裝置中，以便得到預處理後蘆竹；

(2)將所述預處理後蘆竹供給至所述旋轉床熱解爐中進行熱解處理，以便得到生物炭和熱解油氣；

(3)將所述生物炭供給至所述研磨裝置中進行研磨處理，以便得到生物炭粉；

(4)將所述生物炭粉供給至所述混合罐中與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液接觸進行改性，以便得到殘液和改性生物炭。

根據本發明實施例的處理蘆竹的方法通過將蘆竹進行簡單的預處理無需乾燥處理即可送至旋轉床熱解爐，在旋轉床熱解爐內，熱氣從位於旋轉床熱解爐下方的供熱腔室進入，預處理後蘆竹在勻料器的作用下均勻布置在可轉動布料盤上，且在布料盤上布置有通孔，從而顯著提高預處理後蘆竹與熱氣的接觸面積，進而提高預處理後蘆竹的熱解效率；熱解所得的生物炭經研磨得到生物炭粉，可顯著提高生物炭粉的比表面積，進而提高後續生物炭粉的改性效率；在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的，並且採用該改性生物炭用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。

另外，根據本發明上述實施例的處理蘆竹的方法還可以具有如下附加的技術特徵：

在本發明的一些實施例中，上述處理蘆竹的方法進一步包括：(5)將所述改性生物炭供給至所述乾燥裝置中進行乾燥處理，以便得到乾燥改性生物炭。由此，有利於提高系統的熱利用率，同時提高改性生物炭的品質。

在本發明的一些實施例中，在步驟(1)中，所述預處理後蘆竹的粒徑為10～20cm。由此，有利於提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，節約能耗。

在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述布料盤上料層厚度為100～150mm。由此，可進一步提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，節約能耗。

在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述分解處理的溫度為500-600攝氏度，時間為60-80min。由此，可進一步提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，節約能耗。

在本發明的一些實施例中，在步驟(3)中，所述生物炭粉的粒徑為75～150微米。由此，有利於提高生物炭粉的改性效率，進而提高所得改性生物炭的品質。

在本發明的一些實施例中，在步驟(4)中，所述含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的摩爾比為(2-4)：1。由此，可進一步提高生物炭粉的改性效率，進而提高所得改性生物炭的品質。

在本發明的又一個方面，本發明提出了一種改性生物炭，根據本發明的實施例，所述改性生物炭為採用上述處理蘆竹的系統或採用上述處理蘆竹的方法製備得到的。根據本發明實施例的改性生物炭可用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明一個實施例的處理蘆竹的系統結構示意圖；

圖2是根據本發明一個實施例的蓄熱式旋轉床的結構示意圖；

圖3是根據本發明再一個實施例的蓄熱式旋轉床的可轉動布料盤的結構示意圖；

圖4是根據本發明再一個實施例的處理蘆竹的系統結構示意圖；

圖5是根據本發明一個實施例的處理蘆竹的方法流程示意圖；

圖6是根據本發明再一個實施例的處理蘆竹的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種處理蘆竹的系統，根據本發明的實施例，參考圖1，該系統包括：預處理裝置100、旋轉床熱解爐200、研磨裝置300和混合罐400。

根據本發明的實施例，預處理裝置100具有蘆竹入口101和預處理後蘆竹出口102，且適於將蘆竹進行預處理，以便得到預處理後蘆竹。需要說明的是，預處理裝置並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，例如可以為切割裝置或成型裝置。當使用切割裝置時，可將蘆竹切割成蘆竹片，當使用成型裝置時，可將蘆竹成型為竹屑塊，有利於將預處理後蘆竹布料於旋轉床熱解爐內，並提高預處理後蘆竹的熱解效率。

根據本發明的一個實施例，預處理後蘆竹的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，預處理後蘆竹的粒徑可以為10～20cm。發明人發現，該粒徑範圍可顯著優於其他提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，同時節約能耗。

根據本發明的實施例，參考圖1-3，旋轉床熱解爐200包括：環形爐膛21、可轉動布料盤22、熱氣進口201、進料口202、熱解油氣出口203和生物炭出口204。

根據本發明的一個實施例，參考圖1-2，環形爐膛21內限定出冶煉空間210，可轉動布料盤22布置在冶煉空間210內，並且布料盤22將冶煉空間210分為自上而下的熱解腔室211和供熱腔室212，並且參考圖3，布料盤22上布置有通孔221。由此，供熱腔室中的熱氣通過布料盤上的通孔對布料盤上的預處理後蘆竹進行加熱，實現預處理後蘆竹的熱解。

根據本發明的一個實施例，參考圖2，熱氣進口201可以布置在供熱腔室212上，且適於向供熱腔室供給熱氣，以便提供熱量實現對預處理蘆竹的熱解。具體的，熱氣可以為含氫氣、甲烷等可燃氣體的混合氣，其溫度可以為100-200攝氏度。

根據本發明的再一個實施例，參考圖1和2，進料口202、熱解油氣出口203和生物炭出口204分別布置在熱解腔室211，且進料口202與預處理後蘆竹出口102相連，並在進料口202處布置勻料器23。具體的，進料口布置熱解腔室的側壁上，熱解油氣出口布置在熱解腔室的頂壁上，生物炭出口布置在熱解腔室的側壁上。

根據本發明的又一個實施例，布料盤上料層的厚度並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，布料盤上料層的厚度可以為100～150mm。由此，可進一步提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，節約能耗。發明人發現，若布料盤上料層的厚度過高，會使布料盤上的物料受熱不均勻，影響物料上端氣體的流動；而若布料盤上料層的厚度過低則會造成布料盤上端空間的浪費，降低整個工藝的經濟性。由此，採用本申請所述的布料盤上料層的厚度可以顯著優於其他在保證布料盤上物料受熱均勻的同時提高整個工藝的經濟性。

根據本發明的又一個實施例，熱解處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，熱解處理的溫度可以為500-600攝氏度，時間可以為60-80min。發明人發現，採用本申請提出的熱解處理的溫度和時間可以顯著優於其他提高預處理後蘆竹的熱解效率同時節約能耗。

具體的，預處理後蘆竹可先堆放於儲料罐中1-3天，然後通過抓斗將儲料罐中的預處理後蘆竹送至進料系統，進料系統下端設置有物料計量器，用於計量預處理後蘆竹的輸送速度，通過控制預處理後蘆竹的進料速度可直接控制後段旋轉床熱解爐的布料厚度，再在進料口處的勻料器的作用下，可將預處理後蘆竹均勻的布置在布料盤上，熱氣從供熱腔室進入旋轉床熱解爐，通過布料盤上的通孔，對布料盤上的預處理後蘆竹進行熱解，得到生物炭和熱解油氣。

根據本發明的實施例，研磨裝置300具有生物炭入口301和生物炭粉出口302，生物炭入口301與生物炭出口204相連，且適於將生物炭進行研磨處理，以便得到生物炭粉。具體的，將從旋轉床熱解爐出料螺旋送出的固體產物生物炭送至研磨裝置，將生物炭研磨並篩分，得到的生物炭粉，輸送至儲料罐中備用。由此，可顯著提高生物炭粉的比表面積，有利於提高後續生物炭粉的改性效率，同時提高所得改性生物炭的品質。

根據本發明的一個實施例，生物炭粉的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，生物炭粉的粒徑可以為75～150微米。發明人發現，採用本發明提出的生物炭粉的粒徑可顯著優於其他提高生物炭粉的改性效率，同時節約成本，提高工藝的經濟性。

根據本發明的實施例，混合罐400具有生物炭粉入口401、含有磷酸鹽和鹽酸的改性液入口402、殘液出口403和改性生物炭出口404，生物炭粉入口401與生物炭粉出口302相連，且適於將生物炭粉與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液接觸進行改性，以便得到殘液和改性生物炭。發明人發現，在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的。

根據本發明的一個實施例，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸比例並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的摩爾比可以為(2-4)：1。由此，可進一步提高生物炭粉的改性效率，進而提高所得改性生物炭的品質。發明人發現，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比過高，則磷酸鹽相對較多，可能會使得生成的磷酸較少，富餘較多的磷酸鹽，若含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比過低，則鹽酸又相對較多，過酸的環境不利於土壤中微生物的生存，且會造成土壤肥力下降。由此，採用本申請所述的含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比可以顯著優於其他提高改性生物炭的品質。

根據本發明的再一個實施例，磷酸鹽的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，磷酸鹽可以為選自磷酸鈉、磷酸銨和磷酸鉀中的至少之一。由此，可進一步提高生物炭粉的改性效率同時提高後續所得改性生物炭的品質。

根據本發明的又一個實施例，鹽酸的質量濃度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，鹽酸的質量濃度可以為8-10wt％。發明人發現，若鹽酸的質量濃度會不利於土壤中微生物的生存，造成土壤肥力下降；而若鹽酸的質量濃度過低，則會降低生物炭粉的改性效率且影響後續所得改性生物炭的品質。

根據本發明的又一個實施例，生物炭粉與磷酸鹽的質量比並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，生物炭粉與磷酸鹽的質量比可以為1：(1.0-3.0)。發明人發現，生物炭粉與磷酸鹽的質量比過高會破壞生物炭的結構，過低會導致生物炭粉改性不完全。

根據本發明的又一個實施例，混合處理的時間並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，混合處理的時間可以為24-48h。發明人發現，採用本發明提出的混合處理時間可以顯著優於其他提高生物炭粉的改性效率，同時節約能耗，提高生產效率。

具體的，首先將磷酸鹽按摩爾比(2-4):1溶解到濃度為8-10wt％的鹽酸中，配製含有磷酸鹽和鹽酸的改性液，並先將一定質量的該改性液泵入混合罐中；然後再利用輸送裝置將研磨後的生物炭粉輸送至混合罐中，要求生物炭粉與磷酸鹽的質量比為1：(1.0-3.0)，並在添加生物炭粉的過程中不斷攪拌，保證生物炭粉與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液混合均勻，待添加完全後，攪拌浸漬24-48h；最後待反應完全，利用混合罐內置的過濾裝置，將混合溶液過濾，過濾後的濾液進汙水系統，達標後排放，得到的固體便是改性生物炭。

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統通過將蘆竹進行簡單的預處理無需乾燥處理即可送至旋轉床熱解爐，在旋轉床熱解爐內，熱氣從位於旋轉床熱解爐下方的供熱腔室進入，預處理後蘆竹在勻料器的作用下均勻布置在可轉動布料盤上，且在布料盤上布置有通孔，從而顯著提高預處理後蘆竹與熱氣的接觸面積，進而提高預處理後蘆竹的熱解效率；熱解所得的生物炭經研磨得到生物炭粉，可顯著提高生物炭粉的比表面積，進而提高後續生物炭粉的改性效率；在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的，並且採用該改性生物炭用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。

根據本發明的實施例，參考圖4，上述處理蘆竹的系統進一步包括：乾燥裝置500。

根據本發明的實施例，乾燥裝置500具有改性生物炭入口501、燃料入口502和乾燥改性生物炭出口503，改性生物炭入口501與改性生物炭出口404相連，燃料入口502與熱解油氣出口203相連，且適於將改性生物炭進行乾燥處理，以便得到乾燥改性生物炭。由此，有利於提高系統的熱利用率，同時提高改性生物炭的品質。

根據本發明一個實施例，乾燥處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，乾燥處理的溫度可以為70-100攝氏度，時間可以為10-16h。由此，可顯著提高改性生物炭的乾燥處理效率，提高幹燥改性生物炭的品質，同時節約能耗。

如上所述，上述處理蘆竹的系統至少具有下列所述的優點之一：

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統，相對於現有技術對蘆竹進行乾燥處理而需要消耗大量的能量，同時需要配置汙水和廢氣處理裝置，經濟成本高的特點，本系統無需乾燥處理，直接溼基進料即可，經濟效益高；

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統，相對於現有技術熱解使用通氮氣、氬氣的馬弗爐、管式爐、升降爐等煅燒爐的熱解效率較低和資源利用率低，本系統採用旋轉床熱解爐，熱氣直接從供熱腔室進入，與預處理後蘆竹直接接觸，可顯著降低熱解過程中的能耗，同時提高熱解效率和生產效率；

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統，通過將生物炭粉改性與熱解程序分開，改性過程中使用自行配製的含有磷酸鹽和鹽酸的改性液，並在混合時不斷攪拌，使得含有磷酸鹽和鹽酸的改性液與生物炭粉充分接觸，改性後，改性生物炭的比表面積可達480-550m2/g，ph下降0.5-1個單位；

根據本發明實施例的處理蘆竹的系統，採用該工藝所得的改性生物炭可用於汙染土壤的修復，可使得土壤中鉻含量降至4.0mg/kg以下，使汙染土壤的重金屬含量達標(參考標準gb-16889-2008)。

在本發明的再一個方面，本發明提出了一種採用上述處理蘆竹的系統處理蘆竹的方法，根據本發明的實施例，參考圖5，該方法包括：

s100：將蘆竹供給至預處理裝置中進行預處理

該步驟中，將蘆竹供給至預處理裝置中進行預處理，以便得到預處理後蘆竹。需要說明的是，預處理裝置並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，例如可以為切割裝置或成型裝置。當使用切割裝置時，可將蘆竹切割成蘆竹片，當使用成型裝置時，可將蘆竹成型為竹屑塊，有利於將預處理後蘆竹布料於旋轉床熱解爐內，並提高預處理後蘆竹的熱解效率。

根據本發明的一個實施例，預處理後蘆竹的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，預處理後蘆竹的粒徑可以為10～20cm。發明人發現，該粒徑範圍可顯著優於其他提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，同時節約能耗。

s200：將預處理後蘆竹供給至旋轉床熱解爐中進行熱解處理

該步驟中，將預處理後蘆竹供給至旋轉床熱解爐中進行熱解處理，以便得到生物炭和熱解油氣。具體的，預處理後蘆竹可先堆放於儲料罐中1-3天，然後通過抓斗將儲料罐中的預處理後蘆竹送至進料系統，進料系統下端設置有物料計量器，用於計量預處理後蘆竹的輸送速度，通過控制預處理後蘆竹的進料速度可直接控制後段旋轉床熱解爐的布料厚度，再在進料口處的勻料器的作用下，可將預處理後蘆竹均勻的布置在布料盤上，熱氣從供熱腔室進入旋轉床熱解爐，通過布料盤上的通孔，對布料盤上的預處理後蘆竹進行熱解，得到生物炭和熱解油氣。

根據本發明的一個實施例，布料盤上料層的厚度並不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，布料盤上料層的厚度可以為100～150mm。由此，可進一步提高旋轉床熱解爐內預處理後蘆竹的熱解效率，節約能耗。

發明人發現，若布料盤上料層的厚度過高，會使布料盤上的物料受熱不均勻，影響物料上端氣體的流動；而若布料盤上料層的厚度過低則會造成布料盤上端空間的浪費，降低整個工藝的經濟性。由此，採用本申請所述的布料盤上料層的厚度可以顯著優於其他在保證布料盤上物料受熱均勻的同時提高整個工藝的經濟性。

根據本發明的又一個實施例，熱解處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，熱解處理的溫度可以為500-600攝氏度，時間可以為60-80min。發明人發現，採用本申請提出的熱解處理的溫度和時間可以顯著優於其他提高預處理後蘆竹的熱解效率同時節約能耗。

s300：將生物炭供給至研磨裝置中進行研磨處理

該步驟中，將生物炭供給至研磨裝置中進行研磨處理，以便得到生物炭粉。具體的，將從旋轉床熱解爐出料螺旋送出的固體產物生物炭送至研磨裝置，將生物炭研磨並篩分，得到的生物炭粉，輸送至儲料罐中備用。由此，可顯著提高生物炭粉的比表面積，有利於提高後續生物炭粉的改性效率，同時提高所得改性生物炭的品質。

根據本發明的一個實施例，生物炭粉的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，生物炭粉的粒徑可以為75～150微米。發明人發現，採用本發明提出的生物炭粉的粒徑可顯著優於其他提高生物炭粉的改性效率，同時節約成本，提高工藝的經濟性。

s400：將生物炭粉供給至混合罐中與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液接觸進行改性

該步驟中，將生物炭粉供給至混合罐中與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液接觸進行改性，以便得到殘液和改性生物炭。發明人發現，在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的。

根據本發明的一個實施例，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比例並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的摩爾比可以為(2-4)：1。由此，可進一步提高生物炭粉的改性效率，進而提高所得改性生物炭的品質。發明人發現，含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比過高，則磷酸鹽相對較多，可能會使得生成的磷酸較少，富餘較多的磷酸鹽，若含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比過低，則鹽酸又相對較多，過酸的環境不利於土壤中微生物的生存，且會造成土壤肥力下降。由此，採用本申請所述的含有磷酸鹽和鹽酸的改性液中磷酸鹽和鹽酸的混合比可以顯著優於其他提高改性生物炭的品質。

根據本發明的再一個實施例，磷酸鹽的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，磷酸鹽可以為選自磷酸鈉、磷酸銨和磷酸鉀中的至少之一。由此，可進一步提高生物炭粉的改性效率同時提高後續所得改性生物炭的品質。

根據本發明的又一個實施例，鹽酸的質量濃度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，鹽酸的質量濃度可以為8-10wt％。發明人發現，若鹽酸的質量濃度會不利於土壤中微生物的生存，造成土壤肥力下降；而若鹽酸的質量濃度過低，則會降低生物炭粉的改性效率且影響後續所得改性生物炭的品質。

根據本發明的又一個實施例，生物炭粉與磷酸鹽的質量比並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，生物炭粉與磷酸鹽的質量比可以為1：(1.0-3.0)。發明人發現，生物炭粉與磷酸鹽的質量比過高會破壞生物炭的結構，過低會導致生物炭粉改性不完全。

根據本發明的又一個實施例，混合處理的時間並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，混合處理的時間可以為24-48h。發明人發現，採用本發明提出的混合處理時間可以顯著優於其他提高生物炭粉的改性效率，同時節約能耗，提高生產效率。

具體的，首先將磷酸鹽按摩爾比(2-4):1溶解到濃度為8-10wt％的鹽酸中，配製含有磷酸鹽和鹽酸的改性液，並先將一定質量的該改性液泵入混合罐中；然後再利用輸送裝置將研磨後的生物炭粉輸送至混合罐中，要求生物炭粉與磷酸鹽的質量比為1：(1.0-3.0)，並在添加生物炭粉的過程中不斷攪拌，保證生物炭粉與含有磷酸鹽和鹽酸的改性液混合均勻，待添加完全後，攪拌浸漬24-48h；最後待反應完全，利用混合罐內置的過濾裝置，將混合溶液過濾，過濾後的濾液進汙水系統，達標後排放，得到的固體便是改性生物炭。

根據本發明實施例的處理蘆竹的方法通過將蘆竹進行簡單的預處理無需乾燥處理即可送至旋轉床熱解爐，在旋轉床熱解爐內，熱氣從位於旋轉床熱解爐下方的供熱腔室進入，預處理後蘆竹在勻料器的作用下均勻布置在可轉動布料盤上，且在布料盤上布置有通孔，從而顯著提高預處理後蘆竹與熱氣的接觸面積，進而提高預處理後蘆竹的熱解效率；熱解所得的生物炭經研磨得到生物炭粉，可顯著提高生物炭粉的比表面積，進而提高後續生物炭粉的改性效率；在混合罐中，採用含有磷酸鹽和鹽酸的改性液對生物炭粉進行改性，鹽酸提供氫離子，磷酸鹽提供磷酸根，兩者混合後對生物炭粉進行改性，改性後，生物炭粉的比表面積增大，可達480-550m2/g，ph值下降0.5-1個單位，磷元素最終以偏磷酸的形式存在於生物炭中，同時促進生物炭表面酸性官能團產生，由此有助於和活性重金屬離子反應，生成沉澱物質，進而達到去除汙染土壤中的重金屬離子的目的，並且採用該改性生物炭用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。

根據本發明的實施例，參考圖6，上述處理蘆竹的方法進一步包括：

s500：將改性生物炭供給至乾燥裝置中進行乾燥處理

該步驟中，將改性生物炭供給至乾燥裝置中進行乾燥處理，以便得到乾燥改性生物炭。由此，有利於提高系統的熱利用率，同時提高改性生物炭的品質。

根據本發明一個實施例，乾燥處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，乾燥處理的溫度可以為70-100攝氏度，時間可以為10-16h。由此，可顯著提高改性生物炭的乾燥處理效率，提高幹燥改性生物炭的品質，同時節約能耗。

需要說明的是，上述針對處理蘆竹的系統所描述的特徵和優點同樣適用於該處理蘆竹的方法，此處不再贅述。

在本發明的又一個方面，本發明提出了一種改性生物炭，根據本發明的實施例，所述改性生物炭為採用上述處理蘆竹的系統或採用上述處理蘆竹的方法製備得到的。根據本發明實施例的改性生物炭可用於修復汙染土壤，可使得土壤中的鉻含量降至4.0mg/kg以下，使得修復後的土壤的重金屬含量達標。需要說明的是，上述針對處理蘆竹的系統和方法所描述的特徵和優點同樣適用於該改性生物炭，此處不再贅述。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例

由石首市提供的100t蘆竹，含水量為39.0wt％，經過預處理裝置切段或壓塊後送入儲料罐中，然後通過抓斗將儲料罐中的預處理後蘆竹送至進料系統，預處理後蘆竹的粒徑為10～20cm，再通過帶有密封裝置的進料系統進入旋轉床熱解爐，在勻料器的作用下，物料均勻布料在布料盤上，布料厚度控制在28±2mm，在熱氣(含氫氣、甲烷等可燃氣體的混合氣，其溫度為100-200攝氏度)的作用下，在500～600攝氏度的溫度下進行熱解，熱解60～80min，得到生物炭和熱解油氣。生物炭研磨篩分，得到粒徑為75-150微米的生物炭粉，之後通過螺旋輸送裝置，將篩分後的生物炭粉運送到混合罐中，在添加生物炭粉之前，配製含有磷酸鹽和鹽酸的改性液，磷酸鹽與10wt％的鹽酸的摩爾比為3：1，並先將該含有磷酸鹽和鹽酸的改性液按生物炭粉與磷酸鹽的質量比為1：2的量泵入混合罐中，然後再往混合罐中添加生物炭粉，在添加的同時利用框式攪拌器不斷攪拌，常溫常壓下攪拌浸漬36h。待反應完全後，利用混合罐內置的過濾裝置，將混合溶液過濾，過濾後的濾液進汙水系統，達標後排放，固體進乾燥系統，在80攝氏度下烘乾處理，得到乾燥改性生物炭。

已知汙染土壤中鉻含量為25mg/kg，將上述乾燥改性生物炭和汙染土壤按照質量比為1：150混合，培養60天後，汙染土壤中鉻含量降至4.0mg/kg。

本發明所述工藝方法可長期平穩操作，設備故障率極低。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。