CN104108844B - 一种用市政污泥制备燃料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用市政污泥制备污泥燃料的方法，包括1）污泥的酸化，2）去除重金属，3）降低污泥含水率，4）加入石灰粉，5）机械脱水，6）燃料的制备等步骤，采用本发明所述的污泥处理方法所得到的燃料中的重金属极大的降低，减少了其对环境的污染；所制备的燃料的热值均在8000KJ/Kg以上，可以作为一种优质的燃料使用。

Description

一种用市政污泥制备燃料的方法

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种用市政污泥制备燃料的方法。

背景技术

　　市政污泥是在污水处理过程中产生的固体沉淀物，其含水率较高，同时含有大量有机物、病原体、无机颗粒、胶体、重金属元素等物质。因此，市政污泥对环境的影响较大，必须对市政污泥进行妥善的处理。为了较好地解决污泥处置问题，国内外科研人员进行了大量的研究与实践。

　　目前市政污泥的处理方法主要有下述几种：其一：焚烧填埋法，即先对市政污泥垃圾进行焚烧处理，然后进行填埋处理；这种方法焚烧时能耗巨大，产生的烟尘污染空气，并且填埋时占用大量土地，在我国人均土地资源紧张的状况下尤不适用。其二：污泥的资源化利用法，即污泥与化肥制作复混肥、污泥制饲料及污泥制建筑材料等；这些方法都无法有效去除污泥中的重金属，容易造成二次污染。因此，开辟一条对市政污泥进行无害化、减量化和资源化处理的有效途径，已势在必行。

为了对市政污泥进行无害化、资源化处理，目前已有采用市政污泥制备燃料达到资源化处理的效果。如CN102827664A名称为《污泥合成燃料及其制备方法》公开了一种污泥合成燃料，其中含有5~95wt%的污泥，其余为助燃剂；同时公开了污泥合成燃料的制备方法：首先将污泥烘干或者晒干，与助燃剂混合均匀；然后将所得产物烘干或者晒干，使含水率降至10%以下，即得到成品燃料。虽然解决了污泥的资源化处理的效果，但是制备的过程中需要用到助燃剂，燃料的成本较高；污泥晒干后直接使用，污泥中的病原体、重金属等不能得到有效的去除，容易造成二次污染。所以，一种资源化、成本低、无二次污染的用市政污泥制备燃料方法是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种用市政污泥制备燃料的方法，其具有资源化，成本低，无二次污染的优点。

一种用市政污泥制备污泥燃料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将污泥投入酸化池，用无机酸调节污泥的2≤pH≤3；

2）向步骤1）酸化后的污泥中加入铁盐，得到的污泥中的Fe³⁺浓度为0.2~0.6g/L；然后搅拌20~60min，再将得到的污泥置于电解池中，在15.0~30.0V的电压下电解3~6h；待电解完成后，将污泥进行离心沉降并收集固体物质，即为去除重金属的湿污泥A；

3）将湿污泥A置于密闭的反应器中，在该密闭反应器中对湿污泥A进行径向搅动的同时进行轴向搅动；

4）向步骤3）中的湿污泥A中加入石灰粉，得到污泥B，通过添加石灰粉调节污泥B的pH值为6.5~7.5，所述石灰粉的添加次数在3次以上，每次添加间隔时间为2-5min；

5）将污泥B进行机械脱水，得到污泥C，污泥C的含水率≤80%；

6）将污泥C通过螺旋加料机输送至污泥干化机，在105~160℃下干化处理，干化时间为30min~2h，控制得到的污泥D的含水率＜30%，污泥D即为燃料。

本方案中，为控制石灰粉的添加量，在步骤1）中控制污泥的pH值大于等于2小于等于3，pH值过大会影响去除重金属的效果，pH值过小会增大石灰粉的添加量，影响最终制备的燃料的燃烧效果。

本方案中，由于市政污泥中含有铅、汞、铬、铜等重金属，步骤2）中先向污泥中加入铁盐，Fe³⁺作为氧化剂，能够将污泥中未能溶出的重金属进一步氧化出来，发生氧化还原反应，使其以自由离子的形式存在；然后将污泥置于电解池中进行电解，以自由离子形式存在的重金属在电解的作用下，不断向阴极移动，从而被还原出来的重金属被附着在阴极上。通过步骤2）的处理，能够有效去除市政污泥中的重金属。

本方案中，步骤4）选用石灰粉调节污泥的pH值，是因为石灰粉能与污泥中的水发生发生放热反应，使污泥中的病菌和微生物进一步减少，从而进一步对污泥进行无害化处理。在理论上，每添加1千克的石灰粉约有0.32千克的水被生成氢氧化钙，同时产生了可以蒸发约0.5千克水的热量，可以在一定程度上减小污泥的含水率。同时加入石灰粉处理后的污泥还会发生很多后续的反应，比如氢氧化钙与空气中的二氧化碳的反应等，这些反应能进一步增加污泥的固含量。

本方案中，增强污泥-水-氧化钙体系的传质效果是本发明处理方法的关键，为得到燃烧值优良的产品燃料，必须控制添加石灰粉的使用量。石灰粉添加量过大，会分解污泥中的无机质，影响污泥的燃烧效果。因此，本发明在石灰粉添加之前，将湿污泥A置于密闭的反应器中，在该密闭反应器中对湿污泥A进行径向搅动的同时进行轴向搅动，目的是使湿污泥颗粒悬浮在污泥体系中，达到类似于流化床的效果。在石灰粉添加过程中，采用少量多次添加石灰粉的方式，使加入的石灰粉能够充分反应。在本发明中，优选石灰粉的添加量在3次以上，第一次石灰粉的添加量小于反应器中污泥重量的5%。

本发明中，需严格控制湿污泥的pH值，pH值过大会影响产品的燃烧效果。原因是，石灰粉加入量过大，使污泥呈碱性环境，能够使污泥中的有机质分解，从而降低污泥中有机质的含量，影响燃烧效果，而且石灰粉中不含有机质，添加量过大必然导致污泥中有机质的含量降低。因此本发明控制湿污泥的pH为6.5~7.5，再进一步通过机械脱水处理，使湿污泥中的水分降至80%以下；最后通过螺旋加料机输送至污泥干化机，在105~160℃下干化处理，使污泥的含水率降至30%以下，即得到燃料。

作为优化，步骤1）中所述无机酸为盐酸、硝酸或者硫酸中的一种。

本方案中，采用无机酸对市政污泥进行酸化处理，污泥中的部分重金属在酸的作用下可以溶出。

作为优化，步骤1）中所述电解池是阳极为碳电极，阴极为铁电极的电解池。

作为优化，步骤2）中所述铁盐为FeCl₃或Fe₂(SO₄)₃。

本方案中，采用FeCl₃或Fe₂(SO₄)₃作为铁盐，Fe³⁺一方面可以发生水解产生H⁺；另一方面作为氧化剂，将污泥中的重金属氧化出来。

作为优化，步骤4）中所述干化处理时采用的热源是烟气余热、废热蒸汽等。本方案中以烟气余热、废热蒸汽作为干化处理的热源，这样可以降低燃料的制备成本。

作为优化，本发明添加的石灰粉的CaO的含量大于90%。

作为优化，步骤6）中所述污泥干化机包括流化床干化机、盘式干化机、桨叶式干化机等间接式干化设备。

作为优化，步骤5）中所述污泥干化机均配备了尾气处理装置。

作为优化，本发明添加的石灰粉的粒度为60-120目。在实验中发现，添加的石灰粉的粒度不宜过粗也不易过细。过粗影响石灰粉添加后的反应速度，而且容易造成局部的石灰粉残留。石灰粉过细容易造成飞灰，不利于石灰粉的添加与运输，而且影响环境。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）通过对污水处理厂污泥进行预处理，能使污泥中含水率显著降低，并有效去除湿污泥中的重金属，为污泥的利用创造前提条件。

（2）利用电厂烟气余热对预处理后的污泥进行干化，是一种环境友好的绿色技术，降低了工艺过程的运行成本。

（3）干化产物中的重金属含量低，发热量大，热值为8000KJ/Kg以上，是一种优质的燃料。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

以下实施例和对比例所添加的石灰粉的CaO含量均在90%以上，粒度为60-120目。

实施例1

所用市政污泥来自重庆市某污水处理厂浓缩池的污泥，其含水率为95.8%，将其在105℃下干化至恒重后分析其成分，如表1所示。

表1实施例1的待处理的污泥重金属含量与热值

采用上述组分的市政污泥制备污泥燃料的方法，包括如下步骤：

1）污泥的酸化：将500g污泥投入酸化池，用盐酸调节污泥的pH=2；

2）去除重金属：向步骤1）酸化后的污泥中加入FeCl₃，使得到的污泥中的Fe³⁺浓度为0.3g/L；然后搅拌22min，再将得到的污泥置于电解池中，在18.0V的电压下电解5h；待电解完成后，将污泥进行离心沉降并收集固体物质，即为去除重金属的湿污泥；其中电解池的阳极为碳电极，阴极为铁电极。

3）降低污泥含水率：将步骤2）去除重金属的湿污泥置于密闭的反应器中，在该密闭反应器中对湿污泥A进行径向搅动的同时进行轴向搅动；

4）向步骤3）中加入石灰粉，通过添加石灰粉调节污泥B的pH值为7.5，所述石灰粉的添加次数为3次，每次添加间隔时间为20min，第一次添加石灰粉的重量为反应器中湿污泥重量的5%；

5）将步骤4）得到的产物进行机械脱水，使得到的污泥的含水率为75.2%；

6）燃料的制备：将步骤5）处理后的污泥通过通过螺旋加料机输送至桨叶式污泥干化机，利用电厂烟气余热在140℃下干化处理，干化时间为1h，控制得到的污泥的含水率为23.56%，即得到1#燃料，其热值8526KJ/Kg，燃料的重金属成分分析如表2所示。

表2实施例1的污泥处理后的重金属含量与热值

由上表可以看出，相比于原料市政污泥，本发明得到燃料中重金属的含量极大的降低了，而且所得燃料的燃烧值较佳。

对比例1

采用与上述实施例1相同的原料与步骤，在步骤4）中，添加石灰粉调节污泥的pH值为8，其余步骤与实施例1相同，得到的燃料的重金属含量与热值如表3所示。

表3实施例1的对比实施例的重金属含量与热值

用石灰粉将污泥调节至碱性，由于石灰粉对重金属的钝化作用，虽然污泥的重金属含量略有降低，但是石灰粉添加量过大会导致燃料热值的下降，影响燃料的燃烧性能。因此本发明添加石灰粉后控制污泥的pH值优选控制在7左右，考虑误差等原因，控制pH值小于等于7.5。

实施例2

所用市政污泥来自重庆市某污水处理厂浓缩池的污泥，其含水率为96.3%，将其在105℃下干化至恒重后分析其成分，如表4所示。

表4实施例2的待处理污泥的重金属含量与热值

采用上述组分的市政污泥制备污泥燃料的方法，包括如下步骤：

1）污泥的酸化：将污泥投入酸化池，用盐酸调节污泥的pH=3.0；

2）去除重金属：向步骤1）酸化后的污泥中加入Fe₂(SO₄)₃，使得到的污泥中的Fe³⁺浓度为0.6g/L；然后搅拌28min，再将得到的污泥置于电解池中，在25.0V的电压下电解3.5h；待电解完成后，将污泥进行离心沉降并收集固体物质，即为去除重金属的湿污泥；其中电解池的阳极为碳电极，阴极为铁电极。

3）降低污泥含水率：将步骤2）去除重金属的湿污泥置于密闭的反应器中，在该密闭反应器中对湿污泥A进行径向搅动的同时进行轴向搅动；

4）向步骤3）中加入石灰粉，通过添加石灰粉调节污泥B的pH值为7.5，所述石灰粉的添加次数为5次，每次添加间隔时间为10min，第一次添加石灰粉的重量为反应器中湿污泥重量的5%；

调节其pH为6.5；然后进行机械脱水，使得到的污泥的含水率为78%；

4）燃料的制备：将步骤3）处理后的污泥通过螺旋加料机输送至桨叶式污泥干化机，利用电厂烟气余热在160℃下干化处理，干化时间为40min，控制得到的污泥的含水率为19.82%，即得到2#燃料，其热值8723KJ/Kg，燃料的重金属成分分析如表5所示。

表5实施例2的污泥处理后的重金属含量与热值

由上表可以看出，相比于原料市政污泥，本发明得到燃料中重金属的含量极大的降低了，而且所得燃料的燃烧值较佳。

对比例2

采用与上述实施例2相同的原料与步骤，在步骤4）中，添加石灰粉调节污泥的pH值为8，其余步骤与实施例2相同，得到的燃料的重金属含量与热值如表6所示。

表6实施例2的对比实施例的重金属含量与热值

由以上实验可以得知：

（1）相比的原料市政污泥，所得到的燃料中的重金属得到了极大的降低，减少了其对环境的污染；

（2）所制备的燃料的热值均在8000KJ/Kg以上，可以作为一种优质的燃料使用。

（3）碱性环境能够使污泥的有机质分解，影响燃料的燃烧值。

Claims (4)

1.一种用市政污泥制备污泥燃料的方法，其特征在于，包括如下步骤；

1)将污泥投入酸化池，用无机酸调节污泥的2≤pH≤3；

2)向步骤1)酸化后的污泥中加入铁盐，得到的污泥中的Fe³⁺浓度为0.2～0.6g/L；然后搅拌20～60min，再将得到的污泥置于电解池中，在15.0～30.0V的电压下电解3～6h；待电解完成后，将污泥进行离心沉降并收集固体物质，即为去除重金属的湿污泥A；

3)将湿污泥A置于密闭的反应器中，在该密闭反应器中对湿污泥A进行径向搅动的同时进行轴向搅动；

4)向步骤3)中的湿污泥A中加入石灰粉，得到污泥B，通过添加石灰粉调节污泥B的pH值为6.5～7.5，所述石灰粉的添加次数在3次以上，每次添加间隔时间为10-20min；并且，第一次石灰粉的添加量小于反应器中污泥重量的5％；

5)将污泥B进行机械脱水，得到污泥C，污泥C的含水率≤80％；

6)将污泥C通过螺旋加料机输送至污泥干化机，在105～160℃下干化处理，干化时间为30min～2h，控制得到的污泥D的含水率＜30％，污泥D即为燃料；

其中，步骤4)中所述石灰粉的粒度为60-120目；步骤4)中所述石灰粉的CaO的含量大于90％。

2.根据权利要求1所述的用市政污泥制备燃料的方法，其特征在于，步骤6)中所述干化处理时采用的热源是烟气余热、废热蒸汽。

3.根据权利要求1所述的用市政污泥制备燃料的方法，其特征在于，步骤6)中所述污泥干化机包括流化床干化机、盘式干化机或桨叶式干化机间接式干化设备。

4.根据权利要求1所述的用市政污泥制备燃料的方法，其特征在于，步骤6)中所述污泥干化机均配备了尾气处理装置。