一种调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法技术领域
本发明涉及污泥的再生处理及资源化利用技术领域，尤其涉及一种调理剂
强化水热碳化制备污泥炭的方法。
背景技术
随着我国城市污水处理厂的普及和运行，城市污水处理厂污泥产量快速增
加。2001-2012年间，我国污泥的年产总量以平均每年约14.1％的速率从567万
吨增加至2419万吨。由于生物可利用性差和含水率高(多数污泥在出厂时仍高
达80％)等问题，剩余污泥的运输和安全处置受到了严重制约。污泥含有大量
的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，若未能得到有效处理处
置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。
水热碳化法以水为热的载体，加热促使污泥中微生物絮体解散，微生物细
胞破裂，有机物发生水解、缩合和碳化。无需对污泥进行事先干燥，对原料污
泥的含水率要求低，反应条件温和，工艺过程简单，因而在能量耗费和生产控
制上较传统碳化法具有明显的优势，是目前碳化技术发展中的新起之秀。例如
中国专利CN102875005A公开了“一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺”，提
供了一种污泥水热碳化工艺。例如中国专利CN103923899A公开了“基于厌氧消
化和水热碳化的污泥综合处理方法”，提供了一种清洁环保、产物附加值高、
快速高效的基于厌氧消化和水热碳化的污泥综合处理方法。例如中国专利
CN104150743A公开了“一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法”，采用微波
辅助加热，该方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好
的肥田效果，还可有效降低或固定污泥中的重金属含量。
钢渣是钢铁冶炼后所排的一种固体废弃物，主要为多种金属氧化物的熔融
混合物，其中以钙、铁、硅氧化物为主，镁、铝，锰、磷次之。目前，钢渣除
用作冶金原料和建筑材料外，还可用于农业作钢渣磷肥、硅肥和酸性土壤改良
剂或施用于缺磷碱性土壤等，例如中国专利CN101863719A公开了“利用钢渣作
土壤调理剂的方法”，不仅大量处理钢渣，而且改善土壤肥力，提高农作物的
产量及品质。例如中国专利CN101836576A公开了“一种用生物污泥和钢渣制作
养殖土的方法”，提供了一种用生物污泥和钢渣制作养殖土的方法。在污泥治
理方面的应用较少，被作为调理剂应用于污泥脱水环节，例如中国专利
CN102557387A公开了“一种钢渣制备的复合污泥絮凝脱水调理剂”，该调理剂
能够明显减小污泥的比阻，使污泥脱水由难变易。到目前为止，尚未见利用钢
渣等调理剂强化水热碳化制备污泥炭的报道。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种调理剂强化水热碳化制备污泥
炭的方法。本发明利用钢渣等调理剂强化污泥水热碳化过程，有助于改变污泥
重金属形态，降低污泥炭中重金属活性，起到明显的钝化污泥中重金属作用。
本发明采取如下的技术方案：
本发明的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，包括以下步骤：
步骤1：在含水污泥中投加钢渣废弃物作为调理剂，采用电磁搅拌器搅拌均
匀，然后送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，得到水热碳化
液；
步骤2：将得到的水热碳化液进行固液分离，然后固体产物经过水洗、干
燥，获得污泥炭。
进一步的，步骤1中所述的含水污泥为市政污泥。
进一步的，步骤1中所述的钢渣废弃物用量为污泥干重的0.5％-10％。
进一步的，步骤1中所述含水污泥的含水率50％～85％。
进一步的，步骤1中所述水热碳化反应加热方法为电热板直接加热或微波
辅助加热。
进一步的，所述微波辅助加热时，微波功率为200W～800W。
进一步的，步骤1中所述的水热反应过程中，控制水热反应器内压力为2
atm～3atm。
进一步的，步骤1中所述的水热反应过程中，控制加热温度为150℃～
300℃。
进一步的，步骤1中所述的水热碳化反应时间为30min～150min。
进一步的，步骤2中所述的干燥温度为40℃～60℃。
进一步的，步骤2中所述固液分离方法采用离心分离，离心转速为3000
rpm～6000rpm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法可以很好降低或固定污泥中的重金属，其含量显著低于相
同条件下未添加钢渣水热碳化法获得的污泥炭。
(2)本发明方法获得的污泥炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良
好的肥田效果；此外，该方法所得污泥炭可有效钝化污泥中的重金属。
(3)本发明方法原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易行，环
境友好，易于推广应用，真正达到了“以废治废”的目的。
(4)污泥炭还是一种固碳减排的物质，因污泥炭本身的稳定性，修复和改
良效果长期持久，其生产和使用都对全球碳排放有缓解作用。
具体实施方式
本发明的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，包括如下步骤：在含水
污泥中投加钢渣废弃物作为调理剂，采用电磁搅拌器搅拌均匀，然后送入水热
反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，得到水热碳化液进行固液分离，然
后固体产物经过离心、水洗、干燥后，获得污泥炭。
所用水热反应器可密封，耐高温(200℃～300℃)及高压(2atm～3atm)。
水热反应器内配有温度探头，可在反应过程中控制反应器内温度。
固液分离方法采用离心分离，离心转速优选为3000rpm～6000rpm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
向含水率为80％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的7.5％，搅拌
均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为
2.7atm，水热温度为250℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离
心进行固液分离，固体产物水洗3次，50℃烘箱干燥，获得污泥炭。
污泥炭产率为66％，有机质含量为24.12％，其有效磷、有效氮较原污泥分
别增加了30.15％、31.22％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测
定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了
85.59％、90.21％，82.89％，79.12％，94.67％，86.59％。
实施例2
向含水率为85％的生活污泥投加钢渣，投加量为污泥干重的7.5％，搅拌均
匀，送入水热反应器中，密封，微波辅助加热进行水热碳化反应，微波功率为
400W，反应器内压力为2.5atm，水热温度控制为200℃，反应时间为90min，
得到水热碳化液；3500rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，50℃下烘
箱干燥，获得污泥炭。
污泥炭产率为63.1％，有机质含量为21.69％，其有效磷、有效氮较原污泥
分别增加了29.26％、34.59％。对其重金属进行测定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、
Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了89.10％、93.27％，88.82％，
75.31％，96.67％，90.13％。
实施例3
向含水率为80％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的10％，搅拌
均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为3
atm，水热温度为300℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离心
进行固液分离，固体产物水洗3次，60℃烘箱干燥，获得污泥炭。
污泥炭产率为70％，有机质含量为21.12％，其有效磷、有效氮较原污泥分
别增加了27.15％、25.89％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测
定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了
93.58％、94.52％，90.67％，85.49％，97.23％，94.36％。
实施例4
向含水率为60％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的2.5％，搅拌
均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为
3atm，水热温度为150℃，反应时间为150min，得到水热碳化液；3000rpm离
心进行固液分离，固体产物水洗3次，60℃烘箱干燥，获得污泥炭。
污泥炭产率为65％，有机质含量为21.19％，其有效磷、有效氮较原污泥分
别增加了24.16％、26.39％，还含有大量碳素及营养成分。对其重金属进行测
定，Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别降低了
80.13％、89.26％，86.35％，76.38％，93.58％，88.39％。
实施例5
向含水率为75％的生活污泥中投加钢渣，投加量为污泥干重的5％，搅拌
均匀，送入水热反应器中，密封，加热进行水热碳化反应，反应器内压力为
2.4atm，水热温度200℃，反应时间为120min，得到水热碳化液；3000rpm离
心进行固液分离，固体产物水洗3次，40℃烘箱干燥，获得污泥炭1。污泥炭产
率为61.7％。
同样地，将含水率为75％的生活污泥直接送入水热反应器中，密封，加热
进行水热碳化反应，反应器内压力为2.4atm，水热温度200℃，反应时间为120
min，得到水热碳化液；3000rpm离心进行固液分离，固体产物水洗3次，40℃
烘箱干燥，获得污泥炭2。污泥炭产率为58.3％。
对其重金属进行测定，污泥炭1：Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的
含量较原污泥分别降低了89.79％、92.73％，89.36％，77.93％，94.23％，
90.88％。污泥炭2：Cd、Cu、Ni、As、Cr、Pb的淋溶液中的含量较原污泥分别
降低了80.79％、89.11％，86.08％，74.67％，90.22％，87.49％。
本发明公开的调理剂强化水热碳化制备污泥炭的方法，该方法获得的污泥
炭品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果，还可有效钝化污
泥中的重金属。本发明方法原材料来源广泛，生产成本低廉，工艺步骤简单易
行，环境友好，易于推广应用，真正达到了“以废治废”的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详
细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本
领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变
形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以
所附权利要求为准。