CN106566588A - 一种利用污泥制备成型燃料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用污泥制备成型燃料的方法，涉及固体废弃物处置技术领域。所述利用污泥制备成型燃料的方法包含以下步骤：步骤一，将含水率为75％～99％的污泥通过机械脱水处理，将污泥中的水分降低至55％～65％；步骤二，在所述步骤一中经脱水处理后的污泥中加入热解碳粉及粘合剂，混合搅拌均匀后，对物料进行压实；步骤三，将所述步骤二中压实后的物料进行造粒成型，对成型后的物料烘干至水分含量在15％以下，制得污泥RDF。本发明的有益效果在于：本发明在污泥中加入热解碳粉后，能够满足污泥造粒的要求，污泥造粒成型前不需要对污泥进行烘干，工艺简单，生产效率高；另外，由于热解碳粉具有一定的空隙结构，可以有效吸附污泥产生的臭味。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处置技术领域，具体涉及一种利用污泥制备成型燃料的方法。
背景技术
随着经济发展和人民生活水平的提高，城镇与工业污水量逐年增加，污水处理产生的污泥量也越来越大，由于污水来源不同，污泥组分复杂，含有大量的难降解、有毒物、有害重金属和微生物，如处置不当，会造成“二次污染”。
目前，国内外污泥的处理方法主要有填埋、农用、焚烧等。这些处置方法或多或少的存在一些问题，填埋未能从根本上实现污泥的减量化和无害化，不仅占用宝贵的土地资源，还存在土壤与地下水的污染隐患。
污泥，特别是工业污泥组分复杂，含有重金属、有毒有害物质和寄生虫卵等，不能用于农用，必须进行无害化处理。
以焚烧方式处理污泥可以实现污泥的减量化和无害化，但是设备投入大，基本是花钱处置，缺乏经济性。加上飞灰与二噁英污染难以监测与控制，存在落地难和“邻避”等问题。
近年来，国内一些专利及文献提出，污泥含有有机质，具有一定热值，可将污泥成型烘干，进行碳化处理或作为燃料实现污泥的资源化。然而，碳化的前提是污泥的有机质含量高且稳定，碳化物可以产生足够的价值，否则，碳化处置的经济性也难以保证。
污泥作为燃料实现资源化的同时使污泥得以减量和无害，需要解决的最大技术与经济问题是克服污泥烘干过程中出现的“粘滞”“结壳”现象，保证烘干能顺利进行，降低烘干成本。其次，污泥以什么工艺，能顺利将其中热值转化成能源，避免二恶英和大量的飞灰产生，实现重金属的稳定化，消除污染隐患。
如果采用专利“一种污泥生产可燃气体的工艺”(CN201010188766.9)中提到的在含水率较高的污泥中先加入水分调节剂，发酵4-7天使得含水率降低至40％以下，风干后再成型制得燃料。采用自然干化的方式脱水，需要占用大面积的处理场地，期间的臭气污染难以控制。而专利“污泥合成燃料”(CN20110416150.7)的做法是：压滤后的污泥破碎后，送入污泥热风烘干机中烘干至含水30％，再送入成型机成型。
采用通常的方式烘干污泥，既加大了设备投资，也增加了运营成本。更重要的污泥在干化过程中，随着含水率的降低，会发生表面干化结壳，含水率降至40～50％时，污泥会粘滞在烘干机器上，干化难度明显上升，脱水困难，不仅影响干燥工作效率，严重时还会损坏设备。烘干过程散发的臭气严重污染环境。
此外，单用污泥成型燃料由于污泥组分复杂多变，热值不稳定，造成燃料品质不稳定，影响后续处置系统的稳定运行。专利“一种污泥成型燃料及其生产方法和生产系统”(CN201010262859.1)中提到，在污泥中掺合低阶煤粉、生物质废弃物等制备污泥混合燃料，但煤粉添加剂导致污泥燃料成本增加和燃烧尾气中的硫化物含量超标，且污泥有臭味，在混合制备过程中需要增加除臭系统，也导致燃料制备成本增加。专利“一种污泥燃料及其制备方法”CN101597532提出，用脱臭杀菌剂(氧化钙、次氯酸钙、次氯酸钠、二氧化氯中的一种或一种以上的混合物)0.5～5％制备污泥燃料，其脱臭杀菌剂的使用增加了污泥燃料的制备成本，且燃烧灰中富含二氧化硅。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用污泥制备成型燃料的方法，以解决或至少减轻背景技术中所存在的至少一处的问题。
为了避免二恶英和大量的飞灰产生，实现重金属的稳定化，消除污染隐患。污泥直接焚烧显然是不可取的处置工艺，高温燃气化技术能够满足上述要求。为了利用高温燃气化技术处置污泥，为保证不产生飞灰和尾渣的高温熔融烧结，需要对污泥进行成型造粒。
热解技术已广泛应用于轮胎、塑料、生物质、生活垃圾RDF等固体有机废弃物的综合资源化。在有机物的低温热解过程中，有热解油、热解气和热解碳三种产物。热解碳往往由于RDF原料来源多变造成其组成成分的不稳定，且往往含有部分重金属，难以单独作为燃料使用。但热解碳具有孔隙结构，有一定的吸附性能，且不含水分，热值一般在2000～4000大卡/千克，比绝干污泥的高。将污泥和热解碳混合制备成RDF，希望用绝干的热解碳“帮助”污泥直接跨过“粘滞”“结壳”的水分点，使其变得容易烘干，或降低烘干设备的要求和成本。希望利用热解碳的吸附性能，消除或消减污泥臭味。希望这种RDF利用高温燃气化技术，在低成本干化污泥的同时，一方面高效回收热解碳的热能，另一方面将污泥和热解碳中的重金属实现稳定，消除污染。
因此，根据上述分析，本发明采用的技术方案是：提供一种利用污泥制备成型燃料的方法，包含以下步骤：
步骤一，将含水率为75％～99％的污泥通过机械脱水处理，将污泥中的水分降低至55％～65％；
步骤二，在所述步骤一中经脱水处理后的污泥中加入热解碳粉及粘合剂，混合搅拌均匀后，对物料进行压实；
步骤三，将所述步骤二中压实后的物料进行造粒成型，对成型后的物料烘干至水分含量在15％以下，制得污泥RDF。
优选地，所述热解碳粉是固体废弃物热解后的热解碳中的一种，或多种的混合物，所述热解碳粉是经过筛分后粒度小于3mm的颗粒。
优选地，所述步骤二中，污泥和热解碳粉的重量比为(1～4):1，将混合料的含水率调整至20％～40％。
优选地，所述步骤二中，粘合剂为有机-无机复合粘结剂，有机粘合剂与无机粘合剂按重量份以(1～4)：1的配比混合配置成复合粘合剂，添加比例为污泥和热解碳粉总量的0.5％～4％。
优选地，所述步骤二中，对物料的压实时间为5～30分钟。
优选地，所述步骤三中采用热风直接烘干，烘干温度为100～150℃。
优选地，所述步骤三中，成型后的污泥RDF颗粒大小为3～100mm。
优选地，在所述步骤二中，污泥中掺入热解碳粉与粘合剂之前先利用打散设备将成块的污泥打散。
优选地，所述利用污泥制备成型燃料的方法还包含步骤四，对制得的污泥RDF进行强度试验，成型后的燃料应满足冷强度＞80kg/球，热强度＞35kg/球，两米自然下落破碎率＜3％。
本发明还提供了一种燃料制备系统，所述燃料制备系统包含固体废弃物RDF制备系统及热解系统，所述燃料制备系统利用如上所述的方法，制备污泥RDF。
本发明的有益效果在于：
本发明在污泥中加入热解碳粉后，能够满足污泥造粒的要求，污泥造粒成型前不需要对污泥进行烘干，工艺简单，生产效率高；另外，由于热解碳粉具有一定的空隙结构，可以有效吸附污泥产生的臭味。
热解碳粉协同污泥成型造粒，污泥具有一定的粘结性，发挥污泥较强的粘结作用，弥补单独碳粉成型难的问题，降低粘合剂添加量，提高RDF粒子的强度。
附图说明
图1是本发明一实施例的利用污泥制备成型燃料的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种利用污泥制备成型燃料的方法的流程图，在本实施例中，所述利用污泥制备成型燃料的方法包含以下步骤：
步骤一，将含水率为75％～99％的污泥通过机械脱水处理，将污泥中的水分降低至55％～65％；目的在于初步降低污泥中的含水率，为实现污泥的造粒成型做准备。
步骤二，在所述步骤一中经脱水处理后的污泥中加入热解碳粉及粘合剂，混合搅拌均匀后，对物料进行压实；所述热解碳粉是固体废弃物(如轮胎、塑料、生物质、生活垃圾等固体废弃物RDF)热解后的热解碳中的一种，或多种的混合物，在本实施例中，热解碳粉是经过筛分后粒度小于3mm的颗粒。
完成污泥的初步脱水后，利用打散设备将成块的污泥打散。其优点在于，掺入热解碳粉后，可以保证热解碳粉与污泥充分混合，有利于提高成品热值的一致性。
在所述步骤一中，通过机械脱水初步处理后的污泥含水率可以在55％～65％之间选择，根据处理污泥的类型不同，当污泥的热值较低时，可以控制较高的含水率，例如60％，在步骤二中可以掺入较多的热解碳粉，提高热值；当污泥的热值较高时，可以控制机械脱水后的污泥在较低的含水率，例如58％，在步骤二中可以掺入较少的热解碳粉，节约热解碳粉的使用。
通过上述在脱水后的污泥中加入热解碳粉后，可以满足污泥造粒成型的要求。不需要通过烘干降低污泥的含水率，克服污泥烘干过程中出现的“粘滞”“结壳”现象，保证烘干能顺利进行，降低了成本。相比传统的发酵后自然风干，降低含水率，提高了工作效率。
同时，掺入热解碳粉，也不会像添加煤粉一样，导致污泥燃料成本增加和燃烧尾气中的硫化物含量超标的现象。另外，由于热解碳粉具有一定的孔隙结构，具有吸附作用，能够吸附污泥产生的臭味，不需要在混合制备过程中增加除臭系统，降低了燃料制备成本。
在步骤二中，混合热解碳粉与污泥时，污泥和热解碳粉的重量比为(1～4):1，具体可以根据实际情况控制，并将混合料的含水率调整至20％～40％。
例如，在一个备选实施例中，由于待处理污泥的热值较低，需要加入较多的热解碳粉，以提高成品的热值。所以在对污泥初步机械脱水时，控制的脱水处理后的污泥含水率较高，此时就需要调高热解碳粉与污泥的重量比，比如，污泥和热解碳粉的重量比可以是3:1，但应满足混合料的含水率控制在20％～40％。在另一个备选实施例中，由于待处理污泥的热值较高，可以加入较少的热解碳粉，以节约热解碳粉的使用量。所以在对污泥初步机械脱水时，控制的脱水处理后的污泥含水率较低，此时就需要调低热解碳粉与污泥的重量比，比如，污泥和热解碳粉的重量比可以是2:1，同时，应满足混合料的含水率控制在20％～40％。
本发明的目的是制备高强度污泥RDF粒子，如果不添加一定量的的粘合剂，成型干燥后物料的强度无法达到要求。现有的成型粘合剂主要有：有机粘合剂、无机粘合剂及复合粘合剂。有机粘合剂主要组分是淀粉、腐殖酸等有机成分，不会使得燃料中的固定碳含量减少，燃料的发热量不会受到影响，不会带入额外的灰分，也防水，但是使用有机粘合剂燃料的热强度较低，成本偏高；无机粘合剂主要组分是水泥、石灰、黏土等，原料来源广泛，可提高燃料的热强度，增加热稳定性，成本低，但灰分较大，增加了杂质，且有阻燃现象。
在本实施例的步骤二中，粘合剂为有机-无机复合粘结剂，有机粘合剂与无机粘合剂按重量份以(1～4)：1的配比混合配置成复合粘合剂，热解碳粉、污泥及粘结剂混合时，粘结剂的添加比例为污泥和热解碳粉总量的0.5％～4％。通过添加粘结剂，可以提高热解碳粉与污泥的粘接力，以提高成型后粒子的强度。
本发明中处置的物料污泥和热解碳粉性质差异很大，污泥含水率较高，粘性大，热解碳粉几乎不含水分，亲水性差，比重很小，两种物料如果混合不均匀，会造成成型后的燃料强度不足。对于这种差异较大的物料，本发明设计采用多种设备多级搅拌的方式，物料通过双螺杆搅拌机、轮碾机等不同的搅拌设备分级搅拌，利用不同设备的特点，将物料充分混合均匀，提高成型后的强度。
在步骤二中，对物料的压实时间为5～30分钟。
步骤三，将所述步骤二中压实后的物料进行造粒成型，对成型后的物料烘干至水分含量在15％以下，制得污泥RDF。
在本实施例的步骤三中，采用热风直接对成型后的物料烘干，烘干温度为100～150℃。成型后的污泥RDF颗粒大小为3～100mm。
在本实施例中，所述利用污泥制备成型燃料的方法还包含步骤四，对制得的污泥RDF进行强度试验，成型后的燃料应满足冷强度＞80kg/球，热强度＞35kg/球，两米自然下落破碎率＜3％。如果不能满足强度要求，可以提高步骤二中粘结剂的加入量。
本发明还提供了一种燃料制备系统，所述燃料制备系统包含固体废弃物RDF制备系统及热解系统，所述燃料制备系统利用如上所述的方法，制备污泥RDF。其优点在于，可以实现废物回收的生产线，如轮胎、塑料、生物质、生活垃圾等固体废弃物制成RDF后，接着进行热解，热解后产生的热解碳粉与初步处理后的污泥混合，制造污泥RDF，有利于提高废物回收处理的能力，实现流水线式生产。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一，将含水率为75％～99％的污泥通过机械脱水处理，将污泥中的水分降低至55％～65％；
步骤二，在所述步骤一中经脱水处理后的污泥中加入热解碳粉及粘合剂，混合搅拌均匀后，对物料进行压实；
步骤三，将所述步骤二中压实后的物料进行造粒成型，对成型后的物料烘干至水分含量在15％以下，制得污泥RDF。
2.如权利要求1所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述热解碳粉是固体废弃物热解后的热解碳中的一种，或多种的混合物，所述热解碳粉是经过筛分后粒度小于3mm的颗粒。
3.如权利要求2所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述步骤二中，污泥和热解碳粉的重量比为(1～4):1，将混合料的含水率调整至20％～40％。
4.如权利要求3所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述步骤二中，粘合剂为有机-无机复合粘结剂，有机粘合剂与无机粘合剂按重量份以(1～4)：1的配比混合配置成复合粘合剂，添加比例为污泥和热解碳粉总量的0.5％～4％。
5.如权利要求4所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述步骤二中，对物料的压实时间为5～30分钟。
6.如权利要求5所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述步骤三中采用热风直接烘干，烘干温度为100～150℃。
7.如权利要求6所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述步骤三中，成型后的污泥RDF颗粒大小为3～100mm。
8.如权利要求7所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，污泥中掺入热解碳粉与粘合剂之前先利用打散设备将成块的污泥打散。
9.如权利要求8所述的利用污泥制备成型燃料的方法，其特征在于：所述利用污泥制备成型燃料的方法还包含步骤四，对制得的污泥RDF进行强度试验，成型后的燃料应满足冷强度＞80kg/球，热强度＞35kg/球，两米自然下落破碎率＜3％。
10.一种燃料制备系统，其特征在于，所述燃料制备系统包含固体废弃物RDF制备系统及热解系统，所述燃料制备系统利用如权利要求1至9中任一项所述的方法，制备污泥RDF。
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