CN101531500A - 用污泥烧制陶粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用污泥烧制陶粒的方法。该方法首先将经过机械脱水后的污水处理厂污泥或河湖疏浚污泥，在特制的污泥干化装置中进行污泥干化过程，使污泥的含水率和体积分别降至30％以下和三分之一以下。然后通过专门的压机，将污泥压制成生料球，污泥生料球经过1000～1100℃的焙烧后，形成污泥陶粒，污泥陶粒烧制时排放的热烟气作为污泥干化的热源。该方法不仅比一般用黏土、亚黏土、页岩等为原料烧制的陶粒，耗能更少、生产成本更低，而且开辟了以废治废和废弃物循环利用的污泥资源化处理新途径。
Description
技术领域
本发明涉及烧制陶粒的方法，尤其涉及一种用污泥烧制陶粒的方法。
背景技术
城市生活污水和工业废水必须经过污水处理厂的处理，达到国家污水排放标准后才能排放，这是城市生态环境建设必不可少的环境工程措施。然而，各种污水在进行净化处理的过程中，污水中的绝大部分污染物转移到污泥中。根据国家环保“十一五”规划，至2010年我国所有城市都要建设污水处理设施，城市污水处理率不低于70％，预计全国城市污水处理能力将超过1亿吨/日，同时可以预计伴随产生的污泥(含水率80％左右)将高达3000万吨/年，加上污染河湖疏浚污泥和城市下水道污泥等，每年产生的城市污泥不仅数量非常巨大，并且每年还以10～15％的增长率而增加。城市污泥是一种含有病源微生物、多种有机和无机污染物，以及重金属的固液混合体，是一类危害性极大的固体废弃物，如果不加以彻底的处理与控制，将会对环境造成严重的二次污染。如何安全经济地处理处置城市污泥是世界共同面临的环境问题，解决这个世界性难题对我国来说更是刻不容缓。
目前，我国对城市污水处理厂污泥和河湖疏浚污泥主要采取临时堆埋的处置方法，不仅花费大量的资金和占用大量的土地资源，而且给生态环境造成严重的二次污染，特别是污泥中的污水下渗，给地下水资源带来的危害更是无法估计。面对污泥引起的环境问题日趋尖锐和污泥危害日益加剧的现实，人们尝试利用污泥作为肥料，用于农业或绿化，但是，污泥中所含的各种重金属和持久性有机污染物限制了土壤对污泥利用的适应性，它们会在土壤中富集，并通过作物的吸收进入食物链，最终危害到人体的健康。
有的地方试图通过焚烧来达到污泥减量的目的，但是，污泥焚烧设备投资额高，能源消耗量大，运行费用昂贵，污泥焚烧的费用在400元/吨以上，加上污泥在焚烧时，会给大气环境带来污染和焚烧后的残渣仍需处置等原因，根据我国的国情，污泥焚烧处理在经济上难以承受。
随着我国经济的快速发展和城市人口的迅速增长，城市污水的数量在不断地增加，与此同时人们对环境质量的要求越来越高，工业废水和城市生活污水的处理率也将不断提高，这意味着污水处理厂污泥的数量将与日俱增，因此，开辟一条符合我国国情的即安全又经济的城市污泥无害化、减量化和资源化处理新途径，已势在必行。
根据我们对城市污水处理厂经过机械脱水的污泥(含水率80％左右)，在180℃的温度下干化30min，加温至600℃，持续1h，冷却后得到的污泥无机部分的化学分析表明(表1)，在污泥无机部分的常量元素中，二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(Al2O3)的含量最高，分别达到41.45％和16.03％，其次氧化钙(CaO)、三氧化二铁(Fe2O3)、五氧化二磷(P2O5)的含量也较高。表2列出的是可用于烧制陶粒的
表1 污泥无机部分中常量元素的含量
化学组成分范围，对比污泥无机部分的主要化学成分可以发现，Al2O3和Na2O+K2O的含量在可用于烧制陶粒的化学组成范围内，SiO2和Fe2O3的含量也接近于它们的下限，这说明了污水处理厂污泥基本具备烧制污泥陶粒的必要条件。
表2 可用于烧制污泥灰陶粒的化学组成范围
根据污泥无机部分的化学成分与可用于烧制陶粒的化学组成分相近的特点，我们发明了用污泥烧制陶粒的方法。陶粒是一种适应现代建筑轻型化、高性能化需要的新型混凝土骨料，它主要可以代替重量质砂石，成为普遍用于轻质建筑材料生产和轻质混凝土的配料。由于陶粒轻质建材不仅可以解决重量、保温、防潮、隔热防火、隔音抗震等技术难题，还可以大大降低建筑成本，随着我国墙改力度的加大，陶粒轻质建材因有众多的优点和综合利用性能将被日益广泛应用，另外，陶粒还可以作为吸附材料，用于污水处理等方面。因此，利用污泥烧制的陶粒既能在轻质建筑材料领域上发挥作用，更重要的是，开辟了一条污泥资源化处理的新途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用污泥烧制陶粒的方法。
用污泥烧制陶粒的方法包括如下步骤：
1)污泥干化
经过机械脱水后的污水处理厂污泥和河湖疏浚污泥，污泥的水份含量为70～85％，采用污泥干化装置使污泥的水份含量降至35～30％，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热，采用独立热源是通过一段式干化工艺完成污泥干化过程，采用烟气余热是通过二段式干化工艺完成污泥干化过程；
2)生料球的制备
将水份含量为35～30％的污泥，通过3～5天的储存，使污泥的水份含量降至25～20％，通过压机压制成生料球，压机工作压力为58.0～62.0MPa。
3)污泥生料球储存
污泥生料球储存3～5天后，使污泥的水份含量进一步降低至20～18％；
4)污泥陶粒烧制
在陶粒焙烧炉内，先将污泥生料球以恒定速率从室温增温至190～200℃，在190～200℃保持55～60min，然后以2～3℃/min的速率分别加热至最大温度1000～1100℃，在最大温度时保持55～60min，然后再以2～3℃/min的速率降温至480～500℃，过夜冷却至105～110℃，最后冷却至室温，完成污泥陶粒的烧制。
所述的独立热源是在焚烧设备中，通过煤、沼气、燃油或天然气燃烧专门为污泥干化提供的热源，独立热源的干化温度为350～450℃。烟气余热是热电厂锅炉排放的热烟气或污泥烧制陶粒时排放的热烟气，烟气余热的干化温度为120～250℃。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果：
1)污水处理厂污泥和河湖疏浚污泥具有较高的热值，一般为1200～2000kcol/kg，污泥生料球焙烧时的热量，一部分来自污泥本身有机物的燃烧。因此，它比一般用黏土、亚黏土、页岩等为原料烧制的陶粒，耗能更少、生产成本更低；
2)污泥陶粒烧制过程产生的热烟气通过特制的污泥干化装置，可以用来干化污泥，实现以废治废和废弃物循环利用；
3)利用污泥烧制陶粒不仅节省了黏土、亚黏土、页岩等原材料，更重要的是，开辟了一条污泥资源化处理的新途径。
附图说明
图1是一段式污泥干化的污泥陶粒烧制方法的流程图；
图2是二段式污泥干化的污泥陶粒烧制方法的流程图。
具体实施方式
用污泥烧制陶粒的方法包括如下步骤：
1)污泥干化
经过机械脱水后的污水处理厂污泥和河湖疏浚污泥，污泥的水份含量为70～85％，采用污泥干化装置使污泥的水份含量降至35～30％，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热，采用独立热源是通过一段式干化工艺完成污泥干化过程，采用烟气余热是通过二段式干化工艺完成污泥干化过程。
所述的独立热源是在焚烧设备中，通过煤、沼气、燃油或天然气燃烧专门为污泥干化提供的热源，独立热源的干化温度为350～450℃。烟气余热是热电厂锅炉排放的热烟气或污泥烧制陶粒时排放的热烟气，烟气余热的干化温度为120～250℃。
通过分量式进料机，将经过预处理的污泥送入特制的污泥干化装置，进行干化过程，根据污泥干化的热源不同，污泥干化过程有两种不同的途径：
(1)污泥干化的热源来自独立热源，污泥在直径为1.8～2.0m，长度为26～30m的特制污泥干化装置中进行一段式干化过程，经过一段式干化过程后的污泥，含水率降至40～35％以下，体积降至三分之一以下。
(2)污泥干化的热源来自烟气，污泥在直径为1.8～2.0m，长度为22～24m的第一特制污泥干化装置中进行第一段干化，经过第一段干化后的污泥，通过螺旋输送机，送入直径为1.6～1.8m，长度为20～22m的特制污泥干化装置中进行第二段干化，经过第二段干化过程后的污泥，含水率降至40～35％以下，体积降至三分之一以下。
经过一段式干化或经过二段式干化的污泥，通过冷却过程和堆放2～5天后，含水率将降至30～28％以下。污泥干化时排放的尾气通过除尘除气装置，达标排放。
2)生料球的制备
将水份含量为35～30％的污泥，通过3～5天的储存，使污泥的水份含量降至25～20％，通过压机压制成生料球，压机工作压力为58.0～62.0MPa。污泥生料球的形状和大小，可以根据需要对压机进行整体规格设计。
3)污泥生料球储存
污泥生料球储存3～5天后，使污泥的水份含量进一步降低至20～18％，为污泥生料球烧制陶粒创造条件。
4)污泥陶粒烧制
将经过储存后的污泥生料球在陶粒焙烧炉内，先将污泥生料球以恒定速率从室温增温至190～200℃，在190～200℃保持55～60min，然后以2～3℃/min的速率分别加热至最大温度1000～1100℃，在最大温度时保持55～60min，然后再以2～3℃/min的速率降温至480～500℃，过夜冷却至105～110℃，最后冷却至室温，完成污泥陶粒的烧制。测试污泥陶粒性能，根据污泥陶粒性能测试结果，确定污泥陶粒的具体运用。
实施例1
常州污水处理厂经过机械脱水后的污泥含水率为75％，污泥经过过预处理，含水率降为73％，通过分量式进料机，将该污泥送入直径为2.0m，长度为28m的特制污泥干化装置，进行干化过程，污泥干化的热源来自独立热源，干化温度为450℃，经过一段干化过程后，污泥的含水率降至在40％，体积降至三分之一以下。
经过一段干化后的污泥，通过堆放5天后，含水率将降至28％。将含水率为28％的污泥，在专门的压机内，以58.0MPa的压力，将干化污泥压制成短园柱状污泥生料球。污泥生料球储存3天后，含水率降至22％。
经过储存后的污泥生料球在烧结炉内进行污泥陶粒焙烧，先将污泥生料球以恒定速率从室温增温至200℃，在200℃保持60min，然后以3℃/min的速率加热至最大温度1100℃，在最大温度时保持60min，然后再以约3℃/min的速率降温至480℃，过夜冷却至110℃，最后冷却至室温，完成污泥陶粒的烧制。表3给出了污泥陶粒性能测定的结果，根据污泥陶粒性能测试结果，该污泥陶粒可以作为轻质建筑材料和轻质混凝土的配料。
表3 污泥陶粒相关参数的测定结果
实施例2
江阴污水处理厂污泥经过机械脱水后，含水率为78％，污泥经过堆放3天后，含水率降为75％，通过分量式进料机，将该污泥送入直径为1.8m，长度为22m的第一特制污泥干化装置中进行第一段干化，经过第一段干化后的污泥，通过螺旋输送机，送入直径为1.6m，长度为20m的特制污泥干化装置中进行第二段干化，污泥干化的热源来自热电厂烟气余热，烟气余热温度为180℃，经过第二段干化过程后的污泥，含水率为35％，体积减少了三分之二以上。
经过二段式干化的污泥，通过堆放3天后，含水率将降至30％。将含水率30％的污泥，在专门的压机内，以60.0MPa的压力，压制成污泥生料球，污泥生料球的形状为短园柱状。污泥生料球储存4天，含水率降至26％。
将经过储存后的污泥生料球在烧结炉内进行污泥陶粒焙烧，先以恒定速率从室温增温至198℃，在198℃保持60min，然后以2℃/min的速率加热至最大温度1000℃，在最大温度时保持58min，然后再以约2℃/min的速率降温至500℃，过夜冷却至105℃，最后冷却至室温，完成污泥陶粒的烧制。表3给出了污泥陶粒性能测定的结果，根据污泥陶粒性能测试结果，该污泥陶粒可以作为轻质建筑材料和轻质混凝土的配料。
Claims (3)
1.一种用污泥烧制陶粒的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)污泥干化
经过机械脱水后的污水处理厂污泥和河湖疏浚污泥，污泥的水份含量为70～85％，采用污泥干化装置使污泥的水份含量降至35～30％，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热，采用独立热源是通过一段式干化工艺完成污泥干化过程，采用烟气余热是通过二段式干化工艺完成污泥干化过程；
2)生料球的制备
将水份含量为35～30％的污泥，通过3～5天的储存，使污泥的水份含量降至25～20％，通过压机压制成生料球，压机工作压力为58.0～62.0MPa。
3)污泥生料球储存
污泥生料球储存3～5天后，使污泥的水份含量进一步降低至20～18％；
4)污泥陶粒烧制
在陶粒焙烧炉内，先将污泥生料球以恒定速率从室温增温至190～200℃，在190～200℃保持55～60min，然后以2～3℃/min的速率分别加热至最大温度1000～1100℃，在最大温度时保持55～60min，然后再以2～3℃/min的速率降温至480～500℃，过夜冷却至105～110℃，最后冷却至室温，完成污泥陶粒的烧制。
2.根据权利要求1所述的一种用污泥烧制陶粒的方法，其特征在于所述的独立热源是在焚烧设备中，通过煤、沼气、燃油或天然气燃烧专门为污泥干化提供的热源，独立热源的干化温度为350～450℃。
3.根据权利要求1所述的一种用污泥烧制陶粒的方法，其特征在于所述的烟气余热是热电厂锅炉排放的热烟气或污泥烧制陶粒时排放的热烟气，烟气余热的干化温度为120～250℃。
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