本发明属于生物质综合利用领域，具体涉及一种浒苔与市政污泥制备活性炭的工艺及方法。
背景技术：
随着我国经济的快速增长以及人口数量的迅速增加，城市化与工业化进程的快速推进，污水处理厂数量逐年增加，污水污泥产量也将逐日增加。市政污泥是城市污水处理厂在水处理过程中产生的沉淀物质，既含有大量的微生物、机质及丰富的氮、钾等营养物质，又有超标重金属、病原微生物等。如果对污泥处理不当，不仅污染环境，还会造成不必要的资源流失。市政污泥有机质含量高，较传统工业污泥更难脱水处理。
目前，国外对于城市污水污泥的处置通常包括以下方法：土地利用、卫生填埋、焚烧处理等。这些方法都能够在一定程度上处理大部分污泥。然而，这些处理方法没有对污泥中含能有机质有效回收利用。倘若盲目排放到环境中，也给环境造成了很大的潜在危害。寻求污水污泥的合理化处理方法已成为国内外科学家共同研究的方向。以污泥为基体材料进行生物质炭制备是当前对污泥等含碳废弃物的有效处理及利用的重要技术手段之一。
海洋中含有较多的生物质资源。浒苔是海洋中较为丰富的大型绿藻之一。近年来由于气候变化以及水体富营养化等原因，浒苔大量地生长繁殖并漂浮在海面上，已经成为世界范围内亟待解决的绿潮灾害事件之一。我国沿海浒苔绿潮爆发频繁，不仅破坏海洋生态系统的平衡，而且威胁沿海环境，对渔业及旅游业产生一定程度的损害。
现阶段，活性炭材料的制作成本较高。寻找价格低廉、种类丰富、可再生利用的活性炭材料，是目前制备技术的主要发展方向。利用生物质原材料活性炭可满足上述条件。与其他化学工艺的炭材料相比，其优势在于很容易通过合成后的改性，实现它的功能化，从而满足各异的实际需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高效、经济的生物质活性炭的制备工艺及方法，浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法通过浒苔和市政污泥两种固体废弃物的水热共碳化的方法，获得热生物质活性炭，可有效处理污泥、浒苔，实现对固体废弃物的高值利用。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，包括如下步骤：
s1.将湿浒苔过滤除杂，去除浒苔中的杂质，如泡沫、草、树枝、砂砾等；
s2.将市政废弃污泥经酸化处理后，得到ph约为1～6的酸化污泥；
s3.将上述步骤得到的水热碳化反应原料送至反应釜，反应釜中持续通入氮气，开启加热，温度由室温升高至200℃～350℃，恒温反应0.5h～3h；
s4.将步骤s3中得到的水热碳化反应后的产物经固液分离、恒温干燥、破碎，得到生物质炭原料；
s5.将上述步骤得到的生物质炭颗粒经过物理活化后得到活性炭颗粒。
进一步，步骤s2中所述污泥的含水率为70%～90%。质量比约为1∶7～1：9。
进一步地，所述的一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法中，采用反应釜中通氮气确保水热反应过程中的无氧环境。
进一步地，所述步骤s3中，在氮气环境下升温至260℃反应0.5h～3h。
进一步地，所述步骤s4中，所述固液分离采用孔径为0.5μm的微孔滤膜；所述干燥的温度为100℃～110℃；所述恒温干燥的时间为1h～3h；所述破碎为破碎至粒径不大于0.5mm。
进一步地，所述步骤s3中得到的碳化产物进行固液分离，分别得到生物炭和液相产物炭化液，炭化液能够富集有效元素磷和氮。
进一步地，根据所述的制备方法，步骤s5中物理活化法得到活性炭颗粒，所述物理方法为用水蒸气或二氧化碳在700℃～1100℃下进一步活化制成具有发达的孔隙的活性炭。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了利用两种生物质固体制备活性炭的工艺及方法，以浒苔和市政污泥为原料，经预处理、酸化处理和水热共炭化处理后制得生物质炭材料，充分利用废弃物资源，对于“以废治废”具有重要意义。
（2）本发明制备方法中，将污泥（含水率约为70%～90%）加醋酸溶液酸化后充分混合（原料在合适的ph值环境下进行反应可以固定更多的碳，生成的生物质炭孔隙发达）。
（3）本发明制备方法中，海水中获取的湿浒苔过滤除杂后得到干净的浒苔，利用水热共碳化方法将污泥和浒苔的混合物原料送入反应釜中反应，使含碳物质固定在固体产物中，提高了固体中的含碳量，同时将含氮物质转移至液相当中，得到的含氮溶液用于肥料的制备或者重新生产利用；
（4）本发明还提供了活性炭材料的制备方法，通过干燥破碎得到较小颗粒的生物质炭，再采用物理或化学活化法得到活性炭颗粒。可见，本发明制备方法过程简单易行、成本低廉、耗能少、耗时短、条件易控，适于连续大规模批量生产，便于工业化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法的流程图；
图2为本发明浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法实施例1步骤s5的子步骤流程图；
图3为本发明浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法实施例2步骤s5的子步骤流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。实施例1及例2中，污泥和浒苔的工业分析及元素分析数据如下。
表1污泥的工业分析和元素分析
表2浒苔样品的工业和元素分析
实施例1
一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，由以下方法制得：以浒苔和市政污泥为原料，经预处理、酸化和水热炭化处理后固液分离、干燥破碎，再通过物理活化法制得活性炭颗粒。
一种上述本实施例中的活性炭工艺及方法，包括以下步骤：
（1）市政污泥经过预处理：将市政污水厂的污泥处理得到含水率为80%的污泥；
（2）上述步骤的污泥加醋酸溶液酸化得到ph=6的酸化污泥，为送入反应釜做准备；
（3）收集浒苔，去除浒苔中的砂砾、草、树枝等杂质得到干净的浒苔；
（4）水热碳化处理：
将上述步骤得到的酸化原料转入至高温高压反应釜中，持续通入氮气至排净反应釜内的空气，继续通入氮气直至反应釜内气压达到0.5mpa；然后在氮气氛围下将反应釜中的温度升温至260℃进行水热炭化反应，反应时间为2h；反应结束后进行冷却处理，取出反应所得混合产物，经孔径为0.5μm的微孔滤膜进行固液分离，对所得固体进行干燥、破碎得到生物质炭颗粒；
（5）物理活化过程：
将碳化产物用水蒸气或二氧化碳等在800℃进行活化制成具有发达的孔隙及相应比表面积的活性炭。
通过本实施例，可制备生物质活性炭材料比表面积在1000m2/g以上。
实施例2
一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，包括如下步骤：
（1）市政污泥经过预处理：作为对上述技术方案的进一步改进，将市政污水厂的污泥处理得到含水率为85%的污泥；
（2）上述步骤的污泥加醋酸溶液酸化得到ph=1的酸化污泥，为送入反应釜做准备；
（3）收集浒苔，去除浒苔中的砂砾、草、树枝等杂质得到干净的浒苔；
（4）水热碳化处理：
将以上步骤得到的浒苔和酸化污泥转入至水热碳化反应釜中，通入氮气至排净反应釜内的空气，继续通入氮气直至反应釜内气压达到10mpa；然后在氮气条件下将反应釜中的温度升温，作为对上述技术方案的进一步改进，将温度升高至300℃进行水热炭化反应，停留时间为2h；反应结束后自然冷却，取出反应所得混合产物，经孔径为0.5μm的微孔滤膜进行固液分离，所得固体于100℃下进行干燥、破碎得到生物质炭颗粒；
（5）化学活化过程：
作为对上述技术方案的进一步改进，本实施例采用化学方法进行活化。将碳化产物用氯化锌（zncl2）炭化活化制成具有发达的孔隙及相应比表面积的活性炭。
通过本实施例，可制备生物质活性炭材料比表面积在2000m2/g以上。
本发明中，所述浒苔为其中一类典型绿藻，本发明所述技术不限于浒苔。
1.一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，其特征在于，是以污泥和生物质浒苔为原料，经预处理、酸化处理和水热共炭化处理后制得，包括以下步骤：
s1.将湿浒苔过滤除杂得到干净的浒苔，将市政废弃污泥经酸化并搅拌一定时间后，得到一定ph的酸化污泥，作为两种水热碳化的反应原料；
s2.将步骤s1中的反应原料混合后进行水热炭化反应，反应釜中持续通入保护性气体，开启加热，温度由室温升高至150℃～300℃，恒温反应一段时间；
s3.将s2中水热碳化反应后的产物进行固液分离，得到的固体产物真空干燥、破碎，通过物理活化法得到孔隙率小的活性炭颗粒。
2.如权利要求1所述的一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述浒苔为海水中的湿浒苔过滤除杂后得到的；所述污泥为城市污水处理厂的脱水污泥；所述污泥的含水率为80%～90%；3.质量比约为1∶8～9。
3.如权利要求1所述的一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法制备方法，其特征在于，所述的酸化污泥为ph=3～6，所述搅拌的转速为70r/min～90r/min；所述搅拌的时间为60min～120min。
4.如权利要求1所述的一种浒苔与市政污泥水热共碳化制备活性炭工艺及方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述固液分离采用孔径为0.5μm～0.9μm的微孔滤膜；所述真空干燥的温度为100℃～110℃；所述干燥的时间>0.5h；所述破碎为破碎至粒径不大于0.5mm。
技术总结