一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的方法及其系统，本发明专利技术将处理后的废泡沫塑料与经干燥后的污泥按一定比例均匀混合，混合后的物料进行炭化，制备污泥炭材料，炭化过程中产生的热解气燃烧后可作为炭化的热源，为热解炭化提供热量，余热烟气也可为污泥的干燥提供热量。本发明专利技术的优点在于：将废泡沫塑料引入到污泥制备炭材料技术领域，实现了城市生活垃圾中废泡沫塑料资源化与能源化高效利用，避免了污泥和废泡沫塑料给环境带来的二次污染问题，利用废泡沫塑料改善了污泥炭材料性能指标，同时实现了废泡沫塑料高附加值利用，充分体现清洁生产与循环经济理念，节能与环保效益显著。能与环保效益显著。能与环保效益显著。

A method and system for preparing sludge carbon material by mixing sludge and waste foamed plastic

【技术实现步骤摘要】
一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的方法及其系统


[0001]本专利技术涉及污泥资源综合利用
，具体涉及一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的方法及其系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会经济的快速发展和城市化程度越来越高，净化工业生产废水、城乡生活污水时所产生的污泥量也逐渐增多。污泥作为污水处理的副产品，通常含有大量的有毒、有害和对环境产生负面影响的物质，若不加以安全处理和处置将会造成严重的二次污染。但同时污泥中含有大量的有机物、腐殖质等可利用资源。因此，实施城市污水厂污泥处理处置和资源化新途径，对解决污泥污染问题具有重要意义。传统污泥处置的最终去向可分为填埋法、海洋弃置、好氧堆肥、焚烧等。
[0003]（1）填埋法：由于土地资源日趋紧缺，土壤污染问题日趋严重，污泥的填埋处置受到限制；且污泥含水率高，填埋操作困难；污泥富含有害微生物，污染性强，会影响生态安全，危害居民健康。
[0004]（2）海洋弃置：污泥直接进入海洋会危害海洋生态系统，造成海洋环境恶化。
[0005]（3）好氧堆肥：将污泥与生活垃圾、木屑等膨松剂和调理剂结合，利用污泥中富含的微生物进行发酵，制成的肥料肥效与养分较低，重金属和有毒有机物无法控制，应用效果不佳。
[0006]（4）焚烧：将污泥放在焚化炉中焚烧，焚烧过程中会产生二噁英、含重金属的灰渣等二次污染问题，且投资运行费用较高，无法大规模应用。
[0007]聚苯乙烯泡沫塑料是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料，具有质轻、绝热、吸音、防震、耐潮、耐腐蚀、价格低廉等优点,被广泛用作家用电器、仪器仪表的防震包装材料和建筑保温隔音材料以及管道和容器等的保温材料等，因此产生了大量的废泡沫塑料。废聚苯乙烯泡沫塑料比较分散，其性质稳定，不易分解，容易污染生态环境。作为不可再生资源，一次性使用就被丢弃，也是对资源的巨大浪费。因此，选择合适的处理技术来解决废聚苯乙烯泡沫塑料形成的“白色垃圾”,发展循环经济，已成为当务之急。
[0008]生物炭目前已经广泛地应用在军工，医药，冶金，化工，环保等行业的生产和净化过程之中，而它作为一种具有多孔结构，选择性吸收能力强的炭基吸附材料，在使用过程中也体现了它的强大地功能性。市面上已经得到大范围推广并进行实际应用的生物炭，其原材料基本为木材和煤炭，但由于木材生长缓慢，煤炭资源越来越少，这就导致了生产成本较高。污泥中存在丰富的有机质，并且其所含有的炭元素占比较高，这为制备具有较高吸附性能的生物炭提供了可能。
[0009]针对污泥处理和生产污泥炭材料的技术，已有部分学者开展了相关探索。CN109647341A公开了一种利用污泥制备吸附材料的系统和方法，将污泥与高温水蒸气接触进行水热处理后再进行压滤脱水，再对其进行热解、活化。但其仅是对污泥进行处理制备污泥炭，并没有与其他材料结合来制备炭材料，还有待进一步改进。CN103396815A公开了一种
污泥制备炭材料的方法，将污泥进行水热法脱水后，用于厌氧发酵产生沼气或用于生产生物炭，该方法需要消耗外部能源，增加了污泥处理成本。CN105731752A公开了一种利用剩余污泥和榛子壳共热解制备生物炭的方法， 其主要过程为：将市政污泥和榛子壳烘干、破碎，加入氯化锌溶液浸泡并烘干，继而真空热解，最后用稀盐酸进行酸洗，去离子水洗涤，烘干后得到生物炭。但其在材料选择上有待进一步改进，污泥与榛子壳等植物残体共存可能性较低，共热解的实际意义较弱。CN106732359A公开了一种掺杂塑料粉的污泥基生物炭制备方法，其方法是：将污泥烘干、破碎、研磨、过筛，塑料制品破碎、研磨、过筛成粉末状，两者按1
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3:1的重量比充分混合，于400
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600℃热解，随后盐酸浸洗，去离子水洗涤，烘干至恒重得到污泥基生物炭。该方法并未对塑料制品进行前处理，塑料粉末在制备生物炭时贡献不大。CN113955755A公开了一种用市政污泥与废弃塑料制备的生物炭及制备方法，对市政污泥和废弃塑料进行干燥、破碎、筛分，按（4
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50）：1的质量比混合，并加入氯化镁溶液搅拌，烘干，在300
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700℃进行炭化，去离子水洗涤后干燥，得到市政污泥与废弃塑料共热解制备的生物炭。CN214400192U公开了一种市政污泥热解处理系统，污泥经脱水预处理后送入全程密闭微正压、绝氧燃烧的立式热解机内热解炭化，产物热解气被分离净化，净化后的可燃气部分送入燃烧器中燃烧作为回用热源。该方法处理污泥工艺复杂，成本较高，对机械设备要求高。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种污泥与废塑料混合制备污泥炭材料的方法及其系统；本专利技术利用污泥作为制备生物炭的原材料，符合无害化，减量化，稳定化和资源化的处置原则；利用废泡沫塑料碳氢含量高，并且挥发份含量大的特点，将废泡沫塑料掺入污泥中制备炭材料，有效地改善了污泥热解炭孔结构分布，提高了污泥炭的吸附性能；本专利技术装置投资及运行成本低，运行稳定可靠，在实现超低污染排放的过程中能产生有价值的污泥炭材料，其制备的污泥炭吸附性能指标高；本专利技术能实现污泥和废泡沫塑料的高附加值利用，充分体现清洁生产与循环经济理念，节能与环保效益显著。本专利技术的技术方案具体介绍如下。
[0011]一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的系统，其包括污泥储存装置、浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机、废泡沫塑料储存装置、破碎装置、磺化釜、混合装置、炭化炉、分离室、燃烧室、冷却室、炭仓、蒸汽发生器、冷凝水泵和烟气处理系统；污泥储存装置依次和浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机连接，干化机包括两个入口和两个出口：分别为固液物料入口和出口，气体入口和出口；干化机的固液物料入口和机械脱水装置相连，固液物料出口和混合装置的入口连接；废泡沫塑料储存装置依次和破碎装置、磺化釜连接后和混合装置的入口连接；混合装置出口和炭化炉的输入端相连，炭化炉的输出端和分离室的入口相连，分离室有两个出口，其中一个依次和冷却室、炭仓相连，另一个和燃烧室相连，燃烧室的出口和用于给炭化炉加热的炭化炉加热室的入口相连，炭化炉加热室的出口和蒸汽发生器的入口相连，蒸汽发生器的出口和干化机的气体入口相连，干化机的气体出口经过冷凝水泵后，依次和蒸汽发生器、烟气处理系统相连；工作时，存储在污泥储存装置的污泥依次经浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机处理，存储在废泡沫塑料储存装置的废泡沫塑料依次经破碎装置、磺化釜处理；
处理后的污泥和废泡沫塑料进入混合装置混合后进入炭化炉炭化，再由分离室气固分离，固体样品为污泥炭材料，气态部分进入燃烧室燃烧后用作炭化炉加热室的热源，从炭化炉加热室出来的余热烟气进入蒸汽发生器作为热源，蒸汽发生器吸热后得到的蒸汽进入干化机放热，为污泥干燥提供热源，产生的蒸汽冷凝水再经过冷凝水泵送入蒸汽发生器吸热，得到的低温烟气进入烟气处理系统。
[0012]本专利技术中，污泥储存装置中存储的污泥的含水率在95
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污泥与废泡沫塑料混合制备污泥炭材料的系统，其特征在于，其包括污泥储存装置、浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机、废泡沫塑料储存装置、破碎装置、磺化釜、混合装置、炭化炉、分离室、燃烧室、冷却室、炭仓、蒸汽发生器、冷凝水泵和烟气处理系统；污泥储存装置依次和浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机连接，干化机包括两个入口和两个出口：分别为固液物料入口和出口，气体入口和出口；干化机的固液物料入口和机械脱水装置相连，固液物料出口和混合装置的入口连接；废泡沫塑料储存装置依次和破碎装置、磺化釜连接后和混合装置的入口连接；混合装置出口和炭化炉的输入端相连，炭化炉的输出端和分离室的入口相连，分离室有两个出口，其中一个依次和冷却室、炭仓相连，另一个和燃烧室相连，燃烧室的出口和用于给炭化炉加热的炭化炉加热室的入口相连，炭化炉加热室的出口和蒸汽发生器的入口相连，蒸汽发生器的出口和干化机的气体入口相连，干化机的气体出口经过冷凝水泵后，依次和蒸汽发生器、烟气处理系统相连；工作时，存储在污泥储存装置的污泥依次经浓缩装置、调理储存装置、机械脱水装置、干化机处理，存储在废泡沫塑料储存装置的废泡沫塑料依次经破碎装置、磺化釜处理；处理后的污泥和废泡沫塑料进入混合装置混合后进入炭化炉炭化，再由分离室气固分离，固体样品为污泥炭材料，气态部分进入燃烧室燃烧后用作炭化炉加热室的热源，从炭化炉加热室出来的余热烟气进入蒸汽发生器作为热源，蒸汽发生器吸热后得到的蒸汽进入干化机放热，为污泥干燥提供热源，产生的蒸汽冷凝水再经过冷凝水泵送入蒸汽发生器吸热，得到的低温烟气进入烟气处理系统。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，污泥储存装置中存储的污泥的含水率在95
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99.5wt%之间，浓缩装置处理后污泥的含水率低于95wt%，机械脱水装置处理后的污泥的含水率低于60wt%之间，干化机处理后的污泥的含水率低于20wt%。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：机械脱水装置为板框压滤机、隔膜压滤机或钢带式压滤机。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：破碎装置为塑料撕碎机或塑料剪切式破碎机；磺化釜中装贯穿到底部的磁力搅拌器、自热系统及温度监测设备。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：混合装置为搅拌式混料机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹阳，梁波，朱凯，李程，韩文叶，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：