一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法
2023-05-12 02:53:06
一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，包括：將城市汙水生物汙泥進行空氣乾燥，然後磨碎成0.5～2mm的顆粒，將顆粒置於聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜中，加入蒸餾水和催化劑溶液，密封，然後將水熱反應釜放入不鏽鋼加熱夾套中，攪拌，加熱至150～200℃維持5～10h，反應結束後，冷卻、清洗、真空過濾、烘乾，即得水熱焦。本發明過程簡單，安全性高，可以將城市汙水生物汙泥轉化為具有一定比表面積和高發熱值的水熱焦，進而作為固體燃料進行應用。
【專利說明】一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於城市汙水生物汙泥資源化領域，特別涉及一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法。
【背景技術】
[0002]我國城市平均每年排放的幹汙泥量預計已高達600萬噸，汙泥的安全處理與處置已成為我國急需解決的環境問題之一，汙泥減量化、穩定化、資源化處置也已成為制約城鎮汙水處理的重大共性問題。
[0003]據估計，當城市汙水汙泥泥齡為10~20天時，處理單位體積原水所產生的生物汙泥最高可達250g TSS/m3。目前，針對城市汙水汙泥的最終處置方式主要有填埋、堆肥、焚燒、農業土地利用等，而對汙泥的處理方面主要集中於研發減量化技術，如機械破解、超聲波破解、熱解處理、微波處理、熱化學水解、臭氧氧化技術、好氧/厭氧消化、溼式空氣氧化技術等，而關於汙泥資源化技術的研究相對較少。生物汙泥的堆肥和焚燒雖均可回收汙泥本身的內含能，但在處理過程中會產生惡臭、二噁英等空氣汙染物，造成二次汙染問題；利用填埋方式處理汙泥不僅需要大量的土地，而且還會因滲漏等因素造成土壤和地下水的汙染問題；利用高溫/中溫厭氧/好氧消化技術對汙泥進行穩定化處理後作為有機肥應用於農田，可以提高農田肥力，但是越來越多的研究表明，儘管汙泥經消化後可殺滅絕大多數病原微生物和細菌等，但並不能有效的去除汙泥中的重金屬和一些持久性有機汙染物，當將消化汙泥應用於農田施肥時，仍然可能會造成土壤甚至是地下水的汙染。因此，研究並開發穩定、清潔、安全而實用的城市汙水汙泥資源化技術途徑顯得十分迫切和重要。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，該方法過程簡單，安全性高，可以將城市汙水生物汙泥轉化為具有一定比表面積和高發熱值的水熱焦，進而作為固體燃料進行應用。
[0005]本發明的一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，包括:
[0006]將城市汙水生物汙泥進行空氣乾燥，然後磨碎成0.5~2_的顆粒，將顆粒置於聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜中，加入蒸餾水和催化劑溶液，密封，然後將水熱反應釜放入不鏽鋼加熱夾套中，攪拌，加熱至150~200°C維持5~10h，反應結束後，冷卻、清洗、真空過濾、烘乾，即得水熱焦；其中，生物汙泥和蒸餾水的質量比為1:4~1:10，生物汙泥和催化劑的質量比為1:3~1:80。
[0007]所述催化劑溶液為硫酸亞鐵溶液或氧化鐵納米顆粒溶液，濃度為5~50mmol/L。
[0008]所述攪拌速度為150~250r/min。
[0009]所述烘乾溫度為60~110°C，烘乾時間為2~24h。
[0010]所製備的水熱焦作為固體燃料進行應用。
[0011]有益.效果[0012](I)本發明製備方法簡單，安全性高，製備過程中可以有效的降低固體中所含的N1、Zn、Cu、Cd、Cr等重金屬離子，同時可以將一些持久性有機汙染物分解，所得的水熱焦具有一定的比表面積和高發熱值，能夠作為清潔固體燃料進行應用；本發明為城市汙水生物汙泥的安全處置和資源化利用提供了新的思路和方法。
[0013](2)本發明利用蒸餾水在亞臨界狀態下的特殊物化性質和溶劑化效應，實現對城市汙水生物汙泥的安全資源化，在實際工程應用中並不需要對其進行幹化預處理，不僅可大大降低生物汙泥的處理成本，而且還能產出具有高附加值的水熱焦產品，因此具有顯著的經濟效益和環境效益。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0015]實施例1
[0016]將城市汙水生物汙泥進行空氣乾燥，乾燥後將其磨碎成約為2_的顆粒，取5.0g汙泥顆粒置於聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜中，加入40mL蒸餾水和4.4mL濃度為50mmol/L的硫酸亞鐵溶液,密封,然後將水熱反應釜放入不鏽鋼加熱夾套中，控制磁力攪拌速度為150rpm，加熱至200°C反應10h，反應結束後，將反應釜放入冰水中快速冷卻至室溫，倒出反應所得的固液混合物於燒杯中，使用蒸餾水反覆清洗，真空過濾，然後在105°C下乾燥24h，最後稱重得到約3.1g水熱焦。
[0017]經檢測分析可知，所製備的水熱焦高發熱值約為15.75MJ/kg。
[0018]實施例2
[0019]將城市汙水生物汙泥進行空氣乾燥，乾燥後將其磨碎成約為1_的顆粒，取5.0g汙泥顆粒置於聚四氟乙烯內襯的水熱反應爸中，加入30mL蒸懼水和15mL濃度為50mmol/L的氧化鐵納米顆粒溶液，密封，然後將水熱反應釜放入不鏽鋼加熱夾套中，控制磁力攪拌速度為250rpm，加熱至180°C反應8h，反應結束後，將反應釜放入冰水中快速冷卻至室溫，倒出反應所得的固液混合物於燒杯中，使用蒸餾水反覆清洗，真空過濾，然後在110°C下乾燥12h，最後稱重得到約3.7g水熱焦。
[0020]經檢測分析可知，所製備的水熱焦高發熱值約為16.48MJ/kg。
【權利要求】
1.一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，包括: 將城市汙水生物汙泥進行空氣乾燥，然後磨碎成0.5~2_的顆粒，將顆粒置於聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜中，加入蒸餾水和催化劑溶液，密封，然後將水熱反應釜放入不鏽鋼加熱夾套中，攪拌，加熱至150~200°C維持5~10h，反應結束後，冷卻、清洗、真空過濾、烘乾，即得水熱焦；其中，生物汙泥和蒸餾水的質量比為1:4~1:10，生物汙泥和催化劑的質量比為1:3~1:80。
2.根據權利要求1所述的一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，其特徵在於:所述催化劑溶液為硫酸亞鐵溶液或氧化鐵納米顆粒溶液，濃度為5~50mmol/L。
3.根據權利要求1所述的一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，其特徵在於:所述攪拌速度為150~250r/min。
4.根據權利要求1所述的一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，其特徵在於:所述烘乾溫度為60~110°C，烘乾時間為2~24h。
5.根據權利要求1所述的一種利用城市汙水生物汙泥製備水熱焦的方法，其特徵在於:所製備的水熱焦作為固體燃料進行應用。
【文檔編號】C02F11/00GK103936244SQ201410143389
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】高品, 薛罡, 何勢, 周亦圓, 孟方, 黃聖琳, 劉路, 劉振鴻, 劉保江 申請人:東華大學, 上海三伊環境科技有限公司