一种改性稻壳生物碳制备及其调理城市污泥的方法.pdf

本发明公开了一种改性稻壳生物碳制备及调理城市污泥的方法，属于环境治理技术领域。该方法包括：在一定条件下制备稻壳生物碳；将稻壳生物碳按照一定的比例浸泡在盐酸溶液中；在一定条件下利用氯化铁溶液对酸洗后的稻壳生物碳进行改性，制得改性稻壳生物碳；将制备的改性稻壳生物碳对污泥进行调理，提高污泥脱水性能。本发明的改性稻壳生物碳能有效提高污泥的脱水性，脱水污泥滤饼含水率达到68％-71％；同时，稻壳生物碳的原料为农业废料稻壳，此方法对于解决环境污染、促进废物循环再利用具有重要意义。

1.  一种改性稻壳生物碳的制备方法，其特征在于，所述污泥调理剂采用氯化铁改性制备，包括以下步骤：
(1)取一定量的稻壳在限氧条件下，以450-550℃焚烧1-3h；
(2)将焚烧后的残留固体自然冷却后碾磨过筛，得到大小为80-250μm的稻壳生物碳；
(3)将稻壳生物碳浸泡在0.5-1.5mol/L的盐酸溶液中，稻壳生物碳质量与盐酸溶液体积的比例为1:55-1:45g/ml，浸泡时间为20-26h；
(4)将上述浸泡在盐酸中的稻壳生物碳过滤，并用纯水冲洗多次，直到滤液pH呈中性，在100-120℃下烘干；
(5)将上述烘干后的稻壳生物碳粉末放入2-4mol/L氯化铁溶液中，稻壳生物碳质量与氯化铁溶液体积的比例为1:12-1:8g/ml，进行超声分散和混合，超声功率为80-120W，水温为20-40℃，超声时间为0.5-2h；
(6)将上述超声后的稻壳生物碳过滤，在100-120℃下烘干，待自然冷却后碾磨过筛，得到所述的大小为80-250μm的改性稻壳生物碳。

2.  如权利要求1所述改性稻壳生物碳调理城市污泥的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：取一定量的污泥，加入60％-80％污泥干重的权利要求1所述的改性稻壳生物碳，先快速搅拌250-350rpm，时间20-40s，后慢速搅拌40-60rpm，时间2-5min，再进行过滤脱水。

3.  如权利要求1所述方法，其特征在于，所述稻壳取自普通的粮食加工厂的稻壳。

4.  如权利要求2所述方法，其特征在于，所述污泥为城市污水处理厂的剩余污泥。

一种改性稻壳生物碳制备及其调理城市污泥的方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，特别涉及一种改性稻壳生物碳制备及其调理城市污泥的方法。
背景技术
城市污泥由于产量大、体积大、性质复杂且对环境和人类健康存在危害，如果处理不当，可能产生二次污染，因此污泥的处理处置任务艰巨。城市污泥含有大量水分(超过97％)、体积庞大，为后续处理处置带来极大困难，因此有效脱水是污泥处理处置的关键。然而，城市污泥作为一种高塑性流体，直接脱水后污泥含水率仍然在90％以上；需要经过污泥调理，改进其脱水性能。
目前，污泥调理工艺大体上可分为物理法、化学法和生物法三大类。其中化学调理法因操作简便、处理周期短、投资运行费用低等优点而得到广泛应用。但是，由于化学调理后的污泥具有较高的可压缩性，在过滤过程中，污泥滤饼变得越来越紧密，从而阻碍污泥脱水效率的提高。为了减小污泥的可压缩性，开发各种新型高效、安全、经济的污泥调理剂成为污泥脱水研究的热点。陈畅亚等采用改性粉煤灰对城市污泥进行调理，结果表明改性粉煤灰能够有效提高污泥的脱水性能，但是改性粉煤灰单独投加的剂量较大，可能增加污泥的总固体量；罗海健等研究了木屑对污泥调理的影响，结果表明木屑与阳离子聚丙烯酰胺联合调理城市污泥，能够有效提高污泥的脱水性能，但是单独添加木屑污泥脱水效果不佳。研究表明单独添加少量物理调理剂有利于形成易脱水的污泥，但对提高污泥脱水性能没有明显的作用，现有方法多采用加入大量物理调节剂或联用化学絮凝剂的方法提高污泥脱水性能。物理调理剂的大投加量，会大大增加污泥泥饼的总固体含量，不利于污泥的后期处置；物理调理剂与絮凝剂联用，方法复杂，难以找到调理剂的最佳组合投加量。
研究表明，生物碳可用来吸附土壤中的重金属以及改善水质，但目前尚无利用稻壳生物碳改善污泥脱水性能的研究。稻壳生物碳表面带有负电荷，单独添加稻壳生物碳后，不能有效地与带负电荷的污泥颗粒产生静电中和作用，对于未脱稳的原污泥稻壳生物碳的骨架作用不明显，单独添加稻壳生物碳不能有效提高污 泥的脱水性能。因此，需要对稻壳生物碳进行改性。本专利采用氯化铁对稻壳生物碳进行改性，并采用该项稻壳生物碳调理城市污泥，可以有效提高污泥的脱水性能。该方法既可以避免物理调理剂投加量过大的问题，也可以避免物理调理剂与化学絮凝剂联用时的复杂工序，是一种工艺简单、成本廉价、效果良好的污泥调理新方法，性稻壳生物碳的制备方法得到的改性稻壳生物碳同时为稻壳生物碳的资源化利用提供另一条新出路，具有较高的经济、社会和环境的效益。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有污泥调理和脱水技术的不足，提供一种工艺简单、成本低廉、效果良好的改性稻壳生物碳制备及其调理城市污泥的方法。
本发明提供的一种改性稻壳生物碳的制备方法，所述污泥调理剂采用氯化铁改性制备，包括以下步骤：
(1)取一定量的稻壳在限氧条件下，以450-550℃焚烧1-3h；
(2)将焚烧后的残留固体自然冷却后碾磨过筛，得到大小为80-250μm的稻壳生物碳；
(3)将稻壳生物碳浸泡在0.5-1.5mol/L的盐酸溶液中，稻壳生物碳质量与盐酸溶液体积的比例为1:55-1:45g/ml，浸泡时间为20-26h；
(4)将上述浸泡在盐酸中的稻壳生物碳过滤，并用纯水冲洗多次，直到滤液pH呈中性，在100-120℃下烘干；
(5)将上述烘干后的稻壳生物碳粉末放入2-4mol/L氯化铁溶液中，稻壳生物碳质量与氯化铁溶液体积的比例为1:12-1:8g/ml，进行超声分散和混合，超声功率为80-120W，水温为20-40℃，超声时间为0.5-2h；
(6)将上述超声后的稻壳生物碳过滤，在100-120℃下烘干，待自然冷却后碾磨过筛，得到所述的大小为80-250μm的改性稻壳生物碳。
本发明所述的改性稻壳生物碳调理城市污泥的方法，包括以下步骤：
取一定量的污泥，加入60％-80％污泥干重的上述所制备的改性稻壳生物碳，先快速搅拌250-350rpm，时间20-40s，后慢速搅拌40-60rpm，时间2-5min，再进行过滤脱水。
所述的改性稻壳生物碳制备方法中的稻壳粉，具体为取自普通粮食加工厂的稻壳。
所述的改性稻壳生物碳调理城市污泥方法中的污泥，具体为城市污水处理厂的剩余污泥。
本发明的优点在于，本发明的改性稻壳生物碳能有效提高城市污泥的脱水性能，其脱水效果要远远优于原稻壳生物碳，与原污泥相比，污泥比阻下降95.1％-98.0％，污泥净产率提高24.3-28.1倍，滤饼含水率达到68％-71％。且此方法不需要再投加任何絮凝剂，操作方法简单、实用性强，对于解决环境污染、实现以废治废具有重要意义。
附图说明
图1为改性稻壳生物碳的微观形态图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明的实施例中的所用超声波设备为超声波清洗仪，型号为KQ2200V，超声频率为40kHz，超声功率为100W，所用的稻壳取自长沙市粮食加工厂，实施例2和实施例3所用的污泥取自长沙市第二污水处理厂的剩余污泥，原污泥含水率为98.9-99.5％，实施例4所用的污泥取自长沙市第一污水处理厂的剩余污泥，原污泥含水率为98.1-99.2％。
实施例1：
(1)取一定量的稻壳在限氧条件下，以500℃焚烧2h；
(2)将焚烧后的残留固体自然冷却后碾磨过筛，得到大小为80-250μm的稻壳生物碳；
(3)将稻壳生物碳浸泡在1mol/L的盐酸溶液中，稻壳生物碳质量与盐酸溶液体积的比例为1:50g/ml，浸泡时间为24h；
(4)将上述浸泡在盐酸中的稻壳生物碳过滤，并用纯水冲洗多次，直到滤液pH呈中性，在105℃下烘干；
(5)将上述烘干后的稻壳生物碳粉末放入3mol/L氯化铁溶液中，稻壳生物碳质量与氯化铁溶液体积的比例为1:10g/ml，进行超声分散和混合，超声功率为100W，水温为30℃，超声时间为1h；
(6)将上述超声后的稻壳生物碳过滤，在100-120℃下烘干，待自然冷却后碾磨过筛，得到所述的大小为80-250μm的改性稻壳生物碳。
用实施例1制备得到的改性稻壳生物碳进行以下实施例2-4中的污泥调理。
实施例2：取一定量的污泥，加入60％污泥干重的权利要求1所述的改性稻壳生物碳，先快速搅拌350rpm，时间30s，后慢速搅拌40rpm，时间3min，再进行过滤脱水。所得结果如下：与原污泥相比，污泥比阻由51.30×10¹²m/kg下降到1.04×10¹²m/kg，污泥净产率由0.63kg/(m²h)上升到18.33kg/(m²h)，泥饼含水率由原来的90.01％下降到70.30％。
实施例3：取一定量的污泥，加入65％污泥干重的权利要求1所述的改性稻壳生物碳，先快速搅拌350rpm，时间30s，后慢速搅拌40rpm，时间3min，再进行过滤脱水。所得结果如下：与原污泥相比，污泥比阻由65.45×10¹²m/kg下降到2.18×10¹²m/kg，污泥净产率由0.60kg/(m²h)上升到15.44kg/(m²h)，泥饼含水率由原来的90.57％下降到70.93％。
实施例4：取一定量的污泥，加入70％污泥干重的权利要求1所述的改性稻壳生物碳，先快速搅拌350rpm，时间30s，后慢速搅拌40rpm，时间3min，再进行过滤脱水。所得结果如下：与原污泥相比，污泥比阻由20.61×10¹²m/kg下降到1.01×10¹²m/kg，污泥净产率由0.77kg/(m²h)上升到20.27kg/(m²h)，泥饼含水率由原来的89.97％下降到69.02％。