本發(fā)明涉及污泥處理與環(huán)境工程，具體涉及一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、污泥是污水處理過(guò)程中的主要固體廢棄物，其含水率高、有機(jī)質(zhì)含量高，直接填埋存在二次污染、處置困難等問(wèn)題。目前，脫水后的污泥含水率仍較高，通常在70％-80％左右，而且有機(jī)質(zhì)含量較高，存在有毒有害物質(zhì)及惡臭氣味的排放，嚴(yán)重影響城市環(huán)境和周邊居民的日常生活。因此，對(duì)脫水污泥進(jìn)行減量化、資源化、無(wú)害化處理，對(duì)提高污水處理效率、改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

2、現(xiàn)有的脫水污泥處理方法主要包括填埋、堆肥、焚燒等。這些方法均存在一定的局限性，如填埋需要大量土地資源，且容易產(chǎn)生二次污染；堆肥需要大量土地資源及時(shí)間，且容易產(chǎn)生惡臭氣味；焚燒需要大量能源且存在二次污染。相比之下，臭氧氧化處理是一種綠色環(huán)保、成本適中的處理方法，但目前存在臭氧利用率低、臭氧化污泥脫水性能差等問(wèn)題。近年來(lái)，為提高臭氧利用率，人們?cè)诔粞跆幚砦勰噙^(guò)程中加入功能材料強(qiáng)化臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，來(lái)破解污泥凝膠結(jié)構(gòu)，降解親水性有機(jī)質(zhì)。然而，現(xiàn)有功能材料仍存在添加量大、效率低、造成二次污染等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一是提供一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，利用城市污水處理廠剩余污泥作為主要成分來(lái)制備污泥基生物炭，不僅能提高催化臭氧氧化降解污泥中有機(jī)物的效率，同時(shí)促進(jìn)污泥資源化再利用。

2、本發(fā)明的目的之二是提供由上述制備方法制得的強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的應(yīng)用，能大幅提高污泥脫水性能。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

4、第一方面，本發(fā)明提供一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，包括以下步驟：

5、步驟1：將氫氧化鈣和氧化鋁按比例均勻混合，煅燒得到鈣鋁石，即ca12al14o33，研磨成粉末，通過(guò)100目網(wǎng)篩；

6、步驟2：對(duì)污泥、鈣鋁石粉末和活化劑按比例均勻混合，經(jīng)水熱碳化法處理制備成污泥基生物炭。

7、在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟2中，以重量百分比計(jì)，所述污泥、鈣鋁石粉末和活化劑的質(zhì)量比為65％-80％：15％-30％：1％-5％。

8、在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟1中，以摩爾百分比計(jì)，所述氫氧化鈣和氧化鋁中ca:al摩爾比為1-1.3:1。

9、在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟2中，所述活化劑選自固體氫氧化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、氯化鋅或者氫氧化鉀水溶液中的任何一種或多種或其組合。

10、在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟1中，所述煅燒的溫度為1000-1500℃，時(shí)間為0.5-4h。

11、在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟2中，所述的水熱碳化法在密閉反應(yīng)釜下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為1-4h，反應(yīng)溫度為150-250℃。

12、第二方面，本發(fā)明提供由第一方面所述的制備方法制得的強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的應(yīng)用，去除污泥中有機(jī)物，提高脫水效果，所述方法包括：

13、步驟a：向城市污水處理廠的污泥(含水率95％)中加入所述污泥基生物炭并均勻攪拌；

14、步驟b：在攪拌下，向步驟a的產(chǎn)物中通入臭氧。

15、在第二方面的一個(gè)實(shí)施方式中，基于污泥的重量計(jì)，所述污泥基生物炭的量為100-500mg/g?ts，優(yōu)選200-500mg/g?ts，更優(yōu)選300-500mg/g?ts，其中，ts表示污泥干基質(zhì)量。

16、在第二方面的一個(gè)實(shí)施方式中，將5-30mg/l的臭氧通入到污泥中，氣體流速為1l/min，通氣時(shí)長(zhǎng)20min，投加量為10-60mg/gts。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、(1)本申請(qǐng)以污泥為主要原料制備污泥基生物炭，固廢資源化利用，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保、碳減排需求。所燒制的污泥基生物炭表面富集大量活性基團(tuán)如羥基、羰基等，可以有效催化臭氧產(chǎn)生大量活性氧自由基，大幅提升了臭氧利用效率和污泥脫水效果。

19、(2)本申請(qǐng)制備的負(fù)載鈣鋁石的污泥基生物碳能夠吸附污泥液相陰離子，如co32-、cl-、no3-、h2po4-和hco3-等，減少體系中的自由基猝滅劑組分，提高體系氧化效能。同時(shí)，制備的生物炭顆粒細(xì)小，表面疏松多孔，且富含鈣鋁石和反應(yīng)生成的弗雷德鹽(3cao·al2o3·cacl2·10h2o)等組分，可有效作為污泥骨架構(gòu)建體，構(gòu)筑排水孔道促進(jìn)污泥水分釋放。

20、(3)臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，在處理污泥的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何有害殘留物或二次污染。與傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法相比，臭氧調(diào)理污泥更加環(huán)保、無(wú)污染。此外，臭氧反應(yīng)后會(huì)分解為氧氣排出，不會(huì)對(duì)環(huán)境安全和人類健康造成危害。

技術(shù)特征：

1.一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，步驟2中，以重量百分比計(jì)，所述污泥、鈣鋁石粉末和活化劑的質(zhì)量比為65％-80％：15％-30％：1％-5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，步驟1中，以摩爾百分比計(jì)，所述氫氧化鈣和氧化鋁中ca:al摩爾比為1-1.3:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述活化劑選自固體氫氧化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、氯化鋅或者氫氧化鉀水溶液中的任何一種或多種或其組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述煅燒的溫度為1000-1500℃，時(shí)間為0.5-4h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭的制備方法，其特征在于，所述的水熱碳化法在密閉反應(yīng)釜下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為1-4h，反應(yīng)溫度為150-250℃。

7.權(quán)利要求1所述的制備方法制得的強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭在污泥脫水方面的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，具體步驟包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，基于污泥的重量計(jì)，所述污泥基生物炭的量為100-500mg/g?ts，其中，ts表示污泥干基質(zhì)量。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，將5-30mg/l的臭氧通入到污泥中，氣體流速為1l/min，通氣時(shí)長(zhǎng)20min，投加量為10-60mg/g?ts。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化臭氧化污泥脫水的污泥基生物炭及其制備方法與應(yīng)用。將氫氧化鈣和氧化鋁按比例均勻混合，煅燒得到鈣鋁石，即Ca<subgt;12</subgt;Al<subgt;14</subgt;O<subgt;33</subgt;，研磨成粉末，通過(guò)100目網(wǎng)篩；對(duì)污泥、鈣鋁石粉末和活化劑按比例均勻混合，經(jīng)水熱碳化法處理制備成污泥基生物炭。使用該污泥基生物炭來(lái)調(diào)理污泥的方法包括：向污水處理廠(含水率95％)中加入所述污泥基生物炭并均勻攪拌；在攪拌下，向產(chǎn)物通入臭氧。本發(fā)明制備的的污泥基生物炭加入到臭氧氧化污泥處理的系統(tǒng)中，能提高臭氧利用率和污泥脫水效果。

技術(shù)研發(fā)人員：葛冬冬,張俊楓,張俊偉,黃壽強(qiáng),蔣莉,余雅琳,蔣敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28