CN106396329A - 一种污泥复配及直接热解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污泥复配及直接热解的方法，其特征在于：在污泥中添加固化剂和生物质进行共热解，所述固化剂的质量比为3～10％，生物质的质量比为20～30％，污泥的质量比为60～77％；将以一定比例混合的污泥、生物质和固化剂搅拌均匀后投放至热解炉内，升温至500～700℃，保温20～30min，再进一步升至热解温度800～1200℃，保温10～20min，同时完成原料的干燥、气化和裂解。本发明适用范围广，对污泥种类和含水率要求低，可较广谱地实现污泥的无害化处置和资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥复配及直接热解的方法，属于有机固体废弃物高效热化学处置和环境保护领域。
背景技术
污水处理过程中，绝大多数的污染物都转移到了污泥里，包括各种重金属、有害有机物和病原体等，在进一步的处置过程很容易形成二次污染，特别是重金属污染。经过初步的板框压滤脱水，污泥含水质量比一般仍达80％左右，大多数污泥处置方法要求将含水质量比降至20％以下，干燥过能耗较大。因此，如何实现污泥的高效处置及能源资源化利用是亟待解决的难题。
对于重金属，传统的处理方法是在污泥中添加部分水和固化剂，搅拌均匀后进行养护，反应生成的水化物胶体可对重金属离子进行吸附，降低其浸出特性，后续处置可用作修筑路基和建材，或直接进行填埋。但是这类方法仅是对重金属的单纯固化，浪费了污泥中的有机物资源。
热化学转化法能将有机物资源转化为燃料，有效减少毒性物质的产生，并能将部分重金属减量化后固定于残渣中，具有潜在的应用价值。但是，部分重金属沸点较低，在高温下会进入气相，如后续使用不当，会随气相扩散至大气中，形成严重的大气污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有污泥处置方法的不足，而提出了一种污泥复配及直接热解的方法。
本发明的技术方案为：在湿污泥中添加生物质来调控水份和C、H、和O元素比例，并将富含硅铝的粘土用作污泥直接热解的固化剂，通过调整原料比例和热解条件，获得较好的湿污泥处置和资源化利用效果。
本发明的具体技术方案为：一种污泥复配及直接热解的方法，其特征在于：在污泥中添加固化剂和生物质进行共热解，其中所述固化剂的质量比为3～10％，生物质的质量比为20～30％，污泥的质量比为60～77％；具体步骤如下：按比例混合的污泥、生物质和固化剂搅拌均匀后投放至热解炉内，升温至500～700℃，保温20～30min，再进一步升温至热解温度800～1200℃，保温10～20min，同时完成原料的干燥、气化和裂解。
优选所述的固化剂为凹凸棒土、高岭土、蒙脱石或水滑石中的至少一种；其中固化剂中的硅铝质量比为60～80％，粒度为10～20目。
优选所述的污泥为经过板框式过滤的脱水污泥，含水质量比为40～80％。
优选所述的生物质为破碎后的秸秆或树枝；生物质的含水质量比为10～20％，粒度为1～10mm。
有益效果：
(1)在单个热解炉内完成对污泥、生物质和固化剂的干燥、气化和裂解，简化了工艺流程，其中生物质的添加可以调控污泥中的水份，也可以有效的调整C、H和O元素比例，在利用水蒸气作为气化剂的同时，可减小含水率过高带来的高能耗，提高共气化过程的效率和产气率。
(2)高温下，固化剂可将重金属从具有一定环境毒性的可交换态与可动员态转化为对环境基本无害的残渣态，抑制其从固相到气相的迁移，减小二次环境污染。
(3)本发明适用范围广，对污泥种类和含水率要求低，可较广谱地实现污泥的无害化处置和资源化利用。
具体实施方式
本发明可以通过以下实施例具体实现，但是并不因此限制本发明的适用范围。
实施例1
本实施例中的脱水污泥取自于南京市城北污水处理厂(同以下实施例)，经处理后的污泥含水质量比为50％，松枝含水质量比为20％，平均粒度为2mm，固化剂为凹凸棒土，粒度为20目，硅铝质量比为60％。将污泥、生物质和凹凸棒土按照77％：20％：3％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至500℃，保温30min，再进一步升至热解温度900℃，保温10min。
所述污泥含有的重金属离子为Ba、Cr、Co、Ni、Cu、Mn、Cd、Pb，对热解后残渣中的重金属含量和形态分别进行ICP和XRD检测，根据重金属在固相中的残留率和形态转换程度对本发明进行评估。ICP分析结果见表1。从表中可以看出，添加凹凸后，各个重金属的残留率均有所提高，这说明凹土的添加有效地抑制了重金属往气相的迁移。根据XRD结果发现，添加凹土后的残渣主要以Si-Al氧化物组成，且其成分相较于未添加凹土的残渣更加复杂，如Pb5Si8O21、PbAl2Si2O8、CdAl2(SiO4)2、CoSiO3等，这意味着凹土的添加可使重金属从具有一定环境毒性的可交换态与可动员态转化为对环境基本无害的残渣态，尤其是Cd和Pb两种离子。
利用气相色谱仪对热解过程中的产气进行分析，结果表明，热解燃气组分主要有H2、CO、CH4、CO2和CmHn等，其中在污泥原位水蒸汽作为气化剂的条件下，H2的含量达到了45％，燃气热值在15～18MJ/Nm3之间，具有良好的应用前景(同以下实施例)。
实施例2
本实施例中经处理后的污泥含水质量比为60％，松枝含水质量比为17％，平均粒度为4mm，固化剂为凹凸棒土，粒度为15目，硅铝质量比为80％。将污泥、生物质和凹凸棒土按照75％：20％：5％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至550℃，保温30min，再进一步升至热解温度1200℃，保温15min。根据表1的ICP结果可知，相较于实施例1，各个重金属离子在固相中的残留率都有所增大，这说明随着固化剂比例的越大，热解温度的提高，重金属的固化程度也相对提高。固相残渣的XRD结果表明重金属的形态转换程度也有所提高，这可能是热解温度增大的原因。
实施例3
本实施例中经处理后的污泥含水率为80％，松枝含水率为15％，平均粒度为6mm，固化剂为高岭土，粒度为13目，硅铝质量比为60％。将污泥、生物质和高岭土按照70％：24％：6％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至600℃，保温25min，再进一步升至热解温度850℃，保温20min。根据表1的ICP结果可知，相较于实施例2，各个重金属离子在固相中的残留率都有所降低，但是相较于实施例1均有所增高，这表明尽管固化剂比例有所增大，但是热解温度的降低也会使得重金属在固相中的残留率有所降低。同时固相残渣的XRD结果也表明重金属的形态转换程度不大。
实施例4
本实施例中经处理后的污泥含水质量比为40％，松枝含水质量比为13％，平均粒度为8mm，固化剂为高岭土，粒度为20目，硅铝质量比为80％。将污泥、生物质和高岭土按照68％：25％：7％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至650℃，保温25min，再进一步升至热解温度1100℃，保温10min。根据表1的ICP结果可知，相较于实施例3，随着固化剂比例的增大和热解温度的提高，各个重金属离子在固相中的残留率都有所增大。固相残渣XRD结果也表明重金属的形态转换程度较大，残渣态比重增加。
实施例5
本实施例中经处理后的污泥含水质量比为55％，松枝含水质量比为10％，平均粒度为10mm，固化剂为蒙脱石，粒度为10目，硅铝质量比为60％。将污泥、生物质和蒙脱石按照65％：26％：9％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至700℃，保温20min，再进一步升至热解温度800℃，保温20min。根据表1的ICP结果可知，相较于实施例4，随着固化剂比例的增大和热解温度的降低，各个重金属离子在固相中的残留率都略微下降。并且固相残渣中的重金属形态转换程度也有所减小。
实施例6
本实施例中经处理后的污泥含水质量比为70％，松枝含水质量比为13％，平均粒度为2mm，固化剂为蒙脱石，粒度为15目，硅铝质量比为80％。将污泥、生物质和蒙脱石按照60％：30％：10％的比例混合均匀，投放至热解炉内，升温至700℃，保温20min，再进一步升至热解温度1000℃，保温10min。根据表1的ICP结果可知，相较于实施例5，随着固化剂比例的增大和热解温度的提高，各个重金属离子在固相中的残留率都随之增大，是所有实施例中最高的。并且固相残渣中的重金属形态转换程度也相对增大，残渣态比重增加。
以上介绍了本发明的基本原理和主要特征，本发明的保护范围不受实施例的限制，本技术领域的技术人员在本发明的基础上所做的等同替换和改变，均在本发明的保护范围之内，本发明接下来会做各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明的保护范围之内。
表1不同热解条件下各个重金属的残留率
Claims (4)
1.一种污泥复配及直接热解的方法，其特征在于：在污泥中添加固化剂和生物质进行共热解，其中固化剂的质量比为3～10％，生物质的质量比为20～30％，污泥的质量比为60～77％；具体步骤为：将按比例混合的污泥、生物质和固化剂搅拌均匀后投放至热解炉内，升温至500～700℃，保温20～30min，再升温至热解温度800～1200℃，保温10～20min，完成原料的干燥、气化和裂解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的固化剂为凹凸棒土、高岭土、蒙脱石或水滑石中的至少一种；其中固化剂中硅铝的质量比为60～80％；固化剂的粒度为10～20目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的污泥为经过板框式过滤的脱水污泥，其含水质量比为40～80％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的生物质为破碎后的秸秆或树枝；生物质的含水质量比为10～20％；粒度为1～10mm。
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