申请日2011.08.17
公开(公告)日2012.01.18
IPC分类号C05F7/00; C05G1/00
摘要
本发明公开了一种生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的新方法，其步骤为：先将污泥用高温烟气干燥，然后对大块污泥进行破碎;将干燥后污泥、生物质粉末、氯化物均匀混合，并通入反应炉高温焚烧，焚烧产生的高温用于污泥干燥;焚烧后固体产物经破碎筛分后得复合肥。本发明可以彻底杀灭污泥中的病菌及虫卵，同时去除污泥中的重金属，确保最终制备复合肥的安全无害，避免污染土壤，工艺适应性较强，步骤少，易于放大。
权利要求书
1.一种生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)污泥先采用500℃～700℃的烟气间接干燥，然后对大块污泥进行破碎， 蒸发出的水汽与烟气混合经过烟气净化系统处理后排空;
(2)将干燥污泥、生物质粉末、氯化物充分均匀混合;
(3)将步骤(2)所得的混合物通入反应炉850℃～950℃高温焚烧，焚烧产生 的高温烟气用于步骤(1)中的污泥干燥;
(4)步骤(3)中的固体产物经破碎筛分后得复合肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中污泥干燥过程干 燥时间为30min～90min，干燥后污泥含水率在10%～30%之间。
3.根据权利要求1或2所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其 特征在于：所述的步骤(1)中污泥破碎得到污泥碎料粒径小于1cm。
4.根据权利要求1所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其特征 在于：所述步骤(2)中的氯化物选自CaCl2、MgCl2、KCl或上述组分的混合物。
5.根据权利要求1或4所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其 特征在于：所述步骤(2)中干燥污泥、生物质粉末、氯化物的混合质量比例为 1∶0.5～2∶0.05～0.3。
6.根据权利要求1所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其特征 在于：所述步骤(3)中的混合物料在高温炉内的停留时间在30min～90min。
7.根据权利要求1所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其特征 在于：所述步骤(3)中的焚烧当量比为0.85～0.95。
8.根据权利要求1所述的生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法，其特征 在于：所述步骤(4)中物料破碎粒径小于30目。
说明书
一种生物质与污泥共利用制取复合缓释肥的方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种利用污泥与生物质共混焚烧 产热干燥污泥、并将焚烧固体产物制备成复合缓释肥的资源化利用的方法。
技术背景
随着社会的发展与进步，日常生活中不可避免的产生和排出大量污水。根 据广东省环境保护局发布的统计数据，截至2008年底，广东全省共建成污水处 理设施176座、日处理能力1092万吨，成为全国首个生活污水日处理能力突破 千万吨的省，居全国第一，2008年共处理污水361282万吨。污泥作为污水处理 过程的最终产物，水分含量较高在70%～80%之间，有机营养物质含量高，其中 磷元素按P2O5%计在干污泥中约占到2-6%。污泥性质不稳定，易腐化发臭，每 千克污泥中铜、砷、铅、锌、镉、铬等重金属含量通常在几十到几百毫克之间， 同时含量大量的病菌和虫卵，若任意堆放或直接作为肥料将对生态环境和人类 及动物健康造成较大的危害，而污泥通过堆肥的方式处理也因其所带来的二次 污染及日益严格的农用肥料标准而受到限制。焚烧法具有减容量大、处理速度 快、能彻底分解有害物质、可回收能量及焚烧灰可后续利用等优点，受到国内 外的广泛关注，逐渐成为污泥处理处置的一种重要手段。污泥经过焚烧后大部 分的磷酸盐残留在灰渣中，灰渣中的磷含量很高，以P2O5计其质量分数约在15% 以上。
生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化 为化学能而贮存在生物质内部的能量。生物质的种类繁多，包括植物、动物及 其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。植物类生物质数量巨大，最常见的有农 作物废弃物(稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等)、林木工业剩余物、水生植 物、藻类等。非植物类生物质主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、 垃圾中的有机成分等。中国可利用的生物质能源十分丰富，据初步普查，中国 农业废弃物每年产量约7亿t;工业有机废水和畜禽养殖场废水资源理论上可以 生产沼气800亿Nm3，相当于5700万t标准煤;薪炭林和林业及木材加工废物 资源相当于3亿t标准煤;城市垃圾产生量每年约1.5亿t。生物质中有丰富的 植物生长需要的氮、磷、钾等主要元素及铁、铜、锌、硼、钼、锰等微量元素， 且比例与植物需求一致。传统上农民就有使用草木灰或直接使用生物质作为肥 料的习惯。
目前利用生物质或污泥制备肥料均已经有一些相关的研究。专利 CN200810159425.1公开了一种利用造纸污泥制备有机肥的方法，为采用造纸污 泥与调理剂等成分混合后经高温好氧发酵、后熟、粉碎、筛分后混入氮、磷、 钾等肥料以及中微量元素后制备而成的有机肥料。该专利没有涉及污泥微生物 及虫卵的杀灭。专利CN200880012497.1公开了一种从污泥中生产肥料的方法， 在该方法中为实现卫生化用过热蒸汽加热污泥以破坏病原微生物。在该方法中， 用具有200-600℃温度的过热蒸汽加热污泥至60-100℃的温度，以增加污泥中可 溶性碳量，并通过使用在加热后仍保留在污泥中的非病原微生物重启污泥生物 降解。该专利未涉及污泥中重金属物质的脱除。专利CN200780024927.7涉及包 覆肥料、生物质组合物和生产生物质组合物的方法;所述包覆肥料包含被生物质 组合物包覆的肥料颗粒，所述生物质组合物包含1-60wt.%具有0和150mm之间 D50的固体生物质颗粒和99-40wt.%的油;所述生物质组合物中包含具有0和 150mm之间D50的固体生物质颗粒;所述方法中过滤生物质组合物并研磨残余 物，直到固体颗粒具有0和150mm之间的D50为止。该专利未涉及利用污泥热 化学发制备肥料。
上述专利均未涉及污泥及生物质采用热化学处理方式制取肥料，及通过添 加氯化物对污泥中的重金属进行高温脱除、利用高温杀灭污泥中的微生物和虫 卵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用生物质和污泥自身所含的热能，对污泥和生 物质进行无害化资源化回收利用的方法。利用该方法可制备富含磷、钾等营养 元素及植物生长必须的铁、硼、钼等微量元素的复合缓释肥料。
为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
本发明生物质与污泥共利用制取复合肥的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)污泥先采用500℃～700℃高温烟气间接干燥，然后对大块污泥进行破碎， 蒸发出的水汽与烟气混合经过烟气净化系统处理后排空;
(2)将干燥污泥、生物质粉末、氯化物充分均匀混合;
(3)将步骤(2)所得的混合物通入反应炉高温焚烧，焚烧产生的高温烟气用 于步骤(1)中的污泥干燥;
(4)步骤(3)中的固体产物经破碎筛分后得复合肥。
步骤(1)中所述的污泥干燥过程采用500℃～700℃高温烟气间接干燥，干燥时 间为30min～90min，干燥后污泥含水率在10%～30%之间。在该条件下含水 70%～80%的高含水污泥可以受热快速干燥，同时污泥中有机质不会发生分解， 保证制得的干燥污泥有较高的热值(因为污泥中含有大量水分，在加热过程中 污泥本身的温度小于200℃，因此有机质不会发生分解。)。烟气间接干燥污泥后 与污泥中的蒸发出的水分混合，经过一系列现有技术的烟气净化处理工序，去 除其中的颗粒物、重金属、含硫、氯、氮污染物后，可以达到烟气排放标准。
步骤(1)中污泥破碎制得的污泥碎料粒径小于1cm，有利于干燥污泥的输运， 同时保证后续混和过程中物料之间能均匀的充分混合。
步骤(2)中的氯化物为CaCl2、MgCl2、KCl或上述组分的混合物，混合物中的 Cl元素在高温时能与污泥中重金属结合生成易挥发性物质，在焚烧过程中从固 体灰渣中转移到烟气中，减少所制得肥料中的重金属含量，同时Ca、Mg、K等 为植物生长的必须元素，焚烧过程中停留在固体中可作为复合肥料中的营养元 素，提高制备肥料的品质。
步骤(2)中干燥污泥、生物质粉末、氯化物的混合质量比例为1∶0.5～2∶0.05～ 0.3。添加适量的生物质可以提高混合物的易燃性、提高混合物的热值，确保焚 烧能在较高温度下进行，同时可以使生物质中丰富的钾元素及铁、硼、钼等微 量元素富集到肥料中。加入适量的CaCl2、MgCl2、KCl在为反应体系提供Cl元 素促进高温下重金属的挥发的同时，其中的碱/碱土金属与污泥中的磷元素结合 形成生成富含磷、镁、钙和钾等元素的矿物相及其复合物，提高了原污泥灰中 磷酸盐的生物有效性，同时这些磷酸盐溶水性较弱，在土壤中能够在自然环境 作用下长期缓慢的释放磷元素，避免了当磷酸盐释放过快、植物来不及完全吸 收时随水分流失，最终可能进入水体引起富营养化现象。
所述步骤(3)中高温反应炉焚烧温度为850℃～950℃，步骤(2)制备的混合物 料在空气气氛下焚烧即可达到该温度，污泥中的虫卵、病菌等有害生物可以被 彻底杀灭。同时在该温度下，在有氯化物存在时Cl元素与污泥中的Cr、Pb、 Hg等重金属结合形成易挥发物质，促使重金属由固相向气相释放，降低底灰中 重金属含量。焚烧固体产物只占原料体积的1/4左右，原料中的钾、磷及硼、钼、 铁等元素在固体产物中富集，有利于提高肥料品质。
所述的混合物料在高温炉内的停留时间在30min～90min。在该较长的停留时 间下，重金属与氯元素充分接触反应并挥发，同时也使Ca、Mg、K等元素与P 充分接触反应，有利于磷酸镁、磷酸钙、氯磷灰石、陨磷钙镁石等矿物及其复 合物的生成。灰渣作为肥料使用时在土壤中缓慢长期释放磷元素，减少营养物 质流失，延长肥料肥效。
所述的焚烧当量比为0.85～0.95。在该当量比下，可以使焚烧过程保持在弱 还原性气氛下，使污泥和生物质中含有的铁元素保持二价形态，有利于增加植 物对最终制备肥料中Fe元素的吸收能力。同时在该当量比下未燃尽的残余炭粉 具有一定的保水保肥性能，可以吸附土壤中的营养物质起到缓释肥力的效果。
所述步骤(4)中物料破碎粒径为小于30目。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采取新生产工艺处理污泥并生产复合肥，可以彻底杀灭污泥中的 病菌及虫卵，同时去除污泥中的重金属，可以确保最终制备复合肥的安 全无害，避免污染土壤;
2.本发明通过生物质与污泥共利用、反应气氛控制、添加特定组分等手段 增加最终制备复合肥中植物生长所需元素的含量，同时将元素控制在特 定的价态，增加肥料肥力;
3.本发明采用采用热化学方法利用污泥生产复合缓释肥，与传统的微生物 发酵法相比处理周期短、见效快、投资少;
4.该发明工艺适应性较强，步骤少，易于放大。
