本发明涉及化工、建材技术及大宗工业固废与城市污泥的资源综合利用和环境保护治理领域，具体涉及利用城市废物和工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法。
背景技术：
改革开放以来，随着我国工业的飞速发展和城市化进程的加快，进而产生大量各种有毒有害的工业固体废弃物，并且其数量还在不断上升。大宗工业固体废弃物，简称大宗固废，是指我国在工业生产领域中年产生1000万吨以上对环境和安全影响较大的工业固体废物，主要包括赤泥、脱硫石膏、冶炼渣、尾矿砂和煤矸石等。“十一五”期间“大宗固废”总生产量118亿吨，总新增存量190亿吨。“十二五”期间“大宗固废”总生产量150亿吨，总新增存量270亿吨。
同样的，随着我国城市人口的增加和规模扩大，城市污水处理难度日益增大，根据官方统计，截至2015年9月底，全国城镇建成了3830座污水处理厂，高达1.62亿m3/d的污水处理能力，伴生污泥突破3000万吨/年。而污泥是污水处理过程中产生的一种含水率很高的废弃物，其成分主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物及重金属离子等。一般来讲，污泥风干后的主要成分是二氧化硅、白云母、淡云母、多硅白云母、高岭土等，这些矿物晶体主要是由铝、铁、镁等金属元素组成的，且是类似粘土的、具有极细颗粒的矿物质。污泥污染物往往具有长期毒性和不可降解性，若不加处理而无序排放，将通过大气、水和土壤等介质进入食物链，成为危险的二次污染源，对人类健康和生态造成危害。我国每年产生3000万吨-4000万吨含水率在80％左右的市政污泥，2015年生活污泥产量为3500万吨。根据《中国污泥处理处置市场分析报告(2016版)》可知，2015年全国湿污泥无害化处理率平均值为32％，与实际需求之间还存在较大差距。因此，在污水处理领域中，污泥处置也成为当今一大难题。
目前常用的污泥处置技术主要有厌氧消化、好氧发酵、深度脱水、热干化、石灰稳定、焚烧和碳化等。但这些技术并不能彻底地、同时地实现污泥的减量化、稳定化、无害化与资源化，总会产生诸多后续问题，比如耗能大、技术操作过程产生恶臭气污染环境、焚烧尾气产生二恶英等有毒气体等等问题。
当前为了对污泥进行资源化利用，需要先对污泥进行深度脱水，将其含水率降低到50％左右，然而污泥脱水设备投资高，后期运行维护费用也较高并且造成大量水资源浪费。
技术实现要素：
近年来，硫铝酸盐水泥成为国内外水泥行业研究发展的新方向，其水泥熟料具有生产所需要的热耗低、早期强度高、凝结时间短、极好的抗冻融性、碱度低等一系列优异性能，现被广泛的应用在抢修、抢建工程、冬季施工工程、抗腐蚀工程。我国大宗固废与城市污泥堆存量巨大，利用难度高，为了使目前应用极少、堆存量极度丰富的城市湿污泥、赤泥与脱硫石膏得到充分利用，用以生产建筑工程所需要的早强、快硬、低碱度等优异性能的水硬性胶凝材料。本发明基于废弃物之间的物理、化学结合利用互补，提供了利用城市废物和工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统及方法，实现了将高含水率的城市污泥、工业固废与生产高性能硫铝酸盐水泥完美融合在一条生产线上运行的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
利用城市废物和工业固废制备硫铝酸盐水泥的方法，城市污水处理厂产生的湿污泥无需脱水直接输送至均化池与赤泥、脱硫石膏、电石渣和工业水进行混合形成混合液，混合液中湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为5～10:15～30:10～20:40～60，保持混合液中的固液比为1:3～1:4，对所述混合液进行湿法粉磨后再进行均化处理并脱碱，均化处理温度为60～70℃，均化处理后的物料进行湿法粉磨，再经过机械压滤脱水，然后将压滤后的物料进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料。
其中，生产熟料之前的脱硫石膏按上述干重比进行添加，生产熟料之后的脱硫石膏按常规工艺进行添加。
本发明中所述的湿污泥的含水量为99％。由于城市湿污泥中含有大量的铝、铁、镁等金属元素及硅等非金属元素，能够与赤泥、电石渣和脱硫石膏中的钙、硫、铝等元素进行化学互补，使之互补出硫铝酸盐水泥必须的原料，从而在化学结构上使利用城市湿污泥、赤泥、电石渣和脱硫石膏制备硫铝酸盐水泥成为可能。同时，城市湿污泥中的含水量为99％，即城市湿污泥中含有大量水，利用城市湿污泥的水与赤泥和脱硫石膏固体废弃物进行固液混合，实现原料物理形态的互补，不仅免除了城市湿污泥处理的脱水工艺，降低城市湿污泥脱水费用和能耗，而且降低了固体物料均化处理的进水工艺进水量，节约了大量的水资源；实现城市湿污泥处理的脱水工艺与固体物料均化处理的进水工艺的工艺互补，节约了工艺流程，降低了废物处理的成本，同时还能够获得高性能的硫铝酸盐水泥。
本发明保持均化池内的固液比为1:3～1:4，能够使湿法粉磨充分进行，既控制物料细度，又降低粉磨耗能。均化处理温度为60～70℃能够使浆液去除可溶性杂质及原赤泥脱碱。
本发明中所述的均化处理的目的是去除物料中的可溶性杂质，并脱除赤泥中的氧化钠和氧化钾。
本发明中所述干重为物料完全去水后的重量。
本发明中所述的湿法粉磨是物料在水中进行的粉磨。
本发明中所述的工业水为经过处理达标适用的废水或中水等。
本发明中所述的脱硫石膏为电厂脱硫后的副产石膏。
本发明中所述的赤泥为氧化铝厂排放的废弃物赤泥。
优选的，压滤后的压滤液进行石灰杀菌。
进一步优选的，石灰杀菌后的固体残渣输送至均化池。
进一步优选的，石灰杀菌后的清液经过加热后作为均化池的热源。
优选的，压滤后的成分，SiO2占10～25％(wt％)，CaO占30～50％(wt％)，Al2O3占15～30％(wt％)，Fe2O3占5～15％(wt％)，SO3占15～35％(wt％)。
进一步优选的，碱度系数Cm为0.95～0.98。
其中，碱度系数的公式为：
式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分别为相应化学成分所占的重量百分比(公式以外所述的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分别为相应化学成分)。
优选的，进行湿法粉磨后的物料的细度小于0.20mm。
优选的，采用煤粉燃烧产生的能量作为所述高温煅烧的热源。
优选的，所述高温煅烧的煅烧温度1250℃～1350℃，煅烧时间0.5～1h。
进一步优选的，所述燃烧产生的高温烟气进行余热回收。本发明所述的余热回收是指通过换热设备将高温烟气中的热量交换至循环水，使循环水变为热水，实现利用高温烟气中的热能。
更进一步优选的，经过余热回收后的烟气经过除尘后排放。防止固体小颗粒排入空气中，造成空气质量的降低。
更进一步优选的，经过余热回收后的热水作为均化处理的热源。能够提高能源的有效利用，降低生产成本。
本方法工艺简单、设备可靠、安全科学，可彻底地、同时地实现高含水率的城市污泥与大宗固废的减量化、稳定化、无害化与资源化，并可节约大量水资源与能源，从而会产生巨大的环境效益、经济效益与社会效益。
利用城市废物和工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统，包括均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑及热水储罐，赤泥、脱硫石膏、电石渣、湿污泥和工业水进入湿法粉磨机进行粉磨，再进入均化池进行均化处理并脱碱，接着进入压滤机进行机械压滤，压滤后的固体物料进入回转窑进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料，热水储罐中热水为均化池提供热量。
本发明中所述的余热回收装置为间接式换热器。例如管壳换热器等。
优选的，包括石灰杀菌池，给均化池加热后的热水流至石灰杀菌池。
进一步优选的，压滤机流出的压滤液流至石灰杀菌池。
进一步优选的，石灰杀菌池中的固体残渣输送至均化池。
优选的，包括换热器和水泵，水泵将给均化池加热后的热水输送至换热器加热后回到热水储罐。
进一步优选的，水泵将石灰杀菌池中的清液输送至换热器加热，然后输送至热水储罐。防止循环水中的杂质堵塞管路，防止降低换热效果。
进一步优选的，回转窑的产生的高温烟气进入换热器进行余热回收。
更进一步优选的，包括除尘器，经过余热回收的高温烟气进入除尘器进行除尘。
本发明的有益效果为：
1、本发明能够生产硫铝酸盐水泥，可以大幅度提高大宗工业固废与城市污泥的再生产品附加值，显著降低了工艺的控制难度；
2、本发明极大地降低了城市污泥脱水费用与能耗；
3、本发明基于废弃物之间的物理、化学结合利用互补，充分利用湿污泥中的水分混合大宗固废配料，节约大量水资源；
4、本发明高温尾气余热利用，更节能环保；
5、本发明可从根本上更大程度地同时使大宗固废与城市污泥减量化、稳定化、无害化与资源化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
利用城市废物和工业固废制备硫铝酸盐水泥的系统，包括均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑、水泥粉磨机及热水储罐，赤泥、脱硫石膏、电石渣、湿污泥和工业水进入湿法粉磨机进行粉磨，再进入均化池进行均化处理并脱碱，接着进入压滤机进行机械压滤，压滤后的固体物料进入回转窑进行高温煅烧获得硫铝酸盐熟料，硫铝酸盐熟料与脱硫石膏进入水泥粉磨机进行混合粉磨获得硫铝酸盐水泥，热水储罐中热水为均化池提供热量。
所述的余热回收装置为管壳换热器。
还包括石灰杀菌池，给均化池加热后的热水流至石灰杀菌池。
压滤机流出的压滤液流至石灰杀菌池。
石灰杀菌池中的固体残渣输送至均化池。
还包括换热器和水泵，水泵将石灰杀菌池中的清液输送至换热器加热，然后回到热水储罐。防止循环水中的杂质堵塞管路，防止降低换热效果。
回转窑产生的高温烟气进入换热器进行余热回收。
还包括除尘器，经过余热回收的高温烟气进入除尘器进行除尘。
其工艺流程为：如图1所示，
1.将原赤泥、脱硫石膏按配比经自动给料系统送入均化池，同时通入城市污水处理厂消毒杀菌后的高含水率湿污泥与赤泥、脱硫石膏混合，对混合液进行搅拌，使固液比例控制在1:3～1:4之间，其中，混合液中湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为5～10:15～30:10～20:40～60，并有备用工业水(经过处理达标适用的废水或中水等)保证固液比例达到要求；湿法粉磨机将混合液粉磨，使物料的细度小于0.20mm。
2.将粉磨后的物料通入均化池，并将高温热水通入均化池外侧，控制均化池内温度维持在60℃～70℃，然后进行搅拌脱碱，通过成分校正，得到成分均匀的浆液。
3.将步骤2均化处理后的物料通过机械压滤机压滤成湿物料，同时除掉生料中可溶性杂质。压滤液与均化池回水一起送入石灰杀菌池，处理后的固体残渣再返送回均化池作为配料使用；处理后的清液通过回水泵送入余热利用设备生成热水。
4.通过混合、湿法粉磨、均化、机械压滤，使生料的主要成份为SiO2占10～25％(wt％)，CaO占30～50％(wt％)，Al2O3占15～30％(wt％)，Fe2O3占5～15％(wt％)，SO3占15～35％(wt％)，碱度系数Cm满足在0.95～0.98之间，
式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分别为相应化学成分所占的重量百分比；
5.脱水后的生料经干化(或者直接)送入回转窑内，进行高温煅烧，煅烧温度1250℃～1350℃，煅烧时间0.5～1h。
6.将煤粉喷入回转窑燃烧器内进行氧化气氛燃烧。
7.利用烟气余热回收设备回收回转窑产生的烟气热量，以产生热水，用以对均化池加热。
8.经过余热回收利用设备的窑尾烟气经过除尘设备后达标排放。
9.在回转窑产生的硫铝酸盐熟料，以硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铁相为主要矿物物相。最后，熟料与脱硫石膏进行混合，其中脱硫石膏所占质量(熟料与脱硫石膏总质量)分数8％，送入水泥磨内粉磨成水泥。
实施例1：
采用上述系统及工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为10:30:20:40。将机械脱水生料直接输送入回转窑煅烧，煅烧温度为1310℃，煅烧时间为60分钟，此时二恶英等有毒有害物质都能很好的消除。然后烟气经余热回收设备，对热量进行回收利用。最后对烟气进行除尘、烟气处理，处理后的烟气经检测未发现二恶英等有害物质。经水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为47.8Mpa和60.5Mpa。
实施例2：
采用上述系统及工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为5:15:10:60。将机械脱水生料直接输送入回转窑煅烧，烧成温度为1280℃，煅烧时间为60分钟。处理后的烟气经检测未发现二恶英等有害物质。经水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为47.4Mpa和56.2Mpa。
实施例3：
采用上述系统及工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为8:23:15:54。将机械脱水生料直接输送入回转窑煅烧，烧成温度为1300℃，煅烧时间为45分钟。处理后的烟气经检测未发现二恶英等有害物质。经水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为47.6Mpa和58.4Mpa。
实施例4：
采用上述系统及工艺进行制备，其具体参数、计算结果及检测如下：以混合匹配后固液混合物质的质量计，湿污泥、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为9.5:20.5:17.5:52.5。将机械脱水生料直接输送入回转窑煅烧，烧成温度为1300℃，煅烧时间为45分钟。处理后的烟气经检测未发现二恶英等有害物质。经水泥标准胶砂强度试验，3天和28天抗压强度分别为47.9Mpa和60.4Mpa。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。