[发明专利]一种改性城镇污水厂剩余污泥制备生物炭的方法

说明书

本发明公开了一种改性城镇污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，包括如下步骤：步骤一：将污泥和铜绿微囊藻原粉混合均匀；所述污泥为生活污水处理厂剩余污泥；所述污泥和铜绿微囊藻原粉的质量比为(0.5‑2):1；步骤二：将污泥和铜绿微囊藻原粉混合物装入容器中并将其封口制造限氧环境后，置于马弗炉中进行焙烧；按照中、慢、快的升温速率分三步进行升温焙烧得到污泥基蓝藻生物炭；步骤三：用低浓度的酸将步骤二中得到的污泥基蓝藻生物炭进行酸洗，之后用蒸馏水将污泥基蓝藻生物炭冲洗至中性后进行烘干研磨。本发明将污泥和铜绿微囊藻原粉两者混合后实现了生物炭原料的元素互补，又完成了废物的资源化利用，制备过程无需添加其他物质。

技术领域

本发明涉及生物炭制备技术领域，具体是一种改性城镇污水厂剩余污泥制备生物炭的方法。

背景技术

随着我国新型城镇化建设不断推进，城镇污水处理厂的数量不断增加，在污水处理过程中会产生大量的剩余污泥，这些污泥存在一定的有机质但稳定性差，且含有重金属、致癌有机物、病原微生物等有毒有害物质，处理不当容易产生二次污染。在新增污泥量持续增长、存量污泥体量较大的背景下，解决污泥二次污染问题、加快污泥处理处置成为迫在眉睫的问题。

近年来针对以污泥为原料制备生物炭复合材料的研究较少，当前污泥质生物炭常用的改性以化学改性法为主：酸碱改性法、磁性材料改性、纳米材料改性和有机材料改性等。

(1)酸碱改性是用酸(如HCl、H₂SO₄、H₃PO₄、HNO₃)或碱(如NaOH、KOH、氨水、尿素)来处理污泥质生物炭，经酸碱改性后，污泥质生物炭的总孔容积有所提升，孔隙结构更为明显，但在改性过程中会引入酸碱等化学药剂，不仅增加成本而且造成环境的二次污染。

(2)磁性污泥生物炭采用化学沉淀法将Fe₃₊/Fe₂₊沉积在生物质上，在热解过程中原位生成磁性颗粒，可以改善污泥生物炭表面的负电性，提升污泥生物炭对阴离子污染物的吸附能力，但依然通过化学法额外引入重金属Fe，将造成应用过程中的环境风险。

(3)纳米材料改性污泥，是将金属纳米颗粒或层状纳米材料引入生物炭中可以改变其比表面积和孔隙度，有利于水中有机污染物的去除，但纳米材料价格昂贵，且纳米材料应用过程中的团聚问题较难解决，在实际应用过程中存在应用环境和中试放大后的效果问题。

(4)有机物改性污泥主要是在污泥生物炭悬浮液中加入有机胺、有机酸盐、螯合剂和表面活性剂以及醇类等有机化合物，活化污泥质生物炭表面羧基、羰基、酯基和醚基等含氧官能团，使其与POPs、PPCPs等有机物间形成多种化学键，进而增强污泥质生物炭的吸附能力，但在改性过程中将引入的有机酸盐、螯合剂和表面活性剂等化学药剂进入环境后自然降解性差，容易造成土壤和水体污染，污泥中的部分金属与螯合剂一旦形成螯合物，短暂稳定了金属，但部分螯合剂在环境发生改变时螯合能力减弱或丧失，重金属的毒性缓慢释放，存在二次污染的缓释现象。

发明内容

发明目的：本发明以生活污水厂剩余污泥和掺和一定比例的水体富营养化的废弃物蓝藻后，于限氧条件下焙烧制得污泥基生物炭，获得表面存在甲基，亚甲基，羧基、羰基等丰富的有机官能团、表面微孔结构发达、比表面积较高的污泥基蓝藻生物炭。

技术方案：一种改性城镇污水厂剩余污泥制备生物炭的方法，包括如下步骤：

步骤一：将污泥和铜绿微囊藻原粉混合均匀；所述污泥为生活污水处理厂剩余污泥；所述污泥和铜绿微囊藻原粉的质量比为(0.5-2):1；

步骤二：将污泥和铜绿微囊藻原粉混合物装入容器中并将其封口制造限氧环境后，置于马弗炉中进行焙烧；按照中、慢、快的升温速率分三步进行升温焙烧得到污泥基蓝藻生物炭；