CN106866006B - 有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法 - Google Patents

有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法，包括有机废水池、均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑和间接换热器，将脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和一部分有机废水混合后获得混合液，所述混合液中的水分含量为60％～70％(质量)，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，另一部分有机废水经过浓缩后与所述浆料一起进入回转窑中进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料，高温煅烧过程中向回转窑中喷入煤粉，使煤粉、浆料中的有机废物和浓缩废水中的有机废物燃烧。该系统和方法实现工业固废和有机废水的综合利用和污染零排放。

Description

有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法
技术领域
本发明涉及有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法。
背景技术
我国经济发展迅速，大量的能源消耗产生了大量的工业固体废弃物(简称工业固废)，工业固废主要包括赤泥、脱硫石膏、冶炼渣、尾矿砂和煤矸石等。“十一五”期间工业固废总生产量118亿吨，总新增存量190亿吨。“十二五”期间工业固废总生产量150亿吨，总新增存量270亿吨。随着我国工业化进程的不断加快，这些工业固废占大量土地同时存在随时污染环境的危险。
同时，从城市生活废水到石油化工、冶金、造纸、发酵酿酒、制药、纺织印染废水都属于有机废水，有机废水是以有机污染物和被细菌病毒污染为主的废水，有机废水易造成水质富营养化。有机废水直接排放会对环境造成严重的污染，对人身健康造成严重的威胁，所以有机废水必须经过有效的处理才能排放。随着我国人口数量的增加，城市化进程的加快，工业的迅速发展和工业规模的不断扩大，有机废水呈现数量多、浓度高、毒性大的趋势。
焚烧法是高温下用空气深度氧化处理有机废水，是最有效最彻底的手段，也是高温深度氧化法处理有机废水最易实现工业化的方法。通常COD>100g/L，热值>10500kJ/kg的高浓度废水，用焚烧法处理比其它方法更合理、更经济。一般来说，有机物含量大于10％的有机有害废液大都采用焚烧作最终处理。采用焚烧法可将有害有机物在高温下彻底氧化分解，生成二氧化碳和水，废液中的有机物的去除率可达99.99％以上，而且处理时间短，投资少，占地小。
一般来说，废液COD值越高，越适合焚烧处理，当废液的发热值达到10500kJ/kg时，废液在点燃后便能自燃。热值较低的废水由于可燃物比例较小，不足以维持焚烧温度。
发明内容
本发明的目的在于利用赤泥、脱硫石膏等固废制备硫铝酸盐水泥协同处置有机废水，提供有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法，能够在利用工业固废制备硫铝酸盐水泥的同时处理一定量的有机废水。该系统和方法实现工业固废再利用，实现工业固废和有机废水物化的综合利用和污染零排放。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的方法，将脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和一部分有机废水混合后获得混合液，所述混合液中的水分含量为60％～70％(质量)，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，另一部分有机废水经过浓缩后与所述浆料一起进入回转窑中进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料，高温煅烧过程中向回转窑中喷入煤粉，使煤粉、浆料中的有机废物和浓缩废水中的有机废物燃烧。
本发明实现了有机废水和工业固废的物化互补，有机废水中含有少量硅酸盐溶液可做水泥原料，同样有机废水中的有机质和可燃有机物也可以作为燃料在回转窑中燃烧放热。
本发明采用一部分有机废水与工业固废进行混合，不仅降低了工业水的用量，而且在工业固废在与有机废水混合均化过程中，部分有机废物被固定在工业固废中，使得在烧制水泥熟料过程中被固定的有机废物能够作为高温煅烧的燃料，从而降低了煤粉的使用，降低了生产成本。同时另一部分有机废水通过浓缩后直接进行高温煅烧，不仅对高温煅烧提供了燃料，而且对有机废水中有机废物进行充分处理。
本发明采用制备硫铝酸盐水泥的设备实现了有机废水焚烧法的应用，同时，能够充分利用制备硫铝酸盐水泥的设备采用焚烧法处理有机废水产生的能量，实现有机废水的能源化利用，降低了煤粉的使用，从而既处理了有机废水又降低了生产硫铝酸盐水泥的成本。由于脱碱赤泥、电石渣、脱硫石膏含水率达30％～60％，若采用干法研磨工艺需对原料进行干燥处理，设备和能耗受到很大限制。以机械压滤方式去除水分能耗不到直接干燥成本的10％，原料中的氯离子等有害挥发性成分含量也可以通过机械压滤过程中得以消除和降低。
本发明中所述的均化处理的目的是去除物料中的可溶性杂质，并脱除脱碱赤泥中的氧化钠和氧化钾，使原料进行进一步脱碱。
本发明中所述混合液中的水分含量为60％～70％(质量)可使得湿法粉磨充分进行，水分含量过小不易充分粉磨，水分含量过大耗能增多。
本发明中所述的湿法粉磨为将含水物料进行粉磨的方法。
优选的，脱碱赤泥、电石渣、铝灰和脱硫石膏的质量比为30～50:20～30:10～20:15～25。其中，生产熟料之前的脱硫石膏安该质量比进行添加，生产熟料之后的脱硫石膏安常规工艺进行添加。
优选的，所述浆液中的物料的细度小于0.20mm。
优选的，所述浆液搅拌一定时间后进行压滤。使物料中的各组分混合充分。
进一步优选的，所述一定时间为12h。
优选的，机械压滤后的滤液流回至有机废水中。使得未被工业固废固定的有机废物能进行再次处理，防止有机废物的零排放。
优选的，所述有机废水在浓缩前进行预处理。
进一步优选的，所述预处理包括过滤。去除有机废水中的悬浮物。
更进一步优选的，过滤后有机废水中的固体微粒的粒径小于40网目。
进一步优选的，所述预处理包括中和处理。防止腐蚀浓缩设备，同时防止焚烧时腐蚀回转窑或在回转窑内结渣。
更进一步优选的，中和处理后有机废水的pH为6～8。
进一步优选的，所述预处理依次包括过滤、中和处理。
优选的，所述有机废水的浓缩温度为85～95℃。
优选的，所述浆料中的水分含量保持在25％(质量)以下。能够节约煅烧时的燃料使用。
优选的，所述煅烧的温度为1250℃～1350℃。
优选的，所述回转窑产生的高温烟气经过余热回收产生高温蒸汽。
进一步优选的，所述高温蒸汽作为所述另一部分有机废水浓缩的热源。
进一步优选的，所述高温蒸汽冷却至85～95℃作为有机废水浓缩的热源。
进一步优选的，经余热回收后的烟气经过除尘后经过烟气处理进行排放。
优选的，所述硫铝酸盐熟料中，碱度系数Cm为0.95～0.98；铝硫比P为2.1～3.5。
式中Al2O3、SO3、SiO2、CaO、TiO2、Fe2O3均为熟料中各氧化物的百分含量(公式以外所述的Al2O3、SO3、SiO2、CaO、TiO2、Fe2O3分别为相应化学成分)。
进一步优选的，所述硫铝酸盐熟料的化学组成如表1所示。
表1硫铝酸盐水泥熟料的主要化学组成(wt％)
品种 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO SO<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CSA 3～10 28～40 36～43 8～15 1～3
进一步优选的，所述硫铝酸盐熟料的主要矿物组成如表2所示。
表2硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物组成(wt％)
CSA表示硫铝酸盐水泥。
进一步优选的，f-CaO小于0，f-SO3为0.3～2.5。
f-CaO＝CaO-1.87×SiO2-1.4×Fe2O3-0.7×TiO2-0.73×(Al2O3-0.64×Fe2O3)；
式中Al2O3、SO3、SiO2、CaO、TiO2、Fe2O3、均为熟料中各化合物的百分含量(公式以外所述的Al2O3、SO3、SiO2、CaO、TiO2、Fe2O3、分别为相应化学成分)。
获得的硫铝酸盐水泥熟料以硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4，简式)、硅酸二钙(2CaO·SiO2，简式C2S)和铁相(主要为4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF)为主要矿物。
有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统，包括有机废水池、均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑和间接换热器，脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和来自有机废水池中的一部分有机废水进入湿法粉磨机进行湿法粉磨，再依次进入均化池、压滤机进行均化处理和压滤获得浆料，来自有机废水池中的另一部分有机废水进入间接换热器进行浓缩后与所述浆料一起进入回转窑进行高温煅烧，高温煅烧后获得硫铝酸盐熟料。
优选的，包括过滤装置，所述另一部分有机废水进入过滤装置过滤后再进入间接换热器。
优选的，包括中和池，所述另一部分有机废水进入中和池进行中和后再进入间接换热器。
优选的，包括过滤装置与中和池，所述另一部分有机废水依次进入过滤装置与中和池分别进行过滤和中和后再进入间接换热器。
优选的，包括余热回收设备，回转窑产生的高温烟气进入余热回收设备进行余热回收。
进一步优选的，余热回收后的高温蒸汽作为间接换热器的热源。
进一步优选的，包括冷却器，余热回收后的高温蒸汽进入冷却器冷却后进入间接换热器。
进一步优选的，包括除尘器，余热回收后的烟气进入除尘器进行除尘。
更进一步优选的，包括烟气处理系统，除尘后烟气进入烟气处理系统进行烟气处理后排放。
优选的，所述压滤机压滤后产生的滤液进入所述有机废水池。进一步处理滤液中的有机废物。
本发明的有益效果为：
(1)传统的硫铝酸盐水泥制法的基本原材料是矾土、石灰石和石膏，一般采用外购的方式解决，较高的价格导致制作成本上升，竞争压力巨大。而且现在不少企业生产硫铝酸盐水泥的过程中能耗高、污染大、浪费严重，已经不符合国家的产业政策。本发明完全可以依靠工业固废代替其制作原料，制作成本大幅下降，在解决固废难以利用问题的同时解决了传统硫铝酸盐水泥制作的不足。
(2)本发明制作硫铝酸盐水泥的固废原料为脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石，解决了土地占用、环境污染、资源浪费等一系列问题，使它们变废为宝。对这些固废生产企业来说不仅解决了固废问题的负担，而且还带来了经济利益。在固废生产企业和硫铝酸盐水泥生产企业之间实现双赢。
(3)在本发明工艺中，通过湿法工艺，利用固废和有机废水物化的综合利用，合理的在生料中加入浓缩的有机废水，减少了部分工业水的用量。而且利用浓缩有机废水的可燃性，在回转炉中焚烧放热可减少煤的燃烧量。烟气的热量可回收用于对有机废水的真空浓缩。实现燃料的节约利用。
(4)硫铝酸盐水泥具有高强、快硬、低碱、自应力等特点，市场广阔。在水泥煅烧过程中所需的温度也比普通硅酸盐水泥低150℃～200℃，耗能降低，生产过程中CO2的排量也可比普通硅酸盐水泥降低20％～50％。硫铝酸盐水泥所含硫铝酸钙硅酸二钙(C2S)和铁相(主要为C4AF)的主要矿物之间比例可以在很宽的范围内调节，对不同成分的废物材料具有很强的适应性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统，包括有机废水池、均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑和间接换热器，脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和来自有机废水池中的一部分有机废水进入湿法粉磨机进行湿法粉磨，再依次进入均化池、压滤机进行均化处理和压滤获得浆料，来自有机废水池中的另一部分有机废水进入间接换热器进行浓缩后与所述浆料一起进入回转窑进行高温煅烧，高温煅烧后获得硫铝酸盐熟料。
所述压滤机压滤后产生的滤液进入所述有机废水池。
包括过滤装置与中和池，另一部分有机废水依次进入过滤装置与中和池分别进行过滤和中和后再进入间接换热器。
包括余热回收设备，回转窑产生的高温烟气进入余热回收设备进行余热回收。
包括冷却器，余热回收后的高温蒸汽进入冷却器冷却后进入间接换热器。
包括除尘器，余热回收后的烟气进入除尘器进行除尘。
包括烟气处理系统，除尘后烟气进入烟气处理系统进行烟气处理后排放。
如图1所示，其工艺如下：
1.将脱碱赤泥、电石渣、铝灰和脱硫石膏按比例混合匹配，加入有机废水池中的一部分有机废水形成混合液，使混合液的水分含量在60％～70％，并充分搅拌。
2.将浆液通过湿法磨进行粉磨，细度控制在0.20mm筛筛余1％以下。
3.将磨后的浆液在均化池进行均化除碱后，搅拌12h，得到成分均匀的浆液。
4.将均匀的浆液通过机械压滤脱水获得浆料，将压滤后的滤液输送至有机废水池中。
5.有机废水废水池中的另一部分有机废水进行处理，即预处理。进行过滤使所含固体微粒在40网目以下，去除该部分有机废水中的悬浮物。
6.然后对过滤后的有机废水进行中和，使有机废水达到中性或接近中性，防止在焚烧的时候会腐蚀窑体或窑内结渣。
7.将经中和的有机废水送到间接换热器，利用余热回收设备产生的蒸汽冷却至85～95℃对有机废水进行间接浓缩，并使其含水率在30％以下。
8.将浓缩后的有机废水与步骤4获得的浆料送入回转窑内，进行高温煅烧(1250℃～1350℃)。
9.将烟煤煤粉喷入回转窑燃烧器内进行燃烧。
10.回转窑烟气连接到烟气余热回收设备，产生的高温蒸汽冷却至85℃～95℃，通过间接换热器对有机废水进行间接浓缩处理。
11.经过余热回收设备的烟气通入布袋除尘器进行除尘。最后通入烟气处理系统进行脱硫脱硝，烟气处理合格后排放至大气。
12.在回转窑内产生的硫铝酸盐水泥熟料，经过篦式冷却机进行冷却，冷空气与熟料直接进行热交换，在25～35min内即可冷却到80～100℃，得到的硫铝酸盐水泥熟料以硫铝酸钙硅酸二钙(C2S)和铁相(主要为C4AF)为主要矿物。
13.将熟料放进大棚冷却，在确保熟料的外表温度低于80℃，再将熟料与脱硫石膏按比例混合，脱硫石膏占总物料的8％，并送入粉磨系统粉磨成水泥。
14.粉磨过程水泥温度会升高，为防止步骤13加入的脱硫石膏脱水，粉磨过程中对磨机通风散热，同时对磨机筒体喷水，可使出磨水泥降温30～40℃。
实施例1
按照采用上述系统及上述工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，脱碱赤泥占35.45％，电石渣占24.61％，铝灰占18.32％，脱硫石膏占21.62％，以煅烧生料质量计：SiO2占8.14％，Al2O3占31.20％，Fe2O3占3.72％，CaO占43.23％，MgO占0.33％，TiO2占1.30％，SO3占8.94％。煤粉占2.53％。将生料中加入浓缩的有机废水送入回转窑煅烧，煅烧温度为1280℃。煅烧时间为60分钟。此时二噁英、呋喃、PCB等都能很好的消除。然后烟气经余热回收设备，对热量进行回收利用。最后对烟气进行除尘、烟气处理。处理后的烟气经检测未发现二噁英、呋喃、PCB等有害物质。煅烧后的熟料依次经过篦式冷却机、粉磨系统，可得硫铝酸盐水泥熟料。经测算，以粉磨后的熟料计，SiO2占9.62％，Al2O3占31.67％，Fe2O3占3.84％，CaO占43.49％，MgO占0.36％，TiO2占1.30％，SO3占9.01％。可得f-CaO1＝-0.87，f-SO3＝1.52，所得结果符合范围，可以作为有效配料方案。经水泥胶砂强度检验方法(GB/T 17671-1999)，3天和28天抗压强度分别为43.6MPa和46.9MPa。
实施例2
按照采用上述系统及上述工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，脱碱赤泥占46.86％，电石渣占25.34％，铝灰占10.45％，脱硫石膏占17.35％。将生料中加入浓缩的有机废水送入回转窑煅烧，烧成温度为1290℃，煅烧时间为60分钟。处理后的烟气经检测未发现二噁英、呋喃、PCB等有害物质。经水泥胶砂强度检验方法，3天和28天抗压强度分别为40.8MPa和43.7MPa。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (28)

1.有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的方法，其特征是，将脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和一部分有机废水混合后获得混合液，所述混合液中的水分含量为60％～70％质量百分数，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，另一部分有机废水经过浓缩后与所述浆料一起进入回转窑中进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料，高温煅烧过程中向回转窑中喷入煤粉，使煤粉、浆料中的有机废物和浓缩废水中的有机废物燃烧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，脱碱赤泥、电石渣、铝灰和脱硫石膏的质量比为30～50:20～30:10～20:15～25。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述浆液中的物料的细度小于0.20mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述浆液搅拌一定时间后进行压滤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，机械压滤后的滤液流回至有机废水中。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述有机废水在浓缩前进行预处理。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述预处理包括过滤。
8.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述预处理包括中和处理。
9.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述预处理依次包括过滤、中和处理。
10.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述有机废水的浓缩温度为85～95℃。
11.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述浆料中的水分含量25％质量百分数以下。
12.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述煅烧的温度为1250℃～1350℃。
13.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述回转窑产生的高温烟气经过余热回收产生高温蒸汽。
14.如权利要求13所述的方法，其特征是，所述高温蒸汽作为有机废水浓缩的热源。
15.如权利要求13所述的方法，其特征是，所述高温蒸汽冷却至85～95℃作为所述另一部分有机废水浓缩的热源。
16.如权利要求13所述的方法，其特征是，经余热回收后的烟气经过除尘后经过烟气处理进行排放。
17.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述硫铝酸盐熟料中，碱度系数Cm为0.95～0.98；铝硫比P为2.1～3.5。
18.如权利要求17所述的方法，其特征是，f-CaO小于0，f-SO3为0.3～2.5。
19.有机废水协同工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统，其特征是，包括有机废水池、均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑和间接换热器，脱碱赤泥、电石渣、铝灰、脱硫石膏和来自有机废水池中的一部分有机废水进入湿法粉磨机进行湿法粉磨，再依次进入均化池、压滤机进行均化处理和压滤获得浆料，来自有机废水池中的另一部分有机废水进入间接换热器进行浓缩后与所述浆料一起进入回转窑进行高温煅烧，高温煅烧后获得硫铝酸盐熟料。
20.如权利要求19所述的系统，其特征是，包括过滤装置，所述另一部分有机废水进入过滤装置过滤后再进入间接换热器。
21.如权利要求19所述的系统，其特征是，包括中和池，所述另一部分有机废水进入中和池进行中和后再进入间接换热器。
22.如权利要求19所述的系统，其特征是，包括过滤装置与中和池，所述另一部分有机废水依次进入过滤装置与中和池分别进行过滤和中和后再进入间接换热器。
23.如权利要求19所述的系统，其特征是，包括余热回收设备，回转窑产生的高温烟气进入余热回收设备进行余热回收。
24.如权利要求23所述的系统，其特征是，余热回收后的高温蒸汽作为间接换热器的热源。
25.如权利要求23所述的系统，其特征是，包括冷却器，余热回收后的高温蒸汽进入冷却器冷却后进入间接换热器。
26.如权利要求23所述的系统，其特征是，包括除尘器，余热回收后的烟气进入除尘器进行除尘。
27.如权利要求26所述的系统，其特征是，包括烟气处理系统，除尘后烟气进入烟气处理系统进行烟气处理后排放。
28.如权利要求19所述的系统，其特征是，所述压滤机压滤后产生的滤液进入所述有机废水池。
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