TWM580585U - Water purification sludge resource treatment system - Google Patents

Abstract

一種淨水污泥資源化處理系統，其主要包括烘乾單元、磨製單元、混拌單元、造粒單元以及燒製單元。烘乾單元用以將淨水污泥烘乾。磨製單元接收烘乾後的該淨水污泥並磨製該淨水污泥，混拌單元用以將淨水污泥及添加劑混拌而形成母料混合物，造粒單元設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體，燒製單元以溫度範圍為1100 ^oC至1200 ^oC進行兩階段燒製，進而獲得輕質粒料。

Description

淨水污泥資源化處理系統

本創作係有關於一種淨水污泥資源化處理系統，尤指一種淨水污泥經添加劑改質後，加入水分製粒成半乾基狀態之生料球，再經熱處理程序，以迴轉窯燒成可應用於營建工程之輕質粒料。

淨水污泥為自來水淨水處理過程中，經濃縮、沉澱、加藥混凝及機械壓濾後等工序產生之泥餅，屬於政府公告之「一般事業廢棄物」。根據，臺灣自來水公司及台北自來水事業處統計，國內之淨水污泥年總產量約在16萬公噸左右，其中臺灣自來水公司為最大宗，常年產量約在13-14萬公噸間。

由於淨水污泥屬於公告之事業廢棄物不得隨意棄置，因此國內淨水場對於淨水污泥的處置，主要以提供業者進行再利用居多，小部分則逕行掩埋處理。而再利用方式中，以提供作為水泥原料、製磚及栽培土為主。

近年來，由於國內重大工程建設陸續完成，加以天然資源如粘土及頁岩等之取得不易，致使水泥及磚瓦等產業日趨萎縮，上揭業者對於淨水污泥之需求因而日益減少。另一方面，以往淨水污泥之處置費用較為低廉，相關之再利用或減量技術並未受到業界重視。因此如何有效去化淨水污泥並提升其再利用價值，成為刻不容緩之要務。

適於製作輕質粒料之原料化學成分要求，可分為3點：

1. 成陶主要成分

成陶 (玻璃質) 的主要成分有SiO ₂、Al ₂O ₃及Fe ₂O ₃，在原料中約佔3/4，其在高溫下形成玻璃質熔融體。當含量過低時，影響粒料表殼光滑及強度；含量過高時，則熔點高、黏度大及膨脹性差等。

2. 助熔氧化物

主要有Na ₂O、K ₂O、CaO、MgO及FeO等，這些物質可以起助熔作用以降低熔液的生成溫度，它們也會直接影響物料的軟化溫度範圍及焙燒溫度範圍，使粒料膨脹性能降低。

3. 發氣物質

發氣物質是在高溫時經過還原分解和相互作用，產生H ₂O、O ₂、CO ₂、SO ₂、CO、N ₂及H ₂等氣體的重要物質，其可使輕質粒料發泡膨脹形成內部孔隙的動力，亦是控制輕質粒料產品特性（即為顆粒密度）的關鍵因素。

基本上，淨水污泥的化學成分組成，滿足「成陶主要成份」及「助熔氧化物」等2項要求，並也落於C.M.Riley建議之適宜熔液黏度化學成分三相圖中，如圖1所示，具有製作輕質粒料的潛力。

至於如何控制淨水污泥產出之輕質粒料的顆粒密度，則使用本專利中改質用添加劑作為發氣物質。使之產出顆粒密度1.1 g/cm ³至1.6 g/cm ³用於結構工程；顆粒密度0.6 g/cm ³至1.0 g/cm ³用於非結構工程。另改質用添加劑產生氣體的種類及溫度如表1所示。改質添加劑主要成份，選自於碳化矽（SiC）、硫酸鹽類（SO ₄ ^2-）及醇類（R-OH）之組合。

表1 分解溫度 產生氣體種類 300~900℃ CO、CO 2250~800℃ SO、SO 2500~950℃ CO、CO 21000~1300℃ O 2、CO、CO 2

為達成以上的目的，本創作提供一種淨水污泥資源化處理系統，其主要包括烘乾單元、磨製單元、混拌單元、造粒單元以及燒製單元。烘乾單元用以將淨水污泥烘乾。磨製單元接收烘乾後的該淨水污泥並磨製該淨水污泥，混拌單元用以將淨水污泥及添加劑混拌而形成母料混合物，造粒單元設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體。燒製單元係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置；其中該雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且該烘乾預熱窯、及該焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構；該烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料體並進行第一階段燒製；該焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度範圍為1100 ^oC至1200 ^oC進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料；該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。

本創作之淨水污泥資源化處理系統可達成的具體功效包括：１．將淨水污泥利用迴轉窯製程將其製成輕質粒料。２．利用改質用添加劑，控制產出輕質粒的產品特性（即顆粒密度），使之能應用於「結構工程」及「非結構工程」等應用。

請參閱圖2及圖3，本創作提供一種淨水污泥資源化處理系統，其包括烘乾單元1、磨製單元2、混拌單元3、造粒單元4以及燒製單元5。

烘乾單元1用以將該淨水污泥與改質用添加劑分別烘乾至恆重為止，烘乾溫度可介於95℃至105℃間。該淨水污泥係可為自來水淨水處理後產生之污泥，該改質用添加劑係具有發氣物質之效果，其主要成份選自於碳化矽（SiC）、硫酸鹽類（SO ₄ ^2-）及醇類（R-OH）之組合。

磨製單元2接收烘乾後的淨水污泥並磨製淨水污泥，磨製單元2包括破碎單元21及粉磨單元22，破碎單元21用以將烘乾後之淨水污泥與改質用添加劑分別予以破碎成塊，在本實施例中，破碎單元21可以是顎碎機，粉磨單元22用以將破碎後之淨水污泥與改質用添加劑分別予以細磨成粉，並分別儲於所屬的料倉，在本實施例中，粉磨單元22可以是球磨機，將破碎後的飛灰混合物細磨成中值粒徑D ₅₀≦50微米(μm)之粉體。藉由以上之烘乾、破碎與粉磨等均勻化處理步驟，將原料製造為均質性的粉體，而可於之後的混拌步驟中均勻的混合，以保證可產製出品質穩定及性能優良的輕質粒料。

混拌單元3用以將淨水污泥及改質用添加劑混拌而形成母料混合物，依適當之比例計量取用粉磨後之淨水污泥與改質用添加劑，再加水混拌形成含水率介於15%~25%間之混合物料。

如上所述，該混合物料可有2組配方設計，第一組係為結構工程用，其係淨水污泥之化學成份含量落於C.M.Riley三相圖內，且改質用添加劑佔混合物料乾基重量百分比3%-8%。使之產出顆粒密度1.1 g/cm3至1.6 g/cm3用於「結構工程」的輕質粒料。

第二組為淨水污泥之化學成份含量落於C.M.Riley三相圖內，且改質用添加劑佔混合物料乾基重量百分比9%-17%。使之產出顆粒密度0.6 g/cm3至1.0 g/cm3用於「非結構工程」的輕質粒料。

造粒單元4設置於混拌單元3的下游端，用以接收來自混拌單元3的母料混合物並造粒形成生料體，造粒單元4包含有造粒機，造粒機接收母料混合物並以濕式成球法形成粒徑為5-20毫米的粒材。

燒製單元5將生料體輸送至迴轉窯內燒製成輕質粒料，燒製所用之最高爐內溫度為介於1,100℃至1,200℃間，並按事先設定之燒成曲線進行燒製，迴轉窯的尾氣排放須經空氣防治污染設備，予以集塵處理，使其達到國家明訂之空氣污染防制標準，經集塵而得之回收粉塵亦可再利用於輕質粒料之製作。在本實施例中，燒製單元5係至少包含有雙筒旋轉窯51及監控裝置52；其中雙筒旋轉窯51是由烘乾預熱窯511及焙燒窯512以插接方式串連而成，且烘乾預熱窯511及焙燒窯512各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構。烘乾預熱窯511的入料口設置於造粒單元4的下游端，用以接收來自造粒單元4的生料體並進行第一階段燒製。焙燒窯512接收來自烘乾預熱窯511的生料粒並以溫度範圍為1100 ^oC至1200 ^oC進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料。監控裝置52與溫度調節機構及轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制烘乾預熱窯511及焙燒窯512中的溫度及轉速。

雙筒旋轉窯51可進一步設有角度調節機構，該角度調節機構與該監控裝置電性連接，用以調節該雙筒旋轉窯的傾斜角度。

另外，烘乾預熱窯511及焙燒窯512可分別設置有氣體調節機構，氣體調節機構與監控裝置52電性連接，用以偵測並調節烘乾預熱窯511及焙燒窯512中之氣體組成比例。

燒製後的輕質粒料被輸送至冷卻單元6，冷卻單元6設置於燒製單元5的下游端，用以冷卻輕質粒料，燒製得之輕質骨材予以冷卻退火，較佳的是，輕質骨材係利用冷卻機按事先設定之徐冷曲線予以冷卻退火。

冷卻後的輕質粒料被輸送至一篩選單元7，依其單位重量及顆粒粒徑等，進行分類並存放之。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧烘乾單元 2‧‧‧磨製單元 3‧‧‧混拌單元 4‧‧‧造粒單元 5‧‧‧燒製單元 6‧‧‧冷卻單元 7‧‧‧篩選單元 21‧‧‧破碎單元 22‧‧‧粉磨單元 51‧‧‧雙筒旋轉窯 52‧‧‧監控裝置 511‧‧‧烘乾預熱窯 512‧‧‧焙燒窯

圖1 為顯示C. M. Riley 適宜熔液黏度三相圖。 圖2為本創作之淨水污泥資源化處理系統的一實施例的系統方塊圖。圖3係為利用本創作之淨水污泥資源化處理系統對淨水污泥進行資源化處理之流程圖。

Claims (9)

1. 一種淨水污泥資源化處理系統，其係至少包含： 烘乾單元，用以將淨水污泥及改質用添加劑烘乾； 磨製單元，接收烘乾後的該淨水污泥及該改質用添加劑並磨製該淨水污泥及該改質用添加劑； 混拌單元，用以將淨水污泥及添加劑混拌而形成母料混合物； 造粒單元，其設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體；以及 燒製單元，其係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置；其中 該雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且該烘乾預熱窯、及該焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構；該烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料體並進行第一階段燒製；該焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度範圍為1100 ^oC至1200 ^oC進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料； 該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。
2. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該雙筒旋轉窯進一步設有角度調節機構，該角度調節機構與該監控裝置電性連接，用以調節該雙筒旋轉窯的傾斜角度。
3. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該烘乾預熱窯、及該焙燒窯分別設置有氣體調節機構，該些氣體調節機構與該監控裝置電性連接，用以偵測並調節該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中之氣體組成比例。
4. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該造粒單元包含有造粒機，該造粒機接收該母料混合物並以濕式成球法形成粒徑為5-20毫米的粒材。
5. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其係進一步包含冷卻單元，該冷卻單元設置於該燒製單元的下游端，用以冷卻該輕質粒料。
6. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中，該磨製單元包括： 顎碎機，用以將烘乾後的該淨水污泥及該改質用添加劑破碎成塊；以及 球磨機，用以將破碎後的該淨水污泥及該改質用添加劑細磨成中值粒徑D ₅₀≦50微米(μm)之粉體。
7. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該添加劑包括碳化矽、硫酸鹽類及醇類。
8. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該混拌單元為平翼渦輪型、圓板渦輪型、楔形翼型、或螺旋式中之任一種形式的攪拌設備。
9. 如請求項1所記載之淨水污泥資源化處理系統，其中該監控裝置為微處理器、或電腦。