CN113667520B - 一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体废弃物处理技术，旨在提供一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法。该方法是先对亲水类固体废弃物进行预处理，以提高亲水类固废水煤浆的成浆浓度和亲水类固体废弃物掺混量，降低亲水类固废水煤浆的粘度；然后将改性后的浆体用于气化炉中气化反应或送入锅炉中进行燃烧利用，实现对亲水类固体废弃物的资源化利用。本发明将亲水类固体废弃物进行预处理，可大幅度提高固废水煤浆的浓度和固废掺混量，降低固废水煤浆的粘度。制备的亲水类固废水煤浆可作为气化原料或动力燃料，进一步实现应用价值。简单可行，变废为宝，具有明显的社会和经济效益，是一种有效的减量化、无害化、资源化利用方式。

Description

一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理技术，具体涉及一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法。

背景技术

我国固体废弃物产生量大，综合利用率相对较低，大量的废弃物被长期随意堆放，不仅造成资源的浪费，而且占用大量的土地，造成空气、土壤以及水体污染，对人体的健康造成严重损害。随着公民环保意识的提升以及对高质量生活的要求不断提高，固体废弃物的处置问题也随之成为一个有关环境保护和经济发展的问题，如何更好的处理和再利用固体废弃物已经成为影响环境保护、城市建设、人民生活以及可持续发展的重要因素。

水煤浆技术是20世纪70年代发展起来的一种石油燃料替代技术，是洁净煤技术的重要组成部分。水煤浆燃料是由煤粉、水和添加剂经过强力搅拌而形成的煤水固液两相浆状流体，被称为液态煤炭产品。作为一种新型煤基燃料，水煤浆具有储存运输方便、燃烧效率高、污染物排放低等多种优势，已成为煤炭洁净加工利用技术重要组成部分。现如今，水煤浆既是一种广泛应用于工业锅炉中的代油、清洁燃料，又是气流床气化炉的气化原料。水煤浆技术应用领域涵盖了电力、化工、冶金、建材、轻工等多个方面，目前我国已经成为世界上水煤浆产能最大、应用行业最广泛、制备技术最为先进的国家。随着我国推动煤炭清洁加工与转化利用的力度不断增大以及现代煤化工产业体系的迅猛发展，具有技术先进、安全性高、运行稳定、国产化程度高的水煤浆气化技术和燃烧技术必然获得更大的推广应用，水煤浆技术具有更广阔的发展空间和前景。

利用水煤浆技术处理成分复杂的亲水类固体废弃物，可在制备能源的同时实现简便、高效的废物处理和再利用。此外，经水煤浆气化或燃烧处理后固废中大部分有机污染物转化为高品位的合成气或成为可利用的热值，在回收能源资源的同时减少了环境污染。

已有的研究均表明，水煤浆掺混亲水类固废后成浆浓度会大幅度下降，而浆体粘度会上升。其原因是：如药渣、污泥和酒糟等亲水类固废往往具有大量亲水性絮状组织，这种结构容易吸附水分，被吸附的水分在结构内无法自由流动，促使浆中起润滑作用的自由水含量减少，导致浆体粘度上升。同时亲水类固废表面往往含有大量含氧官能团，这些官能团亲水性很强，也会吸附大量水分，从而严重影响水煤浆的成浆浓度和粘度，使成浆浓度下降、粘度上升。而采用固废水煤浆协同处理亲水类固体废弃物，目的是要掺混尽可能多的亲水类固体废弃物，减少煤炭资源的使用，提高经济效益和社会效益。可见，如何提高固废水煤浆的成浆浓度和亲水类固体废弃物的掺混量，是解决亲水类固体废弃物水煤浆成浆性能的关键问题。

因此，开发一种能增加亲水类固体废弃物在水煤浆中的添加比例，提高亲水类固体废弃物水煤浆的成浆浓度，降低亲水类固体废弃物水煤浆的粘度的技术方法，对大规模处理亲水类固体废弃物，降低亲水类固体废弃物处理成本，加快亲水类固体废弃物的无害化和资源化综合利用具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法，包括以下步骤：

(1)预处理：以有机溶剂和表面活性剂对亲水类固体废弃物进行表面改性预处理，减弱亲水性的同时增强疏水性；

(2)制备水煤浆：将预处理后亲水类固体废弃物与煤粉、水、添加剂掺混制备固废水煤浆，通过降低亲水类固废水煤浆的粘度增加亲水类固废的掺混量；

(3)气化反应或燃烧利用：将固废水煤浆输送至气化炉中进行气化反应，或送入锅炉中进行燃烧利用。

作为优选方案，所述预处理具体包括：

将亲水类固体废弃物、有机溶剂和表面活性剂投入破碎搅拌混合装置中，在搅拌混合的同时进行机械破碎；搅拌时间为30-60分钟，停止搅拌后静置20-60分钟；所用原料中各组分的重量百分比分别为：亲水类固体废弃物75～80％、有机溶剂19～23％、表面活性剂1～2％。

作为优选方案，所述制备水煤浆具体包括：

将经预处理的亲水类固体废弃物、破碎搅拌混合装置煤粉、水和添加剂投入制浆装置中，通过混匀、研磨制得固废水煤浆；所用原料中各组分的重量百分比分别为：预处理后亲水类固体废弃物5～35％、煤粉35～55％、水29～39.9％、添加剂0.1～1.0％。

作为优选方案，所述亲水类固体废弃物是药渣、污泥或酒糟中的任意一种。

作为优选方案，所述有机溶剂是废机油或含芳香烃的废溶剂。

作为优选方案，所述表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚或吐温80。

作为优选方案，所述煤粉是由内蒙褐煤磨制获得。

作为优选方案，所述添加剂是亚甲基萘磺酸钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠、亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物或木质素磺酸钠。

发明原理

亲水类固体废弃物由于含有易吸附水的絮状结构和亲水性极强的含氧官能团，使其与煤掺混制备水煤浆后，亲水类固废渗入和困阻一部分自由水，造成浆体中的自由水大量减少，从而导致相同粘度条件下浆体的固相质量浓度大幅下降，影响了亲水类固废的掺混量。因此，如何减轻亲水类固体废弃物颗粒表面的亲水性，减少亲水类固废对浆体中自由水的吸附，是提高亲水类固废水煤浆成浆性能的关键。本发明通过对亲水性固体废弃物进行表面改性预处理，尽可能消除上述问题，然后再与煤掺混制备亲水类固废水煤浆，这无疑是一种高效的提高亲水类固废水煤浆浓度和亲水类固废掺混量的技术路径。

本发明提出利用疏水性强的有机溶剂和表面活性剂对亲水类固体废弃物进行预处理。亲水类固体废弃物通常水分含量较高，且表面具有大量亲水官能团，而表面活性剂为具有亲水基团和疏水基团的两亲分子，在混合破碎搅拌过程中，表面活性剂的亲水基团会吸附到亲水类固废的亲水位点上，表面活性剂的疏水基团则与疏水性强的有机溶剂结合，反应完成后，相当于在亲水类固体废弃物的絮体表面“镀”上了一层疏水膜，亲水类固体废弃物的亲水性减弱，疏水性增强。这样经过预处理后的亲水类固体废弃物在后续制浆过程中，会减少对自由水的吸附，有利于降低固废水煤浆的粘度。

在预处理过程适当增加搅拌时间有利于疏水有机溶剂进入到亲水类固体废弃物的絮体结构内部中，而增加静置时间可以使表面吸附进行得更充分。

在后续的制浆过程中，预处理后的固体废弃物由于具有疏水性表面，容易与疏水性较强的煤表面发生疏水作用而产生团聚，采用褐煤的原因是其亲水性相对较强，表面有较多含氧官能团，不易与改性后的亲水类固体废弃物产生疏水作用，有利于提高浆体的稳定性。

与现有技术相比，本发明的技术优势是：

(1)利用水煤浆技术处理亲水类固体废弃物，方法简单可行，变废为宝，具有明显的社会和经济效益，是一种有效的减量化、无害化、资源化利用方式。

(2)将亲水类固体废弃物进行预处理，可大幅度提高固废水煤浆的浓度和固废掺混量，降低固废水煤浆的粘度。

(3)制备的亲水类固废水煤浆可作为气化原料或动力燃料，进一步实现应用价值。进行气化反应时亲水类固废中的大量有机物可转化为合成气中的有效成分，有利于提高热值和气化效率；进入锅炉燃烧时，固体废弃物中的有机物热值将得到有效利用。

附图说明

图1为本发明中亲水类固体废弃物资源化利用的流程示意图。

附图标记：1亲水类固体废弃物；2破碎搅拌混合装置；3表面活性剂；4疏水性强的有机溶剂；5制浆装置；6水煤浆添加剂；7煤粉；8水；9气化炉或锅炉。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明所述亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法，是先对亲水类固体废弃物进行预处理，以提高亲水类固废水煤浆的成浆浓度和亲水类固体废弃物掺混量，降低亲水类固废水煤浆的粘度；然后将改性后的浆体用于气化炉中气化反应或送入锅炉中进行燃烧利用，实现对亲水类固体废弃物的资源化利用。

如图1所示，将亲水类固体废弃物1、表面活性剂3和疏水性强的有机溶剂4加入破碎搅拌混合装置2；其中，使亲水类固体废弃物经过破碎处理后，颗粒大小破碎至5mm以下；同时与表面活性剂3、疏水性强的有机溶剂4进行机械搅拌混合。所用原料中，亲水类固体废弃物、表面活性剂和有机溶剂的重量百分比为75～80％、1～2％、19～23％，破碎搅拌的时间控制在30-60分钟，保证混合充分。停止搅拌后，静置20-60分钟(使改性反应充分进行)。然后，将表面改性预处理后的亲水类固体废弃物送入制浆装置5中，并同时加入水煤浆添加剂6、煤粉7和水8一起制备成固废水煤浆。所用原料中，预处理亲水类固体废弃物、煤粉、水和添加剂的重量百分比为5～35％、35～55％、29～39.9％、0.1～1.0％，制浆装置可选水煤浆湿法棒磨机或球磨机，水可选普通自来水或工业废水，添加剂为常用的水煤浆添加剂，制浆过程中的添加比例优先为0.6～0.8％(占水煤浆的重量百分比)。制备完成的固废水煤浆通过喷嘴均匀喷入高温高压气化炉9中进行气化反应，或是通入锅炉9中进行燃烧利用。

实施例1(对比例)：

此处采用药渣作为亲水类固体废弃物，采用木质素磺酸钠作为水煤浆添加剂，采用内蒙褐煤磨制的粉作为制浆用煤，没有进行预处理步骤，直接采用药渣进行制浆。取药渣、煤粉、水和添加剂的重量百分比分别为5％、55％、39.9％、0.1％，将所有原料投加进棒磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入气化炉进行气化反应。

实施例2(对比例)：

此处采用污泥作为亲水类固体废弃物，采用亚甲基萘磺钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠作为水煤浆添加剂，采用内蒙褐煤粉作为制浆用煤，没有进行预处理步骤，直接采用污泥进行制浆。取污泥、煤粉、水和添加剂的重量百分比分别为35％、35％、、29％、1％，将所有原料投加进球磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入锅炉进行燃烧利用。

实施例3(对比例)：

此处采用酒糟作为亲水类固体废弃物，采用亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物作为水煤浆添加剂，采用内蒙褐煤粉作为制浆用煤，没有进行预处理步骤，直接采用酒糟进行制浆。取酒糟、煤粉、水和添加剂的重量百分比分别为20％、45％、34.5％、0.5％，将所有原料投加进棒磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入气化炉进行气化反应。

实施例4：

此处采用药渣作为亲水类固体废弃物，首先对药渣进行表面改性预处理，采用吐温80作为改性用表面活性剂，取药渣、表面活性剂、废机油的重量百分比分别为75％、2％、23％，采用破碎搅拌机充分搅拌30分钟，搅拌完成后再静置60分钟。取改性后的药渣的添加量为5％，煤粉为内蒙褐煤，添加比例为55％。添加剂为木质素磺酸钠，添加比例为0.1％，水添加比例为39.9％。将上述原料投加进棒磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入气化炉进行气化反应。

实施例5：

此处采用污泥作为亲水类固体废弃物，首先对药渣进行表面改性预处理，采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠作为改性用表面活性剂，取药渣、表面活性剂、含芳香烃类废溶剂的重量百分比分别为80％、1％、19％，采用破碎搅拌机充分搅拌45分钟，搅拌完成后再静置40分钟。取改性后的污泥的添加量为35％，煤粉为内蒙褐煤，添加比例为35％。添加剂为亚甲基萘磺钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠，添加比例为1％，水添加比例为29％。将上述原料投加进球磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入锅炉进行燃烧利用。

实施例6：

此处采用酒糟作为亲水类固体废弃物，首先对药渣进行表面改性预处理，采用烷基酚聚氧乙烯醚作为改性用表面活性剂，取药渣、表面活性剂、废机油的重量百分比分别为78％、1.5％、20.5％，采用破碎搅拌机充分搅拌60分钟，搅拌完成后再静置20分钟。取改性后的酒糟的添加量为20％，煤粉为内蒙褐煤，添加比例为45％。添加剂为亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物，添加比例为0.5％，水添加比例为34.5％。将上述原料投加进棒磨机制备水煤浆。制成的水煤浆送入气化炉进行气化反应。

各种实施例制备的亲水类固废水煤浆的性能如表1所示。

表1

表1中实施例1-3是未经表面改性预处理的亲水类固体废弃物制备的固废水煤浆的性能，以此作为对比实施例。实施例4-6是亲水类固体废弃物经过表面改性预处理后制备的固废水煤浆的性能。将对比实施例1和实施例4、实施例2和实施例5、实施例3和实施例6分别进行比对可以看到，亲水类固体废弃物经过预处理改性后，改性固废水煤浆的粘度大幅下降，且浆体流动性变好。说明通过表面活性剂和疏水性有机溶剂进行表面改性预处理后，提高了亲水类固体废弃物水煤浆的成浆性。

综上所述，本发明提出对亲水类固体废弃物进行表面改性预处理是有效可行的，能使亲水类固废水煤浆的成浆性能得到大幅改善。制备完成后的亲水类固废水煤浆可作为气化原料或动力燃料，进行气化反应时亲水类固体废弃物中的大量有机物可转化为合成气中的有效成分，提高热值和气化效率；进入锅炉燃烧时，固体废弃物中的有机物热值能够得到有效利用。这对大规模处理亲水类固体废弃物，降低亲水类固体废弃物处理成本，加快亲水类固体废弃物的无害化和资源化综合利用具有重要意义。

Claims (3)

1.一种亲水类固体废弃物处理和资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预处理：以有机溶剂和表面活性剂对亲水类固体废弃物进行表面改性预处理，减弱亲水性的同时增强疏水性；理具体包括：

将亲水类固体废弃物、有机溶剂和表面活性剂投入破碎搅拌混合装置中，在搅拌混合的同时进行机械破碎；搅拌时间为30~60分钟，停止搅拌后静置20~60分钟；所用原料中各组分的重量百分比分别为：亲水类固体废弃物75~80%、有机溶剂19~23%、表面活性剂1~2%；

所述亲水类固体废弃物是药渣、污泥或酒糟中的任意一种；所述有机溶剂是废机油或含芳香烃的废溶剂；所述表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚或吐温80；

（2）制备水煤浆：将经预处理的亲水类固体废弃物、经破碎搅拌混合的煤粉、水和添加剂投入制浆装置中，通过混匀、研磨制得固废水煤浆，通过降低亲水类固废水煤浆的粘度增加亲水类固废的掺混量；所用原料中各组分的重量百分比分别为：预处理后亲水类固体废弃物5~35%、煤粉35~55%、水29~39.9%、添加剂0.1~1.0%；

（3）气化反应或燃烧利用：将固废水煤浆输送至气化炉中进行气化反应，或送入锅炉中进行燃烧利用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤粉是由内蒙褐煤磨制获得。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂是亚甲基萘磺酸钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠、亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物或木质素磺酸钠。

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