CN107324941A - 城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，包括以下步骤：1）脱水；2）破碎；3）混料：将质量百分比为53‑92%的污泥颗粒、1‑40%的秸秆粉、3—8%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含硅藻土、氧化钙及镁矿粉；4）干燥；5）造粒；6）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在600℃‑800℃、空气当量比为0.18‑0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出；7）气体分离：生物质混合燃气通过净化、脱出木焦油和木醋液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料；8）炭基肥配料：将40‑60%的炭渣、12‑20%的木焦油和木醋液的混合液、20‑35%的无机氮磷钾肥、2 ‑5%的硅藻土混合；本发明能高效利用城市污泥中生物质及能源化处理后的残余物，获得的复合肥可增加土壤团粒，提高了农作物对肥料的利用率，同时固化重金属成分，避免对环境的二次污染，且资源消耗小，提高了综合经济效益。

Description

城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺

技术领域

本发明涉及一种采用城市污泥为主要原料的炭基复合肥及生物燃气联产工艺。

背景技术

随着全民环保意识的提高，城市生活污水普遍都通过污水厂进行净化处理，随之产生的大量城市污泥给环境带来较大的负担，城市污泥中含有较高的水分和生物质颗粒，具有一定的养分及热值，但也含有重金属类有害成分，如铬、铜、锌、镉等，此类重金属较难处理，容易对土壤、农作物造成二次污染，危机人类健康；导致目前难以对城市污泥进行有效利用，无法实施高效的肥化处理，污泥利用率低，城市环保的压力仍然较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种城市污泥炭基复合肥及生物燃气联产工艺，它能高效利用城市污泥中生物质及能源化处理后的残余物，获得的复合肥可增加土壤团粒，改善土壤通气性能，加上营养均衡，提高了农作物对肥料的利用率，同时固化重金属成分，避免对环境的二次污染，且资源消耗小，提高了综合经济效益。

为了达到上述目的，本发明的城市污泥炭基复合肥及生物燃气联产工艺，包括以下步骤：1）脱水：将污水处理厂出来的城市污泥脱水至含水量45-55%，得到污泥滤饼；2）破碎：将污泥滤饼破碎为污泥颗粒；其特征在于还包括：3）混料：将质量百分比为53-92%的污泥颗粒、1-40%的秸秆粉、3—8%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含50—60%的硅藻土、20—30%的氧化钙及15—30%的镁矿粉；4）干燥：将混合物料水分降至15-40%；5）造粒：通过造粒机获得生物质衍生燃料颗粒；6）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在600℃-800℃、空气当量比为0.18-0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出；7）气体分离：生物质混合燃气在引风机的作用下通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料；8）炭基肥配料：按质量百分比将40-60%的炭渣、12-20%的木焦油和木醋液的混合液、20-35%的无机氮磷钾肥、2 -5%的硅藻土混合；

上述无机氮磷钾肥可以为硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾，且三者的质量比为15 ：5 ：15；

上述无机氮磷钾肥可以为也可以为尿素、过磷酸钙和氯化钾，且三者的质量比为15 ：5：15；

本发明只需使用少量的固碳添加剂及秸秆粉加入污泥颗粒中，资源消耗小，添加剂中的硅藻土其吸附性能强、容重轻，细度均匀，pH值中性无毒，混合均匀性好，可成为高效肥料，促使农作物生长、改良土壤等方面作用，在热解气化时还可吸附污泥颗粒中的重金属及燃气中的二氧化碳，加上氧化钙和镁矿粉在气化时均与燃气中的二氧化碳反应，能将生物质燃气中的二氧化碳成分固化在炭渣中，大大增加炭渣中碳成分比例，含炭量大于30%，为炭渣的后续利用保证充足的炭元素成分，成为生产炭基肥料的优质原料，增加土壤中炭基-有机质的含量，可快速改造土壤团粒桥架结构，调节土壤的水、肥、气、热功效，创造有利于植物健康生长的土壤环境，从而增加土壤肥力，促进作物生长，可改善土壤的团粒结构，提高土壤保水保肥的能力，提高肥料利用率，获得高价值的产出物，同时减少生物质燃气燃烧时二氧化碳排放量；热解气化时严格控制温度及空气当量比在0.18-0.25之间，在实现生产生物质燃气的同时使气化后余渣的含炭量保证大于30%；气体分离时脱出木焦油和木醋液，在炭基肥配料时加入，不仅避免污染排放，又可做植物营养调节生长素,对植物有生长功效, 同时具有灭菌杀虫功效，还可对土壤进行改良，与炭渣、无机氮磷钾肥及硅藻土混合，络合了铵、活化了磷、吸附了钾，可控制无机肥的释放速度，具有营养均衡的特点，提高了农作物对肥料的利用率，实现炭渣与木焦油和木醋液的资源化利用，提高了综合经济效益，大大降低对环境的污染；

作为本发明的一种优选，在炭基肥配料时还加入0.5-1.5%的松土促根剂；上述松土促根剂包括硫酸铵0.007—0.09 份、氨基酸粉0.003—0.03 份、硫酸锌0.05—0.20 份、硫酸亚铁0.06—0.2 份、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯 0.003— 0.15 份、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠 0.0 1— 0.20份、脂肪酸甲酯磺酸钠 0.06— 0.20 份、硫酸锰 0.03— 0.15份、磷酸氢铵 0.02— 0.3 份；可增加土壤团粒，改善土壤通气性能，改善作物根系生长坏境，进一步提高了农作物对肥料的利用率；

作为本发明的一种优选，在混料与干燥工序之间还设有调质工序，通过对混合物料进行挤压，以提高密度和降低水分；便于后续造粒和干燥；

作为本发明的一种优选，在造粒与热解气化之间还设有冷却工序：对生物质衍生燃料颗粒进行风冷，以固化颗粒并降低含水率；以提高热解气化效率；

作为本发明的一种优选，在炭基肥配料工序后还包括设有：炭基肥造粒：在物料中加入适量的水，使得物料含水率25-35%，进行造粒；炭基肥干燥：经干燥获得水分小于12%的炭基高效复合肥颗粒；通过调节含水量，适合造粒，获得不规则球状颗粒肥料，方便使用；

综上所述，本发明它能高效利用城市污泥中生物质及能源化处理后的残余物，获得的复合肥可增加土壤团粒，改善土壤通气性能，加上营养均衡，提高了农作物对肥料的利用率，同时固化重金属成分，避免对环境的二次污染，且资源消耗小，实现城市污泥高效的肥化处理，提高了综合经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例的炭基高效有机无机复合肥制备方法，包括以下步骤：1）脱水：将污水处理厂出来的城市污泥通过高压隔膜深度脱水至含水量45%，得到污泥滤饼；2）破碎：将污泥滤饼破碎为污泥颗粒； 3）混料：将质量百分比为53%的污泥颗粒、40%的秸秆粉、7%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含50%的硅藻土、20%的氧化钙及30%的镁矿粉，均为质量百分比，三种组分的粒径均为60目；4）调质工序，通过对混合物料进行挤压，以提高密度和降低水分；5）干燥：通过回转干燥机将混合物料水分降至15%；6）造粒：通过造粒机获得生物质衍生燃料颗粒；7）冷却：对生物质衍生燃料颗粒进行风冷，以固化颗粒并降低含水率；8）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在600℃、空气当量比0.18之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出； 9）气体分离：生物质混合燃气在引风机的作用下通过沉降式净化器净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料，用于余热锅炉燃烧后发电；10）炭基肥配料：按质量百分比将40%的炭渣、20%的木焦油和木醋液的混合液、35%的硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾、0.5%的松土促根剂、4.5%的硅藻土混合均匀，其中硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾的质量比均为15 ：5 ：15，松土促根剂包括硫酸铵0.007—0.09 份、氨基酸粉0.003—0.03 份、硫酸锌0.05—0.20 份、硫酸亚铁0.06—0.2 份、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯 0.003— 0.15 份、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠 0.0 1— 0.20份、脂肪酸甲酯磺酸钠 0.06— 0.20 份、硫酸锰 0.03— 0.15 份、磷酸氢铵 0.02— 0.3 份；11）炭基肥造粒：在物料中加入适量的水，使得物料含水率25%，进行造粒；12）炭基肥干燥：经干燥、冷却获得水分小于12%的炭基高效复合肥颗粒；

实施例二

本实施例的炭基高效有机无机复合肥制备方法，包括以下步骤：1）脱水：将污水处理厂出来的城市污泥通过高压隔膜深度脱水至含水量55%，得到污泥滤饼；2）破碎：将污泥滤饼破碎为污泥颗粒； 3）混料：将质量百分比为92%的污泥颗粒、5%的秸秆粉、3%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含60%的硅藻土、25%的氧化钙及15%的镁矿粉，均为质量百分比，三种组分的粒径均为80目；4）调质工序，通过对混合物料进行挤压，以提高密度和降低水分；5）干燥：通过回转干燥机将混合物料水分降至40%；6）造粒：通过造粒机获得生物质衍生燃料颗粒；7）冷却：对生物质衍生燃料颗粒进行风冷，以固化颗粒并降低含水率；8）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在800℃、空气当量比0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出； 9）气体分离：生物质混合燃气在引风机的作用下通过沉降式净化器净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料，用于余热锅炉燃烧后发电；10）炭基肥配料：按质量百分比将60%的炭渣、12%的木焦油和木醋液的混合液、24.5%的硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾、1.5%的松土促根剂、2 %的硅藻土混合均匀，其中硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾的质量比均为15 ：5 ：15，松土促根剂包括硫酸铵0.007—0.09 份、氨基酸粉0.003—0.03 份、硫酸锌0.05—0.20 份、硫酸亚铁0.06—0.2 份、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯 0.003—0.15 份、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠 0.0 1— 0.20份、脂肪酸甲酯磺酸钠 0.06— 0.20份、硫酸锰 0.03— 0.15 份、磷酸氢铵 0.02— 0.3 份；11）炭基肥造粒：在物料中加入适量的水，使得物料含水率35%，进行造粒；12）炭基肥干燥：经干燥获得水分小于12%的炭基高效复合肥颗粒；

实施例三

本实施例的炭基高效有机无机复合肥制备方法，包括以下步骤：1）脱水：将污水处理厂出来的城市污泥通过高压隔膜深度脱水至含水量51%，得到污泥滤饼；2）破碎：将污泥滤饼破碎为污泥颗粒； 3）混料：将质量百分比为91%的污泥颗粒、1%的秸秆粉、8%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含53%的硅藻土、30%的氧化钙及17%的镁矿粉，均为质量百分比，三种组分的粒径均为70目；4）调质工序，通过对混合物料进行挤压，以提高密度和降低水分；5）干燥：通过回转干燥机将混合物料水分降至26%；6）造粒：通过造粒机获得生物质衍生燃料颗粒；7）冷却：对生物质衍生燃料颗粒进行风冷，以固化颗粒并降低含水率；8）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在700℃、空气当量比0.21之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出； 9）气体分离：生物质混合燃气在引风机的作用下通过沉降式净化器净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料，用于余热锅炉燃烧后发电；10）炭基肥配料：按质量百分比将56%的炭渣、18%的木焦油和木醋液的混合液、20%的硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾、1%的松土促根剂、5%的硅藻土混合均匀，其中硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾的质量比均为15 ：5 ：15，松土促根剂包括硫酸铵0.007—0.09 份、氨基酸粉0.003—0.03 份、硫酸锌0.05—0.20 份、硫酸亚铁0.06—0.2 份、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯 0.003— 0.15份、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠 0.0 1— 0.20份、脂肪酸甲酯磺酸钠 0.06— 0.20 份、硫酸锰 0.03— 0.15 份、磷酸氢铵 0.02— 0.3 份；11）炭基肥造粒：在物料中加入适量的水，使得物料含水率29%，进行造粒；12）炭基肥干燥：经干燥获得水分小于12%的炭基高效复合肥颗粒；

本发明只需使用少量的固碳添加剂及秸秆粉加入污泥颗粒中，资源消耗小，添加剂中的硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，SiO2对活性组分起稳定作用；硅藻土其吸附性能强、容重轻，细度均匀，pH值中性无毒，混合均匀性好，使用时不会堵塞农机管路，在土壤中能起到保湿、疏松土质、延长药效肥效时间，助长农作物生长效果，可成为高效肥料，促使农作物生长、改良土壤等方面作用，加上粒径较小，孔隙度大，吸附性能强，在热解气化时还可吸附污泥颗粒中的重金属及燃气中的二氧化碳，加上氧化钙和镁矿粉在气化时均与燃气中的二氧化碳反应，分别生成碳酸钙、碳和氧化镁，能将生物质燃气中的二氧化碳成分固化在炭渣中，大大增加炭渣中碳成分的含量，污泥中的生物质颗粒及秸秆粉都能高效的转化为生物炭，为炭渣的后续利用保证有效充足的生物炭元素成分，成为生产炭基生态肥料的原料，生物炭能对土壤与水体重金属污染、土壤环境的PH值、农药及化学品残留物等农业有机污染以及农田中温室气体的排放等不良环境都有着积极改良、修复或缓解的作用；科学家们则从各种不同方面进行了有利的探究，并且表明生物炭所具有的特殊结构和物化性质对于土壤结构及其理化性质的改良以及促进微生物的生长和繁衍、并且在提高农作物产量和质量等方面都有着很重要的作用；

炭基肥是一种以生物炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或/和无机质配制而成的生态环保型肥料；炭基肥基本理论是土肥炭基-有机论，即增加土壤中炭基-有机质的含量，快速改造土壤团粒桥架结构，调节土壤的水、肥、气、热功效，创造有利于植物健康生长的土壤环境，从而增加土壤肥力，促进作物生长，被称作“土壤生物桥技术”，可改善土壤的团粒结构，提高土壤保水保肥的能力，提高肥料利用率，具有较高价值；同时增加炭渣中碳成分的含量，可减少生物质燃气燃烧时二氧化碳排放量；热解气化时严格控制温度及空气当量比在0.18-0.25之间，在实现生产生物质燃气的同时使炭渣的含炭量保证大于30%；气体分离时脱出木焦油和木醋液，木醋液是经生物化学技术提取获得的天然植物素材，该品的主要成分为醋酸、酚类、水，其中有机质成分醋酸占10%以上，醋液可起到土壤改良、有效抑制有碍植物生长的微生物类的繁殖、促进蔬菜、果树、花卉、水稻、草坪等植物的生长；酚类物质能杀菌、消毒避害虫，作为消毒、驱虫剂使用；该品在高浓度下具有较强的杀菌、抗菌的功能；在低浓度下能抑制杂菌的繁殖，具有防菌，防虫的功效；此外，木醋液还可以增进作物根部与叶片的活力，减缓老化，防治土壤与叶片上一些病虫害，促进土壤有益微生物的繁殖；木焦油是生物质经高温加热裂解所得到的一种焦黑色油状液体,其主要成分大部分是一元酚与二元酚，对多种植物病原菌具有良好的抑菌活性效果，是理想的植物营养调节生长素，对植物有生长功效, 同时具有灭菌杀虫功效；二者在配料时加入，不仅避免污染排放，与炭渣、无机氮磷钾肥及硅藻土混合，络合了铵、活化了磷、吸附了钾，可控制无机肥的释放速度，实现养分的均匀吸收，具有营养均衡的特点，提高了农作物对肥料的利用率，实现炭渣与木焦油和木醋液的资源化利用，变废为宝，提高了综合经济效益；松土促根剂可增加了土壤团粒，改善土壤通气性能，改善作物根系生长坏境；配料时再次加入硅藻土，利用其强吸附性，保证其它组分功效的发挥，进一步提高了农作物对肥料的利用率；

本发明不限于上述实施方式，如硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾也可由尿素、过磷酸钙和氯化钾替换；污泥颗粒及秸秆粉配比也可以根据污泥中生物质的含量不同进行调整。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进或工艺程序适当简化，这些变化和改进简化都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，包括以下步骤：1）脱水：将污水处理厂出来的城市污泥脱水至含水量45-55%，得到污泥滤饼；2）破碎：将污泥滤饼破碎为污泥颗粒；其特征在于还包括：3）混料：将质量百分比为53-92%的污泥颗粒、1-40%的秸秆粉、3—8%的固碳添加剂混合，其中固碳添加剂包含50—60%的硅藻土、20—30%的氧化钙及15—30%的镁矿粉；4）干燥：将混合物料水分降至15-40%；5）造粒：通过造粒机获得生物质衍生燃料颗粒；6）热解气化：生物质衍生燃料颗粒送入气化炉内，在600℃-800℃、空气当量比为0.18-0.25之间的微氧条件下热解、气化，得到含有部分杂质的生物质混合燃气，将炉内的炭渣排出；7）气体分离：生物质混合燃气在引风机的作用下通过净化、脱出木焦油和木醋液，得到二者的混合液，净化后的生物质混合燃气作为气体燃料；8）炭基肥配料：按质量百分比将40-60%的炭渣、12-20%的木焦油和木醋液的混合液、20-35%的无机氮磷钾肥、2 -5%的硅藻土混合。

2.根据权利要求1所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于：所述无机氮磷钾肥包括硫酸一铵、五氧化二磷和氧化钾，且三者的质量比为15 ：5 ：15。

3. 根据权利要求1所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于：所述无机氮磷钾肥包括尿素、过磷酸钙和氯化钾，且三者的质量比为15 ：5 ：15。

4.根据权利要求1所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于：在炭基肥配料时还加入0.5-1.5%的松土促根剂。

5. 根据权利要求4所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于：所述松土促根剂包括硫酸铵0.007—0.09 份、氨基酸粉0.003—0.03 份、硫酸锌0.05—0.20 份、硫酸亚铁0.06—0.2 份、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯 0.003— 0.15 份、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠 0.0 1— 0.20份、脂肪酸甲酯磺酸钠 0.06— 0.20 份、硫酸锰0.03— 0.15 份、磷酸氢铵 0.02— 0.3 份。

6.根据权利要求1所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于：在混料与干燥工序之间还设有调质工序，通过对混合物料进行挤压，以提高密度和降低水分。

7.根据权利要求1或6所述的城市污泥炭基复合肥及生物燃气联产工艺，其特征在于在造粒与热解气化之间还设有冷却工序：对生物质衍生燃料颗粒进行风冷，以固化颗粒并降低含水率。

8.根据权利要求1或6或7所述的城市污泥炭基复合肥及生物质燃气联产工艺，其特征在于在炭基肥配料工序后还包括设有：炭基肥造粒：在物料中加入适量的水，使得物料含水率25-35%，进行造粒；炭基肥干燥：经干燥获得水分小于12%的炭基高效复合肥颗粒。