一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法

本发明属于污泥处理，更具体地，涉及一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法，能够降低污泥基生物炭中重金属生态污染风险(污泥基生物炭，即，热解产物)。

背景技术：

1、随着工业的发展，社会对水的需求量呈直线上升，这也导致了污泥大量产生。目前污泥处理面临着高产量和高处理标准两大难题，这也催化了污泥稳定、无害、资源化的处理成了近些年来国内外研究的热点问题。而污泥经过传统污泥的处理处置方式处理的产物，因其中重金属的可迁移性、生物可利用性较高，在后续处理过程对生态环境仍然存在污染风险。

2、污泥热解技术能实现污泥高效脱水、杀菌以及固定污泥中重金属。污泥本身热值低，导致投资成本高；污泥单独热解固体产物的化学性质不够稳定，可能会带来二次污染以及热解产物无法资源化利用。

3、据学者研究证明，农林废弃物与污泥共热解能够为污泥热解提供热值。同时相比较污泥单独热解的固体产物，污泥与农林废弃物共热解形成的污泥基活性炭，有机碳含量高、化学性质稳定，能扩大污泥基生物炭的应用范围。

4、我国每年柚子产量达上千万吨，其中作为废弃物的柚子皮质量占30％～50％。柚子皮富含纤维素、半纤维素和木质素，其白色絮状层具有三维网格结构，表面带有多种活性官能团(如羟基、羰基、醛基、羧基等)是一种极具发展前景的生物炭材料。目前柚子皮一般作为农林废弃物处理，不仅造成材料损失还造成环境污染。

5、中国专利cn104150743a公开了一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法，虽然它也公开了该技术能够有效降低生物炭中重金属含量，但是未提及该技术对生物炭中残留下的重金属的生物毒性的影响。

6、中国专利cn107117789a公开了一种提高污泥厌氧消化过程产甲烷量及增强重金属稳定化过程的方法，虽然它也公开了以农林废弃物作为原料协同增强污泥中重金属稳定性的方法，但是该技术适用于污泥的厌氧消化处理，不适于污泥热解工艺。

7、中国专利cn110127972a公开了一种提高污泥厌氧消化效率同时降低重金属生态毒性的方法，虽然它公开了以农林废弃物——秸秆作为原料降低污泥中重金属生态毒性，但是该专利只适用于污泥厌氧消化处理。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种制备污泥基生物炭降低重金属生物毒性的方法，其中通过控制共热解条件，将污泥和柚子皮共热解制成生物炭，能够降低热解产物中zn、cu、pb的重金属的含量，降低热解产物中重金属的生态风险。本发明提供的方法采用农林废弃物(即，柚子皮)与污泥共热解降低热解产物中zn、cu、pb重金属的生态风险，以废治废，操作简便，投资成本低，热解产物的物化性质更稳定，有效扩大了污泥基生物碳的资源化利用范围，本发明对于污泥处理及资源化有着重要意义。

2、为实现上述目的，按照本发明，提供了一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法，其特征在于，该方法是将干燥的污泥与干燥的柚子皮混合，并在300～600℃的无氧条件下进行共热解，能够降低热解产物中重金属zn、cu和/或pb的生态污染风险。

3、作为本发明的进一步优选，所述混合是将干燥的污泥与干燥的柚子皮按1：3的质量比进行混合。

4、作为本发明的进一步优选，所述无氧条件为n2气条件。

5、作为本发明的进一步优选，所述热解采用的升温速率为10℃/min，热解时间为3h。

6、作为本发明的进一步优选，所述干燥的污泥是将污泥在105℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重。

7、作为本发明的进一步优选，所述干燥的柚子皮是将柚子皮在70℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重。

8、作为本发明的进一步优选，在混合之前，还包括分别对干燥的污泥和干燥的柚子皮进行粉碎并过筛处理；优选的，所述过筛处理具体是过100目筛。

9、作为本发明的进一步优选，所述干燥的柚子皮为去除表面油泡层的干燥的柚子皮。

10、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明利用柚子皮与污泥共热解降低热解产物中重金属生态污染风险的方法，可极大的降低热解产物中重金属含量，减小热解产物的对环境污染风险等级。

11、常见的污泥处理方法，处理后污泥中重金属环境污染风险高，在后续处理过程会给环境带来污染问题。本发明通过将污泥和柚子皮共热解，能够降低污泥处理产物中重金属的重金属总含量，降低污泥处理后产物中重金属生态毒性，使污泥的污染风险降低。

12、本发明共热解是在300～600℃的温度下进行的，相比现有的污泥处理工艺，污泥与柚子皮共热解不仅能够使污泥高效脱水、杀灭污泥中细菌等微生物，而且在稳定无害化处理污泥的同时还能无害化处理废弃的柚子皮。虽然提高热解温度能够降低污泥中重金属的环境污染风险，但是添加柚子皮在低温条件下(300～600℃)能够有效降低污泥的环境污染风险指数。并且共热解产物的重金属含量明显降低，在模拟自然环境下共热解产物中重金属的浸出量明显降低，若是直接排放对土壤重金属污染影响较小。

13、此外，本发明方法，在处理污泥的同时，对废弃的柚子皮进行了处理，达到以废治废，变废为宝的目的。并且，柚子皮作为生物质，和污泥共热解可以克服污泥热值低的问题、反应特性差和热解产物性质不稳定的问题，减少能耗投入。

14、综上，本发明通过将污泥与柚子皮共热解，得到的污泥基生物炭中重金属含量降低，形态更加稳定以及对环境的污染风险低。

技术特征：

1.一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法，其特征在于，该方法是将干燥的污泥与干燥的柚子皮混合，并在300～600℃的无氧条件下进行共热解，能够降低热解产物中重金属zn、cu和/或pb的生态污染风险。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合是将干燥的污泥与干燥的柚子皮按1：3的质量比进行混合。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述无氧条件为n2气条件。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述热解采用的升温速率为10℃/min，热解时间为3h。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述干燥的污泥是将污泥在105℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述干燥的柚子皮是将柚子皮在70℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，在混合之前，还包括分别对干燥的污泥和干燥的柚子皮进行粉碎并过筛处理；优选的，所述过筛处理具体是过100目筛。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述干燥的柚子皮为去除表面油泡层的干燥的柚子皮。

技术总结
本发明属于污泥处理技术领域，公开了一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法，该方法是将干燥的污泥与干燥的柚子皮混合，并在300～600℃的无氧条件下进行共热解，能够降低热解产物中重金属Zn、Cu、Pb的生态污染风险。本发明通过将污泥和柚子皮共热解制成生物炭，能够降低热解产物中重金属的含量、重金属的生态风险。

技术研发人员：陈勇,汪丽贤
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13