[发明专利]污泥水热碳化制备土壤修复剂的装置和方法

说明书

本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，公开了污泥水热碳化制备土壤修复剂的装置，包括依次连通的混合搅拌罐(1)、初段预热器(2)、末段预热器(3)和水热碳化反应釜(4)，水热碳化反应釜(4)上设有排气口(41)和排液口(42)，排气口(41)与初段预热器(2)连通，排液口(42)与末段预热器(3)连通，还包括脱水装置(5)和澄清装置(6)，还公开了污泥水热碳化制备土壤修复剂的方法，包括混合与搅拌、预热与水热碳化反应、固液分离和制备土壤修复剂。本发明添加的硅铝添加剂可以钝化污泥中的重金属，降低潜在的环境风险；采用两段预热工艺，充分利用了水热碳化反应中产生的热量，降低了能耗。

技术领域

本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及了污泥水热碳化制备土壤修复剂的装置和方法。

背景技术

市政污泥为城市污水处理厂产生的二次污染物，含有重金属、有机污染物以及病原生物等物质。2016年我国市政污泥产量已达到1300万吨，已经开始威胁生态环境安全。市政污泥含有有机质和氮、磷、钾等营养元素，可作为潜在的土壤肥料，但市政污泥中含有的溶解性有机质会导致市政污泥中不稳定重金属在土壤中迁移，引起土壤二次污染。

粉煤灰、硅藻土、高岭土为常见的含硅铝物质，其中，粉煤灰为燃煤发电企业产生的大宗工业废弃物，其利用价值仍主要以建筑材料为主，受建筑市场影响较大，大量的粉煤灰仍被废弃处理，会造成环境污染。

因此，解决市政污泥再利用问题，首先应杀灭市政污泥中的病原生物，控制重金属溶出。采用水热碳化技术处理市政污泥，能在较低的温度区间和较短的时间内将市政污泥中的有机物转化成污泥基生物炭，同时杀灭市政污泥中病原生物。但传统的污泥水热碳化工艺并不能降低重金属溶出风险。此外，传统污泥水热碳化工艺仅利用污泥碳化过程中产生的蒸汽进行预热，实际上污泥水热碳化产生的热蒸汽量少，不足以产生较好的预热效果。

发明内容

本发明针对现有技术中预热效果不好、重金属溶出风险较大的缺点，提供了污泥水热碳化制备土壤修复剂的装置和方法。本发明的污泥水热碳化制备土壤修复剂的方法在传统水热碳化工艺的基础上，通过添加硅铝添加剂钝化污泥中的重金属，避免重金属在土壤中迁移产生环境风险，增加了污泥基生物炭作为土壤修复剂的应用价值；本发明利用两段预热工艺，充分利用了水热碳化反应产生的热量，降低了水热碳化反应的能耗。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

污泥水热碳化制备土壤修复剂的装置，包括依次连通的混合搅拌罐、初段预热器、末段预热器和水热碳化反应釜，水热碳化反应釜上设有排气口和排液口，排气口与初段预热器连通，排液口与末段预热器连通，还包括脱水装置和澄清装置，脱水装置与末段预热器连通，澄清装置一端与脱水装置连通，澄清装置另一端与混合搅拌罐连通。

作为优选，还包括净化装置，净化装置与初段预热器连通，净化装置可以净化初段预热器中的蒸汽，使蒸汽能直接排放到大气环境中。

污泥水热碳化制备土壤修复剂的方法，包括以下步骤：

(1)混合与搅拌：将污泥输送至混合搅拌罐，混合搅拌罐中加入硅铝添加剂和水，用碱液调节污泥的pH为9.5～12，污泥、硅铝添加剂、水和碱液在混合搅拌罐中搅拌后得到混合浆液；

(2)预热与水热碳化反应：混合浆液输送至初段预热器和末段预热器中进行预热，然后进入水热碳化反应釜进行水热碳化反应，得到蒸汽和固液混合物，蒸汽输送至初段预热器进行初段换热，固液混合物输送至末段预热器进行末段换热；

(3)固液分离：经末段换热后的固液混合物进入脱水装置中脱水得到污泥基生物炭和液相产物，液相产物经澄清装置澄清后输送至混合搅拌罐中，澄清装置的作用在于澄清固液混合物脱水后得到的液相产物中残留的生物炭等物质，液相产物输送至混合搅拌罐中时，利用自动计量设备称量其质量，根据液相产物的质量补充水；