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CN114350377A - 基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用 - Google Patents

基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用 Download PDF

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CN114350377A
CN114350377A CN202210088513.7A CN202210088513A CN114350377A CN 114350377 A CN114350377 A CN 114350377A CN 202210088513 A CN202210088513 A CN 202210088513A CN 114350377 A CN114350377 A CN 114350377A
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王辰宇
左晓俊
梁耀匀
赖俊蓓
罗新月
田金水
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Abstract

本发明公开基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用,所述土壤改良剂按重量份计包括:改性焦炭48‑52份;尿素4‑6份;磷矿粉4‑6份;生石灰8‑12份;天然沸石8‑12份;腐殖酸8‑12份;秸秆8‑12份。所述制备方法包括以下步骤:改性焦炭的制备、制备土壤改良剂;采用上述土壤改良剂应用于重金属镉污染的土壤。本发明以市政污泥水热气化过程中的副产物焦炭为基础材料,实现了污泥资源化利用过程中副产物的二次利用,促进了固体废物的进一步资源化,无需特地高温制备生物炭材料,有利于节能与生态保护;有效提高污泥水热气化产物的综合价值,并降低土壤改良剂制备成本。

Description

基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及市政污泥资源化处理领域,具体是一种基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用。
背景技术
市政污泥是污水处理过程中无法避免的副产物,市政污泥中含有大量的病原体、微生物、污染物与重金属等,如未对其进行适当处理、处置,将带来环境二次污染风险。我国污泥年产量巨大且仍逐年升高,污泥的处理、处置成为我国多个城市亟待解决的环境问题。
填埋、焚烧、土地利用及材料制备是四类最为常见的污泥处置方式,但目前这四类方式均存在一定局限性。污泥填埋需满足卫生填埋场对污泥入场含水率的要求(≤60%);而污泥焚烧为了更高的热值也要求较低的含水率。而目前,仅带式压滤脱水或离心脱水后的污泥,含水率仍达80%左右,进一步深度脱水需通过干化等手段实现,能耗较高。而土地利用中,主要受污泥污染特性的限制而使用有限。材料制备虽是一种较好的污泥资源化利用方式,但其污泥消纳量很低,无法应对我国大量的污泥处置需求。
水热气化是一种新型的污泥资源化利用技术,将未脱水的湿污泥在密闭容器中加热,使污泥中含有的水分转化至亚/超临界状态,使其具备强氧化性、有机质溶解性等特性,成为一种良好的反应介质。污泥中的有机污染物将在水热状态下分解转化,最终形成CH4、H2、CO2、CO的混合燃气。水热气化避免了污泥干化,且能降解污泥污染物,弥补了目前常见技术的短板(高含水率及污染风险),极具市场应用潜力。但目前该技术发展中,由于污泥组分过于复杂、反应不彻底等因素,将导致副产物焦炭在反应过程中生成。目前还暂时缺少有效抑制其生成的技术方法。焦炭的生产将导致混合燃气产量降低,从而降低污泥水热气化产品价值,因此有必要挖掘副产物焦炭的利用价值。
焦炭是一类含碳量很高的混合物,理化性质与生物炭较为相似,而生物炭在土壤重金属修复中展现出较大的应用潜力。目前,生物炭类土壤改良剂的基础为制备生物炭,都需要先将生物质材料先经过高温水热炭化(>300℃)才能制成,能耗大、成本高。因此本发明考虑,对污泥水热气化过程中的副产物进行回收,通过改性,使其性质接近生物炭,并作为土壤改良剂,修复Cd、Pb重金属污染土壤。实现变废为宝(污泥水热气化产燃气)过程中的产品增值(副产物焦炭制土壤改良剂),通过该方式,可有效提高污泥水热气化产物的价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂、制备方法及应用,较低的成本促进固体废物减量化资源化,降低土壤中重金属的含量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭48-52份;
尿素4-6份;
磷矿粉4-6份;
生石灰8-12份;
天然沸石8-12份;
腐殖酸8-12份;
秸秆8-12份。
进一步的,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭48份;
尿素4份;
磷矿粉4份;
生石灰8份;
天然沸石8份;
腐殖酸8份;
秸秆8份。
进一步的,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭52份;
尿素6份;
磷矿粉6份;
生石灰12份;
天然沸石12份;
腐殖酸12份;
秸秆12份。
进一步的,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭50份;
尿素5份;
磷矿粉5份;
生石灰10份;
天然沸石10份;
腐殖酸10份;
秸秆10份。
一种土壤改良剂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
S1:改性焦炭的制备
将污泥水热气化副产物焦炭分散于NaOH溶液中,100℃下浸渍23-25h,洗涤烘干后获得改性焦炭;
S2:制备土壤改良剂
称取上述重量份的原料进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒。
进一步的,所述NaOH溶液的浓度为1-3mol/L,焦炭与NaOH溶液体积比为0.05-0.15g/mL。
一种土壤改良剂的应用,采用上述土壤改良剂应用于重金属镉污染的土壤。
本发明的有益效果:
1、本发明以市政污泥水热气化过程中的副产物焦炭为基础材料,实现了污泥资源化利用过程中副产物的二次利用,促进了固体废物的进一步资源化,无需特地高温制备生物炭材料,有利于节能与生态保护;
2、本发明制备的土壤改良剂,基础材料为市政污泥水热气化过程中的副产物焦炭,其与生物炭性质相似,比表面积大,表面含氧官能团较多,可以与土壤中的重金属发生吸附、络合、共沉淀等作用,降低土壤中重金属的有效态,促进污染物后续转化降解;
3、本发明制备的土壤改良剂有效的结合了水热气化副产物利用价值亟待提高、土壤改良剂制备需另行制备生物炭材料两点需求,有效提高污泥水热气化产物的综合价值,并降低土壤改良剂制备成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明土壤改良剂制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于1mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.05g/mL;
S3:将S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭48kg,尿素4kg,磷矿粉4kg,生石灰8kg,天然沸石8kg,腐殖酸8kg,秸秆8kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
实施例2:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于1mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.1g/mL;
S3:将S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭49kg,尿素5kg,磷矿粉5kg,生石灰9kg,天然沸石9kg,腐殖酸9kg,秸秆9kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
实施例3:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于2mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.1g/mL;
S3:将S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭50kg,尿素5kg,磷矿粉5kg,生石灰10kg,天然沸石10kg,腐殖酸10kg,秸秆10kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
实施例4:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于2mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.15g/mL;
S3:将S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭51kg,尿素6kg,磷矿粉6kg,生石灰11kg,天然沸石11kg,腐殖酸11kg,秸秆11kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
实施例5:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于3mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.1g/mL;
S3:将步骤S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭52kg,尿素5kg,磷矿粉5kg,生石灰12kg,天然沸石12kg,腐殖酸12kg,秸秆12kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
实施例6:
本实施例提供了一种基于市政污泥水热气化副产物的土壤改良剂的制备方法,包括:
S1:称取55kg的焦炭备用;
S2:将焦炭分散于3mol/L的NaOH溶液中,100℃下浸渍24h,所述的焦炭质量与NaOH溶液体积比为0.15g/mL;
S3:将步骤S2中处理后的样品洗涤烘干,将改性焦炭52kg,尿素6kg,磷矿粉6kg,生石灰12kg,天然沸石12kg,腐殖酸12kg,秸秆12kg进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒,即得到土壤改良剂。
使用外源重金属污染土壤测试上述土壤改良剂的修复效果。所述的外源污染土壤的制备方法如下:将未受污染的土壤自然风干研磨过2mm孔径尼龙筛。称取1kg研磨后的土壤,加入100mg/L的Cd2+溶液50mL,混合搅拌均匀,得到的即为镉含量为5mg/kg的污染土壤。
测试上述土壤改良剂性能时,将土壤改良剂与外源重金属污染土壤按照质量比1:10混合均匀,调节含水量为田间最大持水量的65%,室温下平衡14天后风干,测量重金属的有效态含量。实施例实施前后土壤中镉浓度检测结果见表1。
表1实施例实施前后土壤中镉浓度检测结果(单位:mg/kg)
样品 平衡14天后Cd浓度
空白 4.92
实施例1 3.35
实施例2 2.69
实施例3 1.34
实施例4 1.93
实施例5 2.54
实施例6 3.13
从实施例的试验结果可以发现,空白样较初始污染土壤的浓度没有发生明显变化,而使用本发明所制备的土壤改良剂,镉的去除率可达到73.2%。证实本发明制备的土壤改良剂对土壤中的重金属具有较好的去除效果,对土壤重金属污染具有较好的修复作用。同时,土壤改良剂以污泥水热气化过程中的副产物焦炭为原料改性制得,实现了固体废物再利用的效果,而且后续无需清除,不产生二次污染。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂,其特征在于,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭48-52份;
尿素4-6份;
磷矿粉4-6份;
生石灰8-12份;
天然沸石8-12份;
腐殖酸8-12份;
秸秆8-12份。
2.根据权利要求1所述的基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂,其特征在于,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭48份;
尿素4份;
磷矿粉4份;
生石灰8份;
天然沸石8份;
腐殖酸8份;
秸秆8份。
3.根据权利要求1所述的基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂,其特征在于,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭52份;
尿素6份;
磷矿粉6份;
生石灰12份;
天然沸石12份;
腐殖酸12份;
秸秆12份。
4.根据权利要求1所述的基于污泥水热气化副产物的土壤改良剂,其特征在于,所述土壤改良剂按重量份计包括:
改性焦炭50份;
尿素5份;
磷矿粉5份;
生石灰10份;
天然沸石10份;
腐殖酸10份;
秸秆10份。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的土壤改良剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
S1:改性焦炭的制备
将污泥水热气化副产物焦炭分散于NaOH溶液中,100℃下浸渍23-25h,洗涤烘干后获得改性焦炭;
S2:制备土壤改良剂
称取上述重量份的原料进行充分混合,随后置于造粒机中进行造粒。
6.根据权利要求5所述的土壤改良剂的制备方法,其特征在于,所述NaOH溶液的浓度为1-3mol/L,焦炭与NaOH溶液体积比为0.05-0.15g/mL。
7.一种土壤改良剂的应用,其特征在于,采用权利要求1-4任意一项所述的土壤改良剂应用于重金属镉污染的土壤。
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