CN110655339A

CN110655339A - 一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法

Info

Publication number: CN110655339A
Application number: CN201810698274.0A
Authority: CN
Inventors: 庄大英; 张长安; 吕长征
Original assignee: Hunan Vary Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Vary Technology Co Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-07

Abstract

本发明公开了一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，将污泥脱水，把含水率降至60％左右，然后按照湿污泥40～60％，粉煤灰40～60％，热解碳渣0～5％，硅铝系尾矿0～10％的质量比混合；混合均匀的物料造粒，干燥后得到含水率小于1％的陶粒生料球；再将该陶粒生料球输送回转窑进行焙烧；回转窑内焙烧产生的烟气作为热源烘干湿陶粒生料球后，净化处理后达标排放。回转窑烧结后得到的陶粒输送到冷却设备进行冷却后得到陶粒产品；陶粒冷却后得到的热风引入回转窑作为助燃风。本发明直接利用湿污泥与粉煤灰等废弃物协同处理，把污泥含水作为陶粒生料球生产的工艺用水使用，利用焙烧烟气完成对陶粒生料球的干燥，解决了污泥烘干过程能耗高，设备投入大及尾气排放等问题。

Description

一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理处置技术领域，特别是涉及一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法。

背景技术

我国污水处理厂所产生的污泥，有80％没有得到妥善处理，污泥随意堆放所造成的污染已经凸显出来，并且引起了业内人士的高度关注。污泥成分复杂，含寄生虫卵、重金属和病原微生物等，必须进行无害化处理，才能防止对环境造成二次污染。

当前常用的污泥处置技术中的难点一是污泥脱水，二是污泥脱臭,三是最终处置。污泥脱水之所以困难，是因为污泥中有大量的微生物细胞体，利用机械力很难将微生物细胞体的水分去除。利用热能烘干污泥的过程中，污泥的粘性导致污泥很容易成团，当成团的污泥表面水分蒸发后，形成一层致密的硬壳，阻止内部水分的蒸发，这就是污泥烘干过程的“粘滞”现象。为了破坏污泥表面的硬壳，污泥一边烘干，一边不断破碎，致使污泥烘干机结构负杂，成本大幅度升高。

生活污泥中除了微生物外就是泥砂等无机物。受污水来源、雨污分流程度等因素影响，污泥中有机与无机物的比例波动大，难以直接资源化利用。工业污水的污泥，微生物的比例低，泥砂组分不稳定，含有不同种类的有害金属化合物，必须经无害化处理。

此外，鉴于污泥本身含有重金属的特点，污泥无害化处理的最佳途径就是熔融烧结。但污泥熔融烧结避不开脱水。而污泥含水率高，难以脱水的特性，直接导致污泥无害化处置的设备和成本增加，加上产物价值低，所以污泥处置长期以来一直是污水处理行业的难点。

陶粒是一种在回转窑中经发泡生产的轻骨料，具有密度低、孔隙率高、软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等优点。传统陶粒生产原料以粘土矿物为主，污泥的无机成分的组成与粘土相似，如果配比合适，污泥可替代粘土成为制陶粒的主要原料。

专利CN201510603587.X公开了“一种污泥陶粒的制备方法”，以污水处理厂的污泥为主要原料，加以一定量的辅料、外加剂，经过成型、脱碳和焙烧制成具有一定强度的轻质陶粒，通过大量的消耗脱水污泥，使污泥得到了无害化、减量化和资源化利用。上述制备方法的污泥陶粒系统中粘土使用比例减少，将污泥、煤渣、页岩土、膨化剂、三氧化二铝、添加剂按一定比例混合制造污泥陶粒，污泥陶粒的性能优越应用范围广泛。专利CN201611055954.8公开了“一种利用矿化垃圾、污泥与建筑废弃物制备陶粒的方法”，首先将垃圾填埋场的矿化垃圾筛分后干燥，污水处理厂产生的污泥经初步脱水，建筑废弃物破碎，然后将这三种处理完的原料按照一定重量份的配比混合，经机械搅拌后，将配料干燥造粒再烧结，最后经自然冷却获得陶粒。本方法利用废弃物能实现资源化利用，生成的陶粒具有轻质，导热系数低，吸水率大等特点。其上工艺方法中污泥掺加量少，陶粒产品筒压强度差，烟气余热未得到有效利用，且缺少烟气净化处理措施。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，利用污泥中含有的水分，污泥的粘性，协同含硅、铁、钙等组分的无机矿物，直接将湿污泥制成陶粒生料球生产的原料，利用污泥的水分作物陶粒生料球混合的工艺水，利用无机矿物改变污泥的烘干性能，既实现了陶粒生料球制备，又避免污泥脱水过程，也没有增加陶粒生料球烘干设备投入、能耗和成本；将污泥作为陶粒生产原料，解决了污泥的终极去向问题。同时，本发明又利用陶粒烧结回转窑的烟气烘干陶粒生料球，利用烧结后陶粒冷却的热风助燃，大大提高了陶粒生产过程的能量利用率。总之，上述工艺方法利用工业污泥，生活污泥，工业尾矿协同处理的配方设计，既降低了陶粒生产成本和上述废弃物处理成本，又发挥了废弃物处理的协同效应。

具体地，本发明提供了一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，所用原料包括污泥、粉煤灰、热解碳渣及硅铝系尾矿，具体包括如下步骤：

(1)将污泥脱水得到含水率60％以下的湿污泥；

(2)将步骤(1)中处理后的湿污泥、粉煤灰、热解碳渣、硅铝系尾矿按照以下质量百分数进行配和：湿污泥40～60％，粉煤灰40～60％，热解碳渣0～5％，硅铝系尾矿0～10％；

(3)将各原料按步骤(2)的比例送入到搅拌机中，加入质量分数0～5％的水，搅拌混合均匀；

(4)将步骤(3)中混合均匀的物料输送到成型造粒设备进行造粒，得到含水率20～30％，粒径为1～20mm的陶粒生料球；

(5)将步骤(4)中得到的陶粒生料球输送到干燥设备中，脱水烘干至含水率小于1％；

(6)将步骤(5)中含水率小于1％的陶粒生料球输送进入回转窑进行焙烧，预热带温度500～800℃，烧结温度1050～1200℃，陶粒生料球在回转窑内的停留周期为30～50分钟，回转窑内焙烧产生的烟气引入干燥设备，作为步骤(5)的热源；

(7)将步骤(6)中回转窑出来的陶粒生料球输送到冷却设备进行冷却，得到陶粒产品，冷却热风引入回转窑作为助燃风。

进一步地，将步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气依次通过SNCR脱硝，Ca(OH)2、NaHCO3和活性炭吸附，布袋除尘处理后排放。

进一步地，步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气，从半干式反应塔的上部进入与布置在塔顶的高速旋转喷雾器喷出的Ca(OH)2雾滴接触，反应生成粉末状钙盐，用于脱除烟气中有害气体SO2、HCl，吸附有害物质及达到降温的目的。

进一步地，活性炭和NaHCO3粉末从各自的贮储仓经定量装置直接送入半干式反应塔的烟气出口管道用于吸附二噁英和重金属有害物质。

进一步地，含NaHCO3粉、活性炭及烟尘的烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器出口的烟气由引风机通过烟囱排入大气。

进一步地，步骤(7)中得到的陶粒产品为堆积密度小于800Kg/m3，筒压强度超过10MPa的建筑骨料陶粒。

进一步地，步骤(4)和步骤(5)之间还包括对陶粒生料球进行抛光整形过程。

进一步地，步骤(1)中的污泥采用机械压滤的方式进行脱水。

本发明提供的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，通过机械压滤脱水可得到含水率60％以下的湿污泥，湿污泥含水率越低越容易与粉煤灰、生活垃圾热解碳粉等干物料搅拌混合均匀，可提高原料中污泥的掺加比例；同时，把污泥含水作为陶粒生料球生产的工艺用水使用，既节约了干燥工业用水，又省去了污泥的烘干成本；此外，陶粒生料球在回转窑中经过1050～1200℃高温焙烧发生物化反应生成莫来石、硅灰石等高强度成分，变成化学性能稳定、强度高的陶粒，且有机物的烧失形成气孔和体积膨胀，使陶粒堆积密度降低，得到轻质高强、性能稳定的陶粒；回转窑焙烧烟气温度为300～500℃，将高温烟气引入干燥设备烘干陶粒生料球，可将入焙烧窑生料球含水率控制在1％以下，利于回转窑焙烧过程，降低生产能耗，提高干燥效率，烟气经过SNCR脱硝，Ca(OH)2、NaHCO3和活性炭吸附，布袋除尘处理后达到国家排放标准后排出，对环境无污染。本发明将污泥、尾矿、无价值的无机物协同制成轻质、保温、阻燃的多功能建材，既实现了污泥与尾矿的无害化，又实现了资源化及百分百减量化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明提供的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法的流程图。

本发明提供了一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，所用原料包括污泥、粉煤灰、热解碳渣及硅铝系尾矿，具体包括如下步骤：

(1)将污泥采用机械压滤的方式脱水得到含水率60％以下的湿污泥，污泥含水率越低越容易与粉煤灰、热解碳渣等干物料搅拌混合均匀，同时可提高原料中污泥的掺加比例。需要说明的是上述污泥原料具体为含水率大于90％的污水处理厂污泥或废纸造纸污泥。

(2)将步骤(1)中处理后的湿污泥、粉煤灰、热解碳渣、硅铝系尾矿按照以下质量百分数进行配和：湿污泥40～60％，粉煤灰40～60％，热解碳渣0～5％，硅铝系尾矿0～10％，硅铝系尾矿作为粘结剂可提高陶粒生料球强度。

需要说明的是，上述粉煤灰为电厂烟气飞灰，粒径为0.5～300μm；热解碳渣为生活垃圾RDF热解后产物，粉碎至粒径≤0.15mm后使用；硅铝系尾矿为包括高岭土、膨润土和蒙脱石的粘土质尾矿，粉碎至粒径≤0.15mm后使用。

(3)将各原料按步骤(2)的比例送入到搅拌机中，加入质量分数0～5％的水，搅拌混合均匀。

(4)将步骤(3)中混合均匀的物料输送到成型造粒设备进行造粒，得到含水率20～30％，粒径为1～20mm的陶粒生料球。

(5)将步骤(4)中得到的陶粒生料球输送到干燥设备中，脱水烘干至含水率小于1％。

(6)将步骤(5)中含水率小于1％的陶粒生料球输送进入回转窑进行焙烧，预热带温度500～800℃，烧结温度1050～1200℃，陶粒生料球在回转窑内的停留周期为30～50分钟，回转窑内焙烧产生的烟气引入干燥设备，作为步骤(5)的热源。陶粒生料球在回转窑中经过1050～1200℃高温焙烧发生物化反应生成莫来石、硅灰石等高强度成分，变成化学性能稳定、强度高的陶粒。同时有机物的烧失形成气孔和体积膨胀，使陶粒堆积密度降低，得到轻质高强、性能稳定的陶粒。回转窑焙烧烟气温度为300～500℃，将高温烟气引入干燥窑烘干陶粒生料球，可将入焙烧窑生料球含水率控制在1％以下，利于回转窑焙烧过程，降低生产能耗。

(7)将步骤(6)中回转窑出来的陶粒生料球输送到冷却设备进行冷却，得到堆积密度小于800Kg/m3，筒压强度超过10MPa的建筑骨料陶粒产品，冷却热风引入回转窑作为助燃风。

需要说明的是，步骤(4)和步骤(5)之间还包括对陶粒生料球进行抛光整形过程。

为降低尾气对环境的污染，在优选技术方案中将步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气均通过SNCR脱硝，Ca(OH)2、NaHCO3和活性炭吸附，布袋除尘处理后排放。经过上述净化处理后的尾气达到国家排放标准后排出。具体地，步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气，首先，从半干式反应塔的上部进入与布置在塔顶的高速旋转喷雾器喷出的Ca(OH)2雾滴接触，反应生成粉末状钙盐，用于脱除烟气中有害气体SO2、HCl，吸附有害物质及达到降温的目的；接着，活性炭和NaHCO3粉末从各自的贮储仓经定量装置直接送入半干式反应塔的烟气出口管道用于吸附二噁英和重金属有害物质；最后，含NaHCO3粉、活性炭及烟尘的烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器出口的烟气由引风机通过烟囱排入大气。

在一具体实施例中，污泥制备陶粒具体包括如下步骤：

(1)造纸污泥含水率为95％，利用板框压滤机对污泥脱水，得到含水率60％的湿污泥。

(2)生活垃圾RDF热解碳渣和硅铝系尾矿粉碎后过100目筛，得到粒径小于0.15mm的原料，同时，将各原料按照以下质量分数进行称重配比：湿污泥45％、粉煤灰40％、热解碳渣5％、铝土尾矿10％。

(3)将称量好的原料输送到双轴立式搅拌机搅拌混合均匀，搅拌时间150秒，得到含水率27.5％的均匀物料。

(4)将搅拌好的均匀物料送入对辊式造粒机进行成型造粒，然后用高速抛光机进行抛光整形，得到粒径为3～20mm的陶粒生料球。

(5)陶粒生料球在干燥回转窑中利用烟气余热进行干燥，生料球含水率烘干至1％以后进入瀑落式三叶回转窑进行焙烧，瀑落式三叶回转窑预热带温度550℃，烧成温度1100℃，转速1.6周/分钟，料球在窑内停留40分钟，陶粒出窑后冷却得到陶粒产品。

利用本实施实例生产得到的陶粒经检测陶粒堆积密度为770Kg/m3，筒压强度为10.1MPa，1h吸水率为18.7％，其余各项指标也均符合国标GB/T17431.1-2010《轻集料及其试验方法第一部分：轻集料》的要求。

综上所述，本发明具有如下优点：

(1)生产原料全部采用湿污泥、粉煤灰、生活垃圾热解碳渣、硅铝系尾矿等废弃物，将固体废弃物资源化利用，减少对粘土的开发，降低对环境的破坏。

(2)直接利用湿污泥作为陶粒生产原料，解决了污泥烘干过程能耗高，设备负杂、投入大等问题。

(3)采用机械压滤的方式将污泥水分降低至60％以下，提高原料中污泥的掺加量，污泥掺加量可以达到60％，同时把污泥含水作为陶粒生料球生产的工艺用水使用，提高了污泥的易混性能，减少生产过程中的用水量，且省去了污泥的烘干成本。

(4)原料中添加硅铝系尾矿作为粘结剂，硅铝系尾矿中含有高岭土、蒙脱石、膨润土等粘土矿物成分，可提高原料的塑性，进而提高陶粒生料球强度。

(5)采用焙烧窑延期余热对陶粒生料球进行干燥，将烧结后陶粒冷却的热风作为烧结窑的一次配风，大大降低了陶粒的生产能耗成本，提高干燥效率。

(6)烟气经过净化处理后达到国家排放标准后排出，对环境无污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，所用原料包括污泥、粉煤灰、热解碳渣及硅铝系尾矿，具体包括如下步骤：

(1)将污泥脱水得到含水率60％以下的湿污泥；

(2)将步骤(1)中处理后的湿污泥与粉煤灰、热解碳渣、硅铝系尾矿按照以下质量百分数进行配和：湿污泥40～60％，粉煤灰40～60％，热解碳渣0～5％，硅铝系尾矿0～10％；

2.根据权利要求1所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，将步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气依次通过SNCR脱硝，Ca(OH)2、NaHCO3和活性炭吸附，布袋除尘处理后排放。

3.根据权利要求2所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，步骤(5)中烘干尾气和步骤(6)中陶粒生料球焙烧产生的烟气，从半干式反应塔的上部进入与布置在塔顶的高速旋转喷雾器喷出的Ca(OH)2雾滴接触，反应生成粉末状钙盐，用于脱除烟气中有害气体SO2、HCl，吸附有害物质及达到降温的目的。

4.根据权利要求3所述的污泥协无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，活性炭和NaHCO3粉末从各自的贮储仓经定量装置直接送入半干式反应塔的烟气出口管道用于吸附二噁英和重金属有害物质。

5.根据权利要求4所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，含NaHCO3粉、活性炭及烟尘的烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器出口的烟气由引风机通过烟囱排入大气。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，步骤(1)中污泥为含水率大于90％的污水处理厂污泥或废纸造纸污泥；

和/或，粉煤灰为电厂烟气飞灰，粒径为0.5～300μm；

和/或，热解碳渣为生活垃圾RDF热解后产物，粉碎至粒径≤0.15mm后使用；

和/或，硅铝系尾矿为包括高岭土、膨润土和蒙脱石的粘土质尾矿，粉碎至粒径≤0.15mm后使用。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，步骤(7)中得到的陶粒产品为堆积密度小于800Kg/m3，筒压强度超过10MPa的建筑骨料陶粒。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，步骤(4)和步骤(5)之间还包括对陶粒生料球进行抛光整形过程。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的污泥协同无机固体废弃物制备陶粒的工艺方法，其特征在于，步骤(1)中的污泥采用机械压滤的方式进行脱水。