申请日2011.12.22
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C10L5/46; C02F11/12; C02F11/02
摘要
本发明公开了一种OSA-复合酶污泥燃煤组合物，及其制备方法。本发明提供的污泥燃煤中污泥含量高，且污泥燃煤的燃烧热值高，燃烧效果好，能替代部分工业及生活用煤。用本发明提供的污泥燃煤制备方法可快速降低污泥含水量，高效快速地大量处理污泥，且价格低廉。
权利要求书
1.一种OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 60%～80%
添加剂 20%～40%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
2. 根据权利要求 1中所述的OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 65%～75%
添加剂 25%～35%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
3. 根据权利要求 2中 所述的OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 75%
添加剂 25%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
4.一种制备OSA-复合酶污泥燃煤的方法，该方法包括下列步骤：
A. OSA-复合酶污泥原位减量：在污水处理厂污水中，每立方污水加入固定化胞溶酶0.4~0.8克，溶解微生物细胞壁，使胞内束缚水变成自由水，促进污泥降粘、深度脱水，实现污泥量消减，减量污泥经隔膜压滤机压榨，污泥固含量由2%提高到50%~60%;
B. 太阳能-热泵组合干化：采用太阳能-热泵组合系统干燥OSA-复合酶污泥滤饼，含水率由50%~40%降至20%~15%，使其达到目的物固含量为80%~85%的污泥粉;
C. OSA-复合酶污泥燃煤的模压成型：在配料机中，按比例依次加入固含量80%~85%的OSA-复合酶污泥粉、添加剂;搅拌混合均匀，模压造型。
说明书
OSA-复合酶污泥燃煤及其制备方法
技术领域
本发明属于城市污泥领域，具体地说，本发明涉及由城市污泥制成的燃料，以及制备污泥燃料的方法。
背景技术
城市污水处理厂污泥的处理是世界性难题。
古人用“出淤泥而不染”来赞扬荷花的清纯高贵，但同时，我们也不难看出，作者对“淤泥”的鄙视。随着城市化的发展，城市污水排放量越来越大，从而产生大量的污泥。
在西欧、日本等发达国家,由于土地资源短缺,地下水资源、海洋环境污染严重等原因,传统的填埋、堆肥、投海处置等方法已立法限制使用。在我国,据1993年不完全统计,已建成和正在建设中的城市污水处理厂共计117座,日污水处理量达到513，628万m3,按污泥产率3.8%计算,日排出的污泥达19,518万m3, 折合干污泥3123万t/a ，而且还以每年大约10%的速度增长。绝大部分仍以填埋、直接农田使用为主,对土壤、地下水污染严重。
但是，我国干污泥中含38.4%有机质，污泥干燥基热值较高，基本都在12000 kJ/kg以上，接近褐煤15466kj/kg水平。其绝干物质的高位热值可达3500~5000kal/kg，是一种极有价值的潜在能量，也是一种重要的可利用能源。所以,如何无害化、资源化地处理污泥,将成为现代化城市中环保和节能的一个重要课题。
污泥处理的最大难题是“初级污泥”含水率过高，后期脱水难度大、费用高。目前我国污水厂未作处理的污泥的含水率为99%，即使经过浓缩和脱水处理后的污泥，含水率也只能降低到80%。因此，不论是填埋，还是堆肥、焚烧，效果都不理想。以北京市为例：污泥堆肥成本随电价变化约300~350￥/ t DS，污泥填埋操作简单，成本约500~760￥/t DS，污泥焚烧减量效果最明显，初始投资及运行费用最高，综合成本约771~1000￥/t DS。
目前，国内外有关城市污泥燃料专利如下：
① CN94112288.3活性污泥煤球及其制备方法，粉煤占80%～90%活性污泥只占0.5%～4.0%。
② CN92103704.X利用生化污泥制作的污泥型煤，生化污泥占30～45%，原煤占53～68%。
③ CN201010017267.3污泥环保再生煤及其制备方法，污泥：45～70%，助燃剂：25～50%焦油渣。制备工艺复杂，常规干燥，耗能大。
④ CN200610114718.9一种污泥煤混合燃料及使用方法，污泥占混合燃料成分的50～65%，煤占混合燃料成分的35～50%。在使用时，污泥煤混合燃料的加入量为锅炉燃料煤总量的20～30%。
⑤ CN200610011414.X一种污泥燃料棒及其制备方法，其质量百分比为：脱水污泥50～70%，助燃剂20～50%，专利实施例所示，脱水污泥含水率84.2%(干基重15.8%)，这样，配方中脱水污泥50～70%，也只有8%～11%的干污泥;制得的燃料棒成品 含水率40.90%，低位热值2735kcal/kg。
从上述专利可以看出，城市污泥燃料中存在的问题是：
1. 在燃料组合物中，污泥含量低：通常在30%，最高也只有50%，且燃烧值低，每公斤 2735大卡;
2. 处理工艺复杂成本高，特别是污泥干燥，脱水复杂，成本高，以干燥到含水率65%~75%计算，每吨运转费用高于400元。
3. 污泥燃料携带大量有害微生物，可能成为潜在污染源。
4.污泥燃料恶臭难除，影响人们使用。
发明内容
本发明一个目的是提供一种新的污泥燃煤，它污泥含量高，且污泥燃煤的燃烧热值高，燃烧效果好，可大量处理污泥，能替代部分工业及生活用煤。
本发明的再一个目的是提供一种制备污泥燃煤的方法，该方法处理污泥，可快速降低污泥含水量，效率高，且污泥燃煤燃烧热值高。
在本发明中，公开了新的一种OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 60%～80%
添加剂 20%～40%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
OSA-复合酶污泥是污水处理厂污泥干粉，经固定化胞溶酶处理及太阳能热泵干化而得。污水处理厂污泥经固定化胞溶酶处理后，污泥无腥臭味，经压滤机滤水，滤饼固含量60%～50%，松散，再经太阳能热泵干化得到固含量85%～80%的OSA-复合酶污泥干粉，能耗小;而现有技术处理的污泥，是一种胶质泥浆，有特殊腥臭味，体积庞大，经压滤机滤水后，滤饼固含量20%以下，胶粘，常规干燥，耗能大。
在本发明中，本发明公开了一种优选的OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 65%～75%
添加剂 25%～35%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
在本发明中，本发明公开了一种更优选的OSA-复合酶污泥燃煤，其特征在于它含有下列组份(质量分数%)：
OSA-复合酶污泥干粉 75%
添加剂 25%
其中：OSA-复合酶污泥干粉，是污水处理厂污水经固定化胞溶酶处理、太阳能热泵干化制成，固含量在80-85%;添加剂系由引燃剂、助燃剂、粘合剂按重量比5：85：10组成;其中引燃剂为的硝石、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种;助燃剂选用秸秆：玉米秸、高梁秸、豆秸、葵花秸、棉花秸、菜籽秸、麦秸、稻秸中的一种或几种;粘合剂选用含水硅酸盐:(Na、Ca)O·33(Al、Mg)2(SiO)10·(OH)2·nH2O,粒度为70μm。
本发明还公开了一种制备OSA-复合酶污泥燃煤的方法，该方法包括下列步骤：
A. OSA-复合酶污泥原位减量：在污水处理厂污水中，每立方污水加入固定化胞溶酶0.4~0.8克，溶解微生物细胞壁，使胞内束缚水变成自由水，促进污泥降粘、深度脱水，实现污泥量消减，减量污泥经隔膜压滤机压榨，污泥固含量由2%提高到50%~60%;
B. 太阳能-热泵组合干化：采用太阳能-热泵组合系统干燥OSA-复合酶污泥滤饼，含水率由50%~40%降至20%~15%，使其达到目的物固含量为80%~85%的污泥粉;
C. OSA-复合酶污泥燃煤的模压成型：在配料机中，按比例依次加入固含量80%~85%的OSA-复合酶污泥粉、添加剂;搅拌混合均匀，模压造型。
在本发明中，详细公开了制备OSA-复合酶污泥燃煤的方法，该方法包括下列步骤：
第一步，OSA-复合酶污泥原位减量：在污水处理厂污水中，每立方污水加入固定化胞溶酶0.4~0.8克，溶解微生物细胞壁，使胞内束缚水变成自由水，促进污泥降粘、深度脱水，实现污泥量消减，减量污泥经隔膜压滤机压榨，污泥固含量由2%提高到50%~60%，每吨污水水处理费用仅0.05-0.1元;
第二步，太阳能-热泵组合干化：采用太阳能-热泵组合系统干燥OSA-复合酶污泥滤饼含水率由50%~40%降至20%~15%，使其达到目的物固含量为80%~85%的污泥粉，每吨运转费用低于150元;以上两项费用合计为159元/吨污泥;
第三步， OSA-复合酶污泥燃煤的模压成型：在配料机中，按比例依次加入固含量80%~85%的OSA-复合酶污泥粉、添加剂;搅拌混合均匀，模压造型，每吨燃煤成本价300元/吨，市场价650元/吨煤，有较大的利润空间，况且是污泥资源化，利国利民。
在本发明中，申请人详细公开了制备OSA-复合酶污泥燃煤的方法，该方法包括下列步骤：
第一步，OSA-复合酶污泥制备：采用污泥原位减量OSA-复合酶组合技术
污水处理厂的污泥，是一种胶质泥浆，密度约为1.015g/ml,含水率为91%左右，有特殊腥臭味，携带有害微生物，体积庞大，这种大体积的胶质泥浆如果不经过OSA-复合酶处理，将为后续处置带来很多不便。
本发明采用城市污泥原位减量OSA-复合酶组合技术，其实质是：通过固定化胞溶酶破坏微生物细胞壁，使胞内束缚水变成自由水，促进污泥降粘、深度脱水，实现污泥量消减30%~40%。同时减量污泥经隔膜压滤机压榨，实现污泥含固量由20%以下，提高到50%~60%。
污泥原位减量复合酶，系多功能酶制剂(MCEP)，由多功能复合微生物(Multifunctional Compound Micro-organisms Preparation MCMP)光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、真菌在内等数十种能分泌胞外酶的复合菌株组成，能保持并强化天然存在菌株的活性，从而优化和控制微生物种群的平衡。投加污泥减量微生物制剂后，增加了系统中细菌的种类、浓度和代谢活性，而且能抑制有害细菌的生长。它们各自分泌不同的胞外酶，具有污泥减量、水质净化、异臭去除等多种功能。
日处理规模为5 m3/d的活性污泥法装置中,每次MCMP加入量为日处理水量的0·02% ~0·04%，MCMP含量在8~16ppm。每吨污水水处理费用在0.05-0.1元。
该工艺首先污泥原位减量、除臭、降粘、深度脱水，其次隔膜压滤机完成固液分离，得到含水率由98%降到50%~40%的OSA-复合酶污泥滤饼，它是一个无臭味的有机质污泥燃煤半成品。
第二步OSA-复合酶污泥干化：采用太阳能-热泵组合新技术
太阳能与热泵结合的污泥干燥技术是将太阳能和热泵结合起来组成新的热源; 即充分利用太阳能集热器在低温时集热效果好、热泵系统在其蒸发温度高时效率高的优点, 将太阳能加热系统作为热泵系统的低位能源组成新的太阳能热泵供热系统。这种系统结合方式, 能够克服太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性, 达到节省高位能源和减少环境污染的目的。
太阳能高温热泵干燥系统结构：该系统主要由太阳能集热系统、干燥系统、热泵系统和微机监测与控制系统组成。
太阳能高温双热源热泵干燥系统的热源流程原理图及它们的耦合原理如下：
⑴太阳能干燥污泥
当夏天阳光充足时, 太阳能集热器能使空气温度升至 70℃以上, 在这种情况下热泵系统不开动,完全利用太阳能进行干燥, 充分节约能源。
⑵太阳能 + 热泵组合干燥污泥
春秋天时太阳供能不是非常充足, 当太阳能集热器的空气温度达不到 70℃时, 则启动热泵系统进行联合加热。
⑶热泵干燥污泥
当冬天太阳能不能提供热风时, 则可以单独开启热泵系统, 并利用其它余热对污泥进行加热干燥。
经太阳能-热泵组合技术干化后，OSA-复合酶污泥含水率由50%~40%降至20%~15%，干化OSA-复合酶污泥含有的一定发热量的有机物质。
每千克含水率为 35% 左右的污泥，在燃烧时能产生 2000~3000kcal 的热量; 2.5kg 且含水率 35% 左右的污泥相当于 1kg 标准煤。
这样做，既利于发展自身良性循环经济，同进也体现了废弃物(污泥)处理的资源化和产业化的要求。
采用太阳能-热泵组合系统干燥OSA-复合酶污泥含水率由50%~40%降至20%~15%，每吨运转费用由400元降到150元。
第三步 OSA-复合酶污泥燃煤生产
本环节比较简单，仅需配料机、搅拌机和成型机各一台，这些设备都是技术成熟的通用设备。
在配料机中，按比例依次加入固含量85%~80%的OSA-复合酶污泥粉、添加剂;搅拌混合均匀，模压造型，每吨燃煤成本价300元/吨，市场价650元/吨煤，有较大的利润空间，况且是污泥资源化，利国利民。
OSA-复合酶污泥燃煤在燃料工业及人民生活中的应用。
根据中国水网《中国污泥处理处置市场分析报告2011版》(下称《分析报告》)的数据，截至2010年底，全国城镇污水处理量达到343亿立方米，脱水污泥产生量接近2200万吨。这是一个很庞大的数字，足以引起大家的重视。
如果全部转化为OSA-复合污泥燃煤，按标准煤折算系数0.580 千克标准煤 / 千克计算，则新增标准煤1276万吨/年;按1吨煤发电量=3333度计算，可发电425亿度，接近长江三峡全年发电量(三峡水电站每年发电500亿度)，每度电0.25元，一年也是125亿，无论经济效益，还是环境效益，都是非常可观的。
本发明与现有污泥燃煤相比具有以下优点：
1. OSA-复合酶污泥燃煤组分中，污泥干基高达60%～80%，同样重量的污泥燃煤，可多处理30-40%的污泥;污泥燃煤含水量少，污泥资源化燃煤的燃烧值可达到4200kcal/kg～5500kcal/kg，与普通原煤相同，比现有技术产生的污泥燃煤的燃烧值提高28.5%。
2.OSA-复合酶污泥燃煤不含病原微生物，大肠杆菌数为零。
3.本发明制备OSA-复合酶污泥燃煤的方法与现有技术相比，工艺简单，成本低30-50%，实现了对污泥的“减量化、稳定化、无害化，，且污泥燃煤含不病原微生物。
4. 本发明在原OSA的基础上添加一条污泥回流支路，实现污泥原位消化、减量、溶胞、除恶臭、降粘、深度脱水，污泥固含量由2%提高到50%~60%。
6. 本发明针对现有污水处理厂污泥处置过程中，污泥干燥能耗高的问题，采用太阳能热泵新能源，对污泥进行干化，大幅度降低干燥成本，每吨运转费用由400元降低到150元。
7. OSA-复合酶污泥燃煤组分中，污泥干基高达60%～80%，且充分利用了污泥所含的热能，将其转化成能源，从而节约大量的煤炭资源，实现污泥的资源化处理;
8. 污泥资源化燃煤的燃烧值可达到4200kcal/kg～5500kcal/kg，与普通原煤相同;
9. OSA-复合酶污泥燃煤含有助燃剂，火苗呈蓝色，而且燃烧时间长，燃烧效果比同等热值的烟煤提高15%以上。
10. OSA-复合酶污泥燃煤在使用过程中，燃烧温度在850～950℃，既可完全杀灭有害微生物，也可防止燃烧过程中二恶英等有毒气体产生;
11. OSA-复合酶污泥燃煤燃烧时飞灰可降低80%，燃烧后残留物极少;燃烧后的残渣还是优质建材原料，如水泥，免烧砖等，部分残渣返回燃煤做添加剂;
12. OSA-复合酶污泥燃煤生产车间可直接建在污水处理厂内或附近，可以直接从源头上进行环保控制，污泥处置不出厂即可解决外运后的一切环保问题，降底了运费;
13. 一般污水处理后的污泥需消化处理，而OSA-复合酶污泥燃煤以不消化的污泥为原料，可取消污泥消化设备，减少污水厂建设投资，也降低了污水处理成本;
综上所述，OSA-复合酶污泥燃煤完全可以代替普通工业燃煤使用，并且比普通工业燃煤更具有燃烧价值。
在本发明中，相关名称解释如下：
OSA(Oxic-Settling-Anaerobic)工艺是指：在传统活性污泥工艺的污泥回流过程中引入一段厌氧反应器，其工艺流程图如附图1所示。
OSA-复合酶反应器是OSA工艺的改进，是将多功能复合酶制剂(MCEP)直接投入OSA厌氧反应器内，另添一条污泥回流支路，工艺流程图如附图2所示。
污泥原位减量复合酶，系多功能酶制剂(MCEP)，由多功能复合微生物(Multifunctional Compound Micro-organisms Preparation MCMP)光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、真菌在内等数十种能分泌胞外酶的复合菌株组成，能保持并强化天然存在菌株的活性，从而优化和控制微生物种群的平衡。研究者可通过市售方式从市场获得。
MLVSS是混合液挥发性悬浮固体浓度(mixed liquor volatile suspended solids)的简写。本项指标所表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。
MLSS是混合液悬浮固体颗粒(mixed liquor suspended solids)，是指曝气池中污水和活性污呢混合后的混合液悬浮固体数量，单位为mg/L，也称混合液污染浓度，是计量曝气池中活性污泥数量的指标。
COD，化学需氧量，BOD生化需氧量，都是污水处理中的专有名词。
