[发明专利]一种利用污泥和废轮胎共热解制备生物炭的方法及系统

说明书

本发明公开一种利用污泥和废轮胎共热解制备生物炭的方法，包括步骤：(1)将脱水后的污泥干燥；(2)将干燥后的污泥与废轮胎分别进行破碎；(3)将破碎后的污泥与破碎后的废轮胎固体颗粒按一定比例混合均匀后，加入氯化锌溶液，室温下浸泡20‑30h，烘干；(4)烘干后物料进行热解炭化；(5)热解后固体产物依次采用稀盐酸、去离子水洗涤，干燥后得到生物炭；本发明还提供了一种利用污泥和废轮胎共热解制备生物炭的系统。本发明充分实现了废轮胎资源化与能源化高效利用，避免了废轮胎堆积造成的资源浪费和简单焚烧所造成环境污染。

技术领域

本发明涉及一种利用污泥和废轮胎共热解制备生物炭的方法及系统，属于城市垃圾与污泥资源综合利用领域。

背景技术

随着我国社会经济和城镇化进程的快速发展，城市污水处理厂的规模不断扩大，污泥产生量也大幅度增加。我国城市污泥的特点是含水率高、污泥组分热值较低、处理过程易产生大量臭气和其他有害污染物等。

传统污泥的处理方法主要包括海洋弃置法、填埋法、堆肥法和焚烧法：

1)海洋弃置法：将污泥直接投入大海，危害海洋生态系统，造成海洋环境恶化；

2)填埋法：污泥填埋占用大量土地，导致城市郊区可使用土地减少，甚至导致永久废弃，且污泥含水率高、粘度大，不仅填埋操作困难，还使得填埋体易发生变形和滑坡，成为“沼泽地”，造成安全隐患，另外污泥富含病原体、病毒等有害微生物，污染性较强，将影响生态“食物链”，危害居民安全；

3)堆肥法：在污泥中加入一定比例的秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等膨松剂和调理剂，利用污泥的微生物进行发酵转化为类腐植类，作为作物肥料，但是堆肥处理后的产品病原体仍有可能存活，堆肥肥效与养分低，重金属和有毒有机物无法控制，应用效果不佳；

4)焚烧法：将污泥在焚化炉里进行焚化燃烧，使有机物全部碳化的同时，杀灭各种病原体，最终产物为含固率99％以上的无机灰烬，但是污泥在燃烧过程中存在热值低、燃耗高、污染重、操作管理复杂、投资大和运行费用高等缺点，使焚烧法无法得到大规模应用。

因此，传统的污泥处理方法已经不能满足社会发展需要，开发新型处理技术势在必行。

生物炭具有非常独特的孔隙结构和表面官能团，有耐酸、耐碱、耐热等性能，化学稳定性好、吸附能力强、再生方便。生物炭的需求量正随着社会的发展和人民生活水平的提高，呈现出逐年上升的趋势。但是制备生物炭的原料成本高，能源消耗大，严重制约了其进一步发展和应用。污泥中碳氢含量较高，有机质成分多，作为制备炭吸附材料的原料，可通过一定温度下的炭化处理，制备出性能良好的生物炭。该方法优点在于：(1)制备污泥生物炭代替商品生物炭，可以节省木材、煤炭等原料资源，降低了生物炭的生产成本；(2)将污泥制备为吸附性能良好的生物炭，为城市污水厂污泥高效资源化利用提供了新的途径。

针对污泥处理及生产生物炭吸附材料，部分研究者开展了相关探索。CN103396815A公开了一种污泥制备炭材料的方法，将污泥进行水热法脱水后，用于厌氧发酵产生沼气或用于生产生物炭；该方法需要消耗外部能源，增加了污泥处理成本。CN102337142A公开了一种利用导热油炉导热空心桨叶汽化反应器与空心桨叶炭化反应器制备污泥炭的方法，生产的污泥炭返回锅炉中燃烧供热给汽化反应器和炭化反应器；CN102358861A则提供了一种将污泥、生物质燃料采用石灰法除臭灭菌后与煤粉混合制备含碳燃料用于燃烧的方法；这两种方法局限于污泥的减量化处理，利用价值低。CN102071033A公开了一种污泥热化学法制炭处置方法，将污泥加热至170℃～250℃，并在全封闭保温条件下连续注入一氧化碳、二氧化碳等气体，使污泥中有机物、蛋白质、纤维、菌胶团等在机械力和温度的共同作用下，浓缩成含水率≤9％的热成型棒(或球)，用于燃料燃烧；该方法处理污泥工艺复杂，成本较高，对机械设备要求高。上述专利主要是通过调整炭化温度、气氛和活化剂等来获得性能良好的污泥炭吸附材料，但均未能解决生产过程能耗高与原料成本高等问题。