TWI662118B - 以污泥製造生質燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種以污泥製造生質燃料的方法，其包含步驟(1)分別乾燥一污泥與一農業生質廢棄物；(2)分別磨碎該污泥與該農業生質廢棄物，以獲得一污泥粉體以及一生質粉體；(3)混合該污泥粉體與該生質粉體以形成一混合粉體；(4)將該混合粉體進行壓縮成型，以獲得一粉錠；以及(5)在無氧環境下對該粉錠進行一碳化處理，以獲得一生質燃料。該農業生質廢棄物選自稻稈、椰殼或其混合物。

Description

以污泥製造生質燃料的方法
本發明係關於一種以污泥製造生質燃料的方法，特別是關於一種利用農業生質廢棄物來提升污泥熱值以製造輔助用生質燃料的方法。
工業革命以來，創造經濟價值德同時也產生了許多衍生污染物，如廢水及污泥。隨著環保意識的抬頭，除了傳統處理污泥的方式，也有將污泥再生為能源的方式。但通常在製造再生能源的同時，需耗用大量化石燃料進行燃燒，所排放的廢氣也造成環境再次被污染。
此外，由於農業廢棄物如稻稈通常以直接焚燒處理，而椰殼則直接丟棄，均有二次污染之虞慮。
故，有必要提供一種以污泥製造生質燃料的方法，可同時解決污泥與農業廢棄物的污染問題，以解決習用技術中所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種以污泥製造生質燃料的方法，可回收有機污泥或無機污泥，添加農業生質廢棄物，因此同時可回收工業、家庭廢水所產生的污泥以及大量農業生質廢棄物，並將他們再生為 能源，達成環保及創造經濟價值雙重目標。此外，利用低溫無氧焙燒進行污泥與農業生質廢棄物的碳化處理，不須使用化石燃料，可去除水及不純物，製造高碳含量的生質燃料，且降低二氧化碳排放，達成固碳環保的目的。
為達上述之目的，本發明的一實施例提供一種以污泥製造生質燃料的方法，其包含下列步驟：(1)分別乾燥一污泥與一農業生質廢棄物；(2)分別磨碎該污泥與該農業生質廢棄物，以獲得一污泥粉體以及一生質粉體；(3)混合該污泥粉體與該生質粉體以形成一混合粉體；(4)將該混合粉體進行壓縮成型，以獲得一粉錠；以及(5)在無氧環境下對該粉錠進行一碳化處理，以獲得一生質燃料；其中該農業生質廢棄物選自稻稈、椰殼或其混合物。
在本發明的一實施例中，該污泥是一有機污泥或一無機污泥。
在本發明的一實施例中，在該步驟(1)中，該污泥與該農業生質廢棄物經乾燥後，分別具有一含水率為10%以下。
在本發明的一實施例中，在該步驟(2)和該步驟(3)之間，另包含一步驟：使用一篩網篩選該污泥粉體，使該污泥粉體具有一粒徑小於250微米。
在本發明的一實施例中，在該步驟(2)和該步驟(3)之間，另包含一步驟：使用一篩網篩選該生質粉體，使該生質粉體具有一粒徑小於250微米。
在本發明的一實施例中，在該步驟(3)中，該污泥粉體以 重量計佔該混合粉體的30%以下。
在本發明的一實施例中，在該步驟(4)中，該粉錠的形狀是一柱狀體，具有一長度介於10至20毫米
在本發明的一實施例中，在該步驟(5)中，另包含使用一惰性氣體來達成該無氧環境。
在本發明的一實施例中，在該步驟(5)中，該碳化處理是在溫度300至400℃中焙燒30至60分鐘
該步驟(5)中，該生質燃料的熱值大於2800卡/公克。
1‧‧‧乾燥步驟
2‧‧‧磨碎步驟
3‧‧‧混合步驟
4‧‧‧壓縮成型步驟
5‧‧‧碳化處理步驟
A‧‧‧篩選粒徑步驟
B‧‧‧基本性質分析步驟
C‧‧‧燃料特性分析步驟
10‧‧‧粉錠
第1圖：本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法的簡要步驟流程圖。
第2A至2B圖：本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法中，進行壓縮成型後所獲得的粉錠示意圖及照片。
第3圖：顯示了有機污泥和無機污泥與稻稈在不同混合比例下進行350℃焙燒1小時後所得到的生質燃料的碳含量。
第4圖：顯示了有機污泥和無機污泥與椰殼在不同混合比例下進行350℃焙燒1小時後所得到的生質燃料的碳含量。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、 內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。此外，本發明所提到的單數形式“一”、“一個”和“所述”包括複數引用，除非上下文另有明確規定。數值範圍(如10%~11%的A)若無特定說明皆包含上、下限值(即10%≦A≦11%)；數值範圍若未界定下限值(如低於0.2%的B，或0.2%以下的B)，則皆指其下限值可能為0(即0%≦B≦0.2%)。上述用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參考第1圖，其係本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法的簡要步驟，自上而下依序主要包括乾燥步驟1、磨碎步驟2、混合步驟3、壓縮成型步驟4以及碳化處理步驟5，各步驟的詳細說明如下。
本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法，首先是進行一乾燥步驟1：分別乾燥一污泥與一農業生質廢棄物。在本步驟中，該農業生質廢棄物可選自稻稈、椰殼或其混合物。該污泥是一有機污泥或一無機污泥。該有機污泥可例如是地下水污泥、家庭廢水污泥、紡織業污泥。該無機污泥可例如是工業區、事業單位及污水處理廠所產生之污泥。較佳的，該污泥與該農業生質廢棄物經乾燥後，分別具有一含水率為10%以下，可符合日本TR規範之固態燃料要求。
本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法，接著是進行一磨碎步驟2：分別磨碎該污泥與該農業生質廢棄物，以獲得一污泥粉體以及一生質粉體。在本步驟中，該磨碎方式可以選擇例如粉碎、刀磨、研磨等，然不限於此。較佳的，該污泥粉體可具有一粒徑小於250微米，可例如是100至250微米之間，然不限於此。較佳的，該生質粉體可具有 一粒徑小於250微米，可例如是100至250微米之間，然亦不限於此。
在本發明的一實施例中，該磨碎步驟2之後，可另包含一篩選粒徑步驟A：使用一篩網篩選該污泥粉體，以篩選粒徑範圍小於250微米的該污泥粉體。
在本發明的一實施例中，該磨碎步驟2之後，該篩選粒徑步驟A亦可：使用一篩網篩選該生質粉體，以篩選粒徑範圍小於250微米的該生質粉體。
在本發明的一實施例中，該磨碎步驟2之後，可另包含一基本性質分析步驟B：進行基本性質分析，以獲得該污泥粉體與該生質粉體的重金屬含量、碳含量(或其他元素含量)、含水率等性質。
上述步驟A以及B並不加以限制其順序，可依實際操作情況決定。經過磨碎及篩選步驟之後，可使得該污泥粉體和該生質粉體在後續步驟中的均勻度及接觸表面積。經過基本性質分析之後，可獲得所需要的材料基礎特性。
本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法，接著是進行一混合步驟3：混合該污泥粉體與該生質粉體以形成一混合粉體。在本步驟中，該污泥粉體以重量計佔該混合粉體的30%以下，可例如是30%、25%、20%、10%、5%或更少，然不限於此。較佳的，混合過程中可添加少量水分進行攪動，以提高混合均勻度。
本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法，接著是進行一壓縮成型步驟4：將該混合粉體進行壓縮成型，以獲得一粉錠10。在本步驟中，如第2A及2B圖所示，該粉錠10的形狀是一柱狀體，該柱狀 體可例如是一圓柱體，具有一長度介於10至20毫米，以及一直徑介於8至10微米。經過壓縮成型，該粉錠10有利於運輸，且可規則的疊放有利於儲存。此外，壓縮成型後，後續進行碳化處理時易於控制燃燒範圍，且污染物排放量較低，對於環境衝擊較小。
本發明一實施例之一種以污泥製造生質燃料的方法，接著是進行一碳化處理步驟5：在無氧環境下對該粉錠10進行一碳化處理，以獲得一生質燃料。在本發明的一實施例中，該碳化處理步驟5中，另包含使用一惰性氣體來達成該無氧環境。該惰性氣體可例如是氮氣或氬氣。在本發明的一實施例中，該碳化處理步驟5中，該碳化處理是在溫度300至400℃中焙燒30至60分鐘。該碳化處理步驟5中，該生質燃料的熱值大於2800卡/公克，大於褐煤(2780卡/公克)，故可做為輔助燃料使用。當該農業廢棄物為椰殼時，與該有機污泥所製造的該生質燃料的熱值為2840卡/公克；與該無機污泥所製造的該生質燃料的熱值為2852卡/公克。
為了使本發明的該以污泥製造生質燃料的方法更為明確，並驗證該生質燃料的性質及效果，在該磨碎步驟2之後，可選擇進行一基本性質分析步驟B，可獲得如下表1所示數據。較佳的，在該碳化處理步驟5之後可選擇進行一燃料特性分析步驟C以分析該生質燃料的燃燒特性，可獲得如下表2所示數據，請參考下面實驗結果說明。
請參考第3至4圖，其顯示了有機污泥和無機污泥與稻稈和椰殼在不同混合比例下進行350℃焙燒1小時後所得到的生質燃料的碳含量。由於碳含量為影響熱值的因素之一，故參考碳含量之多寡選擇適當的混合比例。
從第3圖可看到，隨著稻稈的含量提高，經過焙燒後該生質燃料的碳含量也越高，其中當稻稈的重量比為70%以上，同時污泥重量比為30%以下時，對碳含量有顯著的提升。從第4圖可見到相同的趨勢，隨著椰殼的含量提高，經過焙燒後該生質燃料的碳含量也隨之提高，其中當椰殼的重量比為70%以上，同時污泥重量比為30%以下時，碳含量亦有顯著的提升。
此外，為了瞭解焙燒溫度對污泥與農業廢棄物的熱值提升效果，分別對無機污泥、有機污泥、稻稈以及椰殼進行不同溫度焙燒固定時間1小時，獲得結果如下表1。
從表1可發現，不論是有機污泥、無機污泥、稻稈或者椰殼，在350℃焙燒均具有最佳的碳含量及熱值。
將有機污泥、無機污泥分別和稻稈、椰殼混合、壓縮成型後進行碳化處理，所獲得的生質燃料具有熱值數據如下表3。
從上表2可知，本發明之以污泥製造生質燃料的方法所得到的生質燃料的熱值可高於2800卡/公克，大於褐煤(2780卡/公克)，故可做為輔助燃料使用。當該農業廢棄物為椰殼時，與該有機污泥所製造的該生質燃料的熱值為2840卡/公克；與該無機污泥所製造的該生質燃料的熱值為2852卡/公克。
相較於先前技術，本發明之以污泥製造生質燃料的方法，確實可以有效提升污泥熱值，除了有機污泥可從原本最高熱值1199卡/公克提升至2840卡/公克，特別是在無機污泥的部分，可從原本最高熱值434卡/公克提升為2852卡/公克以上，因此在有機與無機污泥處理上展示了生質燃料應用的潛力，同時可回收工業、家庭廢水所產生的污泥以及大量農業生質廢棄物，將他們再生為能源，達成環保及創造經濟價值雙重目標。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種以污泥製造生質燃料的方法，其包含下列步驟：(1)分別乾燥一污泥與一農業生質廢棄物；(2)分別磨碎該污泥與該農業生質廢棄物，以獲得一污泥粉體以及一生質粉體；(3)混合該污泥粉體與該生質粉體以形成一混合粉體；(4)將該混合粉體進行壓縮成型，以獲得一粉錠；以及(5)在無氧環境下對該粉錠進行一碳化處理，以獲得一生質燃料，其中該碳化處理是在溫度300至400℃中焙燒30至60分鐘；其中該農業生質廢棄物選自稻稈、椰殼或其混合物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中該污泥是一有機污泥或一無機污泥。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(1)中，該污泥與該農業生質廢棄物經乾燥後，具有一含水率為10%以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(2)和該步驟(3)之間，另包含一步驟：使用一篩網篩選該污泥粉體，使該污泥粉體具有一粒徑小於250微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(2)和該步驟(3)之間，另包含一步驟：使用一篩網篩選該生質粉體，使該生質粉體具有一粒徑小於250微米。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(3)中，該污泥粉體以重量計佔該混合粉體的30%以下。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(4)中，該粉錠的形狀是一柱狀體，具有一長度介於10至20毫米。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(5)中，另包含使用一惰性氣體來達成該無氧環境。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之以污泥製造生質燃料的方法，其中在該步驟(5)中，該生質燃料的熱值大於2800卡/公克。
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