CN1241851C - 制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法。方法的步骤：1.将城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥在堆放场进行翻混蒸发；2.将经过翻混蒸发后的污泥通过挤条机，被制成条柱状，经过裹粉，被送入的第一烘干转窑，进行第一段干化；3.上述污泥出第一烘干转窑，通过冷却输送带，被送入第二烘干转窑，进行第二段干化；4.上述污泥出第二烘干转窑，经过回转筛，将2～4.5mm粒径的污泥颗粒送入第三烘干转窑，进行第三段干化；5.上述污泥出第三烘干转窑后，2～4mm粒径的污泥颗粒成为烧制轻质节能砖的原料。本发明使污泥自然形成符合烧制轻质节能砖硬度要求的团粒，从而使污泥资源得到了最大化的利用，获得显著社会效益和明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法。
背景技术
城市污水处理厂在处理工业废水和生活污水同时产生的污泥，以及污染河流和湖泊的疏浚污泥除了以矿物形式存在的无机组分外，还含有大量的有机污染物和多种重金属元素(表1、表2、表3、表4)。由于这类污泥的数量大，且富集了高浓度的污染物，因此，如果不能妥善地处理这些污泥，会给环境带来二次污染的威胁。
表1典型城市污水处理厂污泥和污染河流疏浚污泥的矿物组成
| 样品 | 矿物组成(％) | 备注 | |||||
| 石英 | 斜长石 | 钾长石 | 伊利石 | 高岭石 | 绿泥石 | ||
| 污水处理厂污泥 | 30.1 | 6.3 | 22.7 | 29.3 | 7.0 | 4.3 | 3年分析平均 |
| 河流疏浚污泥 | 30.0 | 12.5 | 10.0 | 15.0 | 9.0 | 15.0 | 2样点分析平均 |
表2典型城市污水处理厂(工业废水40％，生活污水60％)污泥的化学组成
| 样品 | 化学组成(％) | 备注 | |||||||||
| SiO2 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | K2O | Na2O | 全氮 | 全磷 | 烧失量 | ||
| 1 | 35.78 | 3.73 | 6.44 | 4.68 | 8.47 | 0.69 | 0.62 | 1.35 | - | 35.26 | 1993年分析 |
| 2 | 35.60 | 3.49 | 7.75 | 4.03 | 8.16 | 0.69 | 0.62 | - | - | 36.30 | 1996年分析 |
| 3 | 35.10 | 0.18 | 5.40 | 2.80 | 7.20 | 0.82 | 0.51 | 2.90 | 0.86 | 36.30 | 2001年分析 |
| 4 | 35.12 | 0.19 | 5.42 | 2.80 | 7.20 | - | 0.52 | - | - | - | 2004年分析 |
| 平均值 | 35.40 | 1.90 | 6.25 | 3.58 | 7.76 | 7.33 | 0.57 | 2.12 | 0.86 | 35.95 | - |
表3典型城市污水处理厂污泥中重金属的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 备注 | |||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | ||
| 平均值 | 326.6 | 192.9 | 2261 | 296.3 | 4.1 | 297.4 | 16.9 | 3.9 | 根据4年分析数据 |
| 含量范围 | 236.2-397.2 | 80.78-314.0 | 69.5-3790 | 27.9-592.4 | 1.35-7.2 | 57.5-750.3 | 8.9-31.9 | 0.8-4.3 | |
表4典型污染河流疏浚污泥中重金属和有机物的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 有机物(％) | 备注 | ||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | 总磷 | 全氮 | 有机质 | ||
| 平均值 | 268.6 | 61.3 | 403.5 | 103.3 | 0.95 | 0.368 | 0.483 | 9.88 | 根据市区河段9样点的分析数据 |
| 含量范围 | 78-772 | 25-167 | 194.7-47010 | 38.5-247 | 0.38-1.47 | 0.150-0.773 | 0.269-0.931 | 4.53-96.1 | |
目前，我国对城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥主要采用临时堆埋的方法，这不仅需要足够的空间和必要的环境保护手段，加上运输，使处理费用较高，而且在城市周围已经很能找到适合堆埋污泥的空间和地点，由此而产生的环境二次污染和大量占用土地等问题日趋尖锐。尽管，有些地方试图采用焚烧方法，使污泥减量化，但污泥焚烧设备投资额高，能源消耗量大，运行费用昂贵，每吨污泥焚烧处理的成本一般在400元以上，加上污泥在焚烧时会给大气环境带来污染，根据我国的现状，污泥焚烧处理在经济上难以承受，在技术上还不够成熟。更多的地方希望能将污泥作为肥料，用于农业或绿化，但是，污泥中所含的重金属限制了土壤对污泥利用的适应性，根据研究表明，从废水中去除1mg/L的重金属，就会在污泥中产生10000mg/L的重金属，污染的河流和湖泊底泥中吸附了大量的重金属，如镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铬(Cr)等，它们会在土壤中富集，并通过作物的吸收进入食物链。有些沿海城市或者那些拥有与海洋相通航道的城市，可能会采用污泥直接投海的处置方案，但是，污泥这种浓缩的污染物会污染沿海水域，对海洋生态系统和人类食物链造成威胁，因此，这种方法受到环境保护界和公众的严厉批评，已被明令禁止。
随着人们对环境质量的要求越来越高，所有工业废水和城市生活污水必须经过处理，达标后才能排放，同时为了有效地治理和改善污染河流和湖泊水体的环境质量，几乎所有靠近城市的河段和湖泊需要疏浚，这意味着污泥的数量将与日俱增。因此，科学地处理这类污泥的唯一途径是：对污泥进行无害化和减量化处理，最终实现资源化综合利用。
我们曾经在对城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥物化性质研究的基础上，通过大量的实践，已发明了一种利用污泥轻质地和高热值(城市污水处理厂污泥的热值为10000～35000kJ/kg；污染河、湖疏浚污泥的热值为5000～20000kJ/kg)的特点，烧制轻质节能砖的方法，并获得了国家发明专利(专利批准号：89118046.9)，从而为污泥的无害化和资源化处理开辟了一条有效的途径，该项发明技术的核心是，在烧制轻质节能砖之前，先将污泥制成团粒。
由于城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥具有较高的含水率(经过初次脱水后，污泥的含水率一般在80％左右)，因此，污泥在被制成团粒之前，必需经过干化过程。传统的干化工艺，通常在污泥达到干化时，污泥中能作为资源被利用的有机质组分(热值的来源)，以及能起固结作用的絮凝剂(污泥初次脱水时需要添加的)会受到严重的破坏，这一方面造成了污泥资源可利用的价值降低，另一方面影响了污泥的成粒性能，使污泥团粒的硬度难以达到烧制轻质节能砖的技术要求。为了有效地保存污泥中所含的有机物质，使污泥的热值资源能被充分利用，同时能够使污泥成为符合烧制轻质节能砖技术要求的团粒，本项发明提出了制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法，不仅能够保持污泥中原有的95％以上的有机质组分，而且在使污泥干化效率达到理想程度的过程中，使污泥自然形成团粒，这种团粒具有足够的硬度和较好的磨园度。
发明内容
本发明的目的是提供一种制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法。
方法的步骤如下：
1.将含水量为75～85％城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥在堆放场进行翻混蒸发2～5天，自然蒸发掉总含水量的1～5％；
2.将经过翻混蒸发后含水量为70～80％的城市污水处理厂污泥和污染河、湖疏浚污泥通过挤条机，被制成直径为0.6～1.0mm的条柱状，经过裹粉，被送入温度为190～210℃的第一烘干转窑，进行第一段干化，去除总含水量的20～30％；
3.上述污泥出第一烘干转窑，通过冷却输送带，被送入温度为180～200℃的第二烘干转窑，进行第二段干化，去除总含水量的20～25％；
4.上述污泥出第二烘干转窑，通过冷却输送带，经过回转筛，将大于4.5mm粒径的污泥颗粒送供热炉作为燃煤的辅助燃料，小于2mm粒径的污泥颗粒，其中60～80％回流，作为条柱状污泥的裹粉，20～40％送供热炉作为燃煤的辅助燃料，将2～4.5mm粒径的污泥颗粒送入温度为160～200℃的第三烘干转窑，进行第三段干化，去除总含水量的15～20％；
5.上述污泥出第三烘干转窑后，通过振动筛，将小于2mm粒径的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，2～4mm粒径的污泥颗粒即可作为制砖原料。
本发明已在江苏前州投入使用，实践表明，该项技术不仅使污水处理厂污泥得到有效的干化，而且使污泥自然形成符合烧制轻质节能砖硬度要求的团粒，并使95％以上的有机质得到有效的保存，从而使污泥资源得到了最大化的利用，在获得显著社会效益的同时，也获得了明显的经济效益。
附图说明
附图是制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法流程图。
具体实施方式
本发明主要是通过三组低温(160～220℃)干化系统，来达到污泥干化和成粒一体化的目的。每组干化系统的主体由以下装置所组成：供热炉(可以燃煤、燃气、燃油)、喷射调温器、烘干回转窑、尾气抽风机和除尘除气装置。三组干化系统之间，由两条冷却输送带相连接，冷却输送带是封闭的，其中装有一系列的冷风喷射口。在第二条冷却输送带与第三烘干转窑之间，安装有一台回转筛，使符合粒径要求的污泥颗粒进入第三组干化系统，从而提高成品率。
本发明的具体实施步骤如下：
1.将含水量为75～85％城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥在堆放场进行翻混蒸发，这一过程不仅可以使污泥自然蒸发掉总含水量的1～5％，而且可以使来自不同地点的污泥均匀化。翻混蒸发的时间可以根据堆放场地的大小和天气条件而定，一般为2～5天；
2.为了使污泥在第一段干化时能与热量充分接触，提高污泥干化的效率，同时为污泥成粒创造条件，将经过翻混蒸发后含水量为70～80％的城市污水处理厂污泥和污染河、湖疏浚污泥通过挤条机，被制成直径为0.6～1.0mm的条柱状，并经过裹粉机，用粒径小于2mm的干化回流污泥，给条柱状污泥裹粉，这一方面为了避免条柱状污泥之间的相互粘结，另一方面使条柱状污泥断成短柱状，为污泥成粒打下基础。条柱状污泥经裹粉和断成短柱状后，被送入温度为190～210℃的第一烘干转窑(窑体直径为1.8～2.0m，长度为22.0～24.0m)，进行第一段干化，去除总含水量的20～30％；
3.上述污泥出第一烘干转窑，通过冷却输送带(在热污泥被传输和冷却的过程中可以进一步脱水)，被送入温度为180～200℃的第二烘干转窑(窑体直径为1.6～1.8m，长度为20.0～22.0m)，进行第二段干化，去除总含水量的20～25％；
4.上述污泥出第二烘干转窑，通过冷却输送带(在热污泥被传输和冷却的过程中可以再进一步脱水)，经过回转筛，将大于4.5mm粒径的污泥颗粒送供热炉作为燃煤的辅助燃料，小于2mm粒径的污泥颗粒，其中60～80％回流，作为条柱状污泥的裹粉，20～40％送供热炉作为燃煤的辅助燃料，将2～4.5mm粒径的污泥颗粒送入温度为180～200℃的第三烘干转窑(窑体直径为1.2～1.5m，长度为16.0～18.0m)，进行第三段干化，去除总含水量的15～20％；
5.上述污泥出第三烘干转窑后，由于干化时的收缩作用，大于4mm粒径的污泥颗粒已不存在，通过振动筛，小于2mm粒径的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，2～4mm粒径的污泥颗粒成为制砖污泥，也可以用于其他的资源开发利用。
经过三段式干化过程，污泥随着烘干窑的转动，在连续地上下滚动中得到有效干化、自然成粒和逐渐变硬，并被不断地磨园。
本发明试验结果表明，污泥中的有机物质在大于250℃时开始被破坏，而污泥中起固结作用的絮凝剂，在大于200℃时开始挥发，因此，为了保护污泥中的有机物质不遭受破坏，同时保证污泥在自然成粒过程中絮凝剂能够起到固结作用，使污泥团粒的硬度满足技术要求，该发明通过安装在供热炉(燃煤炉，或燃气炉，或燃油炉)与烘干回转窑之间的喷射调温器，控制提供污泥干化的热量在160～210℃之间，从而保证了污泥中原有的95％以上的有机质组分不受破坏，并能够在污泥干化效率达到理想的程度下，污泥团粒的硬度达到烧制轻质节能砖的技术要求。
污泥在三段干化过程中，从燃料和污泥中产生的烟尘和有害气体，以及冷却输送带从热污泥中吹脱的水蒸气和有害气体，用尾气抽风机送入除尘除气装置进行处理，达到国家大气排放标准后排放。对于某些污泥产生的难以除去的有害气体，通过回收，送入供热炉高温消除处理。
用本发明技术产生的污泥团粒烧制轻质节能砖，其抗压强度达到特等砖的要求，重量比同体积的普通砖轻8.5～10.1％，节省烧砖能源10％左右。表5给出了污泥轻质砖的性能测试数据。
表5污泥轻质砖的性能测试结果
| 编号 | 污泥加入量(％) | 试样数(块) | 平均抗压强度(Mpa) | 最小抗压强度(Mpa) | 标准差(S) | 变异系数(δ) | 比普通砖减轻率(％) | 国家标准(GB5101-85) |
| 1 | 15 | 10 | 15.6 | 12.05 | 2.21 | 0.14 | 10.14 | 特等普通砖抗压强度五块平均值不小于14.72Mpa，单块最小值不小于9.81Mpa |
| 2 | 10 | 10 | 16.4 | 11.4 | 4.56 | 0.28 | 8.51 |
用本发明技术产生的污泥团粒烧制的轻质砖，经过天然放射性测试(检验项目：226Ra、232Th、40K)表明，试样中天然放射性核素比活度分别为226Ra＜50Bg/kg；232Th＜60Bg/kg；40K＜800Bg/kg；Mra＜1.0；Mr＜1.0。经检验(检验依据GB11743-89)，污泥轻质砖符合《建筑材料放射卫生防护标准》(GB6566-2000)中A类产品要求。
另外，用本发明技术产生的污泥团粒作为污泥干化燃煤的辅助燃料，可节约15～30％的标准煤。
Claims (1)
1.一种制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法，其特征在于：方法的步骤如下：
1)将含水量为75～85％城市污水处理厂产生的污泥和污染河、湖疏浚污泥在堆放场进行翻混蒸发2～5天，自然蒸发掉总含水量的1～5％；
2)将经过翻混蒸发后含水量为70～80％的城市污水处理厂污泥和污染河、湖疏浚污泥，通过挤条机，被制成直径为0.6～1.0mm的条柱状，经过裹粉，被送入温度为190～210℃的第一烘干转窑，进行第一段干化，去除总含水量的20～30％；
3)上述污泥出第一烘干转窑，通过冷却输送带，被送入温度为180～200℃的第二烘干转窑，进行第二段干化，去除总含水量的20～25％；
4)上述污泥出第二烘干转窑，通过冷却输送带，经过回转筛，将大于4.5mm粒径的污泥颗粒送供热炉作为燃煤的辅助燃料，小于2mm粒径的污泥颗粒，其中60～80％回流，作为条柱状污泥的裹粉，20～40％送供热炉作为燃煤的辅助燃料，将2～4.5mm粒径的污泥颗粒送入温度为160～200℃的第三烘干转窑，进行第三段干化，去除总含水量的15～20％；
5)上述污泥出第三烘干转窑后，通过振动筛，将小于2mm粒径的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，2～4mm粒径的污泥颗粒即可作为制砖原料。
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