一種污泥干化抗收縮增碳方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體廢物處理方法，具體涉及一種用于污泥干化的太陽能輔助下減少干化收縮且增加污泥碳含量的方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量也急劇增加。截止2013年6月底，全國已建成城鎮(zhèn)污水處理廠3479座，污水處理能力約1.2億立方米/日。污水處理廠大規(guī)模建成運(yùn)營的最直接的結(jié)果，是污泥量的大幅提升。預(yù)測到2015年，全年城鎮(zhèn)污水處理廠濕污泥(含水率80% )產(chǎn)生量將達(dá)到3359萬噸，即日產(chǎn)污泥9.2萬噸。剩余污泥的一個最大問題是其含水率高，一般污水廠二沉池污泥的含水率為97%?99%，其中間隙水約占70%，毛細(xì)水占20 %左右，吸附水約為7 %，胞內(nèi)水約為3 %。而通過一般的脫水處理，如離心脫水、板框壓濾等，其最終含水率能夠達(dá)到75-85 %之間，此時(shí)污泥中的水分形態(tài)主要為吸附水和胞內(nèi)水。但是普通壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)無法對該污泥進(jìn)行深度脫水，不能滿足污泥后續(xù)處理的要求，如填埋的污泥需要含水率在60%以下，而焚燒等則污泥的含水率需要在〈30%，甚至到20%以下，才能滿足后續(xù)污泥焚燒、熱解制碳等熱處理的需求，因此如何實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗的污泥干化，成為解決問題的關(guān)鍵所在。
[0003]由于污泥等是生物質(zhì)類物質(zhì)，因此其干化過程會發(fā)生明顯收縮，污泥從機(jī)械脫水后的含水率80 %干化到20 %以下，一般體積會大幅度縮小(大概為原始的9 %左右，密度由開始的1.04g/cm3增加到1.07g/cm3)，主要是因?yàn)殡S著水分降低，污泥彈性模量變小，此時(shí)污泥表面水分的蒸發(fā)所引起的收縮及它內(nèi)部的約束，會造成最終干化快具有非常結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)，類似于石頭。該類剩余有機(jī)質(zhì)形成的致密物質(zhì)，不利于后續(xù)熱解制成高品位碳，也嚴(yán)重影響焚燒過程與空氣充分混合，不利于其完全燃燒。因此，如何在污泥干化過程中減少其體積的大幅度收縮，減少污泥等泥質(zhì)生物質(zhì)垃圾在干化過程中的收縮，以避免整個過程缺乏相應(yīng)的氣體輸送孔道，成為污泥干化過程需要解決的問題，也有利于后續(xù)污泥的最終處理。
[0004]如果在污泥的干化收縮過程中植入部分物質(zhì)構(gòu)建骨架，如某些大分子的有機(jī)物，既可以給污泥增加骨架，又可以增加污泥中的碳含量，同時(shí)添加一些有機(jī)的造孔劑，如淀粉、鋸末、木肩、秸桿等天然纖維，就能夠?yàn)楹罄m(xù)污泥的炭化提供良好的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有污泥干化方法中，由于水分逸散形成的致密干化污泥，不利于后續(xù)熱處理，以及污泥中有機(jī)碳含量偏低，不利于后續(xù)活性炭等的燒制的問題，采用有機(jī)造孔劑、碳料骨架等外加藥劑方法，結(jié)合太陽能直接干化，提供一種改善污泥干化后性質(zhì)的污泥干化抗收縮增碳方法，達(dá)到既能夠加速污泥熱干化速率，又能提高干化后污泥制碳的質(zhì)量的效果，從而極大地提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種污泥干化抗收縮增碳方法，其特征在于:在離心脫水后的污泥干基中投入有機(jī)造孔劑和催化劑混合均勻后，在太陽能夾層干化系統(tǒng)中進(jìn)行布料，通過骨架構(gòu)建、造孔劑的協(xié)同作用，與太陽能干化有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)污泥快速干化基礎(chǔ)上的低收縮增碳功能。
[0008]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的有機(jī)造孔劑由造孔劑和骨料構(gòu)成，其中，所述造孔劑與骨料的質(zhì)量比例為50-80%:20-50%，該有機(jī)造孔劑的投加量為污泥干基的5-30%。
[0009]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的造孔劑是由包括淀粉、鋸末、木肩和秸桿在內(nèi)的天然纖維中的一種或者多種以任意比例混合而成，其中氣粒徑需破碎到〈10mm。
[0010]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的骨料是由包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和樹脂在內(nèi)的高分子聚合物中的一種或者多種以任意比例混合而成，其中粒徑需破碎到〈5_。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的催化劑為高濃度Κ0Η溶液，其濃度20.4mol/L;該催化劑與所述有機(jī)造孔劑的質(zhì)量比為1: 1。
[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的污泥是市政污水廠的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或栗站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富營養(yǎng)化產(chǎn)生的包括藍(lán)藻在內(nèi)的含水率較高的生物質(zhì)，該污泥進(jìn)入所述太陽能夾層干化系統(tǒng)的含水率在80-95%之間。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的污泥干化到含水率〈20%。
[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的太陽能夾層干化系統(tǒng)包括從上到下依次排列的透光層、柔性輸送帶、剛性輸送帶、中水源熱栗加熱系統(tǒng)和保溫層，四周側(cè)面圍置有保溫材料以減少熱量逸散，該保溫材料與最頂層的透光層和最底層的保溫層形成一保溫的夾層空間；脫水后的污泥首先在所述柔性輸送帶上，受透過所述透光層的太陽光的照射，通過太陽能直接加熱預(yù)干化成型、脫臭、殺菌和光催化變性作用，然后通過重力自動從所述柔性輸送帶脫落到剛性輸送帶上，單獨(dú)利用所述夾層空間內(nèi)的空氣源或者共同利用該空氣源及其下方的所述中水源熱栗加熱系統(tǒng)進(jìn)行再次加熱，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)干化。
[0015]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的方法包括下列步驟:
[0016]步驟一，將制備好的有機(jī)造孔劑與脫水后的污泥干基進(jìn)行混合，同時(shí)添加催化劑，該有機(jī)造孔劑的投加量為脫水后的污泥干基的5-30%，該催化劑與所述有機(jī)造孔劑的質(zhì)量比為1:1，攪拌均勻；
[0017]步驟二，將步驟一獲得的污泥用螺旋式進(jìn)料系統(tǒng)或者高壓栗直接輸送到柔性輸送帶，進(jìn)入太陽能夾層干化系統(tǒng)，泥層厚度保持在1-lOcm之間，污泥隨柔性輸送帶間歇性向前移動并進(jìn)行干化，到達(dá)柔性輸送帶的盡頭后，輔助以機(jī)械刮板，使污泥自動脫落到下層的剛性輸送帶上進(jìn)一步干化，直至污泥含水率〈20% ;
[0018]步驟三，步驟二過程中產(chǎn)生的水蒸氣在透光層的冷凝作用下化為冷凝水，通過自流或者冷凝水去除裝置收集后進(jìn)入太陽能夾層干化系統(tǒng)，降低冷凝水對太陽光的屏蔽效應(yīng)；
[0019]步驟四，利用刮泥板將步驟二獲得的污泥送入自動收料系統(tǒng)進(jìn)行打包，然后外運(yùn)，或就地進(jìn)行焚燒和熱解。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用了太陽能制熱效果和污泥有機(jī)造孔劑的聯(lián)合作用，通過造孔劑的調(diào)理，既能夠構(gòu)建污泥的干化結(jié)構(gòu)，又有利于后續(xù)碳制備過程的造孔作用，特別是添加入的骨料等有機(jī)造孔劑，不僅可以增加污泥的碳含量，有利于后續(xù)熱解過程的增碳作用，能夠減少晾曬過程中污泥類物質(zhì)的收縮，而且在后續(xù)污泥熱處理時(shí)有利于增加污泥碳的造孔作用，從而獲得較高BET的碳，有利于后續(xù)碳質(zhì)量，特別是，添加的部分有機(jī)物有利于減少熱解過程中的焦油產(chǎn)量;借助于太陽能夾層干化系統(tǒng)將污泥晾曬，達(dá)到干化目的，從而有利于污泥類物質(zhì)在后續(xù)的制碳要求。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0022]1)充分利用了太陽能作用，將污泥等泥質(zhì)有機(jī)質(zhì)均勻晾鋪在太陽能夾層區(qū)間，既實(shí)現(xiàn)了太陽能直接利用，又利用夾層微小空間對其有效進(jìn)行保溫，從而大幅度提高了干化速率。
[0023]2)充分利用了有機(jī)造孔劑的作用，既加速了污泥脫水，又通過植入增碳、骨料以及造孔劑等組分，使得干化后的污泥形成特定的結(jié)構(gòu)，以利于后續(xù)熱處理效果。
[0024]所述太陽能污泥干化系統(tǒng)首先通過添加有機(jī)造孔劑，將其與污泥混合反應(yīng)，特別是加入的造孔劑可降低部分水分，同時(shí)有利于占據(jù)污泥中的位置，而在后續(xù)熱解過程，形成C02等氣態(tài)物質(zhì)，有利于碳的BET提高，同時(shí)形成的部分氣態(tài)碳在污泥中的Fe、Cu等重金屬作用下，會重新固定成碳，從而有利于提高得碳率。