CN104194861B

CN104194861B - 污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成

Info

Publication number: CN104194861B
Application number: CN201410286804.2A
Authority: CN
Inventors: 叶绍朋
Original assignee: YE CHENGJIAN
Current assignee: YE CHENGJIAN
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: CN104194861A

Abstract

污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，是将污泥制低热值无烟煤专用催化剂N737S按重量比100∶0.5‑40，添加到污水处理厂产生的湿有机污泥中进行混合后，投加到反应釜中，控制从0‑580度3‑8小时左右，添加氧气、氮气或混合气，压力0.1到≤160MP，通过有机化、无机化反应，将污泥里面的可溶性、挥发性有机C化合物，转化成可燃性的固定C化合物，湿泥平均治理成本在30‑80元/t，产品发热量可控制在800‑4500千焦，利用现有的火电厂循环流化床锅炉配煤焚烧发电，尾气经过处理，没有二次污染物超标排放，污泥治理制低热值无烟煤，解决了世界性的污泥污染治理难题，推动了世界文明史进步。

Description

污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成

1、技术领域

本发明涉及污泥污染治理环境保护和再生能源利用领域，污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电，具体涉及生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤以及工业有机污泥和石化有机污泥制低热值无烟煤的污泥治理技术工艺，污泥制低热值无烟煤的专用催化剂的合成(专用催化剂申请单位编制为N737S)。

2、背景技术

我国的城市生活污水处理厂的污泥处理方式，多数是将污泥压缩到含水率在50％-70％进行填埋处理，小部分经过加工后，当做肥料处理使用。污泥压缩填埋，有高度污染的污泥压滤液产生，处理成本很高，占用有效的土地面积，投加PAM和FCl₃增加二次污染。大部分污泥直接干化后掺和烟煤当“染料”焚烧，因为污泥干化后含水率在20％-30％左右，比天然烟煤含水率3-12％要高得多，有的污泥还含有大量的Cl离子，焚烧炉规格不一，掺煤焚烧温度难于控制，容易产生烟尘和半氧化有机气体颗粒，伴随形成pm2.5和pm10与二噁英排放，污泥及垃圾焚烧，燃煤发电焚烧，是占据大部分国土面积和海洋面积产生雾霾和二噁英及重金属污染的主要原因之一。

城市生活污水处理厂、工业污水处理厂和石化工业污泥污染治理是个老话题，自从有了污水处理厂那天起，污泥处理，就成了污水处理厂老大不掉的尾巴。100多年前，工业革命刚刚兴起，人口开始城市化，石化、医药、农药、重金属加工、矿山开采、日用化工还不算很发达，那时也很少有人为产生的二噁英排放，还没有及易致癌的聚丙烯酰胺的使用，城市生活污水里面的污染物比较简单，主要是人类产生的垃圾粪便有机污染物及细菌等，污泥主要用来堆肥施用，由城市生活污水处理厂产生的污泥污染很少发生。今天，以使用日用化工为主的人类生产生活发生了本质的变化，各种新兴的工业企业和工业产品日用化工产品如雨后春笋般涌现，人类的生产生活水平得到很大提高，人口大量城市化集聚，石化、医药、农药、重金属加工、矿山开采、日用化工生产，污泥中PAM和FCl₃使用然后填埋或干化焚烧，产生了大量的重金属铅、铬、镉、汞、砷和pm2.5有机颗粒雾霾与二噁英排放，使得污泥中污染物不再单一，城市生活污水处理厂污泥里面含有机和无机物与致病菌等，几乎是人类生活产生的成千上万种污染物的“精华”，污泥中理化成份十分复杂，由于随意填埋或倾倒污泥或由污泥做土壤改良剂肥料所产生的二次污染及造成的巨大损失比比即是，由于污泥污染没有彻底治理好，造成江河湖海重大水污染难以治理。所以，污水及污泥污染治理是当前关系到当前中国的前途和未来命运的最大问题，污泥是“污水处理厂的产物”，整个世界不得不想方设法进行污泥治理，由于污泥里面含有有机碳，能产生热量，可以二次利用，就首先想到了将污泥干化单独或掺煤焚烧发电，目前，污泥干化焚烧发电，至少遇到三个没有解决的问题：一个是干化污泥的含水率要降低到30％以下，否则在污泥焚烧的时候，会损坏焚烧炉，由于污泥里面的保水剂PAM中与FCl₃中Cl^-作用，只有用高温高压，才能将污泥的含水率烘干降低到5％-15％左右，与天然动力煤炭含水率接近，但是利用高温高压来烘干污泥，成本代价很高，是不可能通用的，所以市场目前的干化污泥多数是利用太阳能自然干化或废热干化，市场出售的干化污泥的含水率多数在30％左右，既不适用于普通低温锅炉也不适用于高温流化床焚烧炉使用，一般常识都知道，当干化污泥或干化污泥掺煤炭在低温焚烧炉中焚烧发电时，由于焚烧温度低于850℃，燃料不完全燃烧，会产生有机污染物和二噁英排放，当将含水率在30％左右的干化污泥掺和天然动力煤用于流化床锅炉高温焚烧发电时，无论干化污泥单独焚烧或掺天然动力煤炭焚烧，污泥中的水含在PAM上，都会随污泥一起，在冷热作用下，粘结在焚烧炉的内壁，时间长了，在Cl^-含混合作用下，会腐蚀烧毁焚烧炉，造成事故，损失巨大。有关部门在经过大量的投资试验失败后得出经验结论，干化污泥是不可以用来直接或配煤焚烧发电的。无论是高温或低温焚烧发电，无论是链条炉或高温流化床焚烧炉，都不行；第二个问题是，很多企业和个人将各种污泥及垃圾压缩成50％含水率或干化的污泥含水率降低至20％-30％左右后，掺入废旧塑料或掺入城市垃圾，制成“燃料棒”，像烧木材一样，代替部分煤炭焚烧，由于多数投资小，使用非循环流化床焚烧炉焚烧，没办法控制炉温在850°左右并保持一定焚烧时间，污泥垃圾含很多水分，在低温下焚烧，产生了大量的没有完全分解的氯化烃类的油烟雾霾和二噁英排放，还有汞排放，也没有得到政府和知识界的足够认识和重视，不得已，只在华北河北等省市的中国境内砍掉了很多小火电；第三个问题是，污泥干化后高温、低温焚烧，和焚烧煤炭发电一样，产生了大量的重金属铅、镉、汞、砷等挥发性烟尘没有回收装置，或不能彻底回收，还有人将生污泥随意倾倒填埋排放，形成了重大的空气污染和土地污染江河胡海污染事件，这也是为什么目前中国的有效耕地面积约1/3以上，遭受到不同程度的有机污染二噁英污染和重金属污染江河湖海污染的原因之一。由于污泥二次污染造成的损失每年是万亿以上，用以上这些方法治理污泥的结果是得不偿失。目前中国政府已经发现了由于小烟窗或小火电燃煤和煤炭掺干化污泥作为燃料或直接焚烧污泥垃圾造成重金属和雾霾污染难于治理的问题，干化污泥在低于850℃以下掺煤炭焚烧代替部分燃料是个恶性循环链，目前河北正在解决小烟窗问题。人们想到利用污泥中的有机物做堆肥，用来做土壤改良剂应用于花卉果树园艺。居然有少数人利用生污泥掺入农业秸秆或垃圾货水稻壳等可燃物，做堆肥后施肥，生产粮食蔬菜瓜果供应市场，这种方法二次污染严重，得不偿失，应该得到国家有关部门的高度重视和立刻明令禁止。污泥中的污染物，通过堆肥，把大分子的聚丙烯酰胺降解成更易随水土流失或随地下水移动的小分子聚丙烯酰胺，全世界都知道聚丙烯酰胺是强致癌物质，试想，污泥当中的重金属通过堆肥，不可能降解成其它无毒物质，污泥缩水剂聚丙烯酰胺，也不可能通过堆肥降解成CO₂和H₂O，化工、医药、农药、二噁英等有机、无机污染物残体，只可能由大分子，降解为小分子，Cl和重金属离子不可能降解，小分子污染物更容易随食物链，最终进入人体，对于人类累计毒性更大。这些由于污泥做燃料或做肥料或做土壤改良剂带来的恶果，造成的各种经济损失，是有污泥做燃料做土壤改良剂做肥料带来的经济效益的千倍万倍。所以生污泥干化焚烧发电或干化掺煤炭焚烧发电或污泥堆肥做土壤改良剂污染新鲜土地或二次污染农产品，污染大气，污染江河湖海，最终污染物通过食物链进入人体，这种有二次污染的污泥治理利用方式是没有路。

最近几年，有关学者或部门，利用干化污泥，代替部分煤炭燃料，利用水泥厂的回转炉窑，配料生产水泥产品，试验结果检测发现，产品中含有大量的可溶性的有机物、二噁英、重金属污染物，水泥产品不可以用于户外建筑使用，会污染大气雨水径流和地下水，还影响水泥产品的质量标号，只能限制少量掺和使用，面对巨大的污泥产量和建筑市场饱和萎靡，这条污泥治理的路很窄。能有效治理的污泥量不大。

某些城市，利用污泥生产沼气，利用沼气发电，希望能够有效治理污泥，回收再生能源发电，循环利用，但是遇到中国污泥与外国污泥成份不同，中国的污泥有机物含量低，无机物杂质含量高，使用外国先进的污泥制造沼气发电设备容易损坏，维修成本高，难于消化的尴尬境地，导致污泥制造沼气发电成本高昂，再者中国的污泥重金属含量高，污泥制沼气发电后的沼气渣滓不能做肥料也不能做土壤改良剂，沼气渣滓还必须要脱水压滤填埋，二次处理成本也高。所以污泥制沼气发电的利润，抵消了设备维修和沼气渣滓压滤填埋二次处理的费用。中国污泥制造沼气发电这条路很艰难，也是得不偿失。

也有人正在使用含水污泥，按比例掺和水泥、黄沙、石子，用压制水泥砖头的设备，压制污泥砖头，据说想利用这种污泥砖头来进行城市道路铺设和沙漠覆盖铺设，如果不考虑污泥中含有的细胞膜被强将性水泥分解破坏溶解出游离氨基酸氨氮和有机物的二次污染物影响，单单考虑酸雨的腐蚀对于道路砖中的有机物和重金属的溶解缓慢释放，就是一个危险的信号！我们都知道城市建筑的房顶人造水泥瓦，很多使用水泥石子黄沙按比例掺和，表面涂有无机颜色，黄色、红色、绿色、黑色后，压制老化成型。在大气中露天使用三到五年后逐渐褪色，为什么呢？就是因为大气和酸雨的混合作用，腐蚀了水泥瓦的表面，渐渐向下腐蚀，大约30年左右，房顶的水泥瓦的表面，都要被腐蚀掉1/50，其实城市道板砖的露天腐蚀结果跟水泥瓦的腐蚀结果一样，如果很多城市都露天使用了由污泥制造的水泥瓦和道板砖，或用污泥掺和石灰铺路，那么这个城市的沟渠河流地表水或地下水，将永远难以治理，最后引起江河湖海富营养化难于治理，海绵城市建设也成为空话，这个问题已经引起国务院和有关部门的高度重视。

目前由于国家大力提倡每个城市建设几个垃圾焚烧发电厂，把城市垃圾和从水里捞出来的固体污染物干化后能烧的全部烧，一般人烧不了的危险品，全部利用“危险品处理处置中心”焚烧。很多地方将干化污泥用来掺和废旧塑料制“燃料棒”，干污泥掺在“燃料棒”里面虽然很安全，但是很多企业将“燃料棒”代煤用链条炉来掺煤或掺城市生活垃圾低温焚烧，而且废旧塑料里面大多含有超量的Cl，估计无论高温或低温焚烧“燃料棒”，都在分解和还原二噁英物质，二噁英会随大气流动飘移进入土壤，慢慢累积，从0.1ng/kg到2000ng/kg，最后迁移进入粮食水果蔬菜，进入食物链达到人体内部，虽然二噁英在自然界的半衰期约10年，但是进入人体在人体脂肪中累积的二噁英的半衰期要10年以上，对于人类危害巨大。在这些方面，国家有关部门还没有正式引起重视和试验结果公布。但是，无论污泥干化焚烧或污泥干化后掺和城市垃圾焚烧或配煤焚烧，无论是干化污泥制取“燃料棒”代替部门煤炭焚烧，掺和到垃圾焚烧厂焚烧发电，无论高温或低温焚烧，都会雾霾横行，重金属铅铬镉汞砷镍和二噁英与Cl化物的巨大排放对于江河湖泊海洋土地食物链等造成二次污染的严重问题，是个不争的事实，已经引起国务院和环保部的严重关注。

现在为了缓解污泥二次污染问题，很多地方政府都在进行污泥压缩填埋或掺和垃圾填埋想一了百了，压缩填埋1m³含水率在50％的污泥治理总成本在180元-200元左右，工业污泥焚烧，企业要付出3600元-4000多元1m³，污泥污染处理费用高昂，很多企业关门停产，污泥压缩填埋要添加浓缩剂PAM和脱水剂FeCl₃，同时产生高浓度污染的污泥压滤液排放处理，这样做虽然能缓解燃眉之急，但是占用了大量的有效的土地面积和再生能源资源浪费。据有关部门统计，几十年来，中国用于垃圾和污泥填埋的土地面积约在75万亩左右，而且每年还以5％-8％的速度大幅度上升，与GDP增速持平，直逼14亿人口的18亿亩耕地红线。预计在“十二五”末和“十三五”，仅仅全国600多城市的生活污水处理厂，年产生含水率在50％左右的污水处理厂污泥约3600万吨，再加上分散的各级工业污水处理厂的污泥预计会达到5000万吨以上，在针对中国人口资源环境压力大的国家来说，每年的污泥增加速度大于GDP增加速度，如果找不到最好的低成本的污泥治理零排放的循环经济技术工艺，每年因污泥污染造成的各种污染直接经济损失将会达到2200亿元以上，后果不堪设想。中国人民有能力治理自己由经济发展带来的一切污染问题，本发明污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，彻底颠覆了世界污泥治理方法，为城市生活污水处理厂污泥治理、工业污水处理厂有机污泥治理，石化有机污泥治理，再生能源利用节能减排污泥治理零填埋，没有压缩滤液排放，利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电，尾气吸收处理利用，没有二噁英和重金属二次污染物产生和超标排放，为污泥治理再生能源利用新技术革命带来曙光。污泥制低热值无烟煤，可以直接焚烧或配煤发电，供暖供热，无论高温或低温焚烧，都不会焚毁锅炉，没有二噁英、二氧化硫、氮氧化物、粉尘PM2.5、臭气，细菌病毒、污泥洌滤液、重金属的二次污染物超标排放。污泥制低热值无烟煤产品发热量在800kj/kg-3500kg/kg。焚烧废渣，既可以循环利用，又可以做水泥或免烧建材或减量填埋，节省土地。治理1m³含水率在80％-85％的污泥成本在30-120元，治理高度有机污染的工业污水处理厂有机污泥的费用，不会超过1000元/m³，制造的低热值无烟煤成品向市场出售后，可以得到国家政府减税和回收90％的投资成本费用，政府还给予无您治理60元到180元1m³的污泥治理补贴和减免税，治理有机工业污泥制低热值无烟煤，可以收取600-800元/T的污泥治理费，治理成本不到200元/T，比“固废中心”治理1m³污泥要收取3000-4000元/T要低得多，节约了企业的治理成本，污泥治理利国利民，有利可图，可以减少天然无烟煤的采挖，宝藏资源留给后代子孙使用，将污泥变成了“城市矿产资源”。仅仅从环保角度看，污泥制低热值无烟煤，能够解决目前由于生活污水处理厂、工业污水处理厂有机污泥压缩填埋及污泥干化焚烧或干化掺煤炭焚烧产生雾霾和重金属二次污染等带来的各种污染问题，本发明推动了污泥、污水治理领域的新技术革命。

3、发明内容

污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，包括以下步骤，通过以下技术步骤实现：

污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，在于先制造污泥制低热值无烟煤催化剂，包括以下步骤：按以下重量百分比的组份配置混合成污泥制低热值无烟煤催化剂：1.1.2％～1.5％的10-30目的钼铁矿石、0.9％～3％的膨润土粉、0.36％～0.8％的20目-30目磁铁矿石、0.35％～0.5％的1∶1的50％-98％工业硫酸锶与碳酸锶混合物、0.7％～5％的10-20目莫来石、0.37％～3％的30％-98％碳酸镁粉、0.35％～3％的蒙脱石、1.2％～3％的花岗石、0.8％～1％的20-30目蛇纹石、0.95％～4％的95#汽油与丁烷1∶1混合物、1％～3％的30-60目大理石、0.38％～0.6％二氧化硅石粉、1％～3％的80目滑石粉、0.39％～1％的30-60目煤矸石粉、5.2％～7％的1∶1的80％-98％工业碳酸钠∶碳酸氢钠混合物、1.6％～5％高岭土粉、0.4％～5％海泡石粉、3％～5％硫铁矿石粉、0.36％～0.5％的30目-60目钛铁矿石、1.2％～1.5％硅藻土粉、0.8％～3％铝矾土粉、1％～2％凹凸棒土粉、0.7％～3％磷矿石粉、0.35％～0.39％石墨粉、0.88％～1％的重金属铅、铬、锰、砷、镍、铜总含量≤100ppm的混合稀土废渣、0.39％～0.5％的10％-30％硅酸钾、0.5％～1％的30％碳酸钾、0.83％～1％的30％-98％MCl₂、0.01％～0.5％C₆₀巴基球、以上重量配合比例不足的部分用1∶1∶1∶1∶1∶1∶1混匀干燥的黏土+黑土+沙土+红土+自泥+草炭灰渣粉+炉渣粉的一种或几种混合后，按任意比例均匀补充混合；先将所有矿石和粗细粉料混合研磨成250目-800目细粉，最后按配方比例添加0.95％～4％的1∶1的95#汽油与丁烷混合物搅拌均匀，得到污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成的催化剂，申请单位编制为N737S；

向N737S专用催化剂中加入10％-89％的硝酸溶液，在80～120℃常压下进行反应，控制pH＝1～2，反应产生的气体用石墨夹套降膜吸收循环利用；反应完成后再加入0.1％～0.9％的30％-58％磷酸铁锂溶液搅拌，在100-120℃下进行反应1-2h，调节控制pH＝3-4；反应完成后再滴加98％的硫酸溶液，在120～150℃下进行反应1-2h，调节控制pH＝5～6；调节反应完成后用氢氧化钠粉末中和至pH＝5.5-14，然后冷却至室温，将其研磨成80～120目粉末；

向研磨好的催化剂中加入聚丙烯酰胺混合均匀，调节催化剂分子量为3-6万g/mol；

将污泥与催化剂的重量份比为100∶0.05～40的城市生活污水处理厂污泥或有机物含量高的各种工业有机污泥及石化污泥，要求原料污泥中总重金属Pb、Ni、Cd、Cr、Cu、As、Mn、Hg每一种含量都在≤10000ppm；

将上述处理后的专用催化剂N737S混合均匀，污水处理厂污泥制低热值无烟煤的湿污泥原料的含水率控制在50％～85％；

在利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电或太阳能聚焦蒸汽发电供热供电下，将上述污泥和催化剂N737S按污泥与催化剂的混合比例混合均匀，将混合物置于反应釜中，用蒸汽或导热油加热，控制混合物从0℃或从高于0℃的混合物温度，以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以0.1～0.8小时上升0.1MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％∶30％～50％的氧气和氮气混合气在1～3小时内增压至15MP，减压放空，再通入70～90％∶10～30％的氢气和氮气混合气在1～2小时内增压至20MP保压升温至320℃；改用电加热，继续保压升温以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至420℃-580℃保温停留1～2小时；然后自然降温至390～400℃时减压放空，再通入氮气升压至150～160MP，保持恒压0.5～2小时，自然降至室温减压放空，反应完成制得低热值燃料无烟煤；同时检测上诉产成品的产品燃烧值在800kj/kg-3500kj/kg；

将污泥制低热值无烟煤合成反应过程中产生的水蒸气经过气体对流水冷却吸收塔夹套石墨降膜吸收冷凝器冷却，通入夹套搪瓷反应釜中降温，以10-30转/min的转速搅拌下，滴加1％到98％的工业硫酸、硝酸溶液、磷酸、醋酸、柠檬酸、氢硫酸、乳酸、盐酸、高氯酸中的一种或几种混合酸，搅拌反应0.3h-2h后，使得冷却水的pH值在1到6之间，停止搅拌反应，放置1-2小时，按水重量的1％到3％，投加石灰粉末或NaOH粉末调节，搅拌使得冷却水的pH＝6-7，再以每分钟10到20转的速度搅拌下，投加按水的重量的0.15％-0.3％无水偏硅酸钠粉末，中和反应至混合物的pH值在8到9时停止搅拌，放置沉淀1-24小时，冷凝水导入人工生物膜吸收水池，在0℃到45℃，经过人工生物膜吸附降解，当检测出水CODcr≤30mg/l、NH₃-N≤6mg/l、TP≤0.51mg/l、TN≤20mg/l、重金属铅、镉、汞、砷、铬、镍、铜、锰各个含量都要≤0.001mg/l时，出水中投加二氧化氯20ppm-50ppm或投加10ppm-60ppm的O₃，常温氧化反应3h到8h后，达标排放到江河湖泊海洋或城市生活污水处理厂处理；

连续回收人工生物膜产生的污泥，添加到污水处理厂污泥中混合均匀，制低热值无烟煤。

改进方法1)

对于污泥制低热值无烟煤专用催化剂N737S配方比例进行改进

按以下重量百分比的组份配制混合成催化剂：0.3％的50目的钛铁矿石、0.38％的20目-30目黄铁矿石、3.0％的15目莫来石、2.2％-50％的碳酸镁粉、0.25％的蒙脱石、2.2％的花岗岩、2.3％的膨润土粉、1％的20-30目的蛇纹石、7％95#汽油与丁烷1∶1混合物、3.0％的30目大理石、1％二氧化硅粉、2％的60目滑石粉、3.0％的高岭土粉、3.0％的海泡石粉、3.0％的15目钼铁矿石、2.0％的硅藻土粉、2％的铝矾土粉、2.3％的凹凸棒土粉、1.1％的重金属铅、铬、锰、砷、镍、铜、镉总含量≤0.1ppm的混合稀土废渣、0.1％-0.3％含水率30％硅酸锂、1.0％的含水率30％的碳酸钾、0.63％的碳酸镁、0.05％～0.2％的C₆₀巴基球、以上重量比不足的部分用1∶1∶1∶1∶1∶1∶1混匀的粘土沙土+红土+除Cl白泥+草炭灰渣粉+炉渣粉的一种或几种混合后，按任意比例均匀补充混合，先将所有矿石和粗细粉料混合研磨成250目-800目细粉，最后按比例添加6％重量比的95#汽油与丁烷的1∶1的混合物搅拌均匀，得到改进后的污水处理厂污泥制低热值无烟煤催化剂，成本比原来降低约30％-50％。在催化剂与污泥的配比及反应条件与权力要求书1中的反应步骤、操作工艺一样的情况下，污泥制取低热值无烟煤催化剂使用效果和污泥制低热值无烟煤产品得率接近。

本发明的进一步改进方法2)

对于污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，在生产过程中产生的冷凝水蒸汽的处理技术进行改进，利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电，以降低生产成本。

经过气体对流水冷却吸收夹套石墨降膜吸收冷凝器冷却，通入搪瓷反应釜中，以每分钟10-30转的转速搅拌下，滴加1％-98％的工业硫酸、硝酸溶液、磷酸、醋酸、盐酸、高氯酸中的一种或几种混合酸溶液，搅拌反应3分钟或6分钟后，添加200目-800目的碳酸镁矿粉，控制反应液的pH值＝1-14之间，停止搅拌，放置反应1-3小时，按水的重量的1％到3％，投加150目到900目石灰粉，或NaOH粉末，搅拌反应，使得反应液的pH值＝6-7，继续中和反应，至混合物料溶液的pH值＝8-9时，停止搅拌，放置1-2小时，冷凝水清液导入人工生物膜吸收水池，在0℃-45℃，经过人工生物膜吸收降解，当检测出水CODcr≤30mg/l、NH₃-N≤10mg/l、TP≤0.1mg/l、TN≤1.0mg/l、重金属铅、镉、铬、锰、砷、汞、镍、铜、锡各≤0.01mg/l时，出水中投加二氧化氯在1-200ppm或投加O₃在10-200ppm之间，搅拌氧化1到6小时，检测排放到任何水体或排放到污水处理厂继续处理。

本发明的更进一步改进方法3)

利用污泥制低热值无烟煤催化剂治理工业有机污泥制低热值无烟煤

利用N737S以0.1％-30％的投加量，投加到工业及石化有机污泥中，在搅拌下使得N737S催化剂与污泥混合均匀，所用的工业污水处理厂的污泥含水率在50％-90％，要求工业有机污泥中重金属铅、镉、汞、砷、铬、镍、铜、锰总含量在≤10000ppm，控制混合物从0℃开始以每1～2小时上升100℃的速度上升至320℃，通入氮气从0.1MP以每1～3小时上升0.1MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％氧气与10％～30％氮气的3∶1混合气体在1～2小时内增压至15MP，再通入70～90％氢气与10～30％氮气的5∶1混合气在1～2小时内增压至20MP保压升温至320℃，继续保压升温以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至480℃-580℃保温停留1～2小时，然后自然降温至400～420℃时，再通入氮气升压至150～160MP，保持恒压1～2小时，自然降至室温排空，反应完成由工业有机污泥制低热值无烟煤。由工业有机污泥制得的低热值无烟煤在单独焚烧发电或配煤焚烧发电时，焚烧炉都要配合尾气重金属吸收***，使得尾气排放中1m³尾气中二噁英含量在0.1-0.01ng/m³、尾气排放中的重金属铅、铬、镉、汞、砷、镍、铜、锰、锡各个在≤0.001mg/m³之间，二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、PM10排放都要在0.001-0.1mg/m³，废水排放中的重金属铅、铬、镉、汞、砷、镍、铜、锰、锡各个在0.1-0.01mg/m³之间，其它理化指标CODcr＝5-30mg/l、NH₃-N＝0.1-3mg/l、TP≤0.1mg/l、TN≤1.0mg/l，要符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中III类水质标准。

本发明的有益效果是：

本发明是利用污水处理厂产生的含水率在50％-85％的或工业有机污泥或石化有机污泥、按污泥与催化剂N737S一定量的重量比，控制原料污泥中各种重金属含量在≤10000ppm，在污泥中添加一定量的PAM改性后，利用污泥混合机，将催化剂与污泥搅拌混合均匀，投加到特制的污泥制低热值无烟煤反应釜中，利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电，控制一定的反应压力温度和时间，进行化合反应，得到发热量在800kj/kg-3500kj/kg的低热值无烟煤成品，可以用来发电、供暖、供热，无论高温≥860℃或低温≤750℃焚烧都不产生超标的二噁英排放，单独自然焚烧时，没有可以闻见的二氧化硫臭味，不产生氮氧化物烟雾，火焰蓝色，没有烟尘，可以控制尾气吸收重金属排放在Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni、Cu、Mn都在0.01-0.0001mg/m³以下，冷凝废水处理后，可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中III类水质标准。生产过程中没有污泥压滤液洌滤液二次污染处理排放，反应过程中产生的冷凝水经过吸收冷却氧化灭菌，出水排放CODcr＝5-30mg/l、NH₃-N＝0.1-3mg/l、TP≤0.1mg/l、TN≤1.0mg/l，冷凝水排放水中的重金属铅、铬、镉、汞、砷、镍、铜、锰、锡各个在0.01-0.001mg/m³之间，符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中III类水质标准，可以排放到江河湖泊海洋或生活污水处理厂任意水体。灰渣处理后，可以做建材、筑路或工业填料。能够大部分的解决目前城市生活污水处理厂污泥、工业有机污泥、石化有机污泥等堆放填埋干化焚烧等不合理的污泥治理行为带来的土地、大气、水源、广大城乡的雾霾污染，地下水污染，重金属污染，江河湖海的富营养化污染等一系列二次污染问题。利用本发明技术治理1m³含水率在50％-85％的生活污水处理厂污泥或工业有机污泥的处理成本在30-60元/m³，处理1m³石化有机污泥的成本也就在200-800元之间，比“危险品处理中心”治理1m³工业企业有机污泥要收费3000-4000元省三分之二以上，具有竞争力。污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电再生利用零填埋，比那种把污泥压缩填埋在地下，几十年或上百年造成土地报废，资源浪费，污泥随意倾倒或堆肥做土壤改良剂二次污染地下水，还可能形成重大污染隐患的污泥治理方法要先进得多。污泥制低热值无烟煤，控制在短时间内合成，比天然烟煤无烟煤的自然形成，要耗费上亿年或千万年要短得多，所以污泥制低热值无烟煤，比天然无烟煤更有使用价值，天然无烟煤的重金属和二氧化硫在使用中排放超标是不能改变的性质。从治理污染保护环境的角度看，具有重要的推广价值和实施意义。本发明技术实施推广使用，属于国家鼓励支持发展的高科技循环经济节能减排环保产业技术，可以对于全社会及全世界产生巨大的环境效益、社会效益、生态效益、经济效益。从以上污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成的生产工艺技术路线可以看出，催化剂的部分原料，可以使用白泥、草炭灰、炉渣粉等容易取得的三废，属于对工业排放的三废利用。催化剂中的重金属含量，不影响使用结果，生产中原料可以使用生活污水处理厂污泥也可以使用工业污水处理厂污泥，还可以使用石化有机污泥，原料来源广泛，原料成本低廉，利用污水处理厂污泥制低热值无烟煤焚烧发电，供暖供热，具有很大的市场前景，任何针对本发明技术工艺内容进行的仿制、改名字、改变污泥加入容器的形状、改污泥添加无机物工艺、使用氧气或空气调节污泥温度、改压力时间温度和生产设备和改催化剂配方，生产污泥制固体燃料、随意抽取本专利发明配方中的任何一种原料或由原料制得的产品，与污泥掺和有机垃圾混合配制成可以焚烧的污泥制产品，污泥与垃圾混合或污泥与餐厨垃圾混合或污泥与钛化合物混合制造产品，都是对于本发明专利申请公布的技术工艺配方内容上的剽窃、仿制、仿冒行为。

4、具体实施方式

实施案例一：

利用生活污水处理厂产生的含水率约50％-85％的污泥，要求污泥中总重金属铅、镉、铬、汞、砷含量在10-500ppm内，按污泥与催化剂一定的重量比，在污泥中添加3.5％的污泥制低热值无烟煤催化剂N737S混合改性后，利用污泥混合机，进行挤压搅拌混合均匀，投加到特制的污泥制低热值无烟煤反应釜中，利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电，控制混合物从0℃开始的温度，以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每1～3小时上升0.1MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％∶30％～50％的氧气和氮气混合气在1～2小时内增压至15MP，再通入70％～90％∶10～30％的氢气和氮气混合气在1～2小时内增压至20MP保压升温至320℃，继续保压升温以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至580℃保温停留1～2小时；然后自然降温400～420℃时，再通入氮气升压至150～160MP，向反应釜缓慢滴加冷却水，排气吸收冷却，保持恒压1～2小时，自然降至室温排空，反应完成由工业有机污泥制得低热值燃料无烟煤。得到黑色的发热量在1200kj/kg-3500kj/kg污泥制低热值无烟煤成品，可以用来焚烧发电、供暖、供热，无论高温≥850℃或低温≤750℃焚烧，都不产生二噁英与SO₂、NxO、粉尘、臭气、重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As、Ni、Cu、Mn及污泥压滤液洌滤液的二次污染物超标排放。反应过程中产生的水蒸汽，经过冷却吸收塔，循环使用，或投加1-100ppm的O3或二氧化氯灭菌氧化反应，当出水CODcr在15mg/l-30mg/l、焚烧发电尾气冷却吸收液处理后，铅、镉、汞、砷、镍、铜、锰都全部≤0.0000001mg/l，达标排放到江河湖泊海洋或送城市生活污水处理厂再处理，灰渣处理后，可以用来做建材免烧砖或循环使用，污泥总处理成本在30-178元/T，原辅材料运输距离不同，治理成本不同，可以随意控制污泥治理成本。

实施案例二：

利用工业企业产生的含水率约80％-85％的工业有机污泥，总重金属镉、锌、锰、铜、镍、砷含量≤200ppm投加占污泥10％的催化剂N737S重量比，混合改性后，利用污泥混合机，进行挤压搅拌混合均匀，投加到特制的污泥制低热值无烟煤反应釜中，利用太阳能聚焦蒸汽发电和污泥制低热值无烟煤焚烧发电混合供热供电，控制混合物从0℃→100℃的混合物温度以每1～2小时上升200℃的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入含量60％氮气从0.1MP以每1～2小时上升5-6MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％∶30％～50％的氧气和氮气混合气在1～2小时内增压至15MP，再通入70％～90％∶10～30％的氢气和氮气混合气在1～2小时内增压至20MP保压升温至320℃；继续保压升温以每1～2小时上升200℃-300℃的速度缓慢上升至580℃，逐渐滴加自来水冷却，保温停留1～2小时；然后自然降温至400～420℃时，再通入氮气升压至150～160MP，保持恒压1～2小时，自然降至室温，排空，反应完成由工业有机污泥制得低热值燃料无烟煤。得到黑色的发热量在2200kj/kg-4000kj/kg污泥制低热值无烟煤成品，可用6000kj/kg的天然动力煤、无烟煤混合配制成5000-5500kj/kg的市售煤炭，可以用来焚烧发电、供暖、供热，无论利用循环流化床锅炉或炉排炉在≥860℃高温焚烧或利用低热值焚烧锅炉在≤700℃焚烧发电，尾气处理后，都不产生过量的二噁英、SO₂、NxO、粉尘、臭气、重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As、Ni、Cu、Mn及污泥压滤液洌滤液的二次污染物超标排放。反应过程中产生的水蒸汽，经过冷却吸收塔，循环使用，或投加1-20ppm的O3或二氧化氯灭菌氧化反应，当出水CODcr在15mg/l-30mg/l、焚烧发电尾气冷却吸收液处理后，铅、镉、汞、砷、镍、铜、锰都全部≤0.0000001mg/l，达标排放到江河湖泊海洋或送城市生活污水处理厂再处理，灰渣处理后，可以用来做建材免烧砖或循环使用，污泥处理总成本在40-160元/m³。

实施案例三：

利用石化厂产生的含水率约80％-85％的石化有机污泥与生活垃圾按1∶1混合均匀，总重金属砷、汞、镍、钴、镉含量在100-500ppm，按污泥与催化剂N737S100∶10的重量比，在污泥与催化剂混合改性后，利用污泥混合机，将污泥与催化剂搅拌混合均匀，投加到特制的污泥制低热值无烟煤反应釜中，利用污泥制低热值无烟煤混合0.3％-90％的天然动力煤炭焚烧发电供热供电进行能量供应，控制混合物从开始180℃的混合物温度以每1～2小时上升200℃的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.6MP以每1～2小时上升0.1MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％∶30％～50％的氧气和氮气混合气在1～2小时内增压至15MP，再通入70～90％∶10～30％的氢气和氮气混合气在5～7小时内增压至20MP保压升温至320℃；继续保压升温以每1～2小时上升200℃-300℃的速度缓慢上升至580℃保温停留1～2小时；然后滴加自来水自然冷却降温至400～420℃时，停止滴加自来水，再通入氮气升压至150～160MP，保持恒压1～2小时，自然降至室温排空，反应完成由工业有机污泥制得低热值燃料无烟煤。检测，得到发热量在3200kj/kg-4500kj/kg污泥制低热值无烟煤黑色成品，用循环流化床焚烧炉焚烧发电、供暖、供热，在低温≤700℃时焚烧或在高温≥860℃焚烧，尾气经过吸收处理，不产生二噁英、SO₂、NxO、粉尘、臭气、重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As、Ni、Cu、Mn及污泥压滤液洌滤液的二次污染物超标排放。

反应过程中产生的水蒸汽，经过冷却吸收塔，循环使用，或投加1-100ppm的O3或二氧化氯灭菌氧化反应，当出水CODcr在15mg/l-30mg/l、焚烧发电尾气冷却吸收液处理后，铅、镉、汞、砷、镍、铜、锰都全部≤0.0000001mg/l，达标排放到江河湖泊海洋或送城市生活污水处理厂再处理，灰渣中无可溶性有机物或重金属，可以用来做建材免烧砖或循环使用，污泥总处理成本在120-688元/T，原辅材料运输距离不同，治理成本不同，可以随意控制石化污泥治理成本。

Claims

1.污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，其特征在于先制造污泥制低热值无烟煤催化剂，包括以下步骤：(1)按以下重量百分比的组份配制混合成污泥制低热值无烟煤催化剂：1.2％～1.5％的10-30目的钼铁矿石、0.9％～3％的膨润土粉、0.36％～0.8％的20目-30目磁铁矿石、0.35％～0.5％的1∶1的50％-98％工业硫酸锶与碳酸锶混合物、0.7％～5％的10-20目莫来石、0.37％～3％的30％-98％碳酸镁粉、0.35％～3％的蒙脱石、1.2％～3％的花岗石、0.8％～1％的20-30目蛇纹石、0.95％～4％的95#汽油与丁烷1∶1混合物、1％～3％的30-60目大理石、0.38％～0.6％二氧化硅石粉、1％～3％的80目滑石粉、0.39％～1％的30-60目煤矸石粉、5.2％～7％的1∶1的80％-98％工业碳酸钠：碳酸氢钠混合物、1.6％～5％高岭土粉、0.4％～5％海泡石粉、3％～5％硫铁矿石粉、0.36％～0.5％的30目-60目钛铁矿石、1.2％～1.5％硅藻土粉、0.8％～3％铝矾土粉、1％～2％凹凸棒土粉、0.7％～3％磷矿石粉、0.35％～0.39％石墨粉、0.88％～1％的重金属铅、铬、锰、砷、镍、铜总含量≤100ppm的混合稀土废渣、0.39％～0.5％的10％-30％硅酸钾、0.5％～1％的30％碳酸钾、0.83％～1％的30％-98％MCl₂、0.01％～0.5％C₆₀巴基球、以上重量配合比例不足的部分用1∶1∶1∶1∶1∶1∶1混匀干燥的黏土+黑土+沙土+红土+白泥+草炭灰渣粉+炉渣粉的一种或几种混合后，按任意比例均匀补充混合；先将所有矿石和粗细粉料混合研磨成250目-800目细粉，最后按配方比例添加0.95％～4％的1∶1的95#汽油与丁烷混合物搅拌均匀，得到污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成的催化剂，申请单位编制为N737S；(2)向N737S专用催化剂中加入10％-89％的硝酸溶液，在80～120℃常压下进行反应，控制pH＝1～2，反应产生的气体用石墨夹套降膜吸收循环利用；反应完成后再加入0.1％～0.9％的30％-58％磷酸铁锂溶液搅拌，在100-120℃下进行反应1-2h，调节控制pH＝3-4；反应完成后再滴加98％的硫酸溶液，在120～150℃下进行反应1-2h，调节控制pH＝5～6；调节反应完成后用氢氧化钠粉末中和至pH＝5.5-14，然后冷却至室温，将其研磨成80～120目粉末，向研磨好的催化剂中加入聚丙烯酰胺混合均匀，调节催化剂分子量为3-6万g/mol；(3)将污泥与催化剂的重量份比为100∶0.05～40的城市生活污水处理厂污泥或有机物含量高的各种工业有机污泥及石化污泥，要求原料污泥中总重金属Pb、Ni、Cd、Cr、Cu、As、Mn、Hg每一种含量都在≤10000ppm，与步骤“(2)”处理后的专用催化剂N737S混合均匀，所述污水处理厂湿污泥原料的含水率控制在50％～85％；(4)在利用污泥制低热值无烟煤焚烧发电供热供电或太阳能聚焦蒸汽发电供热供电下，将步骤“(3)”的混合物置于反应釜中，用蒸汽或导热油加热，控制混合物从0℃或从高于0℃的混合物温度，以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以0.1～0.8小时上升0.1MP的速度上升至10MP保压，当反应釜内温度达到240℃，通入50％～60％∶30％～50％的氧气和氮气混合气在1～3小时内增压至15MP，减压放空，再通入70～90％∶10～30％的氢气和氮气混合气在1～2小时内增压至20MP保压升温至320℃；改用电加热，继续保压升温以每1～2小时上升100℃的速度缓慢上升至420℃-580℃保温停留1～2小时；然后自然降温至390～400℃时减压放空，再通入氮气升压至150～160MP，保持恒压0.5～2小时，自然降至室温减压放空，反应完成制得低热值燃料无烟煤，产品燃烧值在800kj/kg-3500kj/kg，反应过程中产生的水蒸气经过气体对流水冷却吸收塔夹套石墨降膜吸收冷凝器冷却，通入夹套搪瓷反应釜中降温，以10-30转/min的转速搅拌下，滴加1％到98％的工业硫酸、硝酸溶液、磷酸、醋酸、柠檬酸、氢硫酸、乳酸、盐酸、高氯酸中的一种或几种混合酸，搅拌反应0.3h-2h后，使得冷却水的pH值在1到6之间，停止搅拌反应，放置1-2小时，按水重量的1％到3％，投加石灰粉末或NaOH粉末调节，搅拌使得冷却水的pH＝6-7，再以每分钟10到20转的速度搅拌下，投加按水的重量的0.15％-0.3％无水偏硅酸钠粉末，中和反应至混合物的pH值在8到9时停止搅拌，放置沉淀1-24小时，冷凝水导入人工生物膜吸收水池，在0℃到45℃，经过人工生物膜吸附降解，当检测出水CODcr≤30mg/l、NH₃-N≤6mg/l、TP≤0.51mg/l、TN≤20mg/l、重金属铅、镉、汞、砷、铬、镍、铜、锰各个含量都要≤0.001mg/l时，出水中投加二氧化氯20ppm-50ppm或投加10ppm-60ppm的O₃，常温氧化反应3h到8h后，达标排放到江河湖泊海洋或城市生活污水处理厂处理，连续回收人工生物膜产生的污泥，添加到污水处理厂污泥中混合均匀，制低热值无烟煤。

2.根据权利要求1所述污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，其特征在于：所述步骤(4)中的反应釜为电控、蒸汽或导热油控制的双控制夹套反应釜，选择污泥制低热值无烟煤合成反应温度在从0℃到580℃之间，在320℃以下用蒸汽或导热油控制升温，320℃至580℃采用放空蒸汽或导热油后使用电控升温，所需要的蒸汽或导热油及电控所需的能量，为燃烧污泥制低热值煤炭产生蒸汽发电或太阳能供电。

3.根据权利要求1所述污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，其特征在于：所述步骤(4)中通入氮气、氧气、氢气的纯度为10％到98％，生产过程中使用了单一气体和混合气体。

4.根据权利要求书1所述的污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成，原料使用生活污水处理厂产生的污泥，也使用工业污水处理厂的有机污泥或石化污泥生产低热值无烟煤，还在催化剂中添加使用了白泥、沙土、草炭灰渣粉、炉渣粉做为原料，又回收废水处理过程中产生的人工生物膜有机污泥，添加到污水处理厂污泥中混合均匀，作为污泥制低热值无烟煤原料使用，循环制低热值无烟煤。

5.根据权利要求1至4任一项所述的污泥制低热值无烟煤合成生产工艺制成的污水处理厂污泥制低热值无烟煤，原料来源利用含水率在50％～85％的城市生活污水处理厂污泥，工业污水处理厂有机污泥及石化有机污泥制低热值无烟煤，其成品特征在于：所述的污泥制低热值无烟煤产品的发热量在800kj/kg-3500kj/kg，要求在原料污泥中总重金属Pb、Ni、Cu、Cd、Cr、As、Mn、Hg每一种含量都在≤10000ppm。

6.污泥制低热值无烟煤催化剂制造，其特征在于由以下重量百分比的组份矿物和工业原料混合制成：按以下重量百分比的组份配制混合成催化剂：按以下重量百分比的组份配制混合成污泥制低热值无烟煤催化剂：1.2％～1.5％的10-30目的钼铁矿石、0.9％～3％的膨润土粉、0.36％～0.8％的20目-30目磁铁矿石、0.35％～0.5％的1∶1的50％-98％工业硫酸锶与碳酸锶混合物、0.7％～5％的10-20目莫来石、0.37％～3％的30％-98％碳酸镁粉、0.35％～3％的蒙脱石、1.2％～3％的花岗石、0.8％～1％的20-30目蛇纹石、0.95％～4％的95#汽油与丁烷1∶1混合物、1％～3％的30-60目大理石、0.38％～0.6％二氧化硅石粉、1％～3％的80目滑石粉、0.39％～1％的30-60目煤矸石粉、5.2％～7％的1∶1的80％-98％工业碳酸钠：碳酸氢钠混合物、1.6％～5％高岭土粉、0.4％～5％海泡石粉、3％～5％硫铁矿石粉、0.36％～0.5％的30目-60目钛铁矿石、1.2％～1.5％硅藻土粉、0.8％～3％铝矾土粉、1％～2％凹凸棒土粉、0.7％～3％磷矿石粉、035％～0.39％石墨粉、0.88％～1％的重金属铅、铬、锰、砷、镍、铜总含量≤100ppm的混合稀土废渣、0.39％～0.5％的10％-30％硅酸钾、0.5％～1％的30％碳酸钾、0.83％～1％的30％-98％MCl₂、0.01％～0.5％C₆₀巴基球、以上重量配合比例不足的部分用1∶1∶1∶1∶1∶1∶1混匀干燥的黏土+黑土+沙土+红土+白泥+草炭灰渣粉+炉渣粉的一种或几种混合后，按任意比例均匀补充混合；先将所有矿石和粗细粉料混合研磨成250目-800目细粉，最后按配方比例添加0.95％～4％的1∶1的95#汽油与丁烷混合物搅拌均匀，得到污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成的催化剂，申请单位编制为N737S。