CN114230119A - 一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芬顿污泥处理技术领域，公开了一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处理方法，包括将芬顿污泥在绝氧条件下热解处理，得到热解后的芬顿污泥；根据热解后芬顿污泥中的全铁含量，大于含量分界点的为一类热解芬顿污泥，小于含量分界点为二类热解芬顿污泥；一类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀后制成团块，二类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀得到混合散料，将团块或混合散料在足以使有机物完全分解且其他金属挥发进入烟气，但不足以使铁挥发的温度下进行高温焙烧，相应的得到还原铁块或焙烧后的混合散料；对焙烧后的混合散料进行磁选得到还原铁粉。本发明还公开了基于该方法的系统，实现了芬顿污泥处置经济效益最大化。

Description

一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置方法及系统

技术领域

本发明涉及芬顿污泥处理技术领域，尤其涉及一种芬顿污泥和废生物炭的协同资源化处置方法。

背景技术

芬顿污泥和废生物碳是市政或工业废水处理场所产生的两种主要废弃物，由于其含有较多的难降解有机物、重金属和泥沙等，具有一定的毒性，一般情况下被认定为危险废弃物，其处理费用高，如果处置不当，会对周边的水环境和土壤等造成严重破坏。

芬顿污泥来源于芬顿氧化技术处理有机废水过程，芬顿氧化技术是一种高效的高级氧化技术，其主要原理是过氧化氢(H₂O₂)在亚铁离子(Fe²⁺)的催化下，产生活性的羟基自由基，羟基自由基具有非常强的氧化性，可以有效地去除生化反应难降解的有机物，对生化难降解的有机物具有优良的处理效果，广泛地应用于化工、印染、制造、焦化和造纸等工业废水的预处理和深度处理。但是，芬顿氧化反应过程中会产生大量的污泥。芬顿处理后的出水通过加碱调pH，并加入絮凝剂使铁以氢氧化铁的形式沉淀后，压滤脱水得到芬顿污泥。芬顿污泥是典型的富铁污泥，虽然不同行业产生的芬顿污泥得物质含量存在较大差异，但均含有大量的铁资源，全铁含量在20％～60％(质量分数)间波动，主要以氢氧化铁形式存在，具有巨大的回收利用潜力。但是由于其脱水后含水率在80％左右并且含有大量的有机污染物和重金属成分，因此，一般作为危险废弃物进行处理，造成了铁资源浪费。

发明专利一种芬顿污泥综合循环利用的方法(CN201410397289.5)将芬顿污泥与酸和络合剂混合得到混合物后，在碱性条件下，将混合物与含硫化氢烟气接触，得到含二价亚铁离子的溶液，再将二价亚铁离子的溶液用作芬顿试剂二次利用，实现了含硫化氢烟气和芬顿污泥的综合处置。发明专利一种芬顿污泥资源化利用的方法(CN105836987B)，将芬顿污泥溶解于硫酸，然后对溶解液先后进行氧化处理和电还原处理，得到工业品硫酸亚铁产品，实现了芬顿污泥的资源化利用。然而这些方法都只能利用少量芬顿污泥，无法实现大规模铁资源回收利用。因此，到目前为止，芬顿污泥主要处置方法还是填埋处置，然而填埋处置时，其中包含的有机污染物会发生腐臭，重金属成分也将随着垃圾渗滤液的迁徙而造成二次污染，处理成本高。在目前铁资源日益紧缺的情况下，填埋处理也会造成资源浪费。为此，现有技术中也有建议将芬顿污泥直接送钢铁厂作为炼铁原料的配料，但是由于这类污泥属于危废，含水率高，不允许大规模转移，且炼铁厂作为钢铁生产单位，不愿接受这类城镇危废。另外，芬顿污泥中铁含量差异大，如果统一进行处理，得到的含铁原料中铁含量差异大，无法进行高价值应用，甚至高成本处理后芬顿污泥只能继续填埋处置。于是，更大规模且更为高效的将芬顿污泥中的铁资源就地回收并加工成可直接送至钢铁生产单位的优质炼铁原料，从而实现污泥资源化利用，变得十分必要。

另一方面生物炭是由生物质经过热化学过程生成的一类多孔富炭固态物质，在一定条件下处理后其成分组成和物化性能都得到改善，在比表面积和孔隙结构方面类似活性炭，因此被广泛用于水体中重金属的吸附和与富集、废气处理等领域。然而，吸附饱和的废生物炭由于化学性质稳定，再生成本高，其最终处置成为又一难题。但是，生物炭在燃烧性质方面与煤接近，可以替代煤用作燃料和还原剂，因此，对其资源化处置可以充分考虑利用其这一性质。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处理方法，该方法首先对芬顿污泥进行热解处理，再基于热解后的芬顿污泥和废生物炭的化学成分组成特性，将两者按比例混合，然后将混合散料或利用混合料制成的团块进行还原焙烧，得到的富铁团块或还原铁粉，实现了芬顿污泥和废生物炭的资源化、无害化协同处置，解决了背景技术中所提到的技术问题。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处理方法，该方法包括：

将芬顿污泥在绝氧条件下热解处理，得到热解后的芬顿污泥；

根据热解后芬顿污泥中的全铁含量，将热解后芬顿污泥分为全铁含量大于含量分界点的一类热解芬顿污泥和全铁含量小于含量分界点的二类热解芬顿污泥；

所述含量分界点的取值范围为全铁质量分数35-45％；

一类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀后制成团块，二类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀得到混合散料，

将所述团块或混合散料在足以使有机物完全分解且其他金属挥发进入烟气，但不足以使铁挥发的温度下，进行高温焙烧，得到相应的还原铁块或焙烧后的混合散料；

对焙烧后的混合散料进行磁选得到还原铁粉。

进一步的，还包括，对每一次批次的热解后的芬顿污泥单独检验其全铁含量。

进一步的，还包括，将热解过程中产生的热解混合油气用作热源或能源。

进一步的，还包括，热解芬顿污泥与废生物碳混合前对废生物炭和热解后芬顿污泥进行烘干处理。

优选地，所述的芬顿污泥热解处理温度为500-850℃。

优选地，热解后的污泥与废生物碳的混合物中，碳和全铁的质量比为0.2～0.5:1；

优选地，所述的高温焙烧温度为1000-1300℃。

本发明了另一目的是提供一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置系统，用于实施前述的方法，包括：

热解设备，用于对脱水后的芬顿污泥实施绝氧气热解；

检验工位，用于检验热解芬顿污泥的全铁含量；

混合设备，用于将一类/二类热解芬顿污泥与废生物碳均匀混合；

成型设备，用于将一类热解芬顿污泥与废生物碳的均匀混合物制成团块；

焙烧设备，用于高温焙烧一类热解芬顿污泥与废生物碳的均匀混合物制成的团块和/或二类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀得到的混合散料；

磁选设备，用于从焙烧得到的混合散料中磁选出还原铁粉。

进一步的，还包括干燥设备，用于对废生物炭和/或热解后的芬顿污泥进行干燥.

进一步的，还包括脱水设备，用于对芬顿污泥进行脱水处理。

进一步的，还包括冷却设备，用于对焙烧后的团块或散料进行冷却。

与已有芬顿污泥和废生物炭处置技术比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明充分结合芬顿污泥的富铁特性及废生物炭的燃烧和还原特性，利用废生物炭作为芬顿污泥中铁素回收所需的燃料和还原剂，将芬顿污泥中的铁资源回收并加工成可外售给炼铁厂的优质炼铁原料，使废物中的铁作为炼铁原料回收，实现铁资源回收利用，同时解决了废生物炭的处置难题，实现了废物协同资源化处置。

2、鉴于不同行业产生的芬顿污泥的全铁含量存在较大的差别，本发明根据热解后芬顿污泥中全铁含量，将芬顿污泥分为全铁含量≥含量分界点的一类热解芬顿污泥和全铁含量＜含量分界点的二类热解芬顿污泥。一类芬顿污泥由于全铁含量高，通过高温焙烧可直接得到铁含量高的直接还原铁球团，该直接还原铁球团经济价值较高；二类芬顿污泥由于全铁含量低，直接还原焙烧后通过磁选得到类似于铁精粉的高含铁散料——还原铁粉，同样具有较高经济价值。本发明实现了铁资源的高价值回收利用，而一类芬顿污泥相对于二类芬顿污泥的处置方法，额外增加的工序则仅仅是极低能耗且对环境十分友好的检验和成型工序，在使用同样的热解和焙烧工艺的情况下提高了经济效益，进而很好地提高了能效，实现了芬顿污泥处置经济效益最大化。本发明中含量分界点的设置，恰当的保证了最终产生的还原铁球团具有足够的品质，即具有足够的含铁量，进而保证其最终换得相应的经济价值；相应的，也避免了在含铁量不足的热解芬顿污泥上浪费过多成本。若含量分界点低于这一设定，会造成最终产生的还原铁球团品质不足，若含量分界点高于这一设定，则会造成一些本可以被制成还原铁球的芬顿污泥被制成价格相对较低的高含铁散料，进而造成经济效益的损失。

3、本发明的一些实施例中，充分利用芬顿污泥热解产生的混合燃气中的热能和化学能，降低了系统能耗，进一步提高了经济效益和能效。

4、本发明涉及的主要原料芬顿污泥和废生物碳是市政或工业废水处理产生的两种主要废弃物，由于原料可以就地取材，十分有利于本发明中的方法在市政或工业废水处理场所就地实施，避免了危险废物的大规模转移，有利于技术的大规模推广应用。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明实施例提供的芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置系统的示意性逻辑框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明各实施例中的芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置方法的基本流程如图1所示，本实施例中，该方法利用如图2所示的示例性的系统来实施，具体如下：

1)首先对芬顿污泥利用脱水机进行脱水得到脱水后的芬顿污泥；

2)将脱水后的芬顿污泥送入到热解设备中，在绝氧条件下热解处理，得到热解后的芬顿污泥的同时得到热解混合油气，热解设备可选用旋转炉或竖式热解炉。

热解混合油气本身具有一定的温度，同时含有可燃气体，于是热解混合油气经除尘、除臭处理后，其自身的热量通过热交换回收作为系统提供热量，实现废热利用；也可以经除尘后作为燃气通入适合的燃气炉(如热风炉)中，再通过燃烧释放其化学能为系统提供热量，实现废气利用，亦或是先废热利用再行废气利用。

3)根据热解后芬顿污泥中的全铁含量，将热解后芬顿污泥分为全铁含量大于含量分界点的一类热解芬顿污泥和全铁含量小于含量分界点的二类热解芬顿污泥；

含量分界点的取值范围本设定在全铁质量分数35-45％之间；

本实施例中，热解后的芬顿污泥在检验工位被分批次检验全铁含量，检验工位的设置和工作过程以及具体的检验方法本领域技术人较为熟知，在此不做赘述。

4)一类或二类热解芬顿污泥被分别送入混合设备中与废生物炭进行混合，本实施例中使用混合机作为混合设备，使用但不限于生物炭粉末。为了将热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀，混合前对废生物炭和热解后芬顿污泥进行干燥处理。干燥可利用专门的干燥设备实施。

一类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀后还需要送入压球机、挤压成型机或造球机等成型设备中制成团块。

5)将一类热解芬顿污泥团块或二类热解芬顿污泥散料送入焙烧设备中，在足以使有机物完全分解且其他金属挥发进入烟气但不足以使铁挥发的温度下进行高温焙烧；

一类热解芬顿污泥团块经焙烧后得到还原铁球团和烟气；

二类热解芬顿污泥散料经焙烧后得到混合散料和烟气

烟气本身具有一定的温度，经除尘处理后，可利用其自身的热能通过热交换为系统提供热量，实现废热利用。

6)混合散料送入磁选设备进行磁选处理，磁选得到的还原铁粉和尾渣。

7)分别收集还原铁球团、还原铁粉和尾渣作为可利用的资源。

至此，芬顿污泥被处理成为了还原铁球团或还原铁粉以及尾渣，还原铁球团或还原铁粉可以作为炼铁原料被利用，还原铁球团和还原铁粉含铁量高，作为炼铁原料经济价值高，而尾渣则可以作为水泥厂原料或铺路材料使用。

系统中配有废气/废热再利用模块，用于对热解混合油气和烟气所携带的能量分别进行回收，并作为系统中其他部分所需的热能再次加以利用，其中，热解混合油气可以作为燃气使用，也可以直接利用其废热，或是先回收废热再作为燃气使用，实现多重利用；而针对烟气则通常通过热交换回收其废热。回收的能量可用于芬顿污泥热解、干燥、预热等工序。更为具体的废气/废热再利用过程，如除尘、除臭、输送、调节等一般技术为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。

在一些实施例中，系统内还配备了冷却设备，用于对焙烧后的团块或散料进行冷却。

由于不同行业产生的芬顿污泥的全铁含量存在较大的差别，统一加工为还原铁块，会造成某些批次的还原铁块含铁量不足，达不到冶炼所需的质量标准，进而无法产生期待的经济价值，反而造成浪费；若全部加工为还原铁粉，则造成最终可获得的经济效益大大降低。

从前述方法可以看出，为了最大化芬顿污泥的利用价值，本发明中设定了铁含量分界点，按批次检验并区别加工芬顿污泥，确保高铁含量的芬顿污泥被制作成经济价值更高的还原铁块，额外增加的工序则仅仅是极低能耗且对环境十分友好的检验工序和成型工序，在使用同样的热解和焙烧工艺的情况下提高了经济效益，进而很好地提高了能效。前述方法中的含量分界点的设置，恰当的保证了最终产生的还原铁球团具有足够的品质，即具有足够的含铁量，进而保证其最终换得相应的经济价值；相应的，也避免了在含铁量不足的热解芬顿污泥上浪费过多成本。本发明中含量分界点的设置，恰当的保证了最终产生的还原铁球团具有足够的品质，即具有足够的含铁量，进而保证其最终换得相应的经济价值；相应的，也避免了在含铁量不足的热解芬顿污泥上浪费过多成本。若含量分界点低于这一设定，会造成最终产生的还原铁球团品质不足，若含量分界点高于这一设定，则会造成一些本可以被制成还原铁球的芬顿污泥被制成价格相对较低的高含铁散料，进而造成经济效益的损失。而热解混合油气和焙烧产生的烟气还可以被回收利用，进一步降低了能耗。另一方面，芬顿污泥和废生物炭是市政或工业废水处理产生的两种主要废弃物，由于原料可以就地取材，十分有利于本发明中的方法在市政或工业废水处理场所就地实施。

下面结合具有具体设定的实施例进一步说明本发明的技术效果。

实施例一

芬顿污泥送入卧螺离心机进行泥水分离，卧螺离心机离心处理得到污泥通过螺旋输送机送入立式旋转污泥热解炉，在400-450℃温度条件下绝氧热解，热解时间为3h，热解混合油气通入热风炉燃烧，得到的高温烟气与空气换热得到的热风用于芬顿污泥和废生物炭的高温焙烧。热解处理结束后，立即取样检验热解后芬顿污泥铁含量，此处含量分界点被设定为35％；经化验，热解后芬顿污泥中全铁含量约为32％，小于35％，因此将此批次热解污泥划分为二类热解芬顿污泥，送入二类热解芬顿污泥储存仓。然后将此污泥与废生物炭分别通过料仓下配料计量和输送设备，送入混合机混合均匀，混合均匀后物料中碳和全铁的质量比为约0.5:1。混匀后的混合料通过螺旋输送机或胶带机送入回转窑内，在约1250-1300℃条件下高温焙烧，焙烧时间为100-120min。高温焙烧结束后物料排出，水淬冷却后，送入磁选区域进行磁选，磁选得到的铁精矿外售，尾渣作为建材或固废处置。回转窑排出的高温烟气经余热锅炉回收余热后用于芬顿污泥或废生物炭的干燥。

实施例二

芬顿污泥送入卧螺离心机进行泥水分离，卧螺离心机离心处理得到污泥通过螺旋输送机送入立式旋转污泥热解炉，在800-850℃温度条件下绝氧热解，热解时间为1h热解混合油气通入热风炉燃烧，得到的高温烟气经余热锅炉回收热量后，送入芬顿污泥和废生物炭干燥设备用作干燥热源。热解处理结束后，立即取样检验热解后芬顿污泥中全铁含量约为48.77％，此处含量分界点被设定为40％，因此该批次的热解污泥划分为一类热解芬顿污泥，送入一类热解芬顿污泥储存仓。然后将此污泥与废生物炭分别通过料仓下配料计量和输送设备，送入混合机混合均匀，混合均匀后物料中碳和全铁的质量比为约0.36：1。混匀后的混合料送至造球机，制成粒径为8mm-16mm球状物料，球状物料经干燥处理后，通过胶带机送入转底炉内，在1200-1250℃条件下高温焙烧，焙烧时间为30-60min。高温焙烧结束后物料排出，冷却后，作为含铁球团外售给炼铁厂，作为优质炼铁原料。回转窑排出的高温烟气经空冷器回收余热后，通过布袋除尘收集除尘灰。除尘处理后温度为160-200℃的低温烟气通过引风机送至块状物料干燥系统，作为块状物料烘干的热源。

实施例三

芬顿污泥通过污泥泵或者罐车运送至处置区后，送入卧螺离心机进行泥水分离，卧螺离心机离心处理得到污泥通过螺旋输送机送入立式旋转污泥热解炉，在600-650℃温度条件下绝氧热解，热解时间为3h，热解混合油气通入热风炉燃烧，得到的高温烟气经余热锅炉回收热量后，送入芬顿污泥和废生物炭干燥设备用作干燥热源。热解处理结束后，立即取样检验热解后芬顿污泥成分，热解后芬顿污泥中的主要成分及含量基本如表1所示，全铁含量约为56.17％，此处含量分界点被设定为45％，则此热解污泥划分为一类热解芬顿污泥，送入一类热解芬顿污泥储存仓。然后将此污泥与废生物炭分别通过料仓下配料计量和输送设备，送入混合机混合均匀，混合均匀后物料中碳和全铁的质量比为约0.45：1：。混匀后的混合料送至压球机压制成20mm×15mm×16mm的块状物料，块状物料经干燥处理后，通过胶带机送入回转窑内，在1000-1050℃条件下高温焙烧，焙烧时间为25-30min。高温焙烧结束后物料排出，冷却后，作为含铁球团外售给炼铁厂，作为优质炼铁原料。回转窑排出的高温烟气经空冷器回收余热后，通过布袋除尘收集除尘灰，除尘处理后温度为160-200℃的低温烟气通过引风机送至球状物料干燥系统，作为块状物料烘干的热源。

表1热解后芬顿污泥主要成分

实施例四

芬顿污泥通过污泥泵或者罐车运送至处置区后，送入卧螺离心机进行泥水分离，卧螺离心机离心处理得到污泥通过螺旋输送机送入旋转污泥热解炉，在500-550℃温度条件下绝氧热解，热解时间为3.5h，热解混合油气利用空冷器回收热量后，油气分离获得热解油和热解气，热解油收集存放，热解气通入热风炉燃烧，得到的高温烟气与空气换热得到的热风用于芬顿污泥和废生物炭的高温焙烧。热解处理结束后，立即取样检验热解后芬顿污泥铁含量，此处全铁含量分界点被设定为35％，热解后芬顿污泥中全铁含量约为26.9％，小于35％，因此将此批次热解污泥划分为二类热解芬顿污泥，送入二类热解芬顿污泥储存仓，然后将此污泥与废生物炭分别通过料仓下配料计量和输送设备，送入混合机混合均匀，混合均匀后物料中碳和全铁的质量比为约0.2:1。混匀后的混合料通过螺旋输送机或胶带机送入回转窑内，在约1000-1200℃条件下高温焙烧，焙烧时间为100-120min。高温焙烧结束后物料排出，水淬冷却后，送入磁选区域进行磁选，磁选得到的铁精矿外售，尾渣作为建材或固废处置。回转窑排出的高温烟气经余热锅炉回收余热后用于芬顿污泥或废生物炭的干燥。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处理方法，其特征在于，包括：

将芬顿污泥在绝氧条件下热解处理，得到热解后的芬顿污泥；

根据热解后芬顿污泥中的全铁含量，将热解后芬顿污泥分为全铁含量大于含量分界点的一类热解芬顿污泥和全铁含量小于含量分界点的二类热解芬顿污泥；

所述含量分界点的取值范围为全铁质量分数35-45％；

一类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀后制成团块，二类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀得到混合散料；

将所述团块或混合散料在足以使有机物完全分解且其他金属挥发进入烟气，但不足以使铁挥发的温度下，进行高温焙烧，得到相应的还原铁块或焙烧后的混合散料；

对焙烧后的混合散料进行磁选得到还原铁粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，对每一次批次的热解后的芬顿污泥单独检验其全铁含量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，将热解过程中产生的热解混合油气用作热源或能源。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在热解芬顿污泥与废生物碳混合前对废生物炭和热解后芬顿污泥进行烘干处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的芬顿污泥热解处理温度为500-850℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热解后的污泥和废生物碳的混合物中，碳和全铁的质量比为0.2～0.5:1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高温焙烧温度为1000-1300℃。

8.一种芬顿污泥与废生物炭协同资源化处置系统，用于实施如权利要求1-7中任一所述的方法，包括：

热解设备，用于对脱水后的芬顿污泥实施绝氧热解；

检验工位，用于检验热解芬顿污泥的全铁含量；

混合设备，用于将一类/二类热解芬顿污泥与废生物碳均匀混合；

成型设备，用于一类热解芬顿污泥与废生物碳的均匀混合物制成团块；

焙烧设备，用于高温焙烧一类热解芬顿污泥与废生物碳的均匀混合物制成的团块和/或二类热解芬顿污泥与废生物碳混合均匀得到的混合散料；

磁选设备，用于从焙烧得到的混合散料中磁选出还原铁粉。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括干燥设备，用于对废生物炭和/或热解后的芬顿污泥进行干燥。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括脱水设备，用于对芬顿污泥进行脱水处理。

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