CN113355141B - 一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置 - Google Patents

一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，所述方法包括污泥经水热与化学药剂耦合改性，与煤掺混制备高浓度污泥气化水煤浆。将污泥、改性药剂、煤化工废碱液和水混合搅拌通入蒸汽改性得流态化污泥，将流态化污泥送至热补偿装置，再通入蒸汽，调节参数得改性污泥，将改性污泥与煤、水和添加剂共同研磨，从而制得高浓度污泥气化水煤浆。在本发明中，通过添加改性药剂，采取超声波震动及水热改性措施处理污泥，降低污泥改性温度并消除污泥对煤成浆性的影响，改性后污泥可作为细颗粒填充至煤浆粗颗粒中，从而提升堆积效率，提高煤浆浓度，最终实现有效处理污泥的同时，利用了工厂余热蒸汽和废碱液，提高了工厂资源的利用率。

Description

一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置
技术领域
本发明属于节能环保技术领域，涉及制备水煤浆的方法和装置，尤其涉及一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置。
背景技术
污水经过沉淀、絮凝和机械脱水处理后，形成含水率为75％～95％的污泥，污泥中含有大量的有机质，氮磷等多种微量元素，同时含有复杂的细菌、病毒、寄生虫、重金属及有害有毒的物质。随着国家环保要求的提高，目前，污泥处置的原则为无害化、减量化、稳定化、资源化，国内外普遍的处理方法主要有填埋、农用、干化焚烧等。传统的污泥处理方法费用较高，容易造成污泥的二次污染，因此污泥的处理问题变得日益突出。
CN107022387A公开了一种污泥高掺入的污泥水煤浆及其制备方法，污泥处理方法为：污泥超声波处理；超声后污泥用碱性印染废水调pH值，并在螺旋高速搅拌器下搅拌；将调好pH值的污泥输送至球磨机内和碱性印染废水、煤、分散剂混合，磨矿后即得污泥水煤浆。污泥水煤浆的成分组成为：以重量份计，污泥15～30份，分散剂0.005～0.01份，煤粉40～60份，碱性印染废水15～45份。该发明的污泥处理方法可有效将污泥中的聚丙烯酰胺高分子降解为小分子，从而提高在水煤浆制备时的污泥掺入量，制得的产品的稳定性和流动性均较好，同时利用碱性印染废水，减少了废水的排放，为污泥的资源化、减量化、无害化处理提供了有效的技术途径。
CN107164003A公开了利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，该方法首先采用超声波对污泥进行改性，利用超声波空化作用产生的剪切作用和高温高压环境破坏污泥絮体结构及污泥中微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水，然后将改性后的污泥与煤、制浆添加剂、水等掺混制备污泥水煤浆，或者将改性后的污泥掺入成品水煤浆，搅拌均匀制成污泥水煤浆。与现有技术相比，该发明能明显降低污泥水煤浆的成浆粘度，提高其成浆浓度，获得成浆性优良的污泥水煤浆，同时具有处理时间短、操作方便等特点，适用于规模化推广应用。
CN107164004A公开了一种利用碱性物质破解污泥絮团促进污泥水煤浆成浆的方法，其包括如下步骤：先将碱性物质加入污泥，充分搅拌，经过一定时间后，获得碱解污泥；对原煤依次进行破碎、研磨、筛分处理，获得粒径小于150μm的煤粉；将制浆添加剂充分溶解于水中，得到添加剂溶液，之后将碱解污泥与煤粉加入添加剂溶液中，通过制浆搅拌装置充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆；或者碱解污泥直接掺入成品水煤浆中，通过充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆，该发明与现有技术相比，本发明成本低，操作方便，能有效降低污泥水煤浆成浆粘度，提高成浆浓度，获得良好成浆性能的污泥水煤浆，适用于规模化推广应用。
针对化工污泥产量大、污染物集中及难处理等问题，基于污泥中含有大量水分及具有一定热值的特点，结合煤化工企业水煤浆气化工艺，提出污泥掺混制浆处理技术，但研究结果表明，污泥的掺入对煤浆浓度、稳定性及流变性具有较大的影响，由于污泥束缚水含量高和呈胶体结构的状态，直接与煤掺混制得的水煤浆成浆浓度偏低，且污泥的掺入比例较低，因此，提出了污泥改性/调理掺混煤制浆的方法，但目前已公布的技术存在着改性温度高、压力大、药剂价格高、经济效益差、设备投资高和改性效果差等缺点。因此，开发一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及设备，降低污泥改性温度、压力、药剂消耗和价格，提高污泥改性后与煤掺混制浆的浓度，对污泥无害化处置、资源化利用和煤化工行业发展具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，本发明通过添加改性药剂，并采取超声波震动及水热改性措施处理污泥，降低污泥改性温度并消除污泥对煤成浆性的影响，改性后污泥可作为细颗粒填充至煤浆粗颗粒中，从而提升堆积效率，提高煤浆浓度，最终实现有效处理污泥的同时，利用了工厂余热蒸汽和废碱液，提高了工厂资源的利用率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，所述的方法包括：
污泥经过水热与化学药剂耦合改性后，与煤掺混制备高浓度污泥气化水煤浆。
在本发明中，通过添加改性药剂，并采取超声波震动及水热改性措施处理污泥，降低污泥改性温度并消除污泥对煤成浆性的影响，改性后污泥可作为细颗粒填充至煤浆粗颗粒中，从而提升堆积效率，提高煤浆浓度，最终实现有效处理污泥的同时，利用了工厂余热蒸汽和废碱液，提高了工厂资源的利用率。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将污泥、改性药剂、废碱液和水混合搅拌，并通入蒸汽，经改性得到流态化污泥；
(Ⅱ)将所述的流态化污泥通过传送泵送至热补偿装置，在所述的热补偿装置内再次通入蒸汽，调节温度和停留时间，得到改性污泥；
(Ⅲ)将所述的改性污泥与煤、水和添加剂共同研磨，从而制得高浓度污泥气化水煤浆。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的污泥的固含为5wt％～25wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的污泥为城市污水污泥或工业废水有机污泥。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的改性药剂为NaClO、FeS2O8、Na2FeO4和双子表面活性剂的混合物。
优选地，所述的改性药剂的使用量与污泥的量比例为(0.05％～5％)：1，例如可以是0.05％：1、0.08％：1、1.00％：1、1.05％：1、2.00％：1、3.00％：1、4.00％：1、4.05％：1、5.00％：1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的废碱液中氢氧化钠含量为30wt％～60wt％，例如可以是30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的废碱液为煤化工厂生产过程中产生的废碱液。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的蒸汽为工厂余热蒸汽。
优选地，所述的工厂余热蒸汽的温度为90℃～160℃，例如可以是90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的热补偿装置为列管式换热器、管壳式换热器或板式换热器。
优选地，所述的流态化污泥在所述的热补偿装置中的停留时间为0.5h～2h，例如可以是0.5h、0.8h、1.0h、1.5h、1.6h、1.7h、1.9h、2.0h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的研磨是在棒磨机或球磨机中进行。
需要说明的是，本发明对热补偿装置的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，热补偿装置在本发明中的作用是提供换热平台，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的热补偿装置均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对热补偿装置的尺寸、形状或材质进行适应性调整。
需要说明的是，本发明对棒磨机或球磨机的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，棒磨机或球磨机在本发明中的作用是研磨物料，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的棒磨机或球磨机均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对棒磨机或球磨机的尺寸、形状或材质进行适应性调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的煤为长焰煤、不粘煤、弱粘煤或烟煤的任一种或至少两种的组合。
优选地，所述的高浓度污泥气化水煤浆的浓度大于等于60％。
第二方面，本发明提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的污泥流态化处理装置，所述的装置用于第一方面所述的污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，所述的污泥流态化处理装置包括壳体、搅拌装置和超声波发生器，所述的壳体内设置有搅拌装置，所述的壳体内壁设置有至少一个超声波发生器，所述的超声波发生器沿壳体内壁周向设置。
需要说明的是，本发明对壳体、搅拌装置和超声波发生器的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，壳体在本发明中的作用是容纳反应物料，搅拌装置在本发明中的作用是使物料混合均匀，超声波发生器在本发明中的作用是混合物料，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的壳体、搅拌装置和超声波发生器均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对壳体、搅拌装置和超声波发生器的尺寸、形状或材质进行适应性调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的壳体外设置有至少一层保温套。
优选地，所述的壳体内设置有热电偶和液位计。
优选地，所述的壳体下方对称设置有蒸汽入口和污泥入口。
优选地，所述的壳体上部设置有污泥出口。
优选地，所述的壳体的顶面设置有投料口，通过投料口向壳体注入水、废碱液和改性药剂。
需要说明的是，本发明对保温套、热电偶和液位计的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，保温套在本发明中的作用是维持反应温度，热电偶在本发明中的作用是实时监测温度，液位计在本发明中的作用是控制投料量，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的保温套、热电偶和液位计均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对保温套、热电偶和液位计的尺寸、形状或材质进行适应性调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，通过添加改性药剂，并采取超声波震动及水热改性措施处理污泥，降低污泥改性温度并消除污泥对煤成浆性的影响，改性后污泥可作为细颗粒填充至煤浆粗颗粒中，从而提升堆积效率，提高煤浆浓度，最终实现有效处理污泥的同时，利用了工厂余热蒸汽和废碱液，提高了工厂资源的利用率。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法工艺流程图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的污泥流态化处理装置图；
其中，1-污泥入口；2-保温套；3-污泥出口；4-壳体；5-电机和减速机；6-投料口；7-超声波发生器；8-搅拌桨；9-蒸汽入口。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，如图1所示，包括污泥经过水热与化学药剂耦合改性后，与煤掺混制备高浓度污泥气化水煤浆，具体方法包括首先将污泥、改性药剂、废碱液和水混合搅拌，并通入蒸汽，经改性得到流态化污泥；然后将流态化污泥通过传送泵送至热补偿装置，在热补偿装置内再次通入蒸汽，调节温度和停留时间，得到改性污泥；最后将所述的改性污泥与煤、水和添加剂共同研磨，从而制得高浓度污泥气化水煤浆。
污泥的固含为5wt％～25wt％，污泥为城市污水污泥或工业废水有机污泥。改性药剂为NaClO、FeS2O8、Na2FeO4和双子表面活性剂的混合物，改性药剂的使用量与污泥的量比例为(0.05％～5％)：1。废碱液中氢氧化钠含量为30wt％～60wt％。具体地，废碱液为煤化工厂生产过程中产生的废碱液。蒸汽为工厂余热蒸汽，进一步地，工厂余热蒸汽的温度为90℃～160℃。
热补偿装置为列管式换热器、管壳式换热器或板式换热器，具体地，流态化污泥在所述的热补偿装置中的停留时间为0.5h～2h，研磨是在棒磨机或球磨机中进行。煤为长焰煤、不粘煤、弱粘煤或烟煤的任一种或至少两种的组合，高浓度污泥气化水煤浆的浓度大于等于60％。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的污泥流态化处理装置，如图2所示，该装置用于污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，污泥流态化处理装置包括壳体4、搅拌装置和超声波发生器7，壳体4内设置有搅拌装置，具体地，搅拌装置包括电机和减速机5、搅拌桨8，壳体4内壁设置有至少一个超声波发生器7，具体地，超声波发生器7沿壳体4内壁周向设置。
壳体4外设置有至少一层保温套2，壳体4内设置有热电偶和液位计，壳体4下方对称设置有蒸汽入口9和污泥入口1，壳体4上部设置有污泥出口3，壳体4的顶面设置有投料口6，通过投料口6向壳体4注入水、废碱液和改性药剂。
实施例1
本实施例提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，基于一个具体实施方式提供的方法及装置，其中：
污泥固态含水率为5wt％，长焰煤水分为15wt％，使用棒磨机制得煤浆浓度为60％；
污泥以30t/h的速度用传送泵送至直径为5m，高为8m，搅拌速度为40转/分、微波频率为20KHz的污泥流态化处理装置，加入含氢氧化钠30wt％，流量为0.3t/h的废碱液以及浓度为0.1％，流量为0.75t/h的改性药剂，鼓入温度为160℃，流量为100t/h的蒸汽；
流态化污泥从污泥出口3流出，进入列管式换热器，设计列管式换热器的停留时间为0.5h，得到改性污泥；
改性污泥与用量为86.5t/h的长焰煤、水和添加剂混合制得浓度为62％的污泥气化水煤浆。
实施例2
本实施例提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，基于一个具体实施方式提供的方法及装置，其中：
污泥固态含水率为20wt％，长焰煤和不粘煤的混合比例为5：5，水分为13wt％，使用棒磨机制得煤浆浓度为61％；
污泥以10t/h的速度用传送泵送至直径为4m，高为6m，搅拌速度为30转/分、微波频率为30KHz的污泥流态化处理装置，加入含氢氧化钠40wt％，流量为0.25t/h的废碱液以及浓度为1％，流量为2t/h的改性药剂，鼓入温度为110℃，流量为150t/h的蒸汽；
流态化污泥从污泥出口3流出，进入列管式换热器，设计列管式换热器的停留时间为8h，得到改性污泥；
改性污泥与用量为42.6t/h的长焰煤、水和添加剂混合制得浓度为64％的污泥气化水煤浆。
实施例3
本实施例提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，基于一个具体实施方式提供的方法及装置，其中：
城市污泥和工业废水有机污泥比例为2：8，混合污泥固态含水率为15wt％，长焰煤：不粘煤：弱粘煤为60：30：10，水分为17wt％，使用棒磨机制得煤浆浓度为59％；
污泥以25t/h的速度用传送泵送至直径为6m，高为8m，搅拌速度为45转/分、微波频率为60KHz的污泥流态化处理装置，加入含氢氧化钠60wt％，流量为0.19t/h的废碱液以及浓度为5％，流量为3.75t/h的改性药剂，鼓入温度为90℃，流量为150t/h的蒸汽；
流态化污泥从污泥出口3流出，进入列管式换热器，设计列管式换热器的停留时间为1.5h，得到改性污泥；
改性污泥与用量为69.3t/h的长焰煤、水和添加剂混合制得浓度为63％的污泥气化水煤浆。
实施例4
本实施例提供了一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法及装置，基于一个具体实施方式提供的方法及装置，其中：
城市污泥和工业废水有机污泥比例为7：3，污泥固态含水率为25wt％，烟煤水分为12wt％，使用棒磨机制得煤浆浓度为60％；
污泥以8t/h的速度用传送泵送至直径为4m，高为4m，搅拌速度为50转/分、微波频率为50KHz的污泥流态化处理装置，加入含氢氧化钠45wt％，流量为0.2t/h的废碱液以及浓度为0.5％，流量为1t/h的改性药剂，鼓入温度为140℃，流量为100t/h的蒸汽；
流态化污泥从污泥出口3流出，进入列管式换热器，设计列管式换热器的停留时间为1.2h，得到改性污泥；
改性污泥与用量为35.5t/h的长焰煤、水和添加剂混合制得浓度为62.5％的污泥气化水煤浆。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (18)

1.一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，其特征在于，所述的方法包括：
污泥经过水热与化学药剂耦合改性后，与煤掺混制备高浓度污泥气化水煤浆；
所述的方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将污泥、改性药剂、废碱液和水混合搅拌，并通入蒸汽，经改性得到流态化污泥，改性过程中采取超声波震动处理；
(Ⅱ)将所述的流态化污泥通过传送泵送至热补偿装置，在所述的热补偿装置内再次通入蒸汽，调节温度和停留时间，得到改性污泥；
(Ⅲ)将所述的改性污泥与煤、水和添加剂共同研磨，从而制得高浓度污泥气化水煤浆；
所述的改性药剂为NaClO、FeS2O8、Na2FeO4和双子表面活性剂的混合物，所述的改性药剂的使用量与污泥的量比例为(0.05％～5％)：1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污泥的固含为5wt％～25wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污泥为城市污水污泥或工业废水有机污泥。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废碱液中氢氧化钠含量为30wt％～60wt％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废碱液为煤化工厂生产过程中产生的废碱液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的蒸汽为工厂余热蒸汽。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的工厂余热蒸汽的温度为90℃～160℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的热补偿装置为列管式换热器、管壳式换热器或板式换热器。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的流态化污泥在所述的热补偿装置中的停留时间为0.5h～2h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的研磨是在棒磨机或球磨机中进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的煤为长焰煤、不粘煤、弱粘煤或烟煤的任一种或至少两种的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高浓度污泥气化水煤浆的浓度大于等于60％。
13.一种污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的污泥流态化处理装置，其特征在于，所述的装置用于权利要求1-12任一项所述的污泥改性制备高浓度污泥气化水煤浆的方法，所述的污泥流态化处理装置包括壳体、搅拌装置和超声波发生器，所述的壳体内设置有搅拌装置，所述的壳体内壁设置有至少一个超声波发生器，所述的超声波发生器沿壳体内壁周向设置。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的壳体外设置有至少一层保温套。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的壳体内设置有热电偶和液位计。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的壳体下方对称设置有蒸汽入口和污泥入口。
17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的壳体上部设置有污泥出口。
18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的壳体的顶面设置有投料口，通过投料口向壳体注入水、废碱液和改性药剂。
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