CN114573362B - 一种市政污泥绿色节能资源化制砖工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，涉及建筑材料制造技术领域，包括S1、污泥调理：向污泥中添加功能纤维RPFA和絮凝剂；调理时间10‑120min；S2、原材料处理：将煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土、页岩进行粉碎，控制细度在1‑3mm；S3、物料混合：步骤S1及S2所得混合并搅拌均匀；S4、制坯：对步骤S3所得混合物进行陈化；S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。本发明在污泥调理过程中添加功能纤维RPFA短纤充当污泥骨架材料、中和电荷作用，同时起到抑菌、除臭、固化重金属作用，极大改善污泥存储、运输、操作过程环境。

Description

一种市政污泥绿色节能资源化制砖工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料制造技术领域，尤其涉及一种市政污泥绿色节能资源化制砖工艺。
背景技术
随着全球经济发展和人口增长，污水处理成为全球面临的重大问题。包括中国在内的世界各国都在不断建设城市污水处理厂来满足不断增加的污水处理需求。截至2019年底，我国城市污水处理厂处理能力1.77亿立方米/日，污水处理厂产生的污泥数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右(以含固率97％计)。由于城市污水厂污水处理率提高，污泥产生量随之增加，产生的干污泥约1232万吨，而且还在逐年递增，预计2025年我国污泥产量将突破1800万吨。在污水处理过程中，大量的有毒有害物质被颗粒物吸附而富集浓缩到污泥中，污泥体积庞大，污泥有机物含量高并且含有大量致病微生物、重金属及持久性有机污染物等有毒有害物质，若不加以妥善处理处置，任意堆放，将会对生态环境造成二次污染，严重的危害动、植物及人类的健康。我国先后颁布了城镇污水处理厂污泥处理处置的一系列国家和行业标准，明确了污泥处理处置“减量化、稳定化、无害化、资源化”的指导原则，使得长期以来“重水轻泥”的环境治理格局逐步扭转向“泥水并重”，污泥的处理处置将进入快速发展期。我国生态环境治理的任务艰巨，污水处理和污泥处置形式紧迫，现有的卫生填埋、土地利用、焚烧处置技术，存在不符合我国国情、占用大量土地、农业利用占比小、后期管理复杂、二次污染风险、资源化率低等缺点。污泥建材利用是污泥资源化率较高的一种处置技术，污泥作为替代品或添加物制做建材可起到废物利用的效果，达到污泥减量化、无害化、稳定化。我国城镇化、乡村振兴规划的提出，在基础设施建设对建材需求量巨大。资源化利用固废进行墙材革新和工艺技术改进将对我国现代化建设具有重要意义，具有重要经济效益、社会效益和环境效益。
污泥制砖过程存在污泥堆放环境差、污泥干化产生恶臭气体(需要收集气体和处理)、制砖能耗高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高制砖能量利用效率和降低空气消耗量的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，包括如下步骤，
S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂并进行带式过滤，所述污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂；所述功能纤维RPFA添加量为污泥绝干重量0-10％，所述絮凝剂为50-100ppm，调理时间10-120min；
S2、原材料处理：将煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土、页岩进行粉碎，控制细度在1-3mm；
S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土和/或页岩粉碎料送入混合罐，并搅拌均匀；
S4、制坯：对步骤S3所得混合物进行陈化，二次搅拌后制坯、晾晒；
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。
进一步地，步骤S1中所述功能纤维RPFA的制备方法，包括如下步骤，
S10、配制改性剂，将聚丙烯腈纤维装入功能纤维制备设备的料笼，改性剂与聚丙烯腈纤维浴比为15：1-30:1，反应温度90-120摄氏度，反应时间2-6h，内流和外流周期为3min-30min，压力为0.00MPa-0.45MPa；
其中，改性剂为0.1-1.5M盐酸胍、二甲双胍、氨水、氢氧化钠一种或几种，聚丙烯腈纤维为1.66-6dex，纤长20-50mm；
S20、配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1-30:1进行活化处理，活化剂浓度100-1000mg/L；其中，温度15-60℃，活化1-24h，内流和外流周期为3-30min，压力0.00MPa-0.45MPa；活化剂为氯化铜、氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水、四氯化钛的一种或几种；
S30、配制强化剂，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为0-1：10-30：0-30混合进行强化处理；其中，温度90-130℃，时间4-24h，内流和外流周期为3min-30min，压力0.00MPa-0.45MPa；强化剂为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、氯代亚氨基二乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷、氯代乙二醇、1,6二溴己烷一种或几种。
进一步地，所述功能纤维制备设备包括反应釜、设置在反应釜内部的中心布液管、设置在中心布液管外围的料笼，所述中心布液管侧壁开设与料笼连通的第一通孔，所述料笼侧壁开设有第二通孔；
所述反应釜的外部连接有加料泵、料液储槽及反应泵，所述反应泵通过管道连接在中心布液管下部的反应釜上且与中心布液管连通，所述加料泵与所述管道及料液储槽连通。
进一步地，步骤S1所述絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾中一种或几种。
进一步地，步骤S3所述物料混合重量比例为，
污泥：煤矸石：铝土矿尾矿或建筑废渣土或页岩为0-10：40-70：0-30，混合后物料水分控制在6-9％。
进一步地，步骤S4中陈化时间48-72h，控制翻库2-3次，二次搅拌水分含量控制在11-13％。
进一步地，还包括步骤S6、尾气处理；包括如下步骤，
S61、对干燥后产生的尾气用双碱法脱硫；
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
进一步地，步骤S61中双碱法烟气脱硫，pH≥9，液气比2-5L/m3；
步骤S62中清水喷淋降温，液气比2-5L/m3。
进一步地，步骤S5所述干燥窑为三段式分段干燥，其中，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥温度100-130℃，第三段干燥温度160-190℃；
所述隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24-50h；冷却段温度60-200℃。
进一步地，步骤S5中干燥及焙烧还包括调整隧道窑风量比，具体为
干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40-70％：40-70％：20-40％：20-40％。
本发明市政污泥绿色节能资源化制砖工艺的有益效果在于，本工艺将污泥调理过程中添加功能纤维RPFA短纤充当污泥骨架材料、中和电荷作用，该功能纤维可同时起到抑菌、除臭、固化重金属作用，极大改善污泥存储、运输、操作过程环境。
此外，本工艺可资源化处置污泥、煤矸石、铝土矿尾矿、建筑渣土等一般固废，充分有效利用污泥有机质热能、有机质燃烧致孔作用和污泥水分，变废为宝，节约污泥填埋处置土地。
在烧制砖的过程中，充分利用隧道窑余热，烟气脱硫后循环使用，空气消耗远小于常规工艺。制备烧结砖材料抗压强度、吸水率达到产品标准，无重金属溶出，尾气达标排放，可作为一种合格环保烧结墙体材料。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例市政污泥绿色节能资源化制砖工艺的流程框图；
图2是本发明实施例尾气处理的流程框图；
图3是本发明实施例功能纤维RPFA制备方法的流程框图；
图4是本发明实施例功能纤维制备设备的结构示意图；
图5是本发明实施例干燥窑及隧道窑结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1-5所示，该市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，包括如下步骤，步骤S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂，即向污泥调理池中添加，污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂。本实施例中，絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，当然，在其他一些实施例中，该絮凝剂还可为聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾，或者为以上聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾中的几种。本实施例中，按照50ppm加入聚丙烯酰胺(PAM)，功能纤维RPFA按照绝干污泥量3.0％添加，调理时间控制在30min，之后用泵将调理池污泥在带滤机布料，得到滤饼含水率75-85％，有机质含量55-60％的中间品。
步骤S2、原材料处理：该步骤中将煤矸石、页岩进行粉碎，控制细度在2.5mm，之后进行步骤S3。当然，在其他一些实施例中，原材料还可为铝土矿尾矿或建筑废渣土，其粉碎控制细度与煤矸石、页岩的粉碎细度相同，粉碎后执行步骤S3。
步骤S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得粉碎后煤矸石及页岩粉碎料送入搅拌罐并搅拌均匀。物料混合重量比例为，污泥：煤矸石：页岩的重量比为2:70:28，混合物料水分控制在6％。本实施例中，污泥经螺旋输送机送入单轴搅拌机，煤矸石、铝土矿尾矿粉碎料经皮带输送机送入单轴搅拌机，转速控制在500r/min。
步骤S4、制坯：对步骤S3所得混合料由传送带和布料皮带送至陈化仓指定位置，进行陈化。陈化72h，翻库3次，之后以斗式挖掘机刮料至传送带，二次搅拌混合，并适当补水，含水率控制为10％，之后真空挤条和切坯，以自动码坯机按照预设定数量块在窑车上码垛，室温放置24h。
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。参阅图5，该干燥窑为三段式分段干燥，窑车由牵引装置进入干燥窑第一段、第二段及第三段，控制干燥窑一段、第二段及第三段段温度分别为90℃、120℃、180℃，停留时间36h。
隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度控制为200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24h；冷却段温度控制60-200℃。本实施例中，隧道窑烧结段停留24h，温度1000℃；窑车进入冷却段，待温度降至最低后牵引入成品区。
该干燥窑为三级分段干燥，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥窑温度100-130℃，其中，干燥烟气来自隧道窑冷却段首部，烟气从第二段干燥窑尾进入，与装满砖坯窑车逆向接触后从干燥窑头串联进入第一段干燥窑尾部，贯穿第一段干燥窑从窑头循环流入隧道窑冷却段尾部作为冷却气；第三段干燥温度160-190℃，热量来自于隧道窑预热段尾部烟气，烟气经第三段干燥窑尾部，与装满砖坯窑车逆向接触后脱硫达标处理后一部分排放，另一部分循环回用入隧道窑冷却段尾部作为冷却气。
在制砖过程中，为取得较佳产品，应合理控制风量比，其中，干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40％：40％：20％：20％。
还包括对干燥窑的废气做排放前的处理，包括S61、对干燥后产生尾气用双碱法脱硫；该步骤中双碱法烟气脱硫，pH＝12，液气比3L/m3。
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温，控制液气比2.5L/m3；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
本实施例中，净化尾气循环和隧道窑余热利用，空气耗量10×104m3/50万标砖、氧含量(17.9-18.1％)，低于常规窑工艺(空气消耗量10×104m3/10万和氧含量18.9％)。
该功能纤维RPFA的制备包括改性、活化及强化三个步骤。其中，执行改性的步骤为S10，包括将聚丙烯腈纤维(1.66-6dex，纤长20-50mm)装入功能纤维制备设备的料笼，改性剂为0.1M盐酸胍和0.05M氢氧化钠，反应温度90℃，反应时间4h，内流和外流周期为30min，浴比(改性剂溶剂：聚丙烯腈纤维(纤维原料))为15：1，压力0.01MPa。当然，在其他一些实施例中，该改性剂还可为二甲双胍、氨水或氢氧化钠，或者盐酸胍、二甲双胍及氨水中的两者及以上。
执行活化的步骤为S20，配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1进行活化处理；其中，温度95℃，活化1h，内流和外流周期为30min，压力0MPa。其中，活化剂为100mg/L浓度的氯化铜，当然，其他一些实施例中，活化剂还可为氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水或四氯化钛，或者为以上的两者或以上。
执行强化的步骤为S30，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为0-1：10-30：0-30混合进行强化处理；其中，温度90℃，时间4h，内流和外流周期为30min，压力0.01MPa；其中，强化剂为氯代亚氨基二乙酸及1,6二溴己烷，其水溶液浓度为10％，当然，在其他一些实施例中，强化剂还可为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷或氯代乙二醇，或者为以上的两者或以上。
参阅图4，该功能纤维制备设备为筒式密闭反应装置，该包括反应釜、中心布液管、料笼、反应泵、加料泵、料液储槽、管道、输出管及PLC模块。
中心布液管可拆卸连接在反应釜内，料笼罩设在中心布液管外侧，中心布液管管壁上开设有第一通孔，料笼上开设有第二通孔，该通孔的开设使得中心布液管、料笼、反应釜实现相互连通。
该反应泵通过管道与反应釜连接，连接部分位于中心布液管的下方，管道上还连接有加料泵及料液储槽，反应泵及加料泵与PLC模块电连接实现加料泵及反应泵的自动控制。当料笼中放置聚丙烯腈纤维，通过控制反应泵的正反转，实现中心布液管周期性内流和外流进行物料传质，如设定一时间周期，该时间周期包括控制反应泵的转动方向，通过反应泵的正常转动实现流体从中心布液管到反应釜中，达到一定时间后，通过控制反应泵反向转动实现反应釜内流体进入中心布液管，反复多次即可实现功能纤维的制作，该能纤维制备设备利用反应泵控制中心布液管周期性内流和外流进行物料传质。
此外，为控制反应温度及满足冷却需求，该反应釜的外部套设有夹套，夹套为中空设置，夹套上连接有蒸汽和冷却水管道，当需要一定温度条件时，通过加入蒸汽实现加热，在需要对反应釜进行冷却时，通入冷却水进行冷却。该能纤维制备设备溶剂进料、反应、冷却、洗涤均通过泵、输出阀、输出管路、控制柜(PLC)完成，达到自动化操作。制备RPFA纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率≥99％，对氨气、硫化氢具有吸附容量分别为120mg/g和30mg/g。
实施例2
如图1-4所示，该市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，包括如下步骤，步骤S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂，即向污泥调理池中添加，污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂。本实施例中，絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，当然，在其他一些实施例中，该絮凝剂还可为聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾，或者为以上聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾中的几种。本实施例中，按照50ppm加入聚丙烯酰胺(PAM)，功能纤维RPFA按照绝干污泥量3.0％添加，调理时间控制在30min，之后用泵将调理池污泥在带滤机布料，得到滤饼含水率75-85％，有机质含量55-60％的中间品。
步骤S2、原材料处理：该步骤中将煤矸石、铝土矿尾矿及建筑废渣土进行粉碎，控制细度在2.5mm，之后进行步骤S3。当然，在其他一些实施例中，原材料还可为页岩，其粉碎控制细度与煤矸石、页岩的粉碎细度相同，粉碎后执行步骤S3。
步骤S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得粉碎后煤矸石铝土矿尾矿及建筑废渣土粉碎料送入搅拌罐并搅拌均匀。物料混合重量比例为，污泥：煤矸石：铝土矿尾矿及建筑废渣土的重量比为5:70:25，混合物料水分控制在6％。本实施例中，污泥经螺旋输送机送入单轴搅拌机，煤矸石、铝土矿尾矿及建筑废渣土粉碎料经皮带输送机送入单轴搅拌机，转速控制在500r/min。
步骤S4、制坯：对步骤S3所得混合料由传送带和布料皮带送至陈化仓指定位置，进行陈化。陈化72h，翻库3次，之后以斗式挖掘机刮料至传送带，二次搅拌混合，并适当补水，含水率控制为10％，之后真空挤条和切坯，以自动码坯机按照预设定数量块在窑车上码垛，室温放置24h。
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。参阅图5，该干燥窑为三段式分段干燥，窑车由牵引装置进入干燥窑第一段、第二段及第三段，控制干燥窑一段、第二段及第三段段温度分别为90℃、120℃、180℃，停留时间36h。
隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度控制为200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24h；冷却段温度控制60-200℃。本实施例中，隧道窑烧结段停留24h，温度1000℃；窑车进入冷却段，待温度降至最低后牵引入成品区。
该干燥窑为三级分段干燥，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥窑温度100-130℃，其中，干燥烟气来自隧道窑冷却段首部，烟气从第二段干燥窑尾进入，与装满砖坯窑车逆向接触后从干燥窑头串联进入第一段干燥窑尾部，贯穿第一段干燥窑从窑头循环流入隧道窑冷却段尾部作为冷却气；第三段干燥温度160-190℃，热量来自于隧道窑预热段尾部烟气，烟气经第三段干燥窑尾部，与装满砖坯窑车逆向接触后脱硫达标处理后一部分排放，另一部分循环回用入隧道窑冷却段尾部作为冷却气。
在制砖过程中，为取得较佳产品，应合理控制风量比，其中，干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40％：40％：20％：20％。
还包括对干燥窑的废气做排放前的处理，包括S61、对干燥后产生尾气用双碱法脱硫；该步骤中双碱法烟气脱硫，pH＝12，液气比3L/m3。
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温，控制液气比2.5L/m3；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
本实施例中，净化尾气循环和隧道窑余热利用，空气耗量10×104m3/50万标砖、氧含量(17.9-18.1％)，低于常规窑工艺(空气消耗量10×104m3/10万和氧含量18.9％)。
该功能纤维RPFA的制备包括改性、活化及强化三个步骤。其中，执行改性的步骤为S10，包括将聚丙烯腈纤维(1.66-6dex，纤长20-50mm)装入料笼，改性剂为0.1M盐酸胍和0.05M氢氧化钠，反应温度90℃，反应时间4h，内流和外流周期为30min，浴比(改性剂溶剂：聚丙烯腈纤维(纤维原料))为15：1，压力0.01MPa。当然，在其他一些实施例中，该改性剂还可为二甲双胍、氨水或氢氧化钠，或者盐酸胍、二甲双胍及氨水中的两者及以上。
执行活化的步骤为S20，配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1进行活化处理；其中，温度95℃，活化1h，内流和外流周期为30min，压力0MPa。其中，活化剂为100mg/L浓度的氯化铜，当然，其他一些实施例中，活化剂还可为氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水或四氯化钛，或者为以上的两者或以上。
执行强化的步骤为S30，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为0-1：10-30：0-30混合进行强化处理；其中，温度90℃，时间4h，内流和外流周期为30min，压力0.01MPa；其中，强化剂为氯代亚氨基二乙酸及1,6二溴己烷，其水溶液浓度为10％，当然，在其他一些实施例中，强化剂还可为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷或氯代乙二醇，或者为以上的两者或以上。
参阅图4，该功能纤维制备设备为筒式密闭反应装置，该包括反应釜、中心布液管、料笼、反应泵、加料泵、料液储槽、管道、输出管及PLC模块。
中心布液管可拆卸连接在反应釜内，料笼罩设在中心布液管外侧，中心布液管管壁上开设有第一通孔，料笼上开设有第二通孔，该通孔的开设使得中心布液管、料笼、反应釜实现相互连通。
该反应泵通过管道与反应釜连接，连接部分位于中心布液管的下方，管道上还连接有加料泵及料液储槽，反应泵及加料泵与PLC模块电连接实现加料泵及反应泵的自动控制。当料笼中放置聚丙烯腈纤维，通过控制反应泵的正反转，实现中心布液管周期性内流和外流进行物料传质，如设定一时间周期，该时间周期包括控制反应泵的转动方向，通过反应泵的正常转动实现流体从中心布液管到反应釜中，达到一定时间后，通过控制反应泵反向转动实现反应釜内流体进入中心布液管，反复多次即可实现功能纤维的制作，该能纤维制备设备利用反应泵控制中心布液管周期性内流和外流进行物料传质。
此外，为控制反应温度及满足冷却需求，该反应釜的外部套设有夹套，夹套为中空设置，夹套上连接有蒸汽和冷却水管道，当需要一定温度条件时，通过加入蒸汽实现加热，在需要对反应釜进行冷却时，通入冷却水进行冷却。该能纤维制备设备溶剂进料、反应、冷却、洗涤均通过泵、输出阀、输出管路、控制柜(PLC)完成，达到自动化操作。制备RPFA纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率≥99％，对氨气、硫化氢具有吸附容量分别为120mg/g和30mg/g。
实施例3
如图1-4所示，该市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，包括如下步骤，步骤S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂，即向污泥调理池中添加，污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂。本实施例中，絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，当然，在其他一些实施例中，该絮凝剂还可为聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾，或者为以上聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾中的几种。本实施例中，按照50ppm加入聚丙烯酰胺(PAM)，功能纤维RPFA按照绝干污泥量3.0％添加，调理时间控制在30min，之后用泵将调理池污泥在带滤机布料，得到滤饼含水率75-85％，有机质含量55-60％的中间品。
步骤S2、原材料处理：该步骤中将煤矸石、铝土矿尾矿及建筑废渣土进行粉碎，控制细度在2.5mm，之后进行步骤S3。当然，在其他一些实施例中，原材料还可为页岩，其粉碎控制细度与煤矸石、页岩的粉碎细度相同，粉碎后执行步骤S3。
步骤S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得粉碎后煤矸石、铝土矿尾矿粉碎料送入搅拌罐并搅拌均匀。物料混合重量比例为，污泥：煤矸石：铝土矿尾矿的重量比为7:70:23，混合物料水分控制在6％。本实施例中，污泥经螺旋输送机送入单轴搅拌机，煤矸石、铝土矿尾矿粉碎料经皮带输送机送入单轴搅拌机，转速控制在500r/min。
步骤S4、制坯：对步骤S3所得混合料由传送带和布料皮带送至陈化仓指定位置，进行陈化。陈化72h，翻库3次，之后以斗式挖掘机刮料至传送带，二次搅拌混合，并适当补水，含水率控制为10％，之后真空挤条和切坯，以自动码坯机按照预设定数量块在窑车上码垛，室温放置24h。
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。参阅图5，该干燥窑为三段式分段干燥，窑车由牵引装置进入干燥窑第一段、第二段及第三段，控制干燥窑一段、第二段及第三段段温度分别为90℃、120℃、180℃，停留时间36h。
隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度控制为200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24h；冷却段温度控制60-200℃。本实施例中，隧道窑烧结段停留24h，温度1000℃；窑车进入冷却段，待温度降至最低后牵引入成品区。
该干燥窑为三级分段干燥，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥窑温度100-130℃，其中，干燥烟气来自隧道窑冷却段首部，烟气从第二段干燥窑尾进入，与装满砖坯窑车逆向接触后从干燥窑头串联进入第一段干燥窑尾部，贯穿第一段干燥窑从窑头循环流入隧道窑冷却段尾部作为冷却气；第三段干燥温度160-190℃，热量来自于隧道窑预热段尾部烟气，烟气经第三段干燥窑尾部，与装满砖坯窑车逆向接触后脱硫达标处理后一部分排放，另一部分循环回用入隧道窑冷却段尾部作为冷却气。
在制砖过程中，为取得较佳产品，应合理控制风量比，其中，干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40％：40％：20％：20％。
还包括对干燥窑的废气做排放前的处理，包括S61、对干燥后产生尾气用双碱法脱硫；该步骤中双碱法烟气脱硫，pH＝12，液气比3L/m3。
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温，控制液气比2.5L/m3；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
本实施例中，净化尾气循环和隧道窑余热利用，空气耗量10×104m3/50万标砖、氧含量(17.9-18.1％)，低于常规窑工艺(空气消耗量10×104m3/10万和氧含量18.9％)。
该功能纤维RPFA的制备包括改性、活化及强化三个步骤。其中，执行改性的步骤为S10，包括将聚丙烯腈纤维(1.66-6dex，纤长20-50mm)装入料笼，改性剂为0.1M盐酸胍和0.05M氢氧化钠，反应温度90℃，反应时间4h，内流和外流周期为30min，浴比(改性剂溶剂：聚丙烯腈纤维(纤维原料))为15：1，压力0.01MPa。当然，在其他一些实施例中，该改性剂还可为二甲双胍、氨水或氢氧化钠，或者盐酸胍、二甲双胍及氨水中的两者及以上。
执行活化的步骤为S20，配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1进行活化处理；其中，温度95℃，活化1h，内流和外流周期为30min，压力0MPa。其中，活化剂为100mg/L浓度的氯化铜，当然，其他一些实施例中，活化剂还可为氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水或四氯化钛，或者为以上的两者或以上。
执行强化的步骤为S30，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为0-1：10-30：0-30混合进行强化处理；其中，温度90℃，时间4h，内流和外流周期为30min，压力0.01MPa；其中，强化剂为氯代亚氨基二乙酸及1,6二溴己烷，其水溶液浓度为10％，当然，在其他一些实施例中，强化剂还可为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷或氯代乙二醇，或者为以上的两者或以上。
参阅图4，该功能纤维制备设备为筒式密闭反应装置，该包括反应釜、中心布液管、料笼、反应泵、加料泵、料液储槽、管道、输出管及PLC模块。
中心布液管可拆卸连接在反应釜内，料笼罩设在中心布液管外侧，中心布液管管壁上开设有第一通孔，料笼上开设有第二通孔，该通孔的开设使得中心布液管、料笼、反应釜实现相互连通。
该反应泵通过管道与反应釜连接，连接部分位于中心布液管的下方，管道上还连接有加料泵及料液储槽，反应泵及加料泵与PLC模块电连接实现加料泵及反应泵的自动控制。当料笼中放置聚丙烯腈纤维，通过控制反应泵的正反转，实现中心布液管周期性内流和外流进行物料传质，如设定一时间周期，该时间周期包括控制反应泵的转动方向，通过反应泵的正常转动实现流体从中心布液管到反应釜中，达到一定时间后，通过控制反应泵反向转动实现反应釜内流体进入中心布液管，反复多次即可实现功能纤维的制作，该能纤维制备设备利用反应泵控制中心布液管周期性内流和外流进行物料传质。
此外，为控制反应温度及满足冷却需求，该反应釜的外部套设有夹套，夹套为中空设置，夹套上连接有蒸汽和冷却水管道，当需要一定温度条件时，通过加入蒸汽实现加热，在需要对反应釜进行冷却时，通入冷却水进行冷却。该能纤维制备设备溶剂进料、反应、冷却、洗涤均通过泵、输出阀、输出管路、控制柜(PLC)完成，达到自动化操作。制备RPFA纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率≥99％，对氨气、硫化氢具有吸附容量分别为120mg/g和30mg/g。
实施例4
如图1-4所示，该市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，包括如下步骤，步骤S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂，即向污泥调理池中添加，污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂。本实施例中，絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，当然，在其他一些实施例中，该絮凝剂还可为聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾，或者为以上聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁或硫酸铝钾中的几种。本实施例中，按照50ppm加入聚丙烯酰胺(PAM)，功能纤维RPFA按照绝干污泥量3.0％添加，调理时间控制在30min，之后用泵将调理池污泥在带滤机布料，得到滤饼含水率75-85％，有机质含量55-60％的中间品。
步骤S2、原材料处理：该步骤中将煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土及页岩进行粉碎，控制细度在2.5mm，之后进行步骤S3。当然，在其他一些实施例中，原材料还可为页岩，其粉碎控制细度与煤矸石、页岩的粉碎细度相同，粉碎后执行步骤S3。
步骤S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得粉碎后煤矸石铝土矿尾矿及建筑废渣土粉碎料送入搅拌罐并搅拌均匀。物料混合重量比例为，污泥：煤矸石：铝土矿尾矿、建筑废渣土及页岩的重量比为9:70:21，混合物料水分控制在6％。本实施例中，污泥经螺旋输送机送入单轴搅拌机，煤矸石、铝土矿尾矿粉碎料经皮带输送机送入单轴搅拌机，转速控制在500r/min。
步骤S4、制坯：对步骤S3所得混合料由传送带和布料皮带送至陈化仓指定位置，进行陈化。陈化72h，翻库3次，之后以斗式挖掘机刮料至传送带，二次搅拌混合，并适当补水，含水率控制为10％，之后真空挤条和切坯，以自动码坯机按照预设定数量块在窑车上码垛，室温放置24h。
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品。参阅图5，该干燥窑为三段式分段干燥，窑车由牵引装置进入干燥窑第一段、第二段及第三段，控制干燥窑一段、第二段及第三段段温度分别为90℃、120℃、180℃，停留时间36h。
隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度控制为200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24h；冷却段温度控制60-200℃。本实施例中，隧道窑烧结段停留24h，温度1000℃；窑车进入冷却段，待温度降至最低后牵引入成品区。
该干燥窑为三级分段干燥，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥窑温度100-130℃，其中，干燥烟气来自隧道窑冷却段首部，烟气从第二段干燥窑尾进入，与装满砖坯窑车逆向接触后从干燥窑头串联进入第一段干燥窑尾部，贯穿第一段干燥窑从窑头循环流入隧道窑冷却段尾部作为冷却气；第三段干燥温度160-190℃，热量来自于隧道窑预热段尾部烟气，烟气经第三段干燥窑尾部，与装满砖坯窑车逆向接触后脱硫达标处理后一部分排放，另一部分循环回用入隧道窑冷却段尾部作为冷却气。
在制砖过程中，为取得较佳产品，应合理控制风量比，其中，干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40％：40％：20％：20％。
还包括对干燥窑的废气做排放前的处理，包括S61、对干燥后产生尾气用双碱法脱硫；该步骤中双碱法烟气脱硫，pH＝12，液气比3L/m3。
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温，控制液气比2.5L/m3；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
本实施例中，净化尾气循环和隧道窑余热利用，空气耗量10×104m3/50万标砖、氧含量(17.9-18.1％)，低于常规窑工艺(空气消耗量10×104m3/10万和氧含量18.9％)。
该功能纤维RPFA的制备包括改性、活化及强化三个步骤。其中，执行改性的步骤为S10，包括将聚丙烯腈纤维(1.66-6dex，纤长20-50mm)装入料笼，改性剂为0.1M盐酸胍和0.05M氢氧化钠，反应温度90℃，反应时间4h，内流和外流周期为30min，浴比(改性剂溶剂：聚丙烯腈纤维(纤维原料))为15：1，压力0.01MPa。当然，在其他一些实施例中，该改性剂还可为二甲双胍、氨水或氢氧化钠，或者盐酸胍、二甲双胍及氨水中的两者及以上。
执行活化的步骤为S20，配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1进行活化处理；其中，温度95℃，活化1h，内流和外流周期为30min，压力0MPa。其中，活化剂为100mg/L浓度的氯化铜，当然，其他一些实施例中，活化剂还可为氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水或四氯化钛，或者为以上的两者或以上。
执行强化的步骤为S30，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为0-1：10-30：0-30混合进行强化处理；其中，温度90℃，时间4h，内流和外流周期为30min，压力0.01MPa；其中，强化剂为氯代亚氨基二乙酸及1,6二溴己烷，其水溶液浓度为10％，当然，在其他一些实施例中，强化剂还可为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷或氯代乙二醇，或者为以上的两者或以上。
参阅图4，该功能纤维制备设备为筒式密闭反应装置，该包括反应釜、中心布液管、料笼、反应泵、加料泵、料液储槽、管道、输出管及PLC模块。
中心布液管可拆卸连接在反应釜内，料笼罩设在中心布液管外侧，中心布液管管壁上开设有第一通孔，料笼上开设有第二通孔，该通孔的开设使得中心布液管、料笼、反应釜实现相互连通。
该反应泵通过管道与反应釜连接，连接部分位于中心布液管的下方，管道上还连接有加料泵及料液储槽，反应泵及加料泵与PLC模块电连接实现加料泵及反应泵的自动控制。当料笼中放置聚丙烯腈纤维，通过控制反应泵的正反转，实现中心布液管周期性内流和外流进行物料传质，如设定一时间周期，该时间周期包括控制反应泵的转动方向，通过反应泵的正常转动实现流体从中心布液管到反应釜中，达到一定时间后，通过控制反应泵反向转动实现反应釜内流体进入中心布液管，反复多次即可实现功能纤维的制作，该能纤维制备设备利用反应泵控制中心布液管周期性内流和外流进行物料传质。
此外，为控制反应温度及满足冷却需求，该反应釜的外部套设有夹套，夹套为中空设置，夹套上连接有蒸汽和冷却水管道，当需要一定温度条件时，通过加入蒸汽实现加热，在需要对反应釜进行冷却时，通入冷却水进行冷却。该能纤维制备设备溶剂进料、反应、冷却、洗涤均通过泵、输出阀、输出管路、控制柜(PLC)完成，达到自动化操作。制备RPFA纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率≥99％，对氨气、硫化氢具有吸附容量分别为120mg/g和30mg/g。
结合以上若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明，现针对实施例1-4的实验条件和设定参数对应的具体结果如下：
表1为制砖行业配料热值与本申请工艺比较。配料热值150-250kcal/kg，内掺发热量每上升10kcal/kg原料，以标砖来计算，每生产1万块标砖(2.63kg/块)就要多耗标准煤37.57kg(标准煤发热量7000kcal/kg)，相当于52.60kg原煤(发热量5000kcal/kg)，要多排放二氧化碳92.30kg。
Figure GDA0003620387100000201
Figure GDA0003620387100000211
表1、制砖配料热值对比(单位kcal/kg)
本试验配料收到基低位发热量较常规工艺低86.8-139.2kcal/kg，二氧化碳减排801.16-1284.82kg/1万块标砖。
试验烧结砖性能和重金属溶出性能如下表2、3所示：
Figure GDA0003620387100000212
表2、烧结砖性能
Figure GDA0003620387100000213
表3、烧结砖重金属溶出性能处理后尾气成分如下表4所示：
Figure GDA0003620387100000214
Figure GDA0003620387100000221
表4、制砖尾气处理后成分
本发明功能纤维制备设备为筒式密闭反应装置系统，集泵、蒸汽发生器、加料装置、反应缸体、中心布液管为一体，可实现增压、加热制备条件，通过泵周期性内流和外流进行传质，一改传统釜式搅拌结构(桨式、锚式、框式)，避免纤维缠绕，达到均匀传质。溶剂进料、传质、加压、控温、冷却、洗涤均通过泵、输出阀、输出管路、控制柜(PLC)完成，达到自动化操作。
污泥调理过程中添加功能纤维RPFA短纤充当污泥骨架材料、中和电荷作用，同时起到抑菌、除臭、固化重金属作用，极大改善污泥存储、运输、操作过程环境。
此外，资源化处置污泥、煤矸石、铝土矿尾矿、建筑渣土等一般固废，充分有效利用污泥有机质热能、有机质燃烧致孔作用和污泥水分，变废为宝。节约污泥填埋处置土地。
充分利用隧道窑余热，烟气脱硫后循环使用，空气消耗远小于常规工艺。制备烧结砖材料抗压强度、吸水率达到产品标准，无重金属溶出，尾气达标排放，可作为一种合格环保烧结墙体材料。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，包括如下步骤，
S1、污泥调理：向污泥中添加污泥调理剂并进行带式过滤，所述污泥调理剂包括功能纤维RPFA和絮凝剂；所述功能纤维RPFA添加量为污泥绝干重量3%-10%，所述絮凝剂为50-100ppm，调理时间10-120min；
S2、原材料处理：将煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土、页岩进行粉碎，控制细度在1-3mm；
S3、物料混合：将步骤S1调理后污泥与步骤S2所得煤矸石、铝土矿尾矿、建筑废渣土和/或页岩粉碎料送入混合罐，并搅拌均匀；
S4、制坯：对步骤S3所得混合物进行陈化，二次搅拌后制坯、晾晒；
S5、制砖：利用干燥窑及隧道窑对步骤S4晾晒后的砖坯进行干燥并焙烧，冷却后获得成品，
步骤S1中所述功能纤维RPFA的制备方法，包括如下步骤，
S10、配制改性剂，将聚丙烯腈纤维装入功能纤维制备设备的料笼，改性剂与聚丙烯腈纤维浴比为15：1-30:1，反应温度90-120摄氏度，反应时间2-6h，内流和外流周期为3min-30min，压力为0.00MPa-0.45MPa；
其中，改性剂为0.1-1.5M盐酸胍、二甲双胍、氨水、氢氧化钠一种或几种，聚丙烯腈纤维为1.66-6dex，纤长20-50mm；
S20、配制活化剂，将活化剂与步骤S10所得改性纤维按照浴比15：1-30:1进行活化处理，活化剂浓度100-1000mg/L；其中，温度15-60℃，活化1-24h，内流和外流周期为3-30min，压力0.00MPa-0.45MPa；活化剂为氯化铜、氯化锌、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸铅、双氧水、四氯化钛的一种或几种；
S30、配制强化剂，按照步骤S20所得活化纤维：强化剂：水为1：10-30：30混合进行强化处理；其中，温度90-130℃，时间4-24h，内流和外流周期为3min-30min，压力0.00MPa-0.45MPa；强化剂为丙烯酸、丙烯酸甲酰胺、氯乙酸、氯代亚氨基二乙酸、顺丁烯二酸酐、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸胍、二甲双胍、缩水氯代环丙烷、氯代乙二醇、1,6二溴己烷一种或几种。
2.根据权利要求1所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，所述功能纤维制备设备包括反应釜、设置在反应釜内部的中心布液管、设置在中心布液管外围的料笼，所述中心布液管侧壁开设与料笼连通的第一通孔，所述料笼侧壁开设有第二通孔；
所述反应釜的外部连接有加料泵、料液储槽及反应泵，所述反应泵通过管道连接在中心布液管下部的反应釜上且与中心布液管连通，所述加料泵与所述管道及料液储槽连通。
3.根据权利要求1所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S1所述絮凝剂为聚丙烯酰胺（PAM）、聚合硅酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾中一种或几种。
4.根据权利要求1所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S3所述物料混合重量比例为，
污泥：煤矸石：铝土矿尾矿或建筑废渣土或页岩为2-10：40-70：0-30，混合后物料水分控制在6-9%，所述铝土矿尾矿、建筑废渣土、页岩三者含量不同时为0。
5.根据权利要求1所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S4中陈化时间48-72h，控制翻库2-3次，二次搅拌水分含量控制在11-13%。
6.根据权利要求1所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，还包括步骤S6、尾气处理；包括如下步骤，
S61、对干燥后产生的尾气用双碱法脱硫；
S62、对步骤S61处理后气体利用清水喷淋降温；
S63、对步骤S62处理后气体静电除尘。
7.根据权利要求6所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S61中双碱法烟气脱硫，pH≥9，液气比2-5L/m3；
步骤S62中清水喷淋降温，液气比2-5L/m3。
8.根据权利要求6所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S5所述干燥窑为三段式分段干燥，其中，第一段干燥温度70-90℃，第二段干燥温度100-130℃，第三段干燥温度160-190℃；
所述隧道窑包括预热段、焙烧段、冷却段；所述预热段温度200-600℃；焙烧段温度950-1050℃，焙烧时间24-50h；冷却段温度60-200℃。
9.根据权利要求8所述的市政污泥绿色节能资源化制砖工艺，其特征在于，步骤S5中干燥及焙烧还包括调整隧道窑风量比，具体为干燥一、二段至隧道窑冷却段循环风量：脱硫尾气循环：脱硫尾气外排：补入空气为40-70%：40-70%：20-40%：20-40%。
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