申请日2013.07.01
公开(公告)日2013.11.20
IPC分类号C10J3/00; C02F11/00; B01J20/30; C02F11/10; B01J20/20; C02F11/12
摘要
本发明提供了一种污泥同时制备清洁气体燃料和吸附剂的方法，其步骤为：向污泥浆中依次添加含铁氧化剂和钙基调节剂，搅拌混合并进行机械脱水得到脱水污泥;对脱水污泥经破碎后进行水蒸气气化，制得富含H2、CO、CH4的清洁气体燃料，气化所得固体产物即为污泥灰基吸附剂。本发明从污泥处理处置及资源利用一体化的角度出发，将改善污泥气化特性、提高固体产物吸附活性过程植入复合调理脱水过程，采用湿法混合方式使具有催化活性的含铁氧化剂和钙基调节剂在污泥颗粒中分布更加均匀，利用二者之间的协同效应提高气化过程中气体燃料的生成量和固体产物的催化活性，并抑制整个过程中污染物的释放，实现了低成本、低能耗、低污染、高产量的污泥利用。
权利要求书
1.一种污泥同时制备清洁气体燃料和吸附剂的方法，包括如下步骤：
向污泥浆中依次添加含铁氧化剂和钙基调节剂，搅拌混合并进行机械 脱水得到脱水污泥;
对得到的脱水污泥破碎后直接进行水蒸气气化，制得富含H2、CO、CH4的清洁气体燃料，气化所得固态产物即为污泥灰基吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铁氧化剂具体包 括依次加入的按污泥干基重量比的以下几种组分：H2SO4或CH3COOH为0%～ 3%;FeSO4或Fe2(SO4)3或Fe2(S2O8)3为0.3%～15%;H2O2为0%～3%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙基调节剂为CaO、 Ca(OH)2、CaCO3中的一种或几种混合，所述钙基调节剂的用量为污泥干基重 量的5%～50%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还向钙基调节剂掺入其 质量的30%～80%的煤粉。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，在对脱水 污泥破碎前还对其进行短时热干化，干化温度为45℃～200℃，干化时间为 0min～30min。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，水蒸气气 化温度为600℃～1000℃，水碳比为1.2～2.2:1。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，破碎后的 污泥颗粒粒径为0.045mm～5mm。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述污泥 浆为市政污泥和/或造纸污泥和/或含油污泥，其含水率为90%～99%。
9.按照权利要求1～8任意一项权利要求所述方法制备得到的富含H2、 CO、CH4的清洁气体燃料和污泥灰基吸附剂。
说明书
一种污泥同时制备清洁气体燃料和吸附剂的方法
技术领域
本发明属于污泥处理处置及资源化利用领域，具体涉及一种污泥同时 制备清洁气体燃料和吸附剂的方法。
背景技术
污泥是污水处理的副产物，其亲水性强，有机物含量通常高达40%～ 80%，容易腐化发臭。近年来，随着全国大批污水处理厂的新建及改扩建， 污泥量急剧增加，直接排入环境，容易造成严重的二次污染。但若采取恰 当的措施，污泥能“变废为宝”，除了完成减量化、稳定化、无害化的固 体废弃物处理处置目标外，还能实现其有效的资源化。
目前，污泥资源化利用技术发展迅速，其中制备气体燃料和碳基吸附 剂均能有效的将污泥转化为高附加值产品，因此得到了广泛的研究和认可。 中国专利CN101775315A、CN102994152A、CN202705199U、CN202193763 U、CN202881204U均是从气化炉型的开发方面，提高污泥气化效率。中国 专利CN102557361A公开了一种污泥气化方法，将加入絮凝剂，和酸处理 后的污泥浆分层，取沉淀物送入气化反应器，致使含碳物质与超临界水发 生气化反应，获得气体燃料。
在污泥基吸附剂的制备方面，现有技术都从开发不同的活化方法入手， 充分利用有机质制备污泥活性炭。例如，中国专利CN100418621C采用ZnCl2溶液与污泥混合，经热解、洗涤后制得湿污泥碳化吸附剂。中国专利CN 101559354B、CN101537342B、CN101869825B分别选择了固体NaHCO3、 十六烷基三甲基溴化铵等表面活性剂、含巯基水性聚氨酯乳液作为化学活 化剂，提高污泥活性炭的活性。CN102728321A、CN102886247A将市政 污泥分别与废轮胎和氧化铝工业赤泥混合，再经过后续浸渍、碳化等过程 制备吸附剂。
现有技术尚未解决的问题是：
(1)将污泥分别制备成气体燃料或吸附剂，无法同时利用污泥中的有 机及无机成分，实现最大限度地资源化利用;
(2)在制备过程中，尤其是碳化、热解或气化阶段，高温会使得污泥 中的N和S以含硫含氮气体污染物的形式释放，因此在资源化利用及污染 物减排方面未能实现和谐统一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高产率、低能耗、 低污染的污泥同时制备清洁气体燃料和吸附剂的方法。
为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：
一种污泥同时制备清洁气体燃料和吸附剂的方法，包括如下步骤：
向污泥浆中依次添加含铁氧化剂和钙基调节剂，搅拌混合并进行机械 脱水得到脱水污泥;
对得到的脱水污泥破碎后直接进行水蒸气气化，制得富含H2、CO、CH4的清洁气体燃料，气化所得固态产物即为污泥灰基吸附剂。
进一步地，所述含铁氧化剂具体包括依次加入的按污泥干基重量比的 以下几种组分：H2SO4或CH3COOH为0%～3%;FeSO4或Fe2(SO4)3或Fe2(S2O8)3为 0.3%～15%;H2O2为0%～3%。
进一步地，所述钙基调节剂为CaO、Ca(OH)2、CaCO3中的一种或几种混 合，所述钙基调节剂的用量为污泥干基重量的5%～50%。
进一步地，还向钙基调节剂掺入其质量的30%～80%的煤粉。
进一步地，在对脱水污泥破碎前还对其进行短时热干化，干化温度为 45℃～200℃，干化时间为0min～30min。
进一步地，水蒸气气化温度为600℃～1000℃，水碳比为1.2～2.2:1。
进一步地，破碎后的污泥颗粒粒径为0.045mm～5mm。
进一步地，所述污泥浆为市政污泥和/或造纸污泥和/或含油污泥，其 含水率为90%～99%。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，效果 及优势体现在：
由于本发明将改善污泥气化特性、提高固体产物吸附活性过程植入复 合调理脱水过程。相比物理混合、浸渍和离子交换，采用湿法混合方式使 具有催化作用或提高热值作用的物质与污泥颗粒混合更充分、分布更均匀， 从而更加有效地提高污泥气化的产气率，尤其是产氢率。直接利用残留在 泥饼中的铁盐、钙盐(或钙盐与煤粉的混合物)，还能减少药剂及操作成 本，实现节能高效的污泥有机质的资源化利用。
同时，铁盐、钙盐与污泥灰基质的相互作用，可有效提高固态产物的 孔隙率及比表面积，并增加Ca含量，所制得的污泥基吸附剂具有较高的吸 附活性，实现无机残留物的高值利用。
此外，在整个气化过程中，铁盐和钙盐的热化学转化产物能有效固定 污泥中的硫，并促进污泥中的N向N2转化、减少SOx、NOx及其前驱物的生 成，有效控制污染物的排放，实现了低成本、高产量、低污染的污泥气化 及吸附剂制备。