一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法

本发明属于有机固体废弃物减量化、资源化处理领域，具体涉及一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法。

背景技术：

1、目前，通过水热碳化技术，将城市污泥资源化转化为固体燃料获得了研究者们的广泛关注。污泥经水热碳化处理后，虽然可以实现较高的氮脱除效率，但仍需进一步深度脱氮以满足高品质清洁固体燃料的要求。污泥经水热氧化工艺处理，可实现其减量化和无害化处置，且处置过程污染物排放较少。h2o2在作为氧化剂时，会导致污泥颗粒外表面含氧官能团演变，破坏污泥絮凝体结构；同时，h2o2分解产生的自由基降低了蛋白质等含氮组分反应所需活化能，促进其水解反应，提升污泥脱氮效率。

2、先前公开专利表明，污泥水热氧化处置后，由于有机质大量氧化分解，导致水热碳燃料质量明显下降(公开号：cn116004259a)。催化剂的介入可以显著提升污泥脱氮效率，但是生产步骤复杂，成本高昂，难以有效应对大规模污泥处置的需求；此外，由于催化剂无法有效分离，在固体燃料燃烧过程中会导致污染或有害组分的增加，降低固体燃料品质并对燃烧设备造成不利影响(公开号：cn110577346a；公开号：cn110577346a)。综上，如何实现步骤简便，经济可行，具有工业化实施前景的污泥高效脱氮，同时实现水热碳燃料品质协同提升，是一个值得研究的问题。污泥在水热处理过程时，水热碳化液中存在大量的短链羧酸，这些短链的羧酸可作为反应底物参与到有机质的成碳过程中；同时，有机酸可催化污泥含氮有机质的水解，提升污泥中有机质的碳化反应程度。因此，水热氧化条件耦合有机酸处理具有提升污泥脱氮效率，同时升级水热碳燃料品质的潜力。综上，在城市污泥水热碳化制备固体燃料过程中，强化有机酸和水热氧化处置的耦合作用，实现高品质固体燃料的制备具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法。本方法能有效解决城市污泥水热碳化过程中，污泥脱氮与水热碳燃料品质升级普遍存在冲突这一技术问题。

2、为了实现以上的目的，本发明采取的具体技术方案如下：

3、一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法，由以下步骤实施：

4、将一定含水率的城市污泥加入至反应釜中，依次加入去离子水、有机酸及30％浓度过氧化氢溶液，密封反应釜；将反应釜置于配套加热装置中，在一定温度下反应特定时间；反应结束，待其冷却至室温减压并打开反应釜，产物经固液分离、干燥脱水处理制得水热碳，水热碳含氮量相比于原料至少降低44.60％；其中：

5、所选城市污泥为活性污泥，来自污水处理厂二级沉淀池；所选有机酸种类为甲酸、乙酸、丙酸和丁酸中的一种；

6、所述去离子水、有机酸及30％浓度过氧化氢溶液为反应介质；

7、反应釜内活性污泥与反应介质质量比为1∶0.78～3，物料添加体积占据反应釜体积的80％；水热碳化反应温度为180～270℃、压力为2～15mpa，反应时间为15～120min；

8、反应体系内，有机酸添加量为活性污泥质量的3.55-7.99％；30％浓度过氧化氢溶液添加量与活性污泥质量比为0.56～2.25∶1。

9、经水热碳化处置后的水热碳脱氮效率提升44.60％～67.68％，n/c值下降效率提升-51.73％～32.49％。

10、本发明至少具有如下所述优点的一种、多种或者全部：

11、原料优势：城市污泥是城市污水处理的重要副产物，是一种富含有机质的湿生物质，具有较高的能量回收价值；同时，还存在大量有机污染物以及无机污染物。统计结果表明，目前每年大约产生超过6000万吨的城市污泥，其中约3000万吨没有得到妥善处置，日益堆积的城市污泥对生态环境带来巨大威胁的同时也造成了大量潜在生物质资源的浪费。将城市污泥转化为固体燃料可以有效实现其无害化处置及资源化利用。

12、技术优势：1)实现水热氧化条件下污泥的高效脱氮，反应介质绿色，避免催化剂的使用带来的环境问题及额外的成本问题；2)在降低水热碳氮含量的同时，避免了由于有机质过度流失造成水热碳燃料品质明显下降的问题。

技术特征：

1.一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法，其特征在于，经水热碳化处置后的水热碳脱氮效率提升44.60%～67.68%，n/c值下降效率提升-51.73%～32.49%。

技术总结本发明公开了一种城市污泥水热处置中污泥脱氮协同水热碳提质的方法，是绿色的城市污泥水热碳化处置方法，实现了污泥脱氮效率提升与水热碳燃料品质升级过程的协同。将含水率为60.05~82.24%的城市污泥载入反应釜中，加入去离子水、有机酸和30%过氧化氢溶液进行水热反应，反应温度为180~270℃、压力为2‑15MPa、时间为15~120min。反应结束，反应釜冷却至室温；打开反应釜，真空抽滤分离固相产物；将固体产物于105℃下烘干24h，得到水热碳固体燃料。相比于未处理城市污泥，经处置后水热碳固体燃料脱氮效率提升44.60%—67.68%，N/C值下降效率提升‑51.73%—32.49%，热值2.06—5.29MJ/Kg。本发明工艺简单，操作方便，显著提升污泥衍生固体燃料品质，适用于大规模工业化生产，有利于高含水城市污泥的无害化处置及资源化利用。技术研发人员：王媛媛,戴立益,谢龙飞受保护的技术使用者：华东师范大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1