本發(fā)明涉及一種污泥復(fù)配及直接熱解的方法，屬于有機固體廢棄物高效熱化學(xué)處置和環(huán)境保護領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
污水處理過程中，絕大多數(shù)的污染物都轉(zhuǎn)移到了污泥里，包括各種重金屬、有害有機物和病原體等，在進一步的處置過程很容易形成二次污染，特別是重金屬污染。經(jīng)過初步的板框壓濾脫水，污泥含水質(zhì)量比一般仍達80％左右，大多數(shù)污泥處置方法要求將含水質(zhì)量比降至20％以下，干燥過能耗較大。因此，如何實現(xiàn)污泥的高效處置及能源資源化利用是亟待解決的難題。
對于重金屬，傳統(tǒng)的處理方法是在污泥中添加部分水和固化劑，攪拌均勻后進行養(yǎng)護，反應(yīng)生成的水化物膠體可對重金屬離子進行吸附，降低其浸出特性，后續(xù)處置可用作修筑路基和建材，或直接進行填埋。但是這類方法僅是對重金屬的單純固化，浪費了污泥中的有機物資源。
熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法能將有機物資源轉(zhuǎn)化為燃料，有效減少毒性物質(zhì)的產(chǎn)生，并能將部分重金屬減量化后固定于殘渣中，具有潛在的應(yīng)用價值。但是，部分重金屬沸點較低，在高溫下會進入氣相，如后續(xù)使用不當，會隨氣相擴散至大氣中，形成嚴重的大氣污染。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有污泥處置方法的不足，而提出了一種污泥復(fù)配及直接熱解的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：在濕污泥中添加生物質(zhì)來調(diào)控水份和C、H、和O元素比例，并將富含硅鋁的粘土用作污泥直接熱解的固化劑，通過調(diào)整原料比例和熱解條件，獲得較好的濕污泥處置和資源化利用效果。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種污泥復(fù)配及直接熱解的方法，其特征在于：在污泥中添加固化劑和生物質(zhì)進行共熱解，其中所述固化劑的質(zhì)量比為3～10％，生物質(zhì)的質(zhì)量比為20～30％，污泥的質(zhì)量比為60～77％；具體步驟如下：按比例混合的污泥、生物質(zhì)和固化劑攪拌均勻后投放至熱解爐內(nèi)，升溫至500～700℃，保溫20～30min，再進一步升溫至熱解溫度800～1200℃，保溫10～20min，同時完成原料的干燥、氣化和裂解。
優(yōu)選所述的固化劑為凹凸棒土、高嶺土、蒙脫石或水滑石中的至少一種；其中固化劑中的硅鋁質(zhì)量比為60～80％，粒度為10～20目。
優(yōu)選所述的污泥為經(jīng)過板框式過濾的脫水污泥，含水質(zhì)量比為40～80％。
優(yōu)選所述的生物質(zhì)為破碎后的秸稈或樹枝；生物質(zhì)的含水質(zhì)量比為10～20％，粒度為1～10mm。
有益效果：
(1)在單個熱解爐內(nèi)完成對污泥、生物質(zhì)和固化劑的干燥、氣化和裂解，簡化了工藝流程，其中生物質(zhì)的添加可以調(diào)控污泥中的水份，也可以有效的調(diào)整C、H和O元素比例，在利用水蒸氣作為氣化劑的同時，可減小含水率過高帶來的高能耗，提高共氣化過程的效率和產(chǎn)氣率。
(2)高溫下，固化劑可將重金屬從具有一定環(huán)境毒性的可交換態(tài)與可動員態(tài)轉(zhuǎn)化為對環(huán)境基本無害的殘渣態(tài)，抑制其從固相到氣相的遷移，減小二次環(huán)境污染。
(3)本發(fā)明適用范圍廣，對污泥種類和含水率要求低，可較廣譜地實現(xiàn)污泥的無害化處置和資源化利用。
具體實施方式
本發(fā)明可以通過以下實施例具體實現(xiàn)，但是并不因此限制本發(fā)明的適用范圍。
實施例1
本實施例中的脫水污泥取自于南京市城北污水處理廠(同以下實施例)，經(jīng)處理后的污泥含水質(zhì)量比為50％，松枝含水質(zhì)量比為20％，平均粒度為2mm，固化劑為凹凸棒土，粒度為20目，硅鋁質(zhì)量比為60％。將污泥、生物質(zhì)和凹凸棒土按照77％：20％：3％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至500℃，保溫30min，再進一步升至熱解溫度900℃，保溫10min。
所述污泥含有的重金屬離子為Ba、Cr、Co、Ni、Cu、Mn、Cd、Pb，對熱解后殘渣中的重金屬含量和形態(tài)分別進行ICP和XRD檢測，根據(jù)重金屬在固相中的殘留率和形態(tài)轉(zhuǎn)換程度對本發(fā)明進行評估。ICP分析結(jié)果見表1。從表中可以看出，添加凹凸后，各個重金屬的殘留率均有所提高，這說明凹土的添加有效地抑制了重金屬往氣相的遷移。根據(jù)XRD結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加凹土后的殘渣主要以Si-Al氧化物組成，且其成分相較于未添加凹土的殘渣更加復(fù)雜，如Pb5Si8O21、PbAl2Si2O8、CdAl2(SiO4)2、CoSiO3等，這意味著凹土的添加可使重金屬從具有一定環(huán)境毒性的可交換態(tài)與可動員態(tài)轉(zhuǎn)化為對環(huán)境基本無害的殘渣態(tài)，尤其是Cd和Pb兩種離子。
利用氣相色譜儀對熱解過程中的產(chǎn)氣進行分析，結(jié)果表明，熱解燃氣組分主要有H2、CO、CH4、CO2和CmHn等，其中在污泥原位水蒸汽作為氣化劑的條件下，H2的含量達到了45％，燃氣熱值在15～18MJ/Nm3之間，具有良好的應(yīng)用前景(同以下實施例)。
實施例2
本實施例中經(jīng)處理后的污泥含水質(zhì)量比為60％，松枝含水質(zhì)量比為17％，平均粒度為4mm，固化劑為凹凸棒土，粒度為15目，硅鋁質(zhì)量比為80％。將污泥、生物質(zhì)和凹凸棒土按照75％：20％：5％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至550℃，保溫30min，再進一步升至熱解溫度1200℃，保溫15min。根據(jù)表1的ICP結(jié)果可知，相較于實施例1，各個重金屬離子在固相中的殘留率都有所增大，這說明隨著固化劑比例的越大，熱解溫度的提高，重金屬的固化程度也相對提高。固相殘渣的XRD結(jié)果表明重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)換程度也有所提高，這可能是熱解溫度增大的原因。
實施例3
本實施例中經(jīng)處理后的污泥含水率為80％，松枝含水率為15％，平均粒度為6mm，固化劑為高嶺土，粒度為13目，硅鋁質(zhì)量比為60％。將污泥、生物質(zhì)和高嶺土按照70％：24％：6％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至600℃，保溫25min，再進一步升至熱解溫度850℃，保溫20min。根據(jù)表1的ICP結(jié)果可知，相較于實施例2，各個重金屬離子在固相中的殘留率都有所降低，但是相較于實施例1均有所增高，這表明盡管固化劑比例有所增大，但是熱解溫度的降低也會使得重金屬在固相中的殘留率有所降低。同時固相殘渣的XRD結(jié)果也表明重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)換程度不大。
實施例4
本實施例中經(jīng)處理后的污泥含水質(zhì)量比為40％，松枝含水質(zhì)量比為13％，平均粒度為8mm，固化劑為高嶺土，粒度為20目，硅鋁質(zhì)量比為80％。將污泥、生物質(zhì)和高嶺土按照68％：25％：7％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至650℃，保溫25min，再進一步升至熱解溫度1100℃，保溫10min。根據(jù)表1的ICP結(jié)果可知，相較于實施例3，隨著固化劑比例的增大和熱解溫度的提高，各個重金屬離子在固相中的殘留率都有所增大。固相殘渣XRD結(jié)果也表明重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)換程度較大，殘渣態(tài)比重增加。
實施例5
本實施例中經(jīng)處理后的污泥含水質(zhì)量比為55％，松枝含水質(zhì)量比為10％，平均粒度為10mm，固化劑為蒙脫石，粒度為10目，硅鋁質(zhì)量比為60％。將污泥、生物質(zhì)和蒙脫石按照65％：26％：9％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至700℃，保溫20min，再進一步升至熱解溫度800℃，保溫20min。根據(jù)表1的ICP結(jié)果可知，相較于實施例4，隨著固化劑比例的增大和熱解溫度的降低，各個重金屬離子在固相中的殘留率都略微下降。并且固相殘渣中的重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)換程度也有所減小。
實施例6
本實施例中經(jīng)處理后的污泥含水質(zhì)量比為70％，松枝含水質(zhì)量比為13％，平均粒度為2mm，固化劑為蒙脫石，粒度為15目，硅鋁質(zhì)量比為80％。將污泥、生物質(zhì)和蒙脫石按照60％：30％：10％的比例混合均勻，投放至熱解爐內(nèi)，升溫至700℃，保溫20min，再進一步升至熱解溫度1000℃，保溫10min。根據(jù)表1的ICP結(jié)果可知，相較于實施例5，隨著固化劑比例的增大和熱解溫度的提高，各個重金屬離子在固相中的殘留率都隨之增大，是所有實施例中最高的。并且固相殘渣中的重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)換程度也相對增大，殘渣態(tài)比重增加。
以上介紹了本發(fā)明的基本原理和主要特征，本發(fā)明的保護范圍不受實施例的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做的等同替換和改變，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明接下來會做各種變化和改進，這些變化和改進都落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
表1不同熱解條件下各個重金屬的殘留率