CN103013613A - 一种城市污泥洁净燃料化系统及污泥燃料化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市污泥洁净燃料化系统及污泥燃料化方法，系统包括：浓缩池、污泥测试机构，污泥测试机构与机械挤压干燥机构或混合反应器相连；机械挤压干燥机构分别连接燃烧锅炉和气体处置设备，混合反应器连接燃烧锅炉；燃烧锅炉分别连接气体处置设备、城市供热系统和污泥粉煤灰处置设备，污泥粉煤灰处置设备连接污泥粉煤灰测试系统；气体处置设备与冷凝装置相连，冷凝装置依次连接脱氮、脱硫和除氨装置，除氨装置分别连接氨水储罐和燃烧锅炉。方法包括：污泥浓缩处理、性能测试、挤压或混合得到污泥型煤或污泥水煤浆，于燃烧锅炉燃烧后的污泥粉煤灰制备低分子絮凝剂或用于建材，气体经处置后回用。本发明利用污泥燃料化从而达到绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及对城市污水处理厂的污泥进行无害化系统处理的系统及处理方法，特别是一种城市污泥洁净燃料化系统及方法。
背景技术
随着我国经济的持续快速发展和城市化步伐的加快，城市水处理事业发展迅速，污水处理厂数量快速增长，污水处理能力及处理率增长迅速，随之而来的是城市污泥产量的迅速增加。截止到2010年年底，全国城镇污水处理量达到343亿立方米，脱水污泥产生量接近2200万吨(含水率80%)。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放所造成的污染与再污染问题已经凸显而出，引起了社会各界的关注，也推动了污泥处置市场的形成。
立足于目前国内外采用的城市污泥处置方法上，选用污泥燃料化技术，对城市生活污泥进行无害化处置。污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，包括混入生活污水或工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合固体物质，简单地说，它是污水的固体部分。污泥（指含水率为80%左右的湿污泥）量通常占污水量的0.7‰～1‰，随着污水处理效率的提高，污泥的产量会进一步增加。随着污泥量的递增及污泥成分的变化，现有的污泥处理技术逐渐不能满足要求，因此，寻找一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现减量化、资源化、无害化和稳定化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。
据调查，我国对于污水处理厂所产的污泥主要采用填埋为主，少量采用生物法进行处理。城市污水处理厂所产的污泥为生活污泥，里面含有大量的有机质成分，如植物油、动物脂肪等，具有较高的燃烧值，据初步实验可知，城市生活污泥的发热量大约为3500Kcal/kg左右，与褐煤的发热量相当，达到工业燃料发热量的75%。由于污泥的发热量较高，因此可以将污泥用作燃料。
在这两种方式中最大的亮点如下所述：在污泥型煤制备和污泥燃料应用过程中，采取密闭循环的方式对制备过程和应用过程中产生的污染气体进行处理；对污泥水煤浆及污泥型煤燃烧后产生的粉煤灰进行综合利用，制备低分子絮凝剂或作为水泥的基本原料等。这两种处置方式完全可以达到绿色污泥的绿色环保利用。
发明内容
针对现有对污泥处理技术中的不足及问题，本发明的目的之一在于提供一种城市污泥洁净燃料化系统，这种系统对于挥发性物质使用密闭循环体系进行处理，对于污泥燃料燃烧之后的残渣粉煤灰进行利用，进而达到绿色污泥的绿色环保利用。
本发明的另一目的在于提供一种城市污泥洁净燃料化方法，该方法制备污泥型煤和污泥水煤浆的工艺简单，易于操作。对于在污泥型煤及污泥水煤浆烘干及燃烧过程中产生的挥发性物质和粉煤灰进行重复利用，整个系统密闭循环，过程无害无污染，绿色环保。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种城市污泥洁净燃料化处理系统，该系统包括对城市生活污泥进行处理的浓缩池，以及对浓缩后的污泥进行性能测试的污泥测试机构，所述污泥测试机构与机械挤压干燥机构或混合反应器相连；所述机械挤压干燥机构分别连接燃烧锅炉和气体处置设备，所述混合反应器连接燃烧锅炉；所述燃烧锅炉分别连接气体处置设备、城市供热系统和污泥粉煤灰处置设备，污泥粉煤灰处置设备连接污泥粉煤灰测试系统；所述气体处置设备与冷凝装置相连，冷凝装置依次连接脱氮装置、脱硫装置和除氨装置，除氨装置分别连接氨水储罐和燃烧锅炉。
优选地，在所述系统中，所述机械挤压干燥机构包括依次相连的机械挤压设备、捏合机和干燥设备。
相应地，本发明给出了一种城市污泥洁净燃料化处理方法，该方法包括下述步骤：
1）将城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理；
2）将经浓缩处理后的城市生活污泥于污泥测试机构中进行性能测试；
3）将测试后的城市生活污泥置于机械挤压设备中挤压或置于混合设备中；
4）置于机械挤压设备中挤压后的城市生活污泥与助燃剂及添加剂通过捏合机制备成一定形状的污泥型煤半成品，将污泥型煤半成品置于干燥设备中烘干至含水量达到一定标准的污泥型煤；
5）置于混合设备中按照与城市生活污泥一定的质量比向混合设备中先加入改性剂对污泥改性后，再加入添加剂、煤粉充分混合，得到污泥水煤浆；
6）污泥型煤或污泥水煤浆经燃烧锅炉燃烧后产生的热蒸汽供给城市供热系统和设备供热系统，锅炉燃烧后产生的污染气体被输送至气体处置设备；锅炉燃烧后产生的污泥粉煤灰被输送至污泥粉煤灰处置设备，经污泥粉煤灰测试系统测试后，含铝＞6.40%或铁＞1.90%，直接制备低分子絮凝剂，否则用于建筑材料或路基材料；
7）同时，干燥设备中烘干时产生的污染气体和燃烧锅炉产生的污染气体被输送至气体处置设备处理；
8）经处理后的污染气体进入冷凝装置冷凝后，蒸馏水回用，余气依次进入脱氮装置、脱硫装置和除氨装置进行脱氮、脱硫和除氨后被输送至燃烧锅炉回用，氨水回用。
优选地，在所述方法中：
所述将城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理后，使得城市生活污泥含水量在80～85%。
所述污泥性能测试机构测试污泥的水份达到80～85%、发热量达到3300kCa/kg～4000kCa/kg。
所述浓缩处理后城市生活污泥经机械挤压设备挤压后水分达到50%～60%。
优选地，在所述方法的第一种实施方案中：
所述步骤4）中助燃剂为木屑、秸秆、沙柳或煤粉中的一种或两种以上以任意质量比混合的混合物，助燃剂的添加量为与之混合污泥的5%～35%；所述添加剂为氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠，添加量为与之混合污泥的0.5%～2%；污泥型煤半成品在压力为-0.03MPa～-0.1MPa下于80～110℃下烘干到污泥型煤含水量为10%～20%；烘干时采用密闭循环体系。
所述木屑、秸秆、沙柳和煤粉的粒径为0.1mm～5mm，所述污泥型煤的形状为块状或粒状，粒状粒径为0.5mm～5mm。
优选地，在所述方法的第二种实施方案中：
所述步骤5）中污泥型水煤浆是按照下述质量比的原料配制：
城市生活污泥3～15%，添加剂29.5～37%，煤粉55～65%，改性剂0.0001～0.03%；
所述添加剂为分散剂、pH调节剂、稳定剂和水按照质量比为10～15：0.5～1：1～2：320～350的比例混合的混合物；
所述改性剂为双氧水或氧化钙；
所述煤粉选用的煤粉为成浆性较差的低阶煤，煤粉采用粒径分别为10～20um和45～56um的煤粉按照质量比为7：3的比例进行复配。
所述分散剂为木质磺酸钙、木质磺酸钠、萘磺酸钠、腐殖酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚与萘磺酸钠按质量比20～30:1复配；
所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾与硫酸钠按质量比2～3:1复配；
所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。
本发明城市污泥洁净燃料化处理系统，通过对城市污泥基本性能分析、污泥型煤制备、污泥水煤浆制备、污泥粉煤灰处理、挥发性物质的处理五个部分的处理过程，对污泥基本性能（包括污泥的含水率、灰分、挥发份、发热量、固定碳及C、H、N、S、P等）基本元素分析，在此基础上，将污泥经过一定工艺制备成污泥型煤或污泥水煤浆。本发明所涉及的粉煤灰处理是污泥型煤及污泥水煤浆在应用燃烧过程中对燃烧后产生的残渣粉煤灰进行处理；本发明所涉及的挥发性物质的处理包括污泥型煤制备的干化过程中挥发性物质的处理及污泥和水煤浆在燃烧过程中挥发性物质的处理：分别采用密闭循环体系，将干化或燃烧过程中的挥发性物质在一定负压下抽出，经一系列化学处理，除去具有污染性的气体，将其余挥发性气体通入燃烧加热炉中进行充分燃烧，整个干化过程形成密闭循环体系，无污染。
这种城市污泥的系统处理方法具有以下优点：
（1）对城市污水处理厂生产的污泥进行高效利用，可代替煤为城市供暖系统进行供热等。
（2）对于生产及燃烧过程中产生的挥发性物质进行循环利用，对于燃烧过程中产生的残渣粉煤灰有效利用，无害无污染。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，为该城市污泥洁净燃料化处理系统，包括对城市生活污泥进行处理的浓缩池，以及对浓缩后的污泥进行性能测试的污泥测试机构，其中，污泥测试机构与机械挤压干燥机构或混合反应器相连；机械挤压干燥机构分别连接燃烧锅炉和气体处置设备，混合反应器连接燃烧锅炉；燃烧锅炉分别连接气体处置设备、城市供热系统和污泥粉煤灰处置设备，污泥粉煤灰处置设备连接污泥粉煤灰测试系统；气体处置设备与冷凝装置相连，冷凝装置依次连接脱氮装置、脱硫装置和除氨装置，除氨装置分别连接氨水储罐和燃烧锅炉。上述机械挤压干燥机构包括依次相连的机械挤压设备、捏合机和干燥设备。
对应该系统，实施例给出了该城市污泥洁净燃料化的一种处理方法，包括：
1）将含水量在90%～95%的城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理，处理后含水量在80～85%；
2）将经浓缩处理后的城市生活污泥于污泥测试机构中进行性能测试，测试污泥的水份达到80%～85%、发热量达到3300kCa/kg～4000kCa/kg；
3）将测试后的城市生活污泥置于机械挤压设备中挤压，挤压使城市生活污泥水分达到50%～60%；
4）挤压后的城市生活污泥与助燃剂及添加剂混合，助燃剂为木屑、秸秆、沙柳或煤粉，也可以是任意两种或两种以上以任意质量比混合的混合物，添加量为与之混合污泥的5%～35%；添加剂为氧化钙、碳酸钠或碳酸氢钠，添加量为与之混合污泥的0.5%～2%，混合后通过捏合机制备成一定形状的污泥型煤半成品；木屑、秸秆、沙柳和煤粉的粒径为0.1mm～5mm，污泥型煤的形状为块状或粒状，粒状粒径为0.5mm～5mm；
5）将污泥型煤半成品置于干燥设备中于压力为-0.03MPa～-0.1MPa，温度为80～110℃下烘干到污泥型煤含水量为10%～20%；烘干时采用密闭循环体系；
6）污泥型煤经燃烧锅炉燃烧后产生的热蒸汽供给城市供热系统和设备供热系统，锅炉燃烧后产生的污染气体被输送至气体处置设备；锅炉燃烧后产生的污泥粉煤灰被输送至污泥粉煤灰处置设备，经污泥粉煤灰测试系统测试后，含铝＞6.40%或铁＞1.90%，直接制备低分子絮凝剂，否则根据污泥粉煤灰灰分性质用来制备建筑材料路基基材、建筑材料、水泥等；
7）同时，干燥设备中烘干产生的污染气体和燃烧锅炉产生的污染气体被输送至气体处置设备处理；
8）经处理后的污染气体进入冷凝装置冷凝后，蒸馏水回用，余气依次进入脱氮装置、脱硫装置和除氨装置进行脱氮、脱硫和除氨后被输送至燃烧锅炉回用，氨水回用。
实施例还给出了另一种城市污泥洁净燃料化处理方法，包括：
1）将含水量在90%～95%的城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理，处理后含水量在80～85%；
2）将经浓缩处理后的城市生活污泥于污泥测试机构中进行性能测试，测试污泥的水份达到80%～85%、发热量达到3300kCa/kg～4000kCa/kg；
3）将测试后的城市生活污泥置于混合设备中同时，按照与城市生活污泥质量比向混合设备中先加入改性剂混合后，再加入添加剂、煤粉，得到污泥水煤浆；
其中，在添加剂中，污泥型水煤浆是按照下述质量比的原料配制：
城市生活污泥3～15%，添加剂29.5～37%，煤粉55～65%，改性剂0.0001～0.03%；
所述添加剂为分散剂、pH调节剂、稳定剂和水按照质量比为10～15：0.5～1：1～2：320～350的比例混合的混合物；所述改性剂为双氧水或氧化钙；所述煤粉选用的煤粉为成浆性较差的低阶煤，煤粉采用粒径分别为10～20um和45～56um的煤粉按照质量比为7：3的比例进行复配。
所述分散剂为木质磺酸钙、木质磺酸钠、萘磺酸钠、腐殖酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚与萘磺酸钠按质量比20～30:1复配，所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾与硫酸钠按质量比2～3:1复配，所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素或羟乙基纤维素等。
4）污泥水煤浆经燃烧锅炉燃烧后产生的热蒸汽供给城市供热系统，锅炉燃烧后产生的污染气体被输送至气体处置设备；锅炉燃烧后产生的污泥粉煤灰被输送至污泥粉煤灰处置设备，经污泥粉煤灰测试系统测试后，含铝＞6.40%或铁＞1.90%，直接制备低分子絮凝剂，否则根据污泥粉煤灰灰分性质用来制备建筑材料路基基材、建筑材料、水泥等；
5）同时，燃烧锅炉产生的污染气体被输送至气体处置设备处理；
6）经处理后的污染气体进入冷凝装置冷凝后，蒸馏水回用，余气依次进入脱氮装置、脱硫装置和除氨装置进行脱氮、脱硫和除氨后被输送至燃烧锅炉回用，氨水回用。
挥发性物质的处理，分别采用密闭循环体系，将污泥干化过程中产生大量的水分、挥发份等释出物或者污泥型煤和水煤浆燃烧过程中产生的挥发性物质在一定负压下经抽滤泵抽出，经一系列化学处理，可以得到蒸馏水及大量氨气，氨气可用于制备氨水，具有污染性的二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮通过除硫装置和除氮装置去除，其它挥发性气体可以进入到燃烧加热炉中进行充分燃烧，达到污泥干化过程零排放。
下面给出了两种实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
污泥型煤的制备（下表中实施例1）
1）将城市污水处理厂产出的污泥浓缩处理使含水率约为83%，性能测试发热量为3558kCa/kg；
2）将含水率83%的污泥经机械挤压至污泥含水率为50%；
3）将木屑粉碎至粒度为3mm；
4）将含水率50%的污泥100g和填料木屑10g，添加剂氧化钙1.25g进行混合，均匀混合后通过捏合机制备成圆柱状，在压力为-0.06MPa下于106℃下烘至污泥型煤含水率为20%，烘干过程采用密闭循环体系；
5）烘干过程中的气体经过气体处理系统进行脱水、脱氮、脱硫、脱氨处理，其中脱水和脱氨装置中的蒸馏水和氨水进行回收利用；
6）制备出的污泥在燃烧设备中燃烧，并将产生的污染气体通入气体处理系统，脱水、脱氮、脱硫、脱氨后的剩余气体通入到锅炉中充分燃烧，其中脱水和脱氨装置中的蒸馏水和氨水进行回收利用；
7）燃烧后的粉煤灰进入到粉煤灰检测设备对其中的含量检测，其中Al或Fe含量分别大于6.4%和1.9%，制备低分子絮凝剂，否则根据污泥粉煤灰灰分性质用来制备建筑材料路基基材、建筑材料、水泥等。
实施例2
污泥水煤浆的制备（下表中实施例3）
1）将城市污水处理厂污泥浓缩处理含水率约83%后，性能测试发热量为3558kCa/kg；
2）用15g城市生活污泥、0.03g双氧水改性后，放置15～20min，即得改性污泥；
3）取陕北长焰煤粒径分别为20um和50um质量混合比为7:3的煤制备成混合煤粉，在改性污泥中添加55g混合煤粉；
4）按照质量比15：1：2：350加入分散剂木质磺酸钠、pH调节剂氢氧化钠与硫酸钠混合物、稳定剂羧甲基纤维素和水混合成添加剂混合溶液；在步骤3）中添加29.97g的添加剂混合溶液；
5）于反应器中，在1000r/min的速度搅拌20min，即可得到污泥水煤浆；
6）污泥水煤浆在锅炉燃烧中燃烧的气体收集后通入到气体处置系统，进行脱水、脱氮、脱硫、脱氨后的剩余气体通入到锅炉中充分燃烧，其中脱水和脱氨装置中的蒸馏水和氨水进行回收利用；
7）污泥水煤浆燃烧后残余的粉煤灰经粉煤灰检测系统检测，Al或Fe含量大于6.4%和1.9%，用来制备低分子絮凝剂，如聚硅酸铝、聚硅酸铁、或聚硅酸铝铁复合絮凝剂，否则根据污泥粉煤灰灰分性质用来制备建筑材料路基基材、建筑材料、水泥等。
具体实施例配比（质量份数）及参数见下表：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.城市污泥洁净燃料化处理系统，该系统包括对城市生活污泥进行处理的浓缩池，以及对浓缩后的污泥进行性能测试的污泥测试机构，其特征在于，所述污泥测试机构与机械挤压干燥机构或混合反应器相连；所述机械挤压干燥机构分别连接燃烧锅炉和气体处置设备，所述混合反应器连接燃烧锅炉；所述燃烧锅炉分别连接气体处置设备、城市供热系统和污泥粉煤灰处置设备，污泥粉煤灰处置设备连接污泥粉煤灰测试系统；所述气体处置设备与冷凝装置相连，冷凝装置依次连接脱氮装置、脱硫装置和除氨装置，除氨装置分别连接氨水储罐和燃烧锅炉。
2.根据权利要求1所述的城市污泥洁净燃料化处理系统，其特征在于，所述机械挤压干燥机构包括依次相连的机械挤压设备、捏合机和干燥设备。
3.一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
1）将城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理；
2）将经浓缩处理后的城市生活污泥于污泥测试机构中进行性能测试；
3）将测试后的城市生活污泥置于机械挤压设备中挤压或置于混合设备中；
4）置于机械挤压设备中挤压后的城市生活污泥与助燃剂及添加剂通过捏合机制备成一定形状的污泥型煤半成品，将污泥型煤半成品置于干燥设备中烘干至含水量达到一定标准的污泥型煤；
5）置于混合设备中按照与城市生活污泥一定的质量比向混合设备中先加入改性剂对污泥改性后，再加入添加剂、煤粉充分混合，得到污泥水煤浆；
6）污泥型煤或污泥水煤浆经燃烧锅炉燃烧后产生的热蒸汽供给城市供热系统和设备供热系统，锅炉燃烧后产生的污染气体被输送至气体处置设备；锅炉燃烧后产生的污泥粉煤灰被输送至污泥粉煤灰处置设备，经污泥粉煤灰测试系统测试后，含铝＞6.40%或铁＞1.90%，直接制备低分子絮凝剂，否则用于建筑材料或路基材料；
7）同时，干燥设备中烘干时产生的污染气体和燃烧锅炉产生的污染气体被输送至气体处置设备处理；
8）经处理后的污染气体进入冷凝装置冷凝后，蒸馏水回用，余气依次进入脱氮装置、脱硫装置和除氨装置进行脱氮、脱硫和除氨后被输送至燃烧锅炉回用，氨水回用。
4.根据权利要求3所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述将城市生活污泥置于浓缩池内进行浓缩处理后，使得城市生活污泥含水量在80～85%。
5.根据权利要求3所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述污泥性能测试机构测试污泥的水份达到80～85%、发热量达到3300kCa/kg～4000kCa/kg。
6.根据权利要求3所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述浓缩处理后的城市生活污泥经机械挤压设备挤压使城市生活污泥水分达到50%～60%。
7.根据权利要求3所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述步骤4）中助燃剂为木屑、秸秆、沙柳或煤粉一种或两种以上以任意质量比混合的混合物，助燃剂的添加量为与之混合污泥的5%～35%；所述添加剂为氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠，添加量为与之混合污泥的0.5%～2%；污泥型煤半成品在压力为-0.03MPa～-0.1MPa下于80～110℃下烘干到污泥型煤含水量为10%～20%；烘干时采用密闭循环体系。
8.根据权利要求7所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述木屑、秸秆、沙柳和煤粉的粒径为0.1mm～5mm，所述污泥型煤的形状为块状或粒状，粒状粒径为0.5mm～5mm。
9.根据权利要求3所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述步骤5）中污泥型水煤浆是按照下述质量比的原料配制：
城市生活污泥3～15%，添加剂29.5～37%，煤粉55～65%，改性剂0.0001～0.03%；
所述添加剂为分散剂、pH调节剂、稳定剂和水按照质量比为10～15：0.5～1：1～2：320～350的比例混合的混合物；
所述改性剂为双氧水或氧化钙；
所述煤粉选用的煤粉为成浆性较差的低阶煤，煤粉采用粒径分别为10～20um和45～56um的煤粉按照质量比为7：3的比例进行复配。
10.根据权利要求9所述的一种城市污泥洁净燃料化处理方法，其特征在于，所述分散剂为木质磺酸钙、木质磺酸钠、萘磺酸钠、腐殖酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚与萘磺酸钠按质量比20～30:1复配；
所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾与硫酸钠按质量比2～3:1复配；
所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。
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