CN116673303B - 一种装修垃圾高热值组分处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种装修垃圾高热值组分处理工艺，通过对于装修垃圾分拣破碎获得的可燃物垃圾颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及铝基颗粒与污泥混合并进行水热反应，水热碳化后提高了混合物的热值，并改进了污泥与可燃物颗粒挤压成型的工艺，显著提高了污泥与可燃物混合后的成型强度，保证了高热值。
Description
技术领域
本发明属于环保领域，具体为一种装修垃圾高热值组分处理工艺。
背景技术
装修垃圾的回收利用随着环保问题的日趋严峻下，愈发引起人们的重视，现有技术中，通常将装修垃圾分拣后分类进行处理，通过分拣破碎，能够获得含高热值组分的可燃物材料以及废旧金属、砂石、石灰类等分类材料，现有的处理工艺较为单一，针对每类材料单独进行处理和研究较多，例如废旧金属重熔回收、砂石类破碎作为回收骨料、可燃物材料经挤压成型获得垃圾衍生燃料等。对于各类材料之间的综合利用以及不同垃圾间的协同处理，仍缺乏深入研究，现有的协同处理工艺中，例如将生活垃圾与污泥混合后添加改性剂辅助成型，制成燃料棒，或直接将污泥水热处理后作为燃料，但现有的处理方式难以将可装修垃圾中分离出的可燃物材料与污泥很好的综合利用，理由如下：污泥中含水率较高，即使经深度脱水，污泥仍存在热值低和含有胞内水难以脱除的问题，而将污泥水热处理后虽然可以提高污泥的热值，减少胞内水含量，但水热处理并脱水后的污泥成型性较差，直接将其与可燃物混合并挤压成型需要加入较多的辅助添加剂或粘结剂。此外，另有直接将污泥干燥后不进行胞内水脱除而作为粘结剂直接与可燃物混合挤压成型的，此种做法同样解决不了污泥含水率高和热值低的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种装修垃圾高热值组分处理工艺。
一种装修垃圾高热值组分处理工艺，包括以下步骤：S1、装修垃圾分选破碎，获得含高热值组分的可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及铝基碎片；S2、污水经处理获得污泥，污泥的含水率≥80％；S3、将可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及处理后的铝基颗粒与污泥混合均匀，进行水热反应，其中，可燃物颗粒的重量百分比为40-50％，熟石灰的加入量按照混合物pH调整至9时为限，铁基颗粒的重量百分比为1-5％，铝基颗粒的重量百分比为1-5％，余量为污泥，水热反应温度为210-240℃，反应时间为30-60min；S4、将水热反应产物进行固液分离，并将固体物干燥至含水率≤15％；S5、将干燥后的固体物与未进行水热反应的可燃物颗粒在不添加粘结剂的情况下混合均匀并挤压出料，出料获得粒径5-6mm的颗粒料，混合物中，干燥后的固体物的重量百分比为60-70％；S6、将步骤S5中获得的颗粒料与未进行水热反应的可燃物颗粒混合物均匀，混合过程中施加超声处理，超声频率为25-35kHz，超声处理时间为1-5min，功率密度为1.0-1.2W/cm2；S7、将步骤S6获得的混合物挤压出料，获得直径20-40mm的柱状燃料棒，其中，添加的粘结剂含量≤3％。
进一步地，步骤S6中，颗粒料的重量百分比为80-90％。
进一步地，步骤S1中，可燃物颗粒的粒径为0.5-0.8mm，铁基颗粒以及铝基颗粒的粒径为800-1200μm。
进一步地，步骤S3中，铝基颗粒的处理方法为：将铝基碎片去除表面部分氧化物后进行水热处理，水热反应的温度为100-180℃，处理时间为18-26h，水热反应后聚集铝基碎片并挤压成型为圆柱状或长条状，通过打磨获得铝基颗粒。
进一步地，打磨采用砂轮、角磨机、砂纸等工具进行。
进一步地，步骤S5中，挤压压力为2-4MPa。
进一步地，步骤S7中，挤压压力为6-8MPa。
本申请与现有技术相比，优点在于：本申请通过对于装修垃圾分拣破碎获得的含高热值组分的可燃物垃圾颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及铝基颗粒与污泥混合并进行水热反应，水热碳化后提高了混合物的热值，并改进了污泥与可燃物颗粒挤压成型的工艺，显著提高了污泥与可燃物混合后的成型强度，保证了高热值。
首先，本申请中将装修垃圾中分拣获得的各类材料充分利用，将熟石灰作为pH调节剂添加至水热反应系统中，将污泥的pH由6.5-8调整至9左右，可提高水热反应碳化的效率，将铁基颗粒添加到水热反应系统中，可显著提高污泥的脱水效率，将处理后的铝基颗粒添加到水热反应系统中，可利用经水热处理后的铝基颗粒表面的多孔氧化物、氢氧化物在水热反应中一方面提供铝离子，另一方面可吸附水热反应过程中由固相材料向液相中转移的重金属离子，可显著降低后续污泥在燃烧过程中产生的飞灰中的重金属浸出量。
其次，相较于现有技术中直接将污泥与可燃物、粘结剂混合挤压的方式，本申请中将污泥与可燃物等先进行水热碳化处理，可显著提高污泥以及可燃物颗粒的热值，同时降低了混合物燃烧时产生的二噁英，将混合物固液分离后干燥，通过水热碳化，污泥中的有机物碳化，胞间结构破坏，从而将胞内水更容易去除，由此降低了污泥需要通过干化或其他方式降低含水率的难度，可减少絮凝剂等添加剂的使用，而水热碳化后的污泥干燥后由于成型性较差，直接与可燃物混合挤压成型所需的辅助添加剂较多，例如现有技术中，使用含水率30％的污泥和改性添加剂成型时需要3％的改性添加剂，当采用如本申请的水热碳化后的材料直接进行成型时，粘结剂的用量至少在8％以上，添加剂的使用会造成成本升高，可燃物以及污泥的相对热值降低。此外，水热碳化后，污泥中的无机物含量增加，其在燃料棒中一方面可作为骨架为燃烧提供氧气供给空间，从而提高燃烧效率，另一方面无机物及碳化后的有机物缺乏粘性，直接挤压成型强度较低，容易造成燃料棒开裂、破碎，而且，污泥即使经过水热碳化，其中的含水率仍高于可燃物颗粒，因此在燃烧过程中会对可燃物的燃烧起阻碍作用，直接将污泥与可燃物混合均匀后成型，在燃烧过程中延长燃烧时间，影响燃烧效率，而本申请中，将水热反应后的混合物颗粒(其中的污泥含量约30％左右，直接成型能力仍较差)与未进行水热反应的可燃物颗粒混合均匀并挤压成型，此时成型颗粒中污泥的含量约20％左右，混合物已具备一定的成型能力，经低压力2-4MPa的挤压成型后，得到粒径5-6mm的颗粒料，该颗粒料虽初步成型，但强度较低，容易在搬运过程中开裂、破碎，难以实际应用，但经初步挤压，污泥中的无机物骨架及多孔碳化物由附着在可燃物颗粒表面的形式转换为镶嵌在可燃物表面，已经具备一定的定型能力，本申请中将其再次与未经水热处理的可燃物颗粒混合均匀，此时混合物中污泥的含量约17％左右，已被镶嵌在可燃物颗粒中的污泥(大部分为碳化物及无机物)已被可燃物多层包裹，此时已不易造成开裂、破损，经挤压成型后的强度明显提高，且保证了足够高的热值和足够低的重金属含量。
最后，在混合物过程中，采用频率为25-35kHz，处理时间为1-5min，功率密度为1.0-1.2W/cm2的超声处理，通过超声处理，能够将镶嵌在可燃物表面的碳化物及无机物进行振动处理，使镶嵌物与可燃物之间相对运动和摩擦，一方面可以对初步挤压的可燃物颗粒进行弹性恢复，提高二次挤压时可燃物的压缩弹性，保证整体的均匀性和密度，另一方面可进一步破碎无机物骨架，将大颗粒骨架及多孔碳化物细化，提高压缩密度的同时保证燃烧空间，又能使碳化物及无机物在混合物中二次分布，提高均匀性，其中超声处理的参数经过调整和测试，在提高分布均匀性的前提下保证不开裂、污泥不泄露。
具体实施方式
实施例1
一种装修垃圾高热值组分处理工艺，包括以下步骤：S1、装修垃圾分选破碎，获得可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及铝基碎片，其中，可燃物颗粒的粒径为0.5-0.8mm，铁基颗粒以及铝基颗粒的粒径为800-1200μm；S2、污水经处理获得污泥，污泥的含水率为82％；S3、将可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及处理后的铝基颗粒与污泥混合均匀，进行水热反应，混合物中，可燃物颗粒的重量百分比为45％，熟石灰的加入量按照混合物pH调整至9时为限(也可采用其他来源的pH调节剂)，铁基颗粒的重量百分比为2％，铝基颗粒的重量百分比为2％，余量为污泥，水热反应温度为220℃，反应时间为45min，其中，铝基颗粒的处理方法为：将铝基碎片去除表面部分氧化物后进行水热处理，水热反应的温度为160℃，处理时间为20h，水热反应后聚集铝基碎片并挤压成型为圆柱状或长条状，通过打磨获得铝基颗粒，打磨采用砂轮、角磨机、砂纸等工具进行；S4、将水热反应产物进行固液分离，得到的固体物中含水率为60％，并将固体物干燥至含水率≤15％；S5、将干燥后的固体物与未进行水热反应的可燃物颗粒在不添加粘结剂的情况下混合均匀并挤压出料，挤压压力为3MPa，出料获得粒径5-6mm的颗粒料，混合物中，干燥后的固体物的重量百分比为65％；S6、将步骤S5中获得的颗粒料与未进行水热反应的可燃物颗粒混合物均匀，其中，颗粒料的重量百分比为85％，混合过程中施加超声处理，超声频率为30kHz，超声处理时间为3min，功率密度为1.1W/cm2；S7、将步骤S6获得的混合物挤压出料，挤压压力为7MPa，获得直径30mm的柱状燃料棒，其中，添加的粘结剂含量为1.2％。
本实施例获得的燃料棒经测试，燃烧热值为6230千卡/kg，跌落强度(实验次数/跌落后质量≥5％的碎片数量)为180-220，燃料棒燃烧后飞灰中主要重金属浸出含量为Pb 50μg/mL，Cd 2.2μg/mL，Cr 80μg/mL。
对比例1
该对比为例中，与实施例1的区别在于：污泥的混合方式不同，即污泥与可燃物颗粒经水热处理等相同操作后，按照与实施例1相同的比例直接与未经水热处理的可燃物颗粒混合均匀后挤压成型。获得的燃料棒经测试，燃烧热值为6180千卡/kg，跌落强度为100-150，燃料棒燃烧后飞灰中主要重金属浸出含量为Pb 51μg/mL，Cd 2.3μg/mL，Cr 77μg/mL。由此可知，本申请的污泥混合方式可显著提高燃料棒的成型强度。
对比例2
该对比例中，与实施例1的区别在于：步骤S6中，不进行超声处理。获得的燃料棒经测试，燃烧热值为6080千卡/kg，燃尽时间相较于实施例1多3min，跌落强度为160-190，燃料棒燃烧后飞灰中主要重金属浸出含量为Pb 49μg/mL，Cd 2.1μg/mL，Cr 78μg/mL。由此可知，本申请的超声处理可提高最终燃料棒的压缩程度，有助于碳化物与无机物的均匀分布和细化，有助于燃烧效率的提高。
对比例3
该对比为例与实施例1的区别在于：污泥与可燃物的混合方式与对比例1相同，但最终粘结剂的用量为6％。获得的燃料棒经测试，燃烧热值为6020千卡/kg，跌落强度为170-210。由此可知，在相近的跌落强度下，本申请的粘结剂用量更少。
对比例4
该对比例与实施例1区别在于：不添加铁基颗粒和铝基颗粒。则，步骤S4中，得到的固体物中含水率为68％，最终获得的燃料棒经测试，燃烧后飞灰中主要重金属浸出含量为Pb 75μg/mL，Cd3.2μg/mL，Cr 96μg/mL。由此可知，本申请中添加铁基颗粒和铝基颗粒可显著降低含水率和重金属含量。
对比例5
该对比例与实施例1的区别在于：超声频率为30kHz，超声处理时间为7min，功率密度为1.1W/cm2，即处理时间延长，获得的燃料棒经测试，跌落强度为170-200。由此可知，过长时间的超声处理会破坏混合物中碳化物及无机物的稳固性，导致燃料棒更易破损。本申请中的超声处理参数获得的效果更佳。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指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，限定有“第一”、“第二”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：：S1、装修垃圾分选破碎，获得含高热值组分的可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及铝基碎片；S2、污水经处理获得污泥，污泥的含水率≥80%；S3、将可燃物颗粒、熟石灰、铁基颗粒以及处理后的铝基颗粒与污泥混合均匀，进行水热反应，其中，可燃物颗粒的重量百分比为40-50%，熟石灰的加入量按照混合物pH调整至9时为限，铁基颗粒的重量百分比为1-5%，铝基颗粒的重量百分比为1-5%，余量为污泥，水热反应温度为210-240℃，反应时间为30-60min；S4、将水热反应产物进行固液分离，并将固体物干燥至含水率≤15%；S5、将干燥后的固体物与未进行水热反应的可燃物颗粒在不添加粘结剂的情况下混合均匀并挤压出料，出料获得粒径5-6mm的颗粒料，混合物中，干燥后的固体物的重量百分比为60-70%；S6、将步骤S5中获得的颗粒料与未进行水热反应的可燃物颗粒混合物均匀，混合过程中施加超声处理，超声频率为25-35kHz，超声处理时间为1-5min，功率密度为1.0-1.2W/cm2；S7、将步骤S6获得的混合物挤压出料，获得直径20-40mm的柱状燃料棒，其中，添加的粘结剂含量≤3%；步骤S3中，铝基颗粒的处理方法为：将铝基碎片去除表面部分氧化物后进行水热处理，水热反应的温度为100-180℃，处理时间为18-26h，水热反应后聚集铝基碎片并挤压成型为圆柱状或长条状，通过打磨获得铝基颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，步骤S6中，颗粒料的重量百分比为80-90%。
3.根据权利要求2所述的一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，步骤S1中，可燃物颗粒的粒径为0.5-0.8mm，铁基颗粒以及铝基颗粒的粒径为800-1200μm。
4.根据权利要求1所述的一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，打磨采用砂轮、角磨机或砂纸进行。
5.根据权利要求1所述的一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，步骤S5中，挤压压力为2-4MPa。
6.根据权利要求1所述的一种装修垃圾高热值组分处理工艺，其特征在于，步骤S7中，挤压压力为6-8MPa。
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