CN110643402A - 一种污泥降粘处理制备污泥水煤浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥降粘处理制备污泥水煤浆的方法。所述方法包括如下步骤：污泥经降粘处理得到降粘污泥；所述降粘污泥与煤粉、分散剂和制浆用水混合，经搅拌和剪切即得到污泥水煤浆；所述煤粉由原料煤经粉碎得到；所述降粘处理包括如下步骤：所述污泥与污泥降粘剂和所述制浆用水的混合液在转速为1000～10000转的污泥处理器中进行处理。本发明方法中，污泥添加量较多、添加剂添加量少，所制备得到的水煤浆具有浓度较高、粘度低、流动性好，适合于燃烧或作为气化原料。本发明解决了污泥直接与煤制备水煤浆时添加量少或者水煤浆浓度过低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥降粘处理制备污泥水煤浆的方法，属于污泥资源化利用技术领域。
背景技术
随着我国城镇人口的增加，市政污水的处理量随之增大，污水的产物污泥也逐年增加，目前每年已经达到4000万吨以上，预计到2020年我国市政污泥年产量将达到6000万吨到9000万吨。污泥中包含重金属、持久性有机污染物、寄生虫卵、病原微生物等在内的大量有毒有害物质，若不能妥善处置，势必成为引爆环境危机的定时炸弹。因此，妥善处置污泥，进行资源化利用是亟待解决的问题。目前国内每年未妥善处置的污泥已经超过3000万吨，占污泥产量的75％以上。国内对污泥的处理方法以填埋为主，不仅占用土地、造成二次污染，而且处置费用高。焚烧减量明显，是国际上污泥处理的方向之一。但由于污泥水分高达80％左右，自身热值较低，约6～10MJ/kg，通常不能直接燃烧。将污泥与煤掺混协同焚烧，从而有效降低污泥处理的投资和处理成本，是国家支持的污泥处理方向之一。
水煤浆是由煤、水和添加剂组成的清洁、高效的煤基流体燃料和气化原料，于20世纪70年代石油危机中发展起来的，具有流动性好、燃烧效率高、节能环保等特性。截至2017年底，全国燃料水煤浆的设计产能已突破5000万吨/年，生产和使用量已达3000万吨/年，主要应用于电站锅炉、工业锅炉和窑炉的代油、代煤燃烧；在气化水煤浆领域，作为水煤浆进料的大型气流床气化技术以其投资低、成熟度高的优势，已成为我国主流的煤气化技术。目前，我国已投产和在建的合成氨、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制油和煤制天然气等诸多煤化工项目，气头多采用水煤浆加压气化技术。含多喷嘴、GE、多元料浆等以水煤浆进料的气化炉投产数量近300台套，年耗浆量1.2亿吨，未来几年水煤浆气化的用煤量将突破2亿吨。
利用污泥所含的热值和水，将污泥与煤混合制成污泥水煤浆作为锅炉燃料或气化原料，不仅使污泥得到了减量化、无害化，而且充分利用了污泥中的热值和水，节约了制浆用煤和水资源，是污泥资源化利用的好方法。
为此，近年来国内相关专家开展了利用污泥制备水煤浆的研究，但由于污泥具有高粘性、高持水性及不流动的特性，导致污泥直接与煤混合制备水煤浆存在污泥添加量少、与煤混合困难、制浆成本高、水煤浆质量差以及难以大规模应用的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥降粘制备污泥水煤浆的方法，即污泥经降粘处理后与煤混掺制备水煤浆的方法，本发明方法中，污泥添加量较多、添加剂添加量少，所制备得到的水煤浆具有浓度较高、粘度低、流动性好，适合于燃烧或作为气化原料。
本发明所提供的污泥降粘制备污泥水煤浆的方法，包括如下步骤：
污泥经降粘处理得到降粘污泥；所述降粘污泥与煤粉、分散剂和制浆用水混合，经搅拌和剪切即得到污泥水煤浆；
所述煤粉由原料煤经粉碎、研磨得到。
本发明方法中，所述降粘处理包括如下步骤：
所述污泥与污泥降粘剂和所述制浆用水的混合液在转速为1000～10000转的污泥处理器中进行处理；
所述污泥处理器可为高效研磨分散机。
具体地，所述污泥降粘剂可为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氯化钙、氯化镁、三氯化铁、高锰酸钾和高铁酸钾至少一种；
所述污泥降粘剂具体可为氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氯化钙、氯化镁、三氯化铁、高锰酸钾和高铁酸钾的混合物，质量比可为5～40：1～5：1～50：2～20：5～30：1～10：1～5：2～30，具体可为20～30：5：20～30：4：5～10：6：5：20～25、20：5：30：4：5：6：5：25或30：5：20：4：10：6：5：20。
本发明方法中，所述污泥与所述污泥降粘剂的质量比可为10：0.1～1，具体可为10：0.3～0.5、10：0.3或10：0.5。
本发明方法中，所述煤粉可为粗粉和超细粉的混合物；
所述粗粉的粒度大于100～600μm；
所述超细粉的粒度≤50μm。
其中，所述超细粉由细粉经研磨得到；
所述细粉的粒度小于100～600μm；
所述粗粉和所述细粉均由所述原料煤经粉碎得到的颗粒(粒度小于1～3mm)经筛分得到；
所述粗粉与所述细粉的质量比可为1.5～10：1，具体可为4～5.7：1、4：1或5.7：1。
本发明方法中，所述原料煤为无烟煤或烟煤。
本发明方法中，所述煤粉与所述降粘污泥的质量比可为100：10～30，优选100：15～20、100：15或100：20。
本发明方法中，所述分散剂可为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中至少一种；
所述分散剂的添加量可为所述煤粉中干煤质量的0.1％～2.0％，优选0.4～0.5％、0.4％或0.5％。
本发明方法中，所述制浆用水可为水、造纸黑液和/或印染废水。
本发明方法中，所述降粘处理的步骤和所述污泥水煤浆制备的步骤中，所述制浆用水的加入量与所述原料煤的质量比为15～30：100，如20：100或25：100，可在上述范围内适当调整两个步骤中的水量。
本发明方法制备得到的污泥水煤浆的浓度可以达到60％以上，既可作为锅炉燃料使用也可作为气化原料使用。
本发明采用多种化工原料作为污泥降粘剂并结合污泥专用处理器对污泥进行预处理，然后将处理过的污泥与煤和分散剂混合，制备污泥水煤浆，供锅炉燃烧和气化炉气化用。与污泥直接制浆相比，由于污泥在降粘剂和专用处理器的共同作用下，经过每分钟上千万次高速剪切、破碎、精细研磨等处理后，污泥中起絮凝作用的高分子化合物的分子链发生断裂成为小分子或发生解聚作用，释放出部分自由水；同时污泥中的无机物质被超细粉碎成纳米颗粒均匀分散在处理后的污泥混合液中，最终使污泥从含有不同大小颗粒的大团粘块成为流动性非常好的流体，从而使污泥与煤掺混制浆时，污泥的配比得以提高或所制的水煤浆浓度也有很大提高，其中低阶煤的制浆浓度可以达到60％以上。本发明解决了污泥直接与煤制备水煤浆时添加量少或者水煤浆浓度过低的问题。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、污泥降粘制备燃料水煤浆
本实施例所用原料如下：
制浆原料煤为烟煤，所用污泥为某污水处理厂的污泥，其水分含量为70％左右；制浆具体过程如下：
(1)将污泥、降粘剂及适量水混合均匀，得到混合液。其中污泥与降粘剂的质量比为10：0.3，降粘剂为质量比为30：5：20：4：10：6：5：20的氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氯化钙、氯化镁、三氯化铁、高锰酸钾和高铁酸钾的混合物。
(2)将步骤(1)的混合液送入污泥专用处理器(研磨分散机)中进行降粘处理，处理器的转速为6000转，得到粘度低、流动性好的降粘污泥。
(3)将原料煤送入破碎机中破碎成粒径小于1mm的煤粉，将此煤粉分成粗粉和细粉两种，其中粗粉为大于100μm，细粉为小于100μm。将细粉研磨至粒度≤50μm的超细粉备用。
(4)将步骤(3)的粗粉、超细粉、步骤(2)的降粘污泥以80：20：15的质量比混合均匀，同时添加干煤质量的0.5％的萘磺酸盐及适量水，经过高速搅拌与剪切即得到污泥水煤浆。
本实施例中污泥降粘处理和制浆过程中共加入水与原料煤的比例为25：100。
本实施例制备的水煤浆浓度达到63.5％，煤浆粘度为1090mPa.s，煤浆稳定性(放置60天不产生硬沉淀)，流变性和流动性均很好，满足煤浆在锅炉中燃烧的要求，燃烧效率达98％以上。
实施例2、污泥降粘制备气化水煤浆
本实施例所用原料如下：
制浆原料煤为神华低阶煤，所用污泥为某污水处理厂的污泥，其水分含量为85％左右；制浆具体过程如下：
(1)将污泥、降粘剂及适量水混合均匀，得到混合液。其中污泥与降粘剂的质量比为10：0.5，降粘剂为质量比为20：5：30：4：5：6：5：25的氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氯化钙、氯化镁、三氯化铁、高锰酸钾和高铁酸钾的混合物。
(2)将步骤(1)的混合液送入污泥专用处理器(研磨分散机)中进行降粘处理，处理器的转速为7000转，得到粘度低、流动性好的降粘污泥。
(3)将原料煤送入破碎机中破碎成粒径小于2mm的煤粉，将此煤粉分成粗粉和细粉两种，其中粗粉为大于400μm，细粉为小于400μm。将细粉研磨至粒度≤50μm的超细粉备用。
(4)将步骤(3)的粗粉、超细粉、步骤(2)的降粘污泥以85：15：20的质量比混合均匀，同时添加干煤质量的0.4％的木质素磺酸盐分散剂及适量水，经过高速搅拌与剪切即为污泥水煤浆。
本实施例中污泥降粘处理和制浆过程中共加入水与原料煤的比例为20：100。
本实施例制备的水煤浆浓度达到62.1％，煤浆粘度为1170mPa.s，煤浆稳定性60天左右，流变性和流动性均很好，满足气化水煤浆质量的要求，碳转化率达98％以上。
由于污泥持水性强、粘度高、不流动，直接将与煤配合制浆非常困难。在采用同一煤种的前提下，用本发明的污泥处理方法对污泥进行降粘处理后再与煤混合制备污泥水煤浆，污泥最大添加量可以≥15％以上，污泥煤浆浓度达到60％以上。另外，在同一煤种同一污泥添加量的前提下，用本发明方法比其它方法制备的污泥水煤浆浓度高2～5％。
Claims (10)
1.一种污泥降粘制备污泥水煤浆的方法，包括如下步骤：
污泥经降粘处理得到降粘污泥；所述降粘污泥与煤粉、分散剂和制浆用水混合，经搅拌和剪切即得到污泥水煤浆；
所述煤粉由原料煤经粉碎得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述降粘处理包括如下步骤：
所述污泥与污泥降粘剂和所述制浆用水的混合液在转速为1000～10000转的污泥处理器中进行处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述污泥降粘剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氯化钙、氯化镁、三氯化铁、高锰酸钾和高铁酸钾中至少一种；
所述污泥与所述污泥降粘剂的质量比为10：0.1～1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述煤粉为粗粉和超细粉的混合物；
所述粗粉的粒度大于100～600μm；
所述超细粉的粒度≤50μm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述超细粉由细粉经研磨得到；
所述细粉的粒度小于100～600μm；
所述粗粉和所述细粉均由所述原料煤经粉碎得到的颗粒经筛分得到；
所述粗粉与所述细粉的质量比为1.5～10：1。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述原料煤为无烟煤或烟煤。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述煤粉与所述降粘污泥的质量比为100：10～30。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述分散剂为萘磺酸盐、木质素磺酸盐和腐植酸盐中至少一种；
所述分散剂的添加量为所述煤粉中干煤质量的0.1％～2.0％。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述制浆用水为水、造纸黑液和/或印染废水；
所述降粘处理的步骤和所述污泥水煤浆制备的步骤中，所述述制浆用水的加入量与所述原料煤的质量比为15～30：100。
10.权利要求1-9中任一项所述方法制备得到的污泥水煤浆。
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