本发明属于废弃物处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种分级定向热解污泥碳化方法。
背景技术：
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随着污水处理能力的提高，污泥量也大幅增加。据《2013-2017年中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》，到2015年我国污泥年产量将达到约1.98亿吨，成为全球最大污泥产生国。目前国外污泥处置措施主要是填埋、焚烧等，其中填埋由于场地限制和安全隐患也逐渐被弃用，焚烧由于存在投资、运行成本较高、环境安全和碳排放等问题，一直存在较大的争议。从经济发展、资源利用、城市生态环境保护等方面来看，污泥资源化利用应该是污泥处置的理想出路。
中国专利CN103908949A公开了一种污泥基活性炭及其生产方法和在电镀含铬废水中的应用，其特征是污泥经干燥、活化、微波处理、洗涤、烘干步骤后制备而成。可在电镀含铬废水处理中，污泥活性炭用作吸附剂。中国专利ZL 201410349427.2公开了一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法，该方法先将含水率为50～85wt％的污泥送入水热反应器中，控制水热反应器内压力为2～3atm，加热温度为150℃～300℃，微波辅助加热进行水热碳化反应30～150min，得到水热碳化液。然后将得到的水热碳化液进行固液分离，固体产物水洗、40℃～60℃干燥，获得污泥炭。中国专利CN104355519A公开了基于水热碳化和微波快速热解的污泥综合处理方法，包括污泥水热碳化和微波快速热解两大步骤。水热碳化用于污泥前期预处理，可以解决污泥高水分低热值的难点，在源头上提高污泥的能量品位；通过将水热碳化反应后的污泥碳进行微波快速热解，获得较好产率的液体燃料和可燃气体，固体残余焦炭可用于工业原料，从而实现污泥高效低污染能源资源化处置。
上述专利均涉及采用微波对污泥或对污泥进过加工以后的中间产物进行的加热，但所处理的物料中均含有较多的水分。专利CN104355519A涉及采用分步法处理污泥，但在水热碳化过程中会产生大量的水溶性污染物，处理过程中产生的污水难以处理。同时水热所制备得到的固体产物含有较多的水，不利于微波快速热解制备固炭。
技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种分级定向热解污泥碳化方法，本发明通过微波对污泥进行整体式加热，解决了传统加热方式利用加热源于物料之间通过温差驱动换热在放大过程中，物料中存在加热不均匀的问题。
本发明的目的是提供一种分级定向热解污泥碳化方法，包括如下步骤：
(1)脱水干燥：污泥经脱水至含水率为40％～60％的污泥；
(2)低温烘焙：经步骤(1)脱水干燥的污泥在200℃～350℃进行低温烘焙处理；
(3)中温碳化：将步骤(2)低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至500℃～800℃进行中温碳化，得到污泥碳。
本发明将污泥中在高温条件下易生成小分子气体和液体的有机质在低温和较长反应停留时间条件下进行烘焙预处理，通过缓慢缩聚反应进行芳构化和炭化，低温烘焙处理后会使污泥中的有机物缩聚交联炭化现象，可以增加中温热解固体碳的收率。
通过低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至500℃～800℃进行热解碳化及协同造孔，通过低温烘焙及微波中温碳化的组合处理可以提高污泥碳收率和比表面积。
优选地，步骤(1)所述的脱水干燥过程中向待脱水干燥的污泥中添加铁或镁的氧化物。通过添加氧化镁，可以改善本发明制备得到的污泥碳作为电极材料或除臭材料的特性。
优选地，步骤(2)中所述的低温烘焙时间为1～3h。
优选地，步骤(3)中所述的中温碳化时间为0.5～1h。
优选地，步骤(3)中经中温碳化后所产生的产物经过燃烧器燃烧产生烟气，所述烟气作为步骤(2)低温烘焙的烘焙热源。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的技术通过微波对污泥进行整体式加热，解决了传统加热方式利用加热源于物料之间通过温差驱动换热在放大过程中，物料中存在加热不均匀的问题；
2、本发明提供的技术由于采用整体式加热，同时通过添加改性物质有利于在污泥碳生产过程中促进污泥碳中孔的形成，所生产的污泥碳具有加大的比表面积，污泥碳物化性质较好。
附图说明：
图1为本发明分级定向热解污泥碳化流程图。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中的实验材料和试剂均为本技术领域常规市购产品。
参阅图1：一种分级定向热解污泥碳化方法，包括如下步骤：
(1)脱水干燥：污泥经脱水至含水率为40％～60％的污泥；
(2)低温烘焙：经步骤(1)脱水干燥的污泥在200℃～350℃进行低温烘焙处理1～3h；
(3)中温碳化：将步骤(2)低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至500℃～800℃进行中温碳化0.5～1h，得到污泥碳。
实施例1
一种分级定向热解污泥碳化方法，包括如下步骤：
(1)脱水干燥：污泥经脱水至含水率为40％～60％的污泥；
(2)低温烘焙：经步骤(1)脱水干燥的污泥在200℃进行低温烘焙处理1h；
(3)中温碳化：将步骤(2)低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至500℃进行中温碳化0.5h，得到污泥碳。
步骤(1)中污泥脱水干燥其可以选用污泥脱水机或者机械脱水装置实现均可。步骤(3)微波中温碳化所产生的液体及气体产物经过燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气通过低温烘焙反应器作为烘焙热源，可实现能源的回收利用，避免能源浪费。
本实例所产生的污泥碳比表面积为79.41m2/g，碳含量17.75％。
实施例2
一种分级定向热解污泥碳化方法，包括如下步骤：
(1)脱水干燥：污泥经脱水至含水率为40％～60％的污泥；
(2)低温烘焙：经步骤(1)脱水干燥的污泥在300℃进行低温烘焙处理2h；
(3)中温碳化：将步骤(2)低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至600℃进行中温碳化0.8h，得到污泥碳。
本实例所产生的污泥碳比表面积为51.36m2/g，碳含量16.75％。
实施例3
一种分级定向热解污泥碳化方法，包括如下步骤：
(1)脱水干燥：污泥经脱水至含水率为40％～60％的污泥；
(2)低温烘焙：经步骤(1)脱水干燥的污泥在350℃进行低温烘焙处理3h；
(3)中温碳化：将步骤(2)低温烘焙处理得到的固体产物采用微波加热至800℃进行中温碳化1h，得到污泥碳。
本实例所产生的污泥碳比表面积为49.32m2/g，碳含量17.02％。
本发明提出的分级定向热解污泥碳化方法所生产的污泥碳与现有技术制得污泥碳相对比，本发明得到的污泥碳具有加大的比表面积，污泥碳物化性质更好，得到的碳含量较高，其中实施例1的工艺条件下得到的污泥碳其比表面积最大，碳含量最高。
以上对本发明提供的分级定向热解污泥碳化方法进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。