[发明专利]一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用，尤其涉及一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法。

背景技术

随着我国城市污水处理厂的普及和运行，城市污水处理厂污泥产量快速增加。2001-2011 年间，我国污泥的年产量以平均每年15%的速率从567万吨增加至2268万吨。由于生物可利用性差和含水率高（多数污泥在出厂时仍高达80%）等问题，剩余污泥的运输和安全处置受到了严重制约。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。

污泥炭化是一种新型污泥处理技术，不仅可以成功实现污泥的减量化，同时有效固定碳源，并产生碳基产物可进行资源化利用，有效解决了污泥生物可利用性差的问题。目前，传统的污泥炭化方法主要为干法炭化，指在缺氧或无氧环境下对干燥污泥进行热解使有机物转化为炭，工艺可概括为“污泥干燥+污泥热解”。主要方法包括：(1)高温炭化，例如中国专利CN203159415U公开了“污泥高温碳化系统”，该碳化系统将污泥在干化及碳化中产生的碳化干馏气体的利用与废气的高温脱臭综合处理相结合，降低了能耗，且简化了设备配置。例如中国专利CN203173945U公开了“污泥高温碳化炉”，可实现脱水污泥日处理量1000吨以上的规模化处理。(2)低温炭化，例如中国专利CN101845311A公开了“城市污泥低温热解同时制备生物油和活性炭的方法”，解决了目前常规污泥热解方法只能获得单一资源化产品的难题，可同时获得高品质生物油和活性炭。例如中国专利CN103523775A公开了“污泥的处理方法及其获得的农用污泥生物炭”，公开了一种污泥的低温炭化方法及其处理得到的农用污泥生物炭。但传统污泥干法炭化法，对污泥含水率均有严格要求，需先对脱水污泥进行干化预处理，能耗较高，极大地限制了该处理方法的发展。

而水热碳化法无需对污泥进行事先干燥，对原料污泥的含水率要求低，反应条件温和，工艺过程简单，因而在能量耗费和生产控制上具有明显的优势，是目前炭化技术发展中的新起之秀。例如中国专利CN102875005A公开了“一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺”，提供了一种污泥水热碳化工艺。

近年来，微波技术因具有清洁、快速和易于操控等优点而得到了迅速的发展，20世纪90年代初，开始将微波技术引入污水污泥的处理，包括污泥源头减量化、污泥干燥等方面。例如中国专利CN103204611A公开了“基于微波污泥预处理的源头污泥减量化的方法与装置”，在常压开放条件下通过微波实现剩余活性污泥的高效破解，提高剩余活性污泥的生物可利用性，但其未对污泥进行资源化利用。到目前为止尚未见利用微波辅助水热碳化制备污泥炭的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法，包括如下步骤：

(1) 将含水污泥送入水热反应器中，密封，微波辅助加热进行水热碳化反应，得到水热碳化液；

(2) 将得到的水热碳化液进行固液分离，固体产物水洗、干燥，获得污泥炭。

优选的，步骤（1），控制水热反应器内压力为2～3 atm。

优选的，步骤（1），控制加热温度为150～300℃。

优选的，步骤（1），控制微波功率为50～800 W。更优选的，步骤（1），控制微波功率为200～600 W。

优选的，步骤（1），水热碳化反应时间为30～150 min。

优选的，步骤（1），所述含水污泥的含水率为50～85wt%。

优选的，步骤（2），所述干燥温度为40～60℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明方法原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易行，环境友好，易于推广应用。

（2）本发明方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果；该方法同时可有效降低或固定污泥中的重金属含量。

具体实施方式