CN112723705A - 一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法 - Google Patents

一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固废利用领域，涉及一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，包括：向污泥中加入絮凝剂，混合均匀后，压滤；向压滤后的污泥中加入CaO，使污泥中的CaO含量在45％以上，再进入超圆盘干化机中干化，堆置熟化，得到熟料。以污泥作为生产硅酸盐水泥的主原料钙元素含量还是相对较低，对污泥进行干化增钙，替代石灰石等原料作为水泥生产的一种主原料，并且干化处理后的污泥具有一定的热值，可以减少水泥生产的煤耗，在本发明中采用的絮凝剂可以对污泥进行絮凝脱水，并且对污泥生产水泥是有益的，可以增加污泥中钙铁元素含量。

Description

一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的 方法
技术领域
本发明属于固废利用领域，具体涉及一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前，利用新型干法水泥窑处置城镇污水处理厂污泥是污水处理厂污泥的最佳处理手段之一，但由于污泥含水量高，将污泥直接入窑燃烧，会使烟室温度产生较大波动，影响水泥熟料的品质及水泥生产线的稳定化运行。采用专门的干化设备对污泥进行干化时，能耗高，运行费用高。水泥窑协同处置深度脱水或干化后的污泥时，单条生产线接受污泥的规模一般在300t/d以下，与水泥生产线的规模相比，接受污泥的规模仍有提升的空间。
因此，目前的污泥干化技术存在以下问题：
(1)现有的增钙干化技术中，CaO的添加是为了污泥脱水，将污泥进行减量化处理，并且干化温度相对较高，约350℃，能耗较大，需要外加热源对发电后的余热蒸汽进一步加热。
(2)现有的水泥窑协同处置污泥的技术中，将深度脱水或干化后的污泥进行掺烧，并未将处理后的污泥作为水泥生产的主料，新型干法水泥处理污泥的能仍存在提升空间。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种污泥增钙干化技术，污泥成分复杂，钙元素的含量也存在较大差异，但相比于生产硅酸盐水泥的主原料石灰石而言，以污泥作为生产硅酸盐水泥的主原料钙元素含量还是相对较低，对污泥进行干化增钙，替代石灰石等原料作为水泥生产的一种主原料，并且干化处理后的污泥具有一定的热值，可以减少水泥生产的煤耗，在本发明中采用的絮凝剂可以对污泥进行絮凝脱水，并且对污泥生产水泥是有益的，可以增加污泥中钙铁元素含量。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，包括：
向污泥中加入絮凝剂，混合均匀后，压滤；
向压滤后的污泥中加入CaO，使污泥中的CaO含量在45％以上，再进入超圆盘干化机中干化，堆置熟化，得到熟料。
本申请研究发现：将压滤后的污水处理厂的污泥与CaO送入超圆盘干化机中干化，将新型干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的余热蒸汽作为加热源，直接通入超圆盘干化机中对污泥进行加热，CaO既可以作为成分，增加污泥中钙含量，也可以作为一种储能成分，与污泥中水发生反应，放出热量，减少污泥干化时的能耗，同时，CaO与水反应生成Ca(OH)2可以对污泥进行碱解处理，OH-会促进污泥细胞进一步水解，另外，超圆盘干化机内转盘的推动可以使污泥和CaO充分混合，同时使蒸汽与污泥的传热效率提高。
本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的熟料。本发明以污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料，替代石灰石质和黏土质等主原料。
本发明的第三个方面，提供了上述的熟料在生产水泥中的应用。
本发明的第四个方面，提供了上述的熟料在制造燃料中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料，替代石灰石质和黏土质等主原料，能够将新型干法水泥窑处置污泥的规模增大，并且对水泥生产线的影响较小。
(2)污泥经过预处理后，含水量更低，且能耗降低，可以直接利用余热发电锅炉发电后的余热蒸汽，不需要对余热蒸汽进一步加热。
(3)可以根据预处理后污泥的堆放时间，进行污泥含水量的调节。
(4)本发明的制备方法简单、操作方便、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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。
图1是本发明的污泥增钙干化预处理的工艺流程图。
图2是本发明的污泥增钙干化预处理的装置结构示意图，其中，1.1#储料仓、2.2#储料仓、3.1#储药罐、4.2#储药罐、5.第一混合器、6.压滤机、7.2#储药罐、8.第二混合器、9.超圆盘干化机、10.余热锅炉余热蒸汽、11.废气处理装置、12.增钙干化污泥储存仓、13.堆放熟化棚。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，包括：
向污泥中加入絮凝剂，混合均匀后，压滤；
向压滤后的污泥中加入CaO，使污泥中的CaO含量在45％以上，再进入超圆盘干化机中干化，堆置熟化，得到熟料。
在一些实施例中，所述絮凝剂为CaO2与硫酸铁。
在一些实施例中，所述絮凝剂的添加顺序为：先添加CaO2，后添加硫酸铁。
在一些实施例中，所述絮凝剂的加入量：添加4～5g/L(投加量/湿污泥体积)CaO2，添加45～75mg/g(投加量/干污泥质量)硫酸铁。
在一些实施例中，所述干化的工艺条件为：发电后余热蒸汽通入超圆盘干化机的温度在180℃及以上。
在一些实施例中，采用干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的余热蒸汽作为加热源对污泥进行干化。
在一些实施例中，所述堆置熟化的具体条件是：在污泥熟化棚中熟化3～9天，每天进行2～3次翻堆。
在一些实施例中，对来自污水处理厂污泥进行多次取样，将样品称取重量后，放在100℃电热鼓风干燥箱内烘24h，将烘干的污泥取出称取重量，得到其含水率，然后对污泥进行成分分析，测得各成分百分比后取均值；
在一些实施例中，污水处理厂污泥加入絮凝剂(CaO2与硫酸铁联用，先添加CaO2，后添加硫酸铁)搅拌后压滤；
在一些实施例中，根据污水处理厂污泥的成分分析，确定添加CaO的含量，使污泥中的CaO含量在45％以上，使污水处理厂污泥可以作为水泥生产的主原料；
在一些实施例中，可以根据干化污泥堆置熟化时间，调节超圆盘干化机干化污泥的含水率。
在一些实施例中，1#储料仓1、2#储料仓2、第一混合器5、压滤机6、第二混合器8、超圆盘干化机9、增钙干化污泥储存仓12依次相连，所述第一混合器5还分别与1#储药罐3、2#储药罐4相连，所述增钙干化污泥储存仓12分别与余热锅炉余热蒸汽10、废气处理装置11相连，所述超圆盘干化机9还与堆放熟化棚13相连。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
1、对来自污水处理厂污泥进行多次取样，将样品称取重量后，放在100℃电热鼓风干燥箱内烘24h，将烘干的污泥取出称取重量，得到其含水率，然后对污泥进行成分分析，测得各成分百分比后取均值；
2、污水处理厂污泥加入絮凝剂(CaO2与硫酸铁联用，先添加4.5g/LCaO2，后添加60mg/g硫酸铁)搅拌后压滤；
3、根据污水处理厂污泥的成分分析，确定添加CaO的含量，使污泥中的CaO含量在45％以上，使污水处理厂污泥可以作为水泥生产的主原料；
4、将压滤后的污水处理厂的污泥与CaO经搅拌器搅拌后送入超圆盘干化机中干化，将新型干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的180℃以上的余热蒸汽作为加热源，直接通入超圆盘干化机中对污泥进行加热，CaO既可以作为成分，增加污泥中钙含量，也可以作为一种储能成分，与污泥中水发生反应，放出热量，减少污泥干化时的能耗，同时，CaO与水反应生成Ca(OH)2可以对污泥进行碱解处理，OH-会促进污泥细胞进一步水解，另外超圆盘干化机内转盘的推动可以使污泥和CaO充分混合，同时使蒸汽与污泥的传热效率提高；
5、可以根据干化污泥堆置熟化时间，调节超圆盘干化机干化污泥的含水率。
实施例2：
1、对来自污水处理厂污泥进行多次取样，将样品称取重量后，放在100℃电热鼓风干燥箱内烘24h，将烘干的污泥取出称取重量，得到其含水率，然后对污泥进行成分分析，测得各成分百分比后取均值；
2、污水处理厂污泥加入絮凝剂(CaO2与硫酸铁联用，先添加4g/LCaO2，后添加75mg/g硫酸铁)搅拌后压滤；
3、根据污水处理厂污泥的成分分析，确定添加CaO的含量，使污泥中的CaO含量在45％以上，使污水处理厂污泥可以作为水泥生产的主原料；
4、将压滤后的污水处理厂的污泥与CaO经搅拌器搅拌后送入超圆盘干化机中干化，将新型干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的180℃以上的余热蒸汽作为加热源，直接通入超圆盘干化机中对污泥进行加热，CaO既可以作为成分，增加污泥中钙含量，也可以作为一种储能成分，与污泥中水发生反应，放出热量，减少污泥干化时的能耗，同时，CaO与水反应生成Ca(OH)2可以对污泥进行碱解处理，OH-会促进污泥细胞进一步水解，另外超圆盘干化机内转盘的推动可以使污泥和CaO充分混合，同时使蒸汽与污泥的传热效率提高；
5、可以根据干化污泥堆置熟化时间，调节超圆盘干化机干化污泥的含水率。
实施例3：
1、对来自污水处理厂污泥进行多次取样，将样品称取重量后，放在100℃电热鼓风干燥箱内烘24h，将烘干的污泥取出称取重量，得到其含水率，然后对污泥进行成分分析，测得各成分百分比后取均值；
2、污水处理厂污泥加入絮凝剂(CaO2与硫酸铁联用，先添加5g/LCaO2，后添加45mg/g硫酸铁)搅拌后压滤；
3、根据污水处理厂污泥的成分分析，确定添加CaO的含量，使污泥中的CaO含量在45％以上，使污水处理厂污泥可以作为水泥生产的主原料；
4、将压滤后的污水处理厂的污泥与CaO经搅拌器搅拌后送入超圆盘干化机中干化，将新型干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的180℃以上的余热蒸汽作为加热源，直接通入超圆盘干化机中对污泥进行加热，CaO既可以作为成分，增加污泥中钙含量，也可以作为一种储能成分，与污泥中水发生反应，放出热量，减少污泥干化时的能耗，同时，CaO与水反应生成Ca(OH)2可以对污泥进行碱解处理，OH-会促进污泥细胞进一步水解，另外超圆盘干化机内转盘的推动可以使污泥和CaO充分混合，同时使蒸汽与污泥的传热效率提高；
5、可以根据干化污泥堆置熟化时间，调节超圆盘干化机干化污泥的含水率。
实施例4
一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的生产系统，1#储料仓1、2#储料仓2、第一混合器5、压滤机6、第二混合器8、超圆盘干化机9、增钙干化污泥储存仓12依次相连，所述第一混合器5还分别与1#储药罐3、2#储药罐4相连，所述增钙干化污泥储存仓12分别与余热锅炉余热蒸汽10、废气处理装置11相连，所述超圆盘干化机9还与堆放熟化棚13相连。
运行方式与实施例1相同。
实验例
将山东济南某小区的生活垃圾，焚烧，收集垃圾焚烧飞灰，将垃圾焚烧飞灰与离子水按9mL/g的液固比在翻转振荡器上进行二次水洗预处理，水洗时间为8min，经0.45μm滤膜真空抽滤后，在100℃电热鼓风干燥箱内烘24h后取出，得到水洗预处理后的垃圾飞灰。
按照上述实施例1的方法，将来自山东济南某污水处理厂污泥进行增钙干化预处理，含水率降低到12％，污泥中氧化钙的含量从9.83％增加到48％，采用全固废进行配比，增钙干化预处理后的污泥约82.32％，上述的水洗预处理后的垃圾飞灰约7.90％，钢渣(市售的混凝土用钢渣，购自福圣达建材)1.94％，粉煤灰(市售的火电厂粉煤灰，一级灰，购自济宁恒志新型建材股份有限公司)7.84％。
将制备的水泥生料按比例混合压制成型后放入硅钼棒高温炉进行煅烧，煅烧温度为1500℃，保温时间为30min，从硅钼棒高温炉取出后，以80℃/min的速度在空气中冷却，得到水泥熟料
烧出水泥熟料的三率值为：KH＝0.9；SM＝2.6；IM＝1.6。熟料矿物相为硅酸三钙约占61.36％，硅酸二钙约占19.86％，两者之和远大于66％。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。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。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本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以内。

Claims (10)

1.一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，包括：
向污泥中加入絮凝剂，混合均匀后，压滤；
向压滤后的污泥中加入CaO，使污泥中的CaO含量在45％以上，再进入超圆盘干化机中干化，堆置熟化，得到熟料。
2.如权利要求1所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，所述絮凝剂为CaO2与硫酸铁。
3.如权利要求2所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，所述絮凝剂的添加顺序为：先添加CaO2，后添加硫酸铁。
4.如权利要求2所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，所述絮凝剂的加入量：先添加4～5g/L(投加量/湿污泥体积)CaO2，添加45～75mg/g(投加量/干污泥质量)硫酸铁。
5.如权利要求1所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，所述干化的工艺条件为：发电后余热蒸汽通入超圆盘干化机的温度在180℃及以上。
6.如权利要求1所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，采用干法水泥窑生产线的余热发电锅炉中发电后的余热蒸汽作为加热源对污泥进行干化。
7.如权利要求1所述的污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的方法，其特征在于，所述堆置熟化的具体条件是：在污泥熟化棚中熟化3～9天，每天进行2～3次翻堆。
8.权利要求1-7任一项所述的方法制备的熟料。
9.权利要求8所述的熟料在生产水泥中的应用。
10.一种污泥增钙干化预处理后作为水泥生产的主原料和燃料的生产系统，其特征在于，1#储料仓1、2#储料仓2、第一混合器5、压滤机6、第二混合器8、超圆盘干化机9、增钙干化污泥储存仓12依次相连，所述第一混合器5还分别与1#储药罐3、2#储药罐4相连，所述增钙干化污泥储存仓12分别与余热锅炉余热蒸汽10、废气处理装置11相连，所述超圆盘干化机9还与堆放熟化棚13相连。
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