市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法及活性炭模块与流程

1.本发明涉及一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法及活性炭模块。适用于活性炭水体净化填料的制备领域。


背景技术：

2.污泥炭化工艺无疑是市政污泥最佳处置工艺之一，其产品生物炭的特殊性质使其在缓解气候变化、进行废物管理、促进作物生长、恢复污染水体、土壤以及空气等方面做出了很大的贡献。
3.虽然市政污泥资源化后的生物炭的各种功能已经在某些领域中得到了证明，但是由于其处理效率以及稳定性均低于活性碳，其应用仍受到了极大的限制。
4.当前研究人员开发了不同的活化技术，以最大程度地提高其作为催化剂的效率和稳定性。但是极少进行辅料添加的方法研究提升其特性的工艺，同时污泥炭化后的产品并不具有极强的针对性，对于大多数具有活性炭需求的产业，并没有明显的价格或者性能优势。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法及活性炭模块。
6.本发明所采用的技术方案是：一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：
7.将脱水后的市政污泥和生物质块搅拌均匀，形成混合物；
8.将所述混合物与生物质层分层交替填装入模具中，并且压实；每次混合物厚度在3～6cm左右(3、4、5、6cm等均可)，生物质层在1～2cm左右，混合物厚度与生物质层厚度约为3:1。
9.将填装有混合物和生物质层的模具送入厌氧碳化设备，模具内的混合物和生物质层经厌氧碳化处理形成生物炭；
10.通过化学活化工艺将生物炭制成活性生物炭。
11.所述脱水后的市政污泥含水率小于等于60％。
12.所述脱水后的市政污泥含水率小于40％。
13.脱水后的市政污泥含水率宜小于等于60％，且含水率为40％以下时，高温炭化效果达到最佳。
14.所述述生物质块长度大于5mm小于50mm，生物质块长度不易过于粉碎，否则高温炭化后起不到疏松多孔的作用；同时不易大于5cm，保证填装时处于同一生物质层内。该生物质块采用小块或丁状的丝瓜络或玉米芯等常见且具有充足纤维含量的生物质。
15.所述生物质块与市政污泥采用体积比比例为1:1至1:1.5之间，这种比例保证生物质块高温炭化后不易。
16.所述生物质层采用荷叶，荷叶纤维含量较大，在高温炭化后可以形成具有一定强度且透水的生物质层；若当地荷叶量较少，可采用具有类似结构的蓖麻叶片来代替。
17.所述模具为陶瓷模具，材质采用中铝陶瓷。
18.所述模具具有框架结构和与框架结构结合的对应底、前、后、左、右五个面的细密镂空面，细密镂空面上均布有若干20～40目的方形细密小孔，小孔不易，过大易造成混合物或生物质材料碎屑漏出；小孔不易过小，过小气流不畅，会影响干化效果。
19.所述框架结构底部设有若干底部支撑，该框架结构顶部设有若干能与底部支撑相适配的顶部支撑点。
20.一种活性炭模块，其特征在于：采用所述市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法制备而成，并在厌氧碳化后将生物炭切割成长方体或球形后再进行化学活化。
21.活性炭模块一方面具有较大的孔隙率在60％左右；另外一方面具有较高的吸附碘值600～800之间，具有良好的吸附性。
22.本发明的有益效果是：本发明通过添加生物质块(丝瓜络、玉米芯等生物废弃物)作为污泥炭化的增碳剂，同时耦合生物质层(荷叶)分层铺设在陶瓷模具中，增加了市政污泥生物活性炭的疏松多孔性能，以及过滤透水性能等，提升了市政污泥资源化产品的性能，扩展了其应用场景。
23.本发明一方面通过耦合炭化等工艺达到污泥资源化以及废弃生物质资源化的目的；另外一方面通过丝瓜络、玉米芯作为一种增碳剂的添加，有效解决了市政污泥炭化之后，处理效率以及稳定性均低于活性碳，应用受到了的限制的现状；同时通过污泥、生物质混合物与荷叶的分层装入炭化模具，最终切割成块，提升了产品的过滤吸附的能力可以作为良好的水体净化工艺填料。本发明技术方案具有流程简单，操作容易等显著特点，适用于活性炭水体净化填料的制备，尤其是适用于人工湿地特别是模块化人工湿地填料的制备。
附图说明
24.图1为实施例的流程图。
25.图2为实施例中模具内分层填装的示意图。
26.图3～5为实施例中模具的结构示意图。
27.1、扇形荷叶；2、市政污泥与丝瓜络、玉米芯的混合物；3、模块化框架石笼；4、底部支撑；5、细密镂空面；6、顶部支撑点。
具体实施方式
28.如图1所示，本实施例为一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，具体包括以下步骤：
29.s1、将脱水后的市政污泥和生物质块投加至搅拌机进行搅拌，充分搅拌均匀，形成市政污泥与生物质块的混合物。
30.本实施例中脱水后的市政污泥，含水率不宜大于60％，以40％以下为宜。生物质块采用切成小块或丁状的丝瓜络或玉米芯，小块或丁状的丝瓜络或玉米芯直径应大于5mm小于50mm，不宜将粉末状生物质与市政污泥搅拌。小块或丁状的丝瓜络或玉米芯与市政污泥采用体积比比例为1:1至1:1.5之间，体积比不宜过大或过小。
31.本例中充分搅拌均匀应控制转速，防止丝瓜络或玉米芯结构在搅拌时被破坏严重甚至粉碎，最好根据购置的搅拌机进行试搅拌，从而确认最佳的搅拌速度和搅拌体积比。
32.s2、准备模具，模具内底部采用生物质层铺地，在铺底的上方铺设一层搅拌均匀的市政污泥与丝瓜络、玉米芯的混合物，铺设后再在混合物的上方铺设一层生物质层，依次交替铺设至顶层(见图2)。
33.本实施例中生物质层采用去掉杆茎并分隔成扇形荷叶，每片荷叶按照完整荷叶的1/4大小分割。
34.本实施例中模具采用陶瓷模具，陶瓷模具材质采用中铝陶瓷，保证污泥炭化过程中不会因受热变形或炸裂。陶瓷模具具有框架结构和与框架结构结合为一体的对应底、前、后、左、右五个面的细密镂空面，细密镂空面上均布有若干20～40目的方形细密小孔。
35.本例中框架结构底部设有若干底部支撑，该框架结构顶部设有若干能与底部支撑相适配的顶部支撑点。陶瓷模具可通过其底部的底部支撑与下方另一陶瓷模顶部的顶部支撑点配合实现模具叠放。陶瓷模具叠放不应超过4层，转移时应做好防护措施，防止碰撞破碎等。
36.s3、将填装好混合物和生物质层的的陶瓷模具叠放，然后转移至厌氧炭化的设备，经过干燥、预热、热解、炭化、等细分流程，完成原料的炭化，在模具中形成生物炭。
37.s4、将取出炭化设备的陶瓷模具中的生物炭冷却至常温，通过切割机或制形设备将生物炭切割成长方体、球形或其他形状。切割模块应根据实际需求进行制备，针对于模块化人工湿地填料应采用50mm～100mm矩形块。
38.s5、切割后的生物炭通过化学活化工艺，提升生物炭活性，成为活性生物炭。化学活化可采用酸活化、过氧化氢活化、碱活化等化学活化方法，应根据实际情况处理水体的ph有针对的进行化学活化法的选择，如酸性水体，应采用偏碱性的活化法；碱性水体，应采用偏酸性的活化法；中性水体，应采用偏中性的活化法。
39.本实施例还提供一种活性炭模块，其采用本实施例中市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法制备而成。模块若针对浊度较大的水体，应在模块前增加预处理降低水体浊度；若用于底质改良应将其切割成球状，可以更好的进行底泥中污染物的快速去除；若用于深度处理或微污染水体治理可切割成矩形模块，在去除污染物的同时，可以快速更换填料，进行填料再生。
40.本实施例将活性生物炭模块填装至模块化框架石笼作为人工湿地填料，用于农村分散式污水处理。针对泥砂含量较大的农村分散式污水处理时，在雨季时应增加了沉淀除杂池的污泥外派，增设了一道1目拦网，并增加了沉沙设施。模块化人工湿地调试完成后，长期测定进水水质(mg/l)，进水平均为codcr，140；bod5，75；氨氮，30；总磷，4。经过多次测定，实际出水优于城镇污水处理厂污染物排放标准一级a标准。

技术特征：
1.一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：将脱水后的市政污泥和生物质块搅拌均匀，形成混合物；将所述混合物与生物质层分层交替填装入模具中；将填装有混合物和生物质层的模具送入厌氧碳化设备，模具内的混合物和生物质层经厌氧碳化处理形成生物炭；通过化学活化工艺将生物炭制成活性生物炭。2.根据权利要求1所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述脱水后的市政污泥含水率小于等于60％。3.根据权利要求2所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述脱水后的市政污泥含水率小于40％。4.根据权利要求1所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述述生物质块长度大于5mm小于50mm，该生物质块采用常见且具有充足纤维含量的生物质。5.根据权利要求1所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述生物质块与市政污泥采用体积比比例为1:1至1:1.5之间。6.根据权利要求1所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述生物质层采用荷叶。7.根据权利要求1所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述模具为陶瓷模具，材质采用中铝陶瓷。8.根据权利要求7所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述模具具有框架结构和与框架结构结合的对应底、前、后、左、右五个面的细密镂空面，细密镂空面上均布有若干20～40目的方形细密小孔。9.根据权利要求7所述的市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：所述框架结构底部设有若干底部支撑，该框架结构顶部设有若干能与底部支撑相适配的顶部支撑点。10.一种活性炭模块，其特征在于：采用权利要求1～9任意一项所述市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法制备而成，并在厌氧碳化后将生物炭切割成长方体或球形后再进行化学活化。

技术总结
本发明涉及一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法及活性炭模块。适用于活性炭水体净化填料的制备领域。本发明所采用的技术方案是：一种市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法，其特征在于：将脱水后的市政污泥和生物质块搅拌均匀，形成混合物；将所述混合物与生物质层分层交替填装入模具中，并且压实；每次混合物厚度在3～6cm左右(3、4、5、6cm等均可)，生物质层在1～2cm左右，混合物厚度与生物质层厚度约为3:1。一种活性炭模块，其特征在于：采用所述市政污泥耦合生物质的活性炭制备方法制备而成，并在厌氧碳化后将生物炭切割成长方体或球形后再进行化学活化。或球形后再进行化学活化。或球形后再进行化学活化。


技术研发人员：谭谈 余铭铨 杨瑾 陆俊宇 杨彦飞
受保护的技术使用者：中国电建集团环境工程有限公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/3/8