CN101598339B

CN101598339B - 一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法

Info

Publication number: CN101598339B
Application number: CN2009101002855A
Authority: CN
Inventors: 徐灏龙; 孙福成; 仝武刚
Original assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Current assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: CN101598339A

Abstract

本发明公开了一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法。该方法采取以下工艺：在常温下加入重量比例为1∶5～1∶20的秸秆粉末和含水率为重量百分比70-85％的污泥，再加入适量的重金属稳定剂搅拌调理，搅拌时间为15～30min，pH为6～9，经过洗涤、压滤，秸秆与污泥混合物的含水率降到50％～70％，低温烘干后，秸秆粉末与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，生产生态水泥。本发明为秸秆与污泥共处置提供了一条合理途径，使废弃物在全过程实现了无害化、稳定化和资源化处理。

Description

一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化领域。

背景技术

随着城市和工业的发展，生活污水、工业污水等排放量日益增加，从而使污水处理中所产生的污泥量日益增加。杭州市四堡、七格两个污水处理厂，每天处理废水约100万吨，产生78％含水率的脱水污泥约500吨。根据《杭州市污水工程专业规划》杭州城市污水处理量将达到220×10⁴m³/d，以一万吨污水产泥量15吨(80％)计算，每年就会产生1200吨的脱水污泥，再加上浙江省其余城市污泥及工业产生的污泥，浙江省未来产生的污泥量是巨大的。

污泥焚烧处置是一种有效降低污泥体积的方法，焚烧的技术优势在于其处理的彻底性，减量率可达到95％左右，有机物被完全氧化，重金属(除汞外)几乎全被截留在灰渣中，设计良好的焚烧炉还能提供多余能量和电力，因此焚烧处置污泥是解决日益增长的污泥量的有效方法。

表1.城市污水处理厂污泥与煤的热值比较

污泥(干态)分析基在物理性质、元素分析、工业分析和低位发热量等方面与褐煤有许多相似之处，据分析，干污泥发热量为3500-4000Kcal/Kg干污泥。干污泥可以作为低端燃料用于水泥生产中替代煤，降低能耗，节约资源。如果能将这些污泥中的热能开发利用起来，不仅能够使城市污泥得到彻底安全地处理，而且能够使污泥所具有的热能成为有价值的资源。

目前，污泥焚烧资源化最大的难题就是如何解决污泥高效率脱水的问题，其次为污泥焚烧过程中重金属和有机物挥发的问题。现行的污泥脱水工艺和脱水设备只能将污水污泥的含水率从97％以上降低至80％左右，污泥中巨大的水分使得污泥后续处理和处置费用剧增。如何实现污泥高效脱水，减少污泥处理费用，是目前一个重要的研究课题。此外，污泥中存在大量的重金属，在焚烧过程中，大量的重金属挥发出来，造成严重的大气污染，在资源化过程中，必须控制污泥中重金属的挥发。

焚烧后的灰渣可作为水泥原料，进行生态水泥的生产。生态水泥(EcologicalCement)是指利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等作为主要原料，经过烧成粉磨形成的的水硬性胶凝材料；而从广义上讲，生态水泥不是单独的水泥品种，而是对水泥“健康、环保、安全”属性的评价，包括对原料采集、生产过程、施工过程、使用过程和废弃物处置五大环节的分项评价和综合评价。生态水泥的基本功能除作为建筑材料的实用性外，还在于维护人体健康、保护环境。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法是：在15～30℃下加入重量比例为1∶5～1∶20的秸秆粉末和含水率为重量百分比70-85％的污泥，再加入重量百分比为0.1％～1％的重金属稳定剂搅拌调理，搅拌时间为15～30min，pH为6～9，洗涤、压滤，得到含水率为重量百分比50％～70％秸秆粉末与污泥混合物，160-240℃低温烘干，得到含水率为重量百分比30％～45％秸秆粉末与污泥混合物；处理后的秸秆粉末与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的3％-10％。

所述的低温烘干温度为160℃-200℃时，是以蒸汽、热空气、电加热以及电厂尾气与空气混合气体作为干燥介质。低温烘干温度为200℃-240℃时，是以水泥厂尾气与空气混合进行烘干。烘干的方式在生产水泥的送料段至预热器逆向通入水泥厂尾气与空气的混合气体，对秸秆和污泥进一步干燥后，混合气体进入回转窑高温段，经过水泥生产工艺尾气处理系统后排空。重金属稳定剂以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为20-40％，氧化钙为20-30％，氟磷灰石为20-40％，氧化硅为20-30％。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)利用秸秆的高钙性和蓬松性，对污水污泥进行物理与化学调理而改善污泥的浓缩特性和脱水特性；

2)污泥与秸秆低温干燥，增加了污泥的孔隙率，实现污泥的高效快速干燥；避免二噁英类物质的产生；

3)通过添加重金属稳定剂，减少污泥焚烧飞灰的重金属浸出量；

4)将干燥后的污泥颗粒用于水泥窑煅烧过程中，替代部分煤和部分原料，在水泥熟料生产过程实现秸秆/污泥的无害化和资源化，实现污泥部分节煤的水泥生产过程能源节约；

5)采用水泥厂尾气与空气混合进行烘干，对秸秆和污泥进一步干燥后，混合气体进入回转窑高温段，可以分解产生的二噁英类物质；

6)通过协同处置，混合物中含水率降低，避免了污泥干燥过程粘滞区的产生，再通过快速干燥工艺，提高秸秆/污泥混合物的热值可替代部分燃料；

7)处理后的秸秆/污泥混合物满足水泥生产的能源和原料要求，实现秸秆污泥协同资源化。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图

具体实施方式

重金属稳定剂由正磷酸盐，氧化钙，氟磷灰石等固相粉末按照一定比例混合组成。在秸秆/污泥混合搅拌过程中加入自主合成的重金属稳定剂，形成难溶重金属矿物质，通过美国EPA标准TCLP毒性浸出程序试验表明各种重金属的浸出均在美国EPA标准和我国《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)允许的范围内，实现了常温稳定化。搅拌后秸秆/污泥混合物通过美国EPA标准TCLP毒性浸出程序试验表明各种重金属的浸出均在相关的标准限值以下：

表2.污泥预处理后重金属的浸出量(mg/L)

重金属	Cu	Cd	Pb	Cr	Zn
重金属	Cu	Cd	Pb	Cr	Zn	原泥	0.060	0	0.379	9.143	4.845
原泥+2％秸秆	0.059	0	0.356	9.125	4.802	原泥	0.060	0	0.379	9.143	4.845
原泥+2％秸秆	0.059	0	0.356	9.125	4.802	原泥+10％秸秆	0.055	0	0.342	8.453	4.284
浸出标准/EPA	50	0.3	5	10	50(中)	原泥+10％秸秆	0.055	0	0.342	8.453	4.284

本发明中洗涤后飞灰/污泥混合物经过压滤脱水后，可利用水泥生产过程中的预热器或高温烟道气经过简单预热处理，水分可从50％-70％进一步降低至30％-40％，形成干燥细颗粒状物质，处理后的污泥用途极其广泛，既可用于焚烧发电、填埋场的覆土，又可用于道路两旁的绿化用土、草坪养护，焚烧后的灰分还可用于生产建材。其中，将干燥颗粒直接进入水泥回转窑中煅烧，即节约了能源成本，又节约了原材料成本。

秸秆与污泥共焚烧后，产生一定量的灰渣和焚烧飞灰，如表3所示，灰渣和飞灰的成分以SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃为主，与水泥原材料所需组分一致。将灰渣和飞灰作为水泥原料，与其他水泥生料混合后，通过水泥生产工艺制备水泥产品。

表3.典型城市污水处理厂污泥的化学组成(％)

根据GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准》，对掺有预处理污泥焚烧灰渣和飞灰制备的硅酸盐水泥熟料，委托上海建筑材料科学研究院检测站进行了水泥熟料性能送样检测，根据下表数据，水泥熟料的3天强度为7.3MPa，28天强度为65.5MPa，满足水泥标准要求。

表4.送检水泥熟料的强度

注：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准GB 175-1999

以下结合具体实例来对本发明作进一步说明。

实施例1：

在15℃下按秸秆粉末与含水率为重量百分比70％的污泥重量比例为1∶5混合，加入重量百分比为0.1％的重金属稳定剂进行调理，以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为20％，氧化钙为20％，氟磷灰石为40％，氧化硅为20％，充分混合搅拌为15min，pH为6，经过洗涤、压滤，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比70％，160℃采用蒸汽作为干燥介质进行烘干，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比45％，呈固体颗粒状；处粉末理后的秸秆与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的3％，生产的生态水泥指标均满足普通硅酸盐水泥标准，焚烧灰渣和飞灰还可以作为砖瓦和陶瓷建筑材料。

实施例2：

在30℃下按秸秆粉末与含水率为重量百分比85％的污泥重量比例为1∶20混合，加入重量百分比为1％的重金属稳定剂进行调理，以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为40％，氧化钙为20％，氟磷灰石为20％，氧化硅为20％，充分混合搅拌为30min，pH为9，经过洗涤、压滤，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比50％，200℃采用电厂尾气与空气混合气体作为干燥介质进行烘干，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比30％，呈固体颗粒状；处粉末理后的秸秆与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的10％，生产的生态水泥指标均满足普通硅酸盐水泥标准。焚烧灰渣和飞灰还可以作为砖瓦和陶瓷建筑材料。

实施例3：

在25℃下按秸秆粉末与含水率为重量百分比78％的污泥重量比例为1∶12混合，加入重量百分比为0.4％的重金属稳定剂进行调理，以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为20％，氧化钙为30％，氟磷灰石为20％，氧化硅为30％，充分混合搅拌为18min，pH为7，经过洗涤、压滤，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比60％，220℃采用水泥厂尾气与空气混合进行烘干，其方法是水泥厂尾气与空气混合气体通入生产水泥的送料段至预热器逆向水泥厂尾气与空气的混合，对秸秆和污泥进一步干燥后，混合气体进入回转窑高温段，经过水泥生产工艺尾气处理系统后排空。秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比30％，呈固体颗粒状；处粉末理后的秸秆与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的6％。焚烧灰渣和飞灰还可以作为砖瓦和陶瓷建筑材料。

实施例4：

在20℃下按秸秆粉末与含水率为重量百分比80％的污泥重量比例为1∶15混合，加入重量百分比为0.6％的重金属稳定剂进行调理，以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为20％，氧化钙为30％，氟磷灰石为20％，氧化硅为30％，充分混合搅拌为18min，pH为7，经过洗涤、压滤，秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比60％，200℃采用水泥厂尾气与空气混合进行烘干，其方法是水泥厂尾气与空气混合气体通入生产水泥的送料段至预热器逆向水泥厂尾气与空气的混合，对秸秆和污泥进一步干燥后，混合气体进入回转窑高温段，经过水泥生产工艺尾气处理系统后排空。秸秆粉末与污泥混合物的含水率降到重量百分比30％，呈固体颗粒状；处粉末理后的秸秆与污泥混合物可以直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰可作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的4％。焚烧灰渣和飞灰还可以作为砖瓦和陶瓷建筑材料。

Claims

1.一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法，其特征在于，在15～30℃下加入重量比例为1∶5～1∶20的秸秆粉末和含水率为重量百分比70-85％的污泥，再加入重量百分比为0.1％～1％的重金属稳定剂搅拌调理，搅拌时间为15～30min，pH为6～9，洗涤、压滤，得到含水率为重量百分比50％～70％秸秆粉末与污泥混合物，160-240℃低温烘干，得到含水率为重量百分比30％～45％秸秆粉末与污泥混合物；处理后的秸秆粉末与污泥混合物直接燃烧作为发热发电的煤替代能源，焚烧后的残渣和焚烧飞灰作为水泥生料，残渣和焚烧飞灰为水泥原料投加总重量的3％-10％。

2.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法，其特征在于，所述的低温烘干温度为160℃-200℃时，是以蒸汽、热空气、电加热以及电厂尾气与空气组成的混合气体进行烘干。

3.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法，其特征在于，所述的低温烘干温度为200℃-240℃时，是以水泥厂尾气与空气混合进行烘干。

4.根据权利要求3所述的一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法，其特征在于，所述烘干的方式在生产水泥的送料段至预热器逆向通入水泥厂尾气与空气的混合气体，对秸秆和污泥进一步干燥后，混合气体进入回转窑高温段，经过水泥生产工艺尾气处理系统后排空。

5.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆与污水污泥调理共焚烧处置资源化的方法，其特征在于，所述的重金属稳定剂以重量百分比计的组成为：正磷酸盐为20-40％，氧化钙为20-30％，氟磷灰石为20-40％，氧化硅为20-30％。