城市污泥与农业废弃物共热解制备活性炭工艺

摘要

一种城市污泥与农业废弃物共热解制备活性炭工艺，将农业废弃物和城市污泥按一定比例混合均匀；将混合物在一定温度下隔绝空气加热，并恒温一段时间后取出固体产物并冷却；对固体产物进行粉碎，即得到活性炭产品。为了得到更高吸附能力的活性炭，可以在两种混合物中再加入一定量的硝酸盐进行混合。由于农业废弃物可以弥补污泥热值低的缺陷，而城市污泥可以弥补农业废弃物热解固体产物易飘飞难以贮运的问题，不仅能从根本上解决现有的污泥焚烧、热解等热处置方法的高能耗、高成本问题，而且还可以用于环境治理，变废为宝，节能减排，一举多得。

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭制备，特别是用于城市污泥与农业废弃物共热解制活性炭。

背景技术

城市污泥是城市污水处理过程中产生的沉淀物质。到2006年我国661个设市城市中共建成污水处理厂791座，污泥年产量(干重)约173万吨，并每年以大约10％的速度在增加。一般认为污泥量通常约占污水量的0.5％～0.7％(体积)，或者约为污水处理量的1％～2％(质量)。如果污水处理深度加大，污泥量有时也会增加0.5～1倍。

城市污泥是城市污水处理厂排放的污泥，也可以是工业污水处理中排放的含有有机物的污泥。城市污泥中含有泥砂、纤维、动植物残体、微生物等固体颗粒及其凝结的絮状物和较多的氮、磷等多种微量元素和有机质，也含有大量的病原体、寄生虫(卵)以及一定量的重金属和多种有毒有害有机物，是目前世界各国都十分头疼的难题。

农业废弃物是指农产品生产、加工过程中废弃的秸秆、谷壳、果壳、废渣以及木材加工过程中的废弃物如木屑等植物性废料。改革开放以来，由于农民收入不断提高，农民的生活方式有城市化的趋势。过去在农村作为薪柴使用的农作物秸秆，现在大部分农村地区被农民弃用，甚至被看成负担。因此，每到收割季节，为图省事，农民常常将农作物秸秆就地焚烧了事，不仅浪费了资源，同时也造成了严重的空气污染，常常影响周围交通工具的正常运行，特别是影响附近飞机的安全起降。

污泥处理处置与利用的传统方式主要有弃海、填埋、焚烧和作肥料等几种。由于污泥弃海处置环境压力大，在大部分国家已被禁止。在实际上，目前普遍采用的处置方式是填埋和在农业上作为肥料使用。污泥的卫生填埋始于上世纪60年代，到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资较少、容量大、见效快。然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题。污泥中含有的各种有毒有害物质经雨水的浸蚀和渗漏会污染地下水及大气，同时还要占用大量土地，另外，远距离的运输费用高昂也是制约污泥的卫生填埋的一个重要因素。污泥的卫生填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生时间。以上种种不利因素限制了污泥的卫生填埋的发展，将不会成为污泥最终处置的发展方向。

就环境的安全性来说，污泥焚烧相对是最好的处理方法。污泥的焚烧一度很受人们的欢迎，然而污泥焚烧又以一次性投资大、设备投资高、运转费用高、会产生二恶英等剧毒物质、焚烧灰需要再处理等限制了其使用。由于焚烧装置设备复杂，建设和运用费用远高于一般污泥处理方法，焚烧成本是其他工艺2～4倍(吨干污泥综合处理成本约为700～1000元)，在经济上难以支撑，因此在实际上无法得到推广应用。就现状而言，污泥资源化是发展的大趋势。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种投资小，费用低，变废为宝的城市污泥与农业废弃物共热解制备活性炭工艺。

本发明城市污泥与农业废弃物共热解制备活性炭工艺：

a.将农业废弃物和城市污泥按一定比例混合均匀；

b.将上述混合物在一定温度下隔绝空气加热，并恒温一段时间后取出固体产物并冷却；

c.对固体产物进行粉碎，即得到活性炭产品。

在所述农业废弃物和城市污泥的混合物中添加干基重量百分比为1％～10％的硝酸盐；所述的农业废弃物占混合物干基重量百分比为10％～70％；所述的城市污泥占混合物干基重量百分比为30％～90％；所述的隔绝空气加热的温度为350～550℃；所述的恒温一段时间为10～20min。

有益效果：将城市污泥和农业废弃物共热解，可以解决城市污泥和农作物农业废弃物这两种物料单独热解处理时各自遇到的困难和问题。由于农业废弃物的特点是有机质含量高，热解产物的热值高，但固体产物密度低、易飘飞、难以贮运；而城市污泥含水高、热值低、热解时需要外界补充能量，导致高能耗，固体产物密度大，同时粘性大难以输送。将这两种物料按合适的比例混合，则可以取长补短，会使问题的解决变得容易。特别是对于污泥的资源化处理及产物的应用带来新的机会和潜力。农业废弃物可以弥补污泥热值低的缺陷，而污泥可以弥补农业废弃物热解固体产物易飘飞难以贮运的问题，热解固体产物则何以用于环境治理，一举多得。除上述优点之外，还具有如下好处：

无害化和资源化：污泥和农业废弃物两种物料均可以彻底转化、无害化和资源化，与现有处置方式相比，对环境的不利影响几乎可以降低到零，固体产物可以转化成为市场急需的低成本、高效率的廉价吸附剂，为难降解污水处理和某些废气如烟道气脱硫脱硝提供可行的、具有明显经济优势的处理方案；

热量自身平衡：在污泥中添加农业废弃物，可以显著改善污泥的理化特性，如粘性，干燥传热、传质过程和动力学，热解中的传热、传质过程和动力学；改善其组成，如显著降低水分含量，提高有机质含量和热值，有利于实现热解过程热量的自平衡；

节能减排：污泥热解所需能量得到解决，不会因为额外使用化石燃料补充热量而导致能耗和CO₂排放的增加，符合国家节能减排的政策；

经济优势明显：因为现有的污泥填埋、焚烧等处置方法需要大量财政补贴，处置成本高达500～1000元/t干污泥，主要原因是占用宝贵的土地资源、设备运行费用高、需要额外消耗能源等，而本发明将污泥和农业废弃物混合处理转化为吸附材料，可用于废水废气的治理，其价值远远高于作为能源使用的价值，并能从根本上解决现有的污泥焚烧、热解等热处置方法的高成本问题；

节约土地，没有环境风险：由于不采用填埋的处理方法，可以节约大量土地，同时消除了填埋和农用带来的二次污染和潜在的致病风险，社会效益无法估量！

加快污泥干燥速度：污泥中加入粉碎的农业废弃物后，破坏了污泥的结合状态，增大了颗粒或团块的表面积，有利于干燥时的传热和传质，可以加快干燥和热解的速度，降低能耗。

具体实施方式

实施例一、将干基重量百分比为60％的粉碎稻草和将干基重量百分比为40％的城市污泥混合均匀；隔绝空气加热到350℃，恒温10min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为404mg/g活性炭产品。

实施例二、将干基重量百分比为40％的粉碎稻草和将干基重量百分比为60％的城市污泥和重量百分比为3.5％的硝酸盐混合均匀；隔绝空气加热到400℃，恒温10min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为506mg/g活性炭产品。

实施例三、将干基重量百分比为28.50％的粉碎稻草、干基重量百分比为68％的城市污泥和重量百分比为3.5％的硝酸盐混合均匀；隔绝空气加热到450℃，恒温10min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为425mg/g活性炭产品。

实施例四、将干基重量百分比为57％的粉碎稻草、干基重量百分比为38％的城市污泥和重量百分比为5％的硝酸盐混合均匀；隔绝空气加热到500℃，恒温20min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为417mg/g活性炭产品。

实施例五、将干基重量百分比为57％的粉碎稻草、干基重量百分比为36.5％的城市污泥和重量百分比为6.5％的硝酸盐混合均匀；隔绝空气加热到500℃，恒温20min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为439mg/g活性炭产品。

实施例六、将干基重量百分比为35.5％的粉碎麦草、干基重量百分比为55％的城市污泥和重量百分比为9.5％的硝酸盐混合均匀；隔绝空气加热到500℃，恒温20min后取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，即得到碘值为420mg/g活性炭产品。