申请日2013.11.20
公开(公告)日2014.03.12
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明涉及一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法。将该方法应用于石灰干化后的城市生活污水污泥，经该方法处理后，可以解决因未处置而对水泥窑预分解窑内热传质、热耗、燃料使用效率、水泥熟料生产效率的影响，水泥窑预分解收尘处结皮、堵塞，水泥熟料生产效率下降等负面影响。更好的发挥水泥窑处置城市生活污水污泥处理量大的优势。
权利要求书
1.一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)石灰干化城市生活污水污泥过程中碳酸钙晶种的制备;向城市生活污水污泥中加入水溶性碳酸盐，城市生活污水污泥中的Ca(OH)2与水溶性碳酸盐反应得到碳酸钙晶种，水溶性碳酸盐的掺量为城市生活污水污泥中生石灰质量的0.1%～1%;
(2)石灰干化城市生活污水污泥中Ca(OH)2的碳酸钙化，步骤(1)所得碳酸钙晶种置于固态流化设备中进行碳酸钙化，控制温度为20～40℃;湿度99%以上;二氧化碳浓度不低于60%，碳酸钙化时间为30～60min;石灰干化城市生活污水污泥颗粒的运动形态：悬浮运动形态;所采用设备为：任何可以使得石灰干化城市生活污水污泥颗粒悬浮的固态流化设备;
(3)将步骤(2)所得碳酸钙化的城市生活污水污泥的进一步干化，干化温度不高于100℃。
2.根据权利要求1所述的一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法，其特征在于步骤(1)中所述水溶性碳酸盐为Na2CO3或K2CO3中任一种。
说明书
一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法
技术领域
本发明属于建材领域，涉及一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法。
背景技术
2012年，我国城市生活污水污泥年排放量达3000万吨(以含水率为80%计)。随着城市化进程的不断推进，排放量仍有较大增长。城市生活污水污泥成分复杂，除含有大量水分外，亦含有难降解的有机物、重金属、病原微生物和寄生虫卵等。处置不善将带来严重的环境问题。稳定化、减量化、资源化与无害化的城市生活污水污泥处置方式成为我国乃至世界广泛关注的热点问题。干化作为城市生活污水污泥前期处置方式，一直以来受到诸如环境、热工等领域研究者的关注。石灰干化作为城市生活污水污泥初步脱水后(初步脱水至含水率为80%左右)一种低成本的处置方式近年来受到青睐。其具体的优点如下：
(1)可减少细菌原体;
(2)无细菌原体再生风险;
(3)除臭除味，减少带菌物;
(4)成本低，占地空间小;
(5)运作简易;
(6)能将污泥转变为矿物质;
(7)提高污泥固体含率，运输更方便。
这种经石灰干化的城市生活污水污泥，与其它方式处置所得的干化污泥一样，仍需进一步安全处置。就现有的处置方式而言，水泥窑处置城市生活污水污泥方式与其它方式如填埋、土地利用、焚烧相比，具有如下优势而得到欧美等发达国家的广泛应用，我国将该处置方式作为“十二五”期间建材行业发展的重点工程，在全国进行示范和推广。
(1)有机物分解彻底
在回转窑中内温度一般在1350℃-1650℃之间，甚至更高，燃烧气体在此停留时间>8s，高于l100℃时停留时间>3s。燃烧气体的总停留时间为20s左右，且水泥窑内物料呈现高湍流化状态。因此窑内的污泥中有害有机物可充分燃烧，焚烧率可达99.999%，即使是稳定的有机物如二噁英等也能被完全分解。
(2)抑制二噁英形成
由于干化污泥喂入点处在高于850℃的分解炉，分解炉内热容大且温度稳定，有效地抑制了二噁英的产生。从国内外水泥窑处置有毒有害废弃物的实践表明，废弃物焚烧后产生的二噁英排放浓度远低于排放限值。
(3)不产生飞灰
煅烧排出废气粉尘经窑尾布袋收尘器收集后作为水泥原料重新进入窑内煅烧，没有危险废弃物飞灰产生。
(4)固化重金属
回转窑内的耐火砖、原料、水泥窑表面与水泥熟料均为碱性，可吸收SO2，从而抑止其排放。在水泥烧成过程中，污泥灰渣中的重金属能够被固定在水泥熟料的结构中，从而达到被固化的作用。
(5)资源化效率高
污泥中的有机成分和无机成分都能得到充分利用，资源化效率高。污泥中含有部分有机质(55%以上)和可燃成分，它们在水泥窑中煅烧时会产生热量;污泥的低位热值11MJ/kg左右，在热值意义上相当于贫煤。贫煤含55%灰分和10%-15%挥发分，并具有热10-12.5MJ/kg。
(6)处理量大、见效快
水泥生产量大，需要的污泥量多;水泥厂地域分布广，有利于污泥就地消纳，节省运输费用;水泥窑的热容量大，工艺稳定，处理污泥方便，见效快。
但不同于其它城市生活污水污泥的处置方式诸如填埋、农用和焚烧等，因现代新型干法水泥生产工艺对原、燃烧材料含水率的要求(含水率低于2%)，经石灰干化的城市生活污水污泥仍需进一步干化脱水。对于热干化城市生活污水污泥而言，干化至含水率小于30%即可达到适宜于新型干法水泥生产工艺的要求。然而，由于石灰干化城市生活污水污泥中大量Ca(OH)2的存在，即使干化至含水率低于30%，因Ca(OH)2在预分解窑内发生如下分解反应而释放出大量的水分。
水泥预分解窑内大量水分的存在除影响窑内的热传质，增大水泥窑预分解窑窑内的热耗，增加燃料的使用效率和浪费能源外，将对水泥熟料的生产效率产生影响。此外，易导致水泥窑预分解炉收尘处结皮、堵塞等，势必将进一步影响水泥熟料生产的效率，同时也易引起生产中安全事故的发生。更重要的是，将影响水泥窑处置城市生活污水污泥量大优势的发挥。因此对水泥窑处置的石灰干化城市生活污水污泥进一步脱水尤为重要。然而纵观当前各种石灰干化城市生活污水污泥的热处置方式，仍难以解决因Ca(OH)2在预分解窑内释放出大量的水分而带来的各种问题。其本质原因在于，当前热处置的方式主要以脱掉城市生活污水污泥中的物理水和部分在低温下易脱掉的化学水为主，而对于以Ca(OH)2方式存在的高温稳定型水分的脱水仍存在技术方面的难题。虽然可以用加热的方式进一步脱掉Ca(OH)2中的水分，但因Ca(OH)2分解温度常在600℃以上，势必增加脱水的能耗成本。更重要的是，Ca(OH)2分解的结束温度常在800℃左右，易引起城市生活污泥中二噁英前驱体的产生。因此，为了水泥窑处置城市生活污水污泥方式的可持续化，发挥水泥窑处置城市生活污泥的优势等，一种合理的石灰干化污泥的进一步脱水方法至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法。解决石灰干化城市生活污水污泥因在预分解窑内释放出大量的水分而带来的诸如能耗、预分解窑分解效率和收尘袋堵塞与结皮等相关问题。
本发明提出的一种石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水方法，具体步骤如下：
(1)石灰干化城市生活污水污泥过程中碳酸钙晶种的制备;向城市生活污水污泥中加入水溶性碳酸盐，城市生活污水污泥中的Ca(OH)2与水溶性碳酸盐反应得到碳酸钙晶种，水溶性碳酸盐的掺量为城市生活污水污泥中生石灰质量的0.1%～1%;
(2)石灰干化城市生活污水污泥中Ca(OH)2的碳酸钙化，步骤(1)所得碳酸钙晶种置于固态流化设备中进行碳酸钙化，控制温度为20～40℃;湿度99%以上;二氧化碳浓度不低于60%，碳酸钙化时间为30～60min;石灰干化城市生活污水污泥颗粒的运动形态：悬浮运动形态;所采用设备为：任何可以使得石灰干化城市生活污水污泥颗粒悬浮的固态流化设备;
(3)将步骤(2)所得碳酸钙化的城市生活污水污泥的进一步干化，干化温度不高于100℃。
本发明中，过程一即碳酸钙晶种的制备过程在石灰干化城市生活污水污泥过程中完成，所用材料为Na2CO3、K2CO3等水溶性碳酸盐，在石灰干化城市生活污水污泥中的掺量为生石灰总量的0.1%至1%。
本发明中，过程二即石灰干化城市生活污水污泥中Ca(OH)2的碳酸钙化过程，在城市生活污水污泥用石灰干化后进行，在此过程的碳酸钙化环境条件为：温度20～40℃;湿度99%以上;二氧化碳浓度不低于60%，碳酸钙化时间30～60min;石灰干化城市生活污水污泥颗粒的运动形态：悬浮运动形态;所采用设备为：任何可以使得石灰干化城生活污水污泥颗粒悬浮的固态流化设备。
本发明中，过程三即碳酸钙化城市生活污水污泥的进一步干化过程，在石灰干化城市生活污水污泥的碳酸钙化过程后进行，此过程可以在任何可以干化的设备与环境条件下进行，但干化温度应不高于100℃。
经过上述过程，可达到石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前的进一步脱水目的。
本发明中，诸如Na2CO3、K2CO3等水溶性碳酸盐，可溶解在含水率较高的城市生活污水污泥中，与溶解在含有水分的石灰干化城市生活污水污泥中的Ca(OH)2发生如下沉淀反应：
Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 +NaOH
产生碳酸钙沉淀，形成碳酸钙晶种，Na2CO3、K2CO3等水溶性碳酸盐主要起形成碳酸钙晶种，加速石灰干化城市生活污水污泥碳酸钙化过程的作用。在石灰干化后，借助如下反应：
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 +H2O
在任何可以使得石灰干化城市生活污水污泥颗粒悬浮的固态流化设备中，在20～40℃温度范围内，湿度在99%以上，二氧化碳浓度不低于60%的条件下，使得悬浮态的石灰干化城市生活污水污泥颗粒中的Ca(OH)2实现碳酸钙化，利用化学方法进一步挤出石灰干化城市生活污水污泥中的水分。
将碳酸钙化后的石灰干化城市生活污水污泥，在不高于100℃的温度下，借助任何可以干化的设备进行干化。即可达到石灰干化城市生活污水污泥水泥窑处置前进一步脱水的目的。本发明所产生的污泥，由于经历Ca(OH)2碳酸钙化，转变为碳酸钙，挤出了以Ca(OH)2方式存在的高温稳定态化学结合水，并对碳酸钙后的城市生活污水污泥进行了进一步干化，防止了因Ca(OH)2分解而产生的大量水分释放，应用于水泥窑处置，可改善因未处置而产生的热耗增加，降低燃料使用效率和浪费能源，影响水泥生产效率，导致水泥窑预分解窑收尘处结皮、堵塞，易引起安全事故，影响水泥窑处置城市生活污水污泥量大优势等问题。
本发明处置的城市生活污水污泥实现石灰干化城市生活污水污泥进一步脱水的途径是：采用如下反应：
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 +H2O
使得石灰干化城市生活污水污泥中的Ca(OH)2转变为碳酸钙，挤出石灰干化城市生活污水污泥中以Ca(OH)2方式存在的化学结合水，通过后续的再次热或其它方式的干化，进一步脱掉石灰干化城市生活污水污泥中的以Ca(OH)2方式存在的水分。其中，Na2CO3、K2CO3等水溶性碳酸盐主要起制备碳酸钙晶核，为后续碳酸钙化提供晶种，加速碳酸钙化过程的作用。过程二中的温度、湿度和二氧化碳浓度条件及石灰干化城市生活污水污泥颗粒的运动形态主要用于实现石灰干化城市生活污水污泥更好的碳酸钙化。
本发明的有益效果在于：
本发明经过Ca(OH)2的碳酸钙化反应，进一步脱掉了石灰干化城市生活污水污泥中以Ca(OH)2方式存在的化学水，作为原、燃料用于水泥熟料的生产过程中，可解决因未处置而产生的热耗增加，降低燃料使用效率和浪费能源，影响水泥生产效率，导致水泥窑预分解窑收尘处结皮、堵塞，易引起安全事故，影响水泥窑处置城市生活污水污泥量大优势等问题。
