CN106277692A - 城市工业污泥资源化的新方法 - Google Patents

Abstract

一种城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：先将经过污水处理厂机械脱水后的城市工业污泥，采用干化装置使污泥水份含量降至50-65%，污泥干化装置采用热源为独立热源或烟气余热；将脱水污泥，掺合辅料及一定外加剂进行配比，所需的材料输送到各自的料斗，斗下设置自动感应称秤实现物料的自动配料计量；将计重好的材料送入搅拌机内搅拌，通过输送带进料输送，搓制成球；料球进入带有一定斜度的回转窑进行煅烧，随着窑旋转，料球向窑头滚动，将2mm糠屑喷入窑内燃烧，料球在窑内被煅烧成陶粒；将烧好陶粒进行烘干、自然冷却、筛选分级、成品出厂检测。本发明的优点在于：将污泥变废为宝，拓宽污泥处理模式，污泥价格低廉，减少企业成本。

Description

城市工业污泥资源化的新方法

背景技术

城市工业污泥（以下简称“工业污泥”）较多的是来自于城市工业的污水处理厂，污泥是污水处理后的附属品，是一种由细菌菌体、无机颗粒、有机残片、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥中既含有丰富的有机物、营养元素及各种微量元素，同时也含有很多难以降解的重金属等有毒有害物质。

对于现如今我国污泥处理行业的发展，前几年有相关的分析报告曾指出：2010年，我国城镇污水处理率已经达到72%，但是污泥的无害化处理率低于25%，主要传统的填埋为主。2012年，我国城镇生活污水排水量为462.70亿吨，按照0.05%-0.08%含泥量测算，污泥产量在2300-3700万吨之间（污泥的含水率80%），比前一年增加了8.13%。由于污泥是污水处理的最终产物，污染物集中度高，成分比较复杂，而且脱水难度大（细胞水含量高），简单的物理处理难以降低污泥的细胞含水率。而且，我国市政污水处理厂也处理部分工业污水，导致污泥的重金属含量较高，处理很棘手。因此，相较于污水处理的快速发展，我国污泥处置才起步没多久。而关于污泥处置技术规范，环保部2009年才发布试行方案《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》，推广时间比较短。

同时，纵观众多发达国家与我国的污泥处理方法，可以总结出我国对污泥的处理方式主要是填埋，其次是发酵堆肥、自然干化、焚烧等。于我国而言，填埋为主的方式并不是一种经济长久的手段，因为我国正处于城镇化率快速提升的阶段，城市土地已经是稀缺资源，而填埋则需要大面积的土地；而且，填埋后的二次污染问题也非常严重，对大自然的消纳能力也是巨大挑战。因此，针对此现象，提出利用污泥烧制陶粒的新技术，来提高城市污泥的资源化、提高生态环境质量是非常有意义的，同时这也是对贯彻可持续发展的一种实践。

发明内容

本发明目的在于通过提出一种城市工业污泥资源化的新方法，来有效地缓解现如今城市工业污泥处理的问题。

本发明的技术方案如下：一种城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：先将经过污水处理厂机械脱水后的城市工业污泥，采用干化装置使污泥的水份含量降至50-65%，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热；然后将脱水污泥，掺合三种辅料以及一定的外加剂进行配比，将所需材料输送到各自的料斗，斗下设置自动感应称秤实现物料的自动配料计量；将计重好的材料送入搅拌机内进行搅拌，然后通过输送带进料输送，然后搓制成球；之后，料球进入带有一定斜度的回转窑进行煅烧，随着回转窑的旋转，料球向窑头滚动，同时将磨细至2mm的糠屑从窑头喷入窑内燃烧，料球在回转窑内被煅烧成强度很高的陶粒；最后将烧制好的陶粒进行烘干、自然冷却、筛选分级、成品出厂检测。

城市工业污泥的掺量较优的实施方式是在35%—45%之间，页岩碎屑在25%—30%之间，废铁渣、铁矿石等铁质类或是石灰石、镁矿废渣等钙镁类在8%—15%之间，粉煤灰在5%—15%之间，其余则为外加剂。

该外加剂一般采用粘接剂、膨化剂和矿化剂等。

搓制成球与进窑烧制之间有安排一个预制的步骤，即进窑前提前准备多数量生料球。

烧结温度在1200~1400℃之间为宜，超出此温度范围陶粒强度会降低，在上述温度范围内，烧结时间一般为半小时。

污泥干化所用的烟气余热是指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℃，干好污泥产生的废水则用于陶粒成球。

烘干陶粒的热风可以来自于回转窑的废气，做到余热利用，也可设置专门的热风炉。

本发明的优点在于：通过用污泥制作成为陶粒产品，将污泥变废为宝，实现资源利用的环保性、循环性，拓宽了污泥处理的主要模式，且污泥作为原材料的价格低廉，在很大程度上减少了企业的成本，实现低成本高产量的生产效益。

具体实施方式

本发明阐述的是一种城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：一种城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：先将经过污水处理厂机械脱水后的城市工业污泥，采用干化装置使污泥的水份含量降至50-65%，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热；然后将脱水污泥，掺合三种辅料以及一定的外加剂进行配比，将所需材料输送到各自的料斗，斗下设置自动感应称秤实现物料的自动配料计量；将计重好的材料送入搅拌机内进行搅拌，然后通过输送带进料输送，然后搓制成球；之后，料球进入带有一定斜度的回转窑进行煅烧，随着回转窑的旋转，料球向窑头滚动，同时将磨细至2mm的糠屑从窑头喷入窑内燃烧，料球在回转窑内被煅烧成强度很高的陶粒；最后将烧制好的陶粒进行烘干、自然冷却、筛选分级、成品出厂检测。城市工业污泥的掺量较优的实施方式是在35%—45%之间，页岩碎屑在25%—30%之间，废铁渣、铁矿石等铁质类或是石灰石、镁矿废渣等钙镁类在8%—15%之间，粉煤灰在5%—15%之间，其余则为外加剂。该外加剂一般采用粘接剂、膨化剂和矿化剂等。搓制成球与进窑烧制之间有安排一个预制的步骤，即进窑前提前准备多数量生料球。烧结温度在1200~1400℃之间为宜，超出此温度范围陶粒强度会降低，在上述温度范围内，烧结时间一般为半小时。污泥干化所用的烟气余热是指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℃，干好污泥产生的废水则用于陶粒成球。烘干陶粒的热风可以来自于回转窑的废气，做到余热利用，也可设置专门的热风炉。

本专利的具体技术方案如上文所述。其实对于陶粒的相关烧制工艺，较为详细的且可参考本公司的圆形陶粒制作工艺（专利号为ZL201310671292.7），其中对于陶粒的烧制预处理描述的更加细化详细。而根据上文所述，可见本专利提到的城市工业污泥制备陶粒产品的工艺具有三点明显创新点，首先是节能效应：通过余热利用，将回转窑尾气用于污泥干燥，可节省污泥干燥成本，而干好污泥产生的废水用于陶粒成球，则可节省大量水资源。其次是减排效应：污泥的消耗、废气废水的回收利用直接减少了污染物的排放。第三就是物质循环利用：烧结渣可以回收铺路，灰渣回收利用可作为制陶粒原料。

其中，上文中提到的污泥的掺量之所以设置在35%—45%之间，是因为考虑到如果污泥掺量过大（超过50%以后），会由于含水率过高陶粒的成球过程比较困难，而且陶粒在烧制过程中容易产生过大收缩引起开裂而难以包裹气体，即不能达到期望的膨胀量，也不利于陶粒的其他性能；此外，污泥掺量过高，则料球中有机物含量就会过高，烧失量大，并且SiO₂含量相对较少，这会使陶粒烧胀性变差。但如果掺量过低，则会使得不仅经济效益不明显，而且达不到大量处置污泥的目的。

另外，就是关于如何能够保证工业污泥陶粒在烧制过程中具有一个好的膨胀率问题。陶粒在烧制过程中如果需要膨胀的话必须要首先料球在膨胀温度下能够产生适当的粘度和表面张力，其次则是在烧结过程中料球内部可以产生足够的气体。物料达到膨胀温度时，其内部的粘度低到一定程度，会在气体作用下得以膨胀，但是粘度和表面张力不能过小，不然会导致形成的气泡破裂。料球表面应比其内部有较高的粘度，一方面防止物料内部产生的气体外逸，另一方面减少料球热塑时的表面张力。如果气体膨胀力过大，则会使料球破碎，气体外逸，如果膨胀力过小，则不会膨胀。而陶粒原料的化学成分是导致陶粒膨胀的主要原因。掺合一定的外加剂，有利于提高陶粒膨胀率，且价格相对较低，但是陶粒的实际生产膨胀温度容易波动，若低于焙烧陶粒时的火焰问对波动范围，回转窑内易出现结块、结圈问题，影响生产。如果想要需要控制陶粒焙烧温度波动范围，降低火焰温度的波动范围则是其有效措施之一，原先我们的手段是采用煤粉进行喷洒进去，但是其对于环境污染较大，而改良采用糠屑磨细作为燃料，其效果并不比煤粉差，且效果良好。

因此说来，采用上述少量外加剂，并且掺合合适配方，选用最佳干燥、预热、焙烧的温度与时间、降低焙烧陶粒时火焰温度波动范围等有效措施，可以有效提高陶粒的膨胀率与产量，且降低生产能耗。

此外，在本工艺中设置有一个预制的步骤，其作用也是相当有益的，虽不是直接跟污泥资源化有所关联，但是与企业的生产效率有一定的促进作用。不仅能够防范于未然，在遭遇到机器故障的情况下也能不影响生产行为的进行，同时也能够在实施早晚班两制的情况下，及时供应料球的量，生产效率的提高也会在一定程度上促进了污泥处理资源化的进程。

不过，即使已经在该污泥陶粒烧制工艺在很大程度上已经体现对原有污泥处理缺陷的扭正优势，很好地实现了污泥作为可再生资源的利用，但是这其中还需要考虑到污泥的另一个特性，那就是污泥是含有一定的臭味，“恶臭控制是污泥处理的关键”，如何不造成二次环境污染是将其用来制备陶粒过程中需要注意的另一个问题。针对此现象的处理，我们的对策是在：（1）除了将一部分需要短时间内成为陶粒原材料的工业污泥进行相应的脱水处理之外，设置有一定面积的污泥堆放区域，如遭遇臭味比较严重的污泥也设计有污泥进厂后的污泥储存设施，防止剩余的大量污泥在堆存过程的臭味逸出；（2）对于臭味较为严重的工业污泥在原料输送过程中采用密封胶带输送机或者密封螺旋输送机；（3）在上述密封设备的相应位置设置收尘器收气口，将污泥产生的臭气集中起来，经除臭后达标排放；（4）此外，在这生产行为中也要高度重视对烟气的处理，烟气的处理包括烟尘处理、脱硫处理和除臭处理等。

因此，总结前文所述，可以看出利用陶粒产品是一种进行污泥干化处理和生物能源回收很好的新尝试，其从最开始的污泥到后来成为产品，这整个过程很好地实现了资源的循环性。当然其之所以能够成为处理工业污泥的良好实践方式，也有以下几点因素的存在。

陶粒作为一种轻集料，可以取代普通砂石配制轻集料混凝土，具有密度小、强度高、保温、隔热、抗震性好的特点，近年来得到了迅速的发展。陶粒混凝土由于自重轻，弹性模量较低，允许变化性能较大，所以抗震性能较好。陶粒混凝土设备生产陶粒陶粒混凝土抗渗性好，陶粒表面比碎石粗糙，具有一定吸水能力，所以陶粒与水泥砂浆之间的粘结能力较强，因而陶粒混凝土具有较高的抗渗能力与耐久性。陶粒混凝土耐火性较好。防火试验结果表明，它的耐火极限温度可达三小时以上，而普通砼的耐火极限温度一般为一个半小时到两个小时左右。与此同时，坯料中有气体产生并形成一定的内气压，使得具有一定粘度的软化坯体发生膨胀，最终形成多孔结构的陶粒。适宜的变形能力与适宜的膨胀气压大小匹配的好坏，最终决定了陶粒性能的优劣。在以脱水泥饼为主要原料烧制陶粒的过程中，充分利用了污泥中的热值，将有机质作为焙烧过程中发泡剂；焙烧的高温环境可以将病原体灭活，并把重金属固化/稳定化在陶粒中，即使陶粒破碎，重金属也不会渗出，从而彻底消除了污泥中重金属的污染问题。

其中特别需要注意的是，上文中提到的陶粒产品对于重金属固化/稳定化处理作用。所谓固化/稳定化处理是利用物理-化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其固化/稳定化的一种过程。固化/稳定化过程有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程，有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程。固化/稳定化是固体废物无害化处理的一项重要技术。在污水处理过程中，污水中绝大部分重金属通过细菌吸收、沉淀等多种途径浓缩到产生的污泥中。而且污泥中重金属种类和数量也因城市生活、生产特点的不同而异。城市污泥中主要含有Cu、Pb、Cd、Zn、Cr、Ag和Ni等有害有毒重金属。重金属虽然量并不大，但是其容易富集，且难降解，一直是限制污泥农业利用的最主要因素。因此，即使是植物必须的微量元素，如Cu和Zn等，其在土壤中的含量超过一定浓度，也会对植物产生毒害作用。因此，通过实施对城市污泥陶粒浸出前后的重金属浓度进行对比检测，陶粒结构对高掺量污泥中的重金属例子有较强的稳定和固定作用，且随着污泥掺量的增加，从污泥陶粒结构中浸出的重金属粒子量的增加不明显，污泥陶粒的使用不会对环境造成二次污染。与此同时，比较干烧污泥和污泥烧制陶粒前后的重金属含量，发现制备陶粒工艺固化重金属的效果比较明显，固化率是相对于污泥直接干烧对重金属的固化率高出两倍左右。因此说来，以工业污泥为主要原料，加入一定的辅料和外加剂，经过高温的烧制，不但能够使内部病原微生物、氮、磷等有害成分挥发或者分解，而且能够使重金属稳定固结在陶粒内部，使本属于危险废弃物的污泥能够安全应用于实际生产。

另外，随着经济的全面发展，陶粒在高层建筑、保温隔热、环保滤料中受到了广泛使用，并且已经受到市场的欢迎。利用城市污泥来烧制陶粒，这是一种对于污泥拓宽应用面，涉足建筑材料领域的方向。无论是观其经济效益，还是社会效益，抑或是环境效益，都是一种非常有利的现象。

从经济效益这方面来说，城市工业污泥本身是作为企业生产过程之后的废弃物，其本身来说是几乎不存在什么价值性的，或者说是其价值性是非常低廉的，而陶粒烧制的则是一种常见的生产行为，其本身是存在对原料的需求性以及产出之后的销售市场定位的。将污泥处理成为陶粒产品，这之间所存在的投入，笼统来说，就是将一种工业“弃料”转化成为工业”原料”的过程中所花费的投入以及之后烧制的相应费用。不过，该污泥作为“原料”所形成的直接成本，相较于之后产品所带来的市场价值来说，该成本是非常低廉的，或者说这两者之间的毛利润是非常可观，也是值得我们去追求的。而随着市场需求的不断上升，其给企业的经济效益也在不断增加。

从社会效益这方面来说，城市污泥是一种既含有大量的氮、磷等养分，又含有重金属、有机污染物和病原体等有害物质的混合物。一般来说，各地区对于污泥处理方式的选择是根据本地区的地理环境、经济水平、技术措施和交通运输等因素确定，且随着公众认识的提高和兴趣的改变而发生变化。近些年，随着污水处理产业的迅速发展，污泥产生量不断增加，对污泥的处置也开始走向多元化，但仍以土地填埋为主。不过，现如今可供填埋的场地越来越少，今后土地填埋必将受到严格控制，由于大量污泥的填埋影响了垃圾场的正常使用寿命。此外，有些地区对于污泥产生量、成分和性质等缺少清楚的认识，其利用和处置方式的选择往往贪图简单节省，就近随意处置；若对水域中剩余的污泥进行了不当处置，则容易对水体造成二次污染。剩余污泥若不进行及时处理，长时间堆放，污泥易产生消化，从而产生沼气。干化后的污泥易随风飞扬，产生粉尘污染。还有一些污泥本身就含有易挥发的有毒有机物质，会散发毒气，这都会对大气产生污染。若堆放的污泥经雨水浸淋，一部分氮、磷以及一些重金属和有害化学物质会随着雨水浸出，易对当地的土壤和水体造成污染。

与现有常见的污泥处理技术相比，用污泥制作成为陶粒产品的技术一种向着污泥资源化利用、无害化处理的实践尝试，在很大程度上将污泥变废为宝。此外，还最大限度地避免了污泥对大气、水资源和土壤的污染，也打下了污泥资源化利用的结实基础。

就环境效益这方面来说，近年来，伴随着我国经济高速增长带来的建筑、房地产行业的快速发展，面临着国家保护耕地，限制开采黏土与使用大量建材两个矛盾之间，利用污泥生产建筑材料，不仅可以减少污泥填埋所占用的土地，减少自然资源消耗，而且可以使资源得到循环利用。既解决了污泥的出路，又解决了建材面临的需求，有利于国家的可持续发展。而且，陶粒产品本身也可以制成陶粒混凝土、陶粒砌块等系列产品，成为一些新的具有市场价值的产品。

Claims (7)

1.一种城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：

先将经过污水处理厂机械脱水后的城市工业污泥，采用干化装置使污泥的水份含量降至50-65%，污泥干化装置采用的热源为独立热源或烟气余热；

然后将脱水污泥，掺合三种辅料以及一定的外加剂进行配比，将所需材料输送到各自的料斗，斗下设置自动感应称秤实现物料的自动配料计量；

将计重好的材料送入搅拌机内进行搅拌，然后通过输送带进料输送，然后搓制成球；

之后，料球进入带有一定斜度的回转窑进行煅烧，随着回转窑的旋转，料球向窑头滚动，同时将磨细至2mm的糠屑从窑头喷入窑内燃烧，料球在回转窑内被煅烧成强度很高的陶粒；

最后将烧制好的陶粒进行烘干、自然冷却、筛选分级、成品出厂检测。

2.根据权利要求1所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：城市工业污泥的掺量较优的实施方式是在35%—45%之间，页岩碎屑在25%—30%之间，废铁渣、铁矿石等铁质类或是石灰石、镁矿废渣等钙镁类在8%—15%之间，粉煤灰在5%—15%之间，其余则为外加剂。

3.根据权利要求2所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：该外加剂一般采用粘接剂、膨化剂和矿化剂等。

4.根据权利要求1所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：搓制成球与进窑烧制之间有安排一个预制的步骤，即进窑前提前准备多数量生料球。

5.根据权利要求1所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：烧结温度在1200~1400℃之间为宜，超出此温度范围陶粒强度会降低，在上述温度范围内，烧结时间一般为半小时。

6.根据权利要求1所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：污泥干化所用的烟气余热是指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℃，干好污泥产生的废水则用于陶粒成球。

7.根据权利要求1所述的城市工业污泥资源化的新方法，其特征在于：烘干陶粒的热风可以来自于回转窑的废气，做到余热利用，也可设置专门的热风炉。