CN103184086B

CN103184086B - 一种固体燃料及其制备方法

Info

Publication number: CN103184086B
Application number: CN201110459351.5A
Authority: CN
Inventors: 岳国君; 黄加军; 柳树海; 杜金宝; 严明奕; 崔师泰; 邓立康
Original assignee: GUANGXI COFCO BIO-ENERGY Co Ltd; Cofco Corp
Current assignee: GUANGXI COFCO BIO-ENERGY Co Ltd; Cofco Corp
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN103184086A

Abstract

本发明公开了一种固体燃料及其制备方法，该方法包括将污泥、含纤维料与脱水剂混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，其中，以所述污泥的重量为基准，所述含纤维料的添加量为30-60重量％，所述脱水剂的添加量为2-10重量％，其特征在于，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量∶所述生石灰的重量∶所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12∶3-8∶1。本发明利用污泥、含纤维料和脱水剂进行堆垛发酵制备固体燃料，污泥堆垛发酵时间短，高效地辅助解决了污泥污染问题，提高了污泥的附加值。

Description

一种固体燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种固体燃料的制备方法，以及由该方法制得的固体燃料。

背景技术

城市污水处理过程中和工业生产过程中产生的污泥是污泥的主要来源。我国不同规模、不同处理程度的污水处理厂有100多座，每天产生的污泥量约为污水处理量的0.5-1.0体积％，据不完全统计，全国污水排放量为4.474×10⁷m³/d，污泥含水量高达90重量％，循环再利用难且又不易脱水，因此污泥处理起来非常困难，对生态环境的破坏大。尤其是木薯淀粉发酵废水处理过程中产生的好氧污泥与厌氧污泥给环境带来了巨大压力。因此如何处理污泥特别是如何处理城市污水厂产出的大量污泥是一个值得深入研究的课题。

目前，各国处理污泥的主要方式有填埋、焚烧、投海及农用。但这些处理方式各有其缺点：填埋需要占用大量土地，且填埋废气排放等易引起二次污染；污泥焚烧能使有机物全部碳化并杀死病原体，处理量大，占地小，可最大限度地减少污泥体积，但是焚烧处理设备投资大，处理费用高，也会造成二次污染；投海处理虽然最简单、所需费用也少，但对生态环境破坏大，各国纷纷予以禁止；污泥经自然堆垛后可作为农用肥料，这是一种环保经济的处理方式，但污泥肥料具有使用不便和肥效差等缺点，这使其无法与化肥抗衡，而且近年来人们对绿色食品要求的提高和对土壤污染的警惕，污泥肥料农用的标准日趋苛刻，仅通过自然堆垛是很难达到农用标准的，从而使得污泥用作农业肥料难以为继。污泥的资源化利用本身就是在节约能源和资源，并为污泥处理找到一条化害为利、变废为宝的合理出路，从而实现经济效益与社会效益同步增长，因此，仍需要进一步探究更有效的污泥处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、易操作、低成本的污泥生产固体燃料的方法，解决污泥污染问题，提高污泥的附加值。

为了实现上述目的，本发明提供一种固体燃料的制备方法，该方法包括将污泥、含纤维料与脱水剂混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，其中，以所述污泥的重量为基准，所述含纤维料的添加量为30-60重量％，所述脱水剂的添加量为2-10重量％，其特征在于，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量∶所述生石灰的重量∶所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12∶3-8∶1。

本发明还提供一种由上述方法制得的固体燃料。

通过上述技术方案，大大缩短了污泥制备固体燃料堆垛发酵的时间，高效地辅助解决了污泥污染问题，提高了污泥的附加值。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的固体燃料的制备方法包括将污泥、含纤维料和脱水剂混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，例如30-40重量％，其中，以所述污泥的重量为基准，所述含纤维料的添加量为30-60重量％，优选为40-60重量％，所述脱水剂的添加量为2-10重量％，优选3-5重量％，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量∶所述生石灰的重量∶所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12∶3-8∶1，优选为5-10∶4-6∶1。

本发明的堆垛发酵时间较短的原因之一可能是：脱水剂中的氧化钙与水接触生成氢氧化钙并释放出大量的热量而促进水分的蒸发；生成的氢氧化钙可再分别与脱水剂中的氧化硅和氧化铝反应生成不溶于水的硅酸钙和硅酸铝而促进水分的渗透流出；同时，生成的氢氧化钙还可以与污泥中的碳酸和/或空气中的二氧化碳反应生成水溶性差的碳酸盐，使得污泥很难再泥化。

根据本发明，所述脱水剂可以以混合物的形式与污泥、含纤维料混合，也可以将脱水剂的各成分分别与污泥、含纤维料混合，只要在堆垛发酵前混合均匀即可。

根据本发明，所述污泥可以为城市污水处理厂或工业生产过程中产生的废弃物，优选情况下，所述污泥为淀粉质原料发酵后产生的好氧污泥、淀粉质原料发酵后产生的厌氧污泥及城市污泥中的一种或多种。所述污泥的含水量为86-90重量％。

根据本发明，所述含纤维料可在较宽范围内选择，只要是能够降低污泥的粘度、增大污泥的含气量进而加快发酵速度促进发酵的进行、同时为发酵提供一定养分的含纤维料即可。优选情况下，所述含纤维料为木薯渣、桉树皮和秸秆中的一种或多种。

所述木薯渣是木薯原料制备乙醇工艺中木薯经粉碎、酶解和固液分离后的固体残余物。所述木薯渣的含水量为8-12重量％。

根据本发明，所述炉灰可以是各种来源的炉灰，例如可以是植物或煤燃烧后的残余物。所述炉灰的主要成分可以包括二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁和氧化铁。

以炉灰的总重量为基准，所述二氧化硅的含量可以为18.2-37.6重量％，所述氧化钙的含量可以为21.5-40.8重量％，所述氧化铝的含量可以为2.1-8.3重量％，所述氧化镁的含量可以为6.8-14.1重量％，所述氧化铁的含量可以为0.8-2.6重量％，余量为其他杂质。

所述硅酸盐水泥可以是现有的各种规格、牌号的硅酸盐水泥，优选氧化钙和二氧化硅的总含量为80-95重量％的硅酸盐水泥。

所述生石灰可以为各种天然或经加工的生石灰，优选为氧化钙含量不低于90重量％的生石灰。

所述脱水剂的含水量优选不超过0.5重量％。

根据本发明，所述堆垛发酵可以在较宽条件下进行，只要使得发酵后混合物的水分降至40重量％以下即可，一般情况下，可以通过翻垛、打孔、选择合适的遮盖物或利用鼓风机来控制堆垛发酵所需的氧气含量及温度，优选情况下，所述堆垛发酵条件包括通过通风或间歇式翻垛方式使温度保持在50-70℃。本发明的发明人发现，在上述优选的堆垛发酵条件下进行堆垛发酵有利于进一步提高污泥脱水速度，减少污泥堆垛发酵周期，因此本发明的方法只要堆垛发酵5-7天即可得到水分含量为40重量％以下的产物。

本发明制得的固体燃料的水分含量为30-40重量％，堆积比重为700-800kg/m³，热量为1500-1850MJ/kg，可作为燃料燃烧。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，污泥取自广西中粮生物质能源有限公司污水处理厂，含水量为87重量％；木薯渣取自广西中粮生物质能源有限公司，含水量为10重量％；炉灰中二氧化硅的含量为28.9重量％，氧化钙的含量为33重量％，氧化铝的含量为4重量％，氧化镁的含量为8.4重量％，氧化铁的含量为2.4重量％，钾的含量为7重量％，磷的含量为2.5重量％；含水量采用有机肥料NY 525-2002的方法测定；堆积比重的测定参照标准GB-T 16913.3-1997第3部分；热量的测定方法参照标准GB/T213-2003。

实施例1

将污泥、木薯渣按照1∶0.6的重量比混合，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为4∶8∶1)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为50℃左右，7天后停止翻垛，得到固体燃料，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例1

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(只含有炉灰)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例2

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(只含有生石灰)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例3

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(只含有氯化钙)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例4

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为4∶8∶0)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例5

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为0∶8∶1)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例6

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为4∶0∶1)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例7

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为1∶2∶1)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

对比例8

按照实施例1的方法制备固体燃料，不同的是，添加相对污泥2重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为3∶10∶1)，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

实施例2

将污泥、稻草按照1∶0.5的重量比混合，添加相对污泥10重量％的脱水剂(含有炉灰、生石灰与氯化钙的重量比为12∶3∶1)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为70℃左右，5天后停止翻垛，得到固体燃料，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

实施例3

将污泥、桉树皮按照1∶0.3的重量比混合，添加相对污泥3重量％的脱水剂(含有硅酸水泥、生石灰与氯化镁的重量比为7∶5∶1)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，6天后停止翻垛，得到固体燃料，测定该固体燃料相关参数的结果如表1所示。

表1

实施例编号	水分含量(重量％)	堆积比重(kg/m³)	热量(MJ/kg)
				实施例1	31	720	1650
对比例1	55	600	900
				对比例2	52	610	920
对比例3	53	635	913
				对比例4	48	621	915
对比例5	49	623	925
				对比例6	51	618	910
对比例7	45	632	930
				对比例8	47	620	924
实施例2	36	735	1800
				实施例3	38	784	1735

从以上实施例和对比例中可以看出，本发明使用的脱水剂在较短时间内降低了污泥和含纤维料混合物的水分含量，大大地缩短了污泥堆垛发酵周期。且利用污泥发酵制备固体燃料解决了污泥资源化利用难的问题，另外本发明制得的固体燃料环保无污染。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种固体燃料的制备方法，该方法包括将污泥、含纤维料与脱水剂混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量%以下，其中，以所述污泥的重量为基准，所述含纤维料的添加量为30-60重量%，所述脱水剂的添加量为2-10重量%，其特征在于，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量：所述生石灰的重量：所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12:3-8:1；

其中，所述污泥为淀粉质原料发酵后产生的好氧污泥、淀粉质原料发酵后产生的厌氧污泥及城市污泥中的一种或多种；所述含纤维料为木薯渣、桉树皮和秸秆中的一种或多种；所述堆垛发酵条件包括通过通风或间歇式翻垛方式使温度保持在50-70℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以所述污泥的重量为基准，所述含纤维料的添加量为40-60重量%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以所述污泥的重量为基准，所述脱水剂的添加量为3-5重量%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量：所述生石灰的重量：所述氯化钙和/或氯化镁的重量为5-10:4-6:1。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述炉灰含有二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁和氧化铁。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，以炉灰的总重量为基准，所述二氧化硅的含量为18.2-37.6重量%，所述氧化钙的含量为21.5-40.8重量%，所述氧化铝的含量为2.1-8.3重量%，所述氧化镁的含量为6.8-14.1重量%，所述氧化铁的含量为0.8-2.6重量%。

7.一种由权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制得的固体燃料。