TWI754236B - 淨水污泥資源化處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種將淨水污泥資源化處理的方法，並將其應用於陶粒輕質骨材之生產。該方法著重於將淨水污泥作為陶粒生產原料，單獨使用或使其與淤泥黏土進行比例混合後，透過陶粒的生粒料製粒、陶粒迴轉窯焙燒等生產系統來燒製成陶粒輕質骨材。於此添配生產過程中，完全利用了淨水污泥中的有機質等成分，作為扮演焙燒陶粒過程中的助熔劑與膨脹劑，使其所生產之陶粒具備節能、輕質、隔熱與隔音性，可進一步廣泛應用於植生綠建材、農園藝機介質材、淨水濾料等領域。

Description

淨水污泥資源化處理方法

本發明係有關一種將淨水污泥作為可再利用與資源化的原料，其特徵在單獨使用或與淤泥黏土進行混合製粒後，經陶粒迴轉窯高溫焙燒成具節能、輕質、隔熱、隔音等特質的陶粒輕質骨材。

淨水污泥的定義為：淨水場在汲取水源後，經快混、膠凝、沉澱、過濾、消毒等淨水處理程序後產生的懸浮固體，經濃縮、脫水、乾燥等程序所收集的污泥，稱之為淨水污泥。淨水污泥的主要成份為SiO₂、Al₂O₃、有機物質等，為環保署規定之公告應回收或再利用廢棄物(公告應回收或再利用廢棄物代碼為R-0909)。

據台灣自來水公司統計資料，現台灣每年所產生之淨水污泥泥餅產量約13~14萬噸。而目前主要的資源再利用管道包括作為水泥原料、鋼鐵廠燒結礦源料、製作成磚塊等建材、園藝的培養土等。過往可被資源再利用化之管道雖多，但仍無法有效消化逐年增加的淨水污泥產量。

本發明將淨水污泥作為燒製陶粒的混和原料，除可增加淨水污泥的去化管道外，亦透過添配淨水污泥促使陶粒原料性質轉變，以更綠能環保形式，改良陶粒成品之性質與生產流程。

陶粒輕質骨材的生成機制原理包含物理性的、化學性的、礦 物學性的。物理性的生成機制，係指陶粒在高溫焙燒的過程中由固態慢慢熔融成液態，隨著焙燒時間變長，部分液態物質轉變為氣態並逐漸增加內部壓力，與此同時在陶粒表面之熔融態必需產生足夠黏滯度，阻礙內部氣體往外溢散。當兩必要因子同時發生時，又得以適時地進行冷卻，即形成表面緻密光滑，內部具有大量氣孔之陶粒輕質骨材。化學性的生成機制，係指原物料的化學組成中需包含特定比例的二氧化矽、三氧化二鋁和鹼土金屬及鹼金屬助熔物，方能滿足物理性生成機制條件。而原物料的礦物相則決定於在高溫焙燒過程中，其礦物相轉變所產生新的結晶構造，而這些新結晶構造的排列方式、物理性質決定了陶粒輕質骨材的生成品質與功能性。

本發明之主要目的在於提供一種淨水污泥資源化處理的方法，透過淨水污泥與石門水庫淤泥等黏土進行最佳化添配，除所生產之陶粒產品具有永續循環經濟效益外，在陶粒生產過程中，可有效降低陶粒生產的焙燒溫度，達到節能減碳之效果。

因此為達本發明之目的，本發明提供一種淨水污泥資源化處理方法，步驟包括如下：乾燥、磁選、粉磨與陳化：淨水污泥有含水量高、有機物質高之特性，因此淨水污泥進廠後，如果含水率高於40%，則需先置入於旋轉乾燥窯中進行脫水乾燥。乾燥後的泥餅再經過攪拌破碎、磁選浮除、篩分除雜質、加工粉磨、再囤置陳化，透過上述程序處理後的淨水污泥，可有效的去除多餘的水分和夾雜在污泥中的雜質，最後再透過陳化程序達到淨 水污泥物化性質的勻質性；添配與給水攪拌：依淨水污泥成份分析結果，單獨使用或按比例將淤泥黏土與淨水污泥採計量比例添配後，再於攪拌機攪拌過程中，適當添配水分使添配後的原料可達造粒所需之原料土壤塑性；生粒料製粒：透過造粒機擠壓製粒、再經滾圓篩進行粒料整圓和泥碎料篩除而得陶粒的生粒料；陶粒迴轉窯焙燒：生粒料透過陶粒迴轉之窯預熱段將生粒料中水分去除後，再經過陶粒迴轉窯之焙燒段以900~1,200℃高溫焙燒成陶粒成品。

藉由上述系統將淨水污泥作為礦物添加料生產陶粒確實具有下列優點：

1.符合廢棄資源再利用並將其納入永續循環經濟之精神。

2.減少燃料用量(添加淨水污泥之陶粒，透過有機質的燒失，可有效降低約25℃的燒成溫度)，降低燃料成本外，亦有效提升能源效率，達到節能減碳效果。

3.利用淨水污泥燒成之陶粒，可有效提高陶粒連通孔隙，使其具有較高之濾水性，擴大其產品應用之功效，如園藝資材的保水性、淨水濾料的比表面積增加等。

4.利用淨水污泥燒成之陶粒不僅符合綠建材之理念與相關規定，更可提高其原料端與產品端的附加價值。

S1:乾燥、磁選、粉磨與陳化

S2:添配與給水攪拌

S3:生粒料製粒

S4:陶粒迴轉窯焙燒

圖1 為本發明之淨水污泥資源化處理方法之步驟流程圖。

本發明包括下列步驟之任意組合，實施方式如下範例所示： 淨水污泥進廠前，淨水污泥之礦物及化學成份，因會隨著不同區域的淨水廠的進場水源條件不同、淨水處理程序不同(如添加淨水藥劑的成份不同、處理設備系統的配置不同)，造成其成份有所不同。故每批淨水污泥進廠前，均須先以X射線螢光分析儀(X-Ray Fluorescence，XRF)等方式進行淨水污泥的元素成分及含量分析、以循環式烘箱進行淨水污泥的含水量檢定，最後再依據每批淨水污泥的礦物、化學成分組成採取單獨使用或進行其與水庫淤泥、黏土之比例調配。

淨水污泥進廠後之處理流程請參考圖1，包含以下步驟：乾燥、磁選、粉磨與陳化步驟S1：淨水污泥因含水量高，若進場後淨水污泥含水量高於40%，則先需透過乾燥旋轉窯進行乾燥。而乾燥旋轉窯之熱源於乾、濕季有所不同。乾季時以鼓風機抽取產線上之餘廢熱進入乾燥旋轉窯內，進行淨水污泥之乾燥。於濕季時，則透過乾燥旋轉窯之窯頭所附設之燃燒設備及窯尾的抽氣設備，以間接性明火方式進行淨水污泥之乾燥。乾燥後的淨水污泥因無多餘的水分沾黏，故可透過攪拌機先將泥餅進行初破，並透過電磁鐵將其中的磁性金屬去除，再透過粉磨機進行粉磨，完成粉磨後的淨水汙泥以圓滾篩分機將粒徑>2mm的雜質篩除，再囤置至陳化場進行陳化，透過陳化作用達到淨水污泥的物化性質的勻質性。

添配與給水攪拌步驟S2：淨水污泥經前述步驟處理後，單獨使用或以皮帶機搭配計量器，使淤泥黏土等主原料與淨水污泥添配料進行比例添配混和後，再使用雙軸混煉攪拌機進行混拌，與此混拌同時，於雙軸混煉攪拌機上方添加適當水分比例，使原料可以達到土壤塑性，而得 生產陶粒之原料。添配比例則依據每一批進廠前以XRF等方式檢測而得知成分進行調整。以申請本發明專利當下所取得之主原料(表1)與添配料(表2)成份為例，當淤泥黏土其塑性指數10~20，化學成分中主要結構成份的SiO₂佔50~60%、Al₂O₃含量佔15~25%、助熔成份的鹼土金屬氧化物(CaO+MgO)及鹼金屬氧化物(Na₂O+K₂O)加總含量占5~15%、有機質含量為<10%、總燒失量<10%時(表1)。所取用之淨水污泥化學成分中主要結構成份的SiO₂佔55~70%、Fe₂O₃含量佔5~10%、Al₂O₃含量佔10~25%、有機質含量佔10~20%(表2)。故以淨水污泥5~30%添配70~95%的石門水庫淤泥進行配比生產，使調配後的原料其SiO₂約佔50~80%、Al₂O₃含量約佔10~25%、助熔成份的鹼土金屬氧化物(CaO+MgO)及鹼金屬氧化物(Na₂O+K₂O)加總含量占5~25%。

生粒料製粒步驟S3：該拌合後的原料經製粒機及滾圓篩，進行擠壓製粒、滾圓和不合格品的篩除後得一生粒料。

陶粒迴轉窯焙燒步驟S4：該生粒料需先經過陶粒迴轉窯之預熱段將水分去除，防止高溫焙燒過程中因水分迅速蒸發造成的燒裂，再經過陶粒迴轉窯之焙燒段，以900~1,200℃高溫焙燒將生粒料焙燒成陶粒成品。該成品通過冷卻機進行冷卻，來防止因迅速冷卻造成冷裂影響強度，最後經滾篩機將篩分不同粒徑大小的陶粒成品，以進行分級與後續品管。

藉由上述步驟，本發明之實施方式確實能達到所預期之功效，又其所揭露之製程及製品，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，以上僅以實例說明本發明之構成樣態與技術，然並非用以對本發明加以限制本發明欲保護之範疇，基於本實施方式之修飾或變更而完成之創作，亦視為包括於本創作所申請之專利保護範疇內。

Claims (10)

1. 一種淨水污泥資源化處理方法，包含下列步驟之任意組合：S1：乾燥、磁選、粉磨與陳化步驟；S2：添配給水攪拌步驟；S3：生粒料製粒步驟；S4：陶粒迴轉窯焙燒。
2. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S1步驟之乾燥程序包括：採用乾燥旋轉窯進行乾燥。
3. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S1步驟之磁選程序包括：採用電磁鐵將淨水污泥中的磁性金屬成分進行去除。
4. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S1步驟之粉磨程序包括：採用粉磨機與圓滾篩分機進行，使該淨水污泥粒徑小於2mm。
5. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S1步驟之陳化程序包括：採用自然囤置。
6. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S2步驟包括：採用具有傾斜角度的差速雙軸混煉攪拌機進行。
7. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S3步驟包括：採用製粒機及滾圓篩進行生粒料的製粒、整圓，並將多餘的泥粉或小泥團進行篩除。
8. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S4步驟 包括：採用陶粒迴轉窯進行。
9. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該S4步驟之陶粒迴轉窯包括：採用燃燒器控制其火焰溫度、火焰形狀，藉以調控陶粒焙燒時之溫度維持在900~1,200℃。
10. 如請求項1所述之淨水污泥資源化處理方法，其中該乾燥旋轉窯包括：採用鼓風機引用生產系統的廢棄餘熱進行乾燥；或佐以燃料燃燒器進行明火間接乾燥。

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