本發明屬于廢棄物處理及資源化利用技術領域，具體涉及一種分級定向熱解污泥碳化方法。
背景技術：
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隨著污水處理能力的提高，污泥量也大幅增加。據《2013-2017年中國污泥處理處置深度調研與投資戰略規劃分析報告》，到2015年我國污泥年產量將達到約1.98億噸，成為全球最大污泥產生國。目前國外污泥處置措施主要是填埋、焚燒等，其中填埋由于場地限制和安全隱患也逐漸被棄用，焚燒由于存在投資、運行成本較高、環境安全和碳排放等問題，一直存在較大的爭議。從經濟發展、資源利用、城市生態環境保護等方面來看，污泥資源化利用應該是污泥處置的理想出路。
中國專利CN103908949A公開了一種污泥基活性炭及其生產方法和在電鍍含鉻廢水中的應用，其特征是污泥經干燥、活化、微波處理、洗滌、烘干步驟后制備而成。可在電鍍含鉻廢水處理中，污泥活性炭用作吸附劑。中國專利ZL 201410349427.2公開了一種微波輔助水熱碳化制備污泥炭的方法，該方法先將含水率為50～85wt％的污泥送入水熱反應器中，控制水熱反應器內壓力為2～3atm，加熱溫度為150℃～300℃，微波輔助加熱進行水熱碳化反應30～150min，得到水熱碳化液。然后將得到的水熱碳化液進行固液分離，固體產物水洗、40℃～60℃干燥，獲得污泥炭。中國專利CN104355519A公開了基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，包括污泥水熱碳化和微波快速熱解兩大步驟。水熱碳化用于污泥前期預處理，可以解決污泥高水分低熱值的難點，在源頭上提高污泥的能量品位；通過將水熱碳化反應后的污泥碳進行微波快速熱解，獲得較好產率的液體燃料和可燃氣體，固體殘余焦炭可用于工業原料，從而實現污泥高效低污染能源資源化處置。
上述專利均涉及采用微波對污泥或對污泥進過加工以后的中間產物進行的加熱，但所處理的物料中均含有較多的水分。專利CN104355519A涉及采用分步法處理污泥，但在水熱碳化過程中會產生大量的水溶性污染物，處理過程中產生的污水難以處理。同時水熱所制備得到的固體產物含有較多的水，不利于微波快速熱解制備固炭。
技術實現要素：
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本發明的目的在于提供一種分級定向熱解污泥碳化方法，本發明通過微波對污泥進行整體式加熱，解決了傳統加熱方式利用加熱源于物料之間通過溫差驅動換熱在放大過程中，物料中存在加熱不均勻的問題。
本發明的目的是提供一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃～350℃進行低溫烘焙處理；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至500℃～800℃進行中溫碳化，得到污泥碳。
本發明將污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機質在低溫和較長反應停留時間條件下進行烘焙預處理，通過緩慢縮聚反應進行芳構化和炭化，低溫烘焙處理后會使污泥中的有機物縮聚交聯炭化現象，可以增加中溫熱解固體碳的收率。
通過低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至500℃～800℃進行熱解碳化及協同造孔，通過低溫烘焙及微波中溫碳化的組合處理可以提高污泥碳收率和比表面積。
優選地，步驟(1)所述的脫水干燥過程中向待脫水干燥的污泥中添加鐵或鎂的氧化物。通過添加氧化鎂，可以改善本發明制備得到的污泥碳作為電極材料或除臭材料的特性。
優選地，步驟(2)中所述的低溫烘焙時間為1～3h。
優選地，步驟(3)中所述的中溫碳化時間為0.5～1h。
優選地，步驟(3)中經中溫碳化后所產生的產物經過燃燒器燃燒產生煙氣，所述煙氣作為步驟(2)低溫烘焙的烘焙熱源。
本發明的有益效果是：
1、本發明提供的技術通過微波對污泥進行整體式加熱，解決了傳統加熱方式利用加熱源于物料之間通過溫差驅動換熱在放大過程中，物料中存在加熱不均勻的問題；
2、本發明提供的技術由于采用整體式加熱，同時通過添加改性物質有利于在污泥碳生產過程中促進污泥碳中孔的形成，所生產的污泥碳具有加大的比表面積，污泥碳物化性質較好。
附圖說明：
圖1為本發明分級定向熱解污泥碳化流程圖。
具體實施方式：
以下實施例是對本發明的進一步說明，而不是對本發明的限制。
除特別說明，本發明中的實驗材料和試劑均為本技術領域常規市購產品。
參閱圖1：一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃～350℃進行低溫烘焙處理1～3h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至500℃～800℃進行中溫碳化0.5～1h，得到污泥碳。
實施例1
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經步驟(1)脫水干燥的污泥在200℃進行低溫烘焙處理1h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至500℃進行中溫碳化0.5h，得到污泥碳。
步驟(1)中污泥脫水干燥其可以選用污泥脫水機或者機械脫水裝置實現均可。步驟(3)微波中溫碳化所產生的液體及氣體產物經過燃燒器燃燒產生高溫煙氣，高溫煙氣通過低溫烘焙反應器作為烘焙熱源，可實現能源的回收利用，避免能源浪費。
本實例所產生的污泥碳比表面積為79.41m2/g，碳含量17.75％。
實施例2
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經步驟(1)脫水干燥的污泥在300℃進行低溫烘焙處理2h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至600℃進行中溫碳化0.8h，得到污泥碳。
本實例所產生的污泥碳比表面積為51.36m2/g，碳含量16.75％。
實施例3
一種分級定向熱解污泥碳化方法，包括如下步驟：
(1)脫水干燥：污泥經脫水至含水率為40％～60％的污泥；
(2)低溫烘焙：經步驟(1)脫水干燥的污泥在350℃進行低溫烘焙處理3h；
(3)中溫碳化：將步驟(2)低溫烘焙處理得到的固體產物采用微波加熱至800℃進行中溫碳化1h，得到污泥碳。
本實例所產生的污泥碳比表面積為49.32m2/g，碳含量17.02％。
本發明提出的分級定向熱解污泥碳化方法所生產的污泥碳與現有技術制得污泥碳相對比，本發明得到的污泥碳具有加大的比表面積，污泥碳物化性質更好，得到的碳含量較高，其中實施例1的工藝條件下得到的污泥碳其比表面積最大，碳含量最高。
以上對本發明提供的分級定向熱解污泥碳化方法進行了詳細的介紹，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的技術方案及其核心思想，應當指出，對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。