[发明专利]一种固废基生物炭材料及其制备方法和作为改善污泥脱水性能的添加材料应用

说明书

本发明公开了一种固废基生物炭材料及其制备方法和作为改善污泥脱水性能的添加材料应用。将赤泥粉末与秸秆粉末球磨混合后，进行热解处理，即得固废基生物炭材料。该固废基生物炭材料具有多孔结构，且表面粗糙，由不规则颗粒状结构组成，其含铁量高，孔隙内部和表面负载有丰富的活性Fe₃O₄，能够与双氧水产生双重芬顿反应，此外，生物质炭材料包含大量极性基团，亲水性较好。将其作为改善污泥脱水性能的添加材料应用，可以有效改善污泥的脱水性能。

技术领域

本发明涉及一种固废基生物炭材料及其制备方法和应用，特别涉及一种利用冶金固废赤泥和农业固废秸秆共热解制备得到的固废基生物炭材料，还涉及一种固废基生物炭材料的制备方法以及涉及一种固废基生物炭材料在改善污泥脱水性能方面的应用，属于污泥处理技术领域。

背景技术

我国污水处理厂中的剩余污泥因其大量产生和快速增长而备受关注。根据《全球及中国污泥处理处置行业发展研究报告(2018)》相关统计，截至2017年底，中国城镇(设市城市、县，不含其它建制镇)污泥(含水率为80％)年产量5484万吨，2018年中国污泥总产量为5665万吨，预期到2020年中国污泥总产量将达到6177万吨，预计未来三年年复合增长率为4％左右。污泥中携带大量的细菌、重金属等污染物质，如果没有对污泥进行适当的处理与处置，会给环境和人类健康生活带来严重的威胁。

传统的污泥脱水方法通常使用氯化铝、氯化铁、聚丙烯酰胺等作为调理剂，然后通过离心或使用带式过滤器进行机械脱水。脱水污泥饼的含水率高达75％–85％，这对后续的污泥处置是一个挑战。当深度脱水污泥饼的含水率低于60wt％可以有效地减少污泥的质量和体积。但是污泥的深度脱水很难实现。通过破坏氧化胞外聚合物(EPS)可以大大提高污泥的过滤性和脱水性。因此，有必要开发新的调节和分解技术以促进结合水的释放和改善污泥的脱水。

赤泥是制铝行业提取氧化铝时产生的工业固废，据统计截止到2016年，全球赤泥堆存量已达35亿吨，并以每年1.2亿吨排放量速度增长，赤泥碱性高，又含有大量铝、铁、氟等多种杂质，具有堆存量大、腐蚀性强和难处理等特点，对环境产生严重危害，赤泥工业固废的处理和综合利用是一大难题，迫切需要一种无害化利用方法。

在中国，每年生产3×10⁶吨芦苇秸秆，农业固废芦苇秸秆如果不及时收割储存有效处理利用，腐烂在水中，会直接污染水体，造成水质富营养化。目前，芦苇秸秆主要用于高温隔绝空气条件下热解产生生物炭，可用于吸附水中铅离子重金属污染。

在现有技术中，还未见将赤泥和芦苇秸秆结合起来制备固废基生物炭，并且用于提高污泥脱水性能的相关报道。

发明内容

针对现有技术中污泥脱水过程存在的技术问题以及现有固体废物赤泥等难处理，容易造成二次污染的技术难题，本发明的第一个目的是在于提供一种固废基生物炭材料，该固废基生物炭材料具有多孔结构，且表面粗糙，由不规则颗粒状结构组成，且含铁量高，孔隙内部和表面负载有丰富的活性Fe₃O₄，能够与双氧水产生双重芬顿反应，此外，生物质炭包含大量极性基团，亲水性较好。

本发明的第二个目的是在于提供一种固废基生物炭材料的制备方法，该方法利用利用冶金固废赤泥和农业固废芦苇秸秆作为原料，来源广，成本低，可以将固体废弃物转化成有用材料，具有极高的经济价值和环保价值，且固废基生物炭材料的制备流程短，操作简单，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种固废基生物炭材料的应用，将固废基生物炭材料作为改善污泥脱水性能的添加材料应用，可以有效改善污泥的脱水性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种固废基生物炭材料的制备方法，该方法是将赤泥粉末与秸秆粉末球磨混合后，进行热解处理，即得。