本发明涉及一种污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法及产品，利用原料中有机物气化产生气化气，气化气作为燃料燃烧为制备陶粒提供热量，属于市政污泥处理领域。
背景技术
市政污泥是污水处理过程中污染物质的最终归宿，是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒和胶体等组成的非均质体。河道底泥是水体污染物沉积的结果，也可以是引水或水流从上游淤沙等沉积形成，河道底泥通常因工业“三废”污染，使污染物质在底泥中富集，很容易二次污染。随着城市园林绿化建设的快速发展，城乡绿化覆盖率大幅上升，居住环境得到改善的同时，绿化养管面积也在不断扩大，由此产生的树枝、落叶、草坪修剪物等园林垃圾越来越多。如果不进行有效处理，不仅影响城市环境面貌，而且还可能引起火灾事故，同时也对资源是严重的浪费。
当前市政污泥制陶粒的技术，主要以市政污泥、粘土为主要材料，焙烧制备。主要存在以下问题：
（1）市政污泥自身热值利用效率低。市政污泥作为燃料燃烧，很难燃烧充分，燃烧效率低；
（2）掺加粘土造成耕地破坏；
（3）添加发泡剂、造孔剂等辅助添加剂，成本高。
检索到的相关现专利文献：
1、cn102731055a，一种利用污水市政污泥与河道底泥烧轻质陶粒的制备方法；
2、cn105130391a，利用湖泊底泥和城市市政污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法；
3、cn105732075a，一种市政污泥陶粒的制备方法；
4、cn105948706a，一种用作盆栽土壤填充物的市政污泥陶粒的制备方法及其用途；
5、cn106359119a,一种河底泥陶粒猫砂及其制备方法；
6、cn106830890a,一种市政污泥陶粒配方及其制备方法。
上述现有技术中，均采用了辅助添加剂和/或粘土制备陶粒。
技术实现要素：
本发明提供的污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法及产品，实现市政污泥、河底泥和园林垃圾的零污染处置，陶粒的制备完全采用废料制得，成本低，燃烧效率高，可实施性强，只需补充少量天然气，即可完成培烧过程，能源消耗率低，制备工艺简单，节能环保，且安全无毒。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法，其特征在于用市政污泥、河底泥和园林垃圾作为原料，依次按照烘干、粉碎、筛分、混合、造粒、干燥、焙烧、冷却的步骤制得陶粒，所述的焙烧过程中物料与空气隔绝，在水蒸气参与下，物料中的有机物气化产生气化气，气化气燃烧为焙烧提供热量。
优选的，所述的园林垃圾是指：树枝、落叶和/或草坪修剪物。
优选的，所述的烘干是指将市政污泥和河底泥分别进行高干脱水，使市政污泥和河底泥的含水率均降至55%~60%，然后再将市政污泥和河底泥在105℃条件下进行鼓风干燥，使市政污泥和河底泥的含水率均降至15~20%，将园林垃圾风干至含水率为15~20%。
优选的，所述的粉碎和筛分是指将烘干后的原料分别用粉碎机粉碎后，过100目电动筛。
优选的，所述的混合是指将筛分后的市政污泥、河底泥和园林垃圾按质量比35~48%，50~60%，2~5%混合搅拌，得到混合料。
优选的，所述的造粒是指在混合料中加水5%，在造粒机造粒，得到粒径6~12mm的球形生料。
优选的，所述的干燥是指将球形生料放入滚筒干燥机干燥，干燥温度为105~110℃，干燥时间30min。
优选的，所述的焙烧是指将回转炉的起始底温设定为105℃，将干燥后得到的物料立即转入回转炉中并密封隔绝空气，保持水蒸气气氛，在回转炉中进行焙烧，温度从105℃逐渐升到1200℃，焙烧过程中三种原料中的有机物质气化生成气化气，气化气燃烧为焙烧提供热量。
优选的，所述的焙烧的升温过程具体为：将回转炉的起始底温设定为105℃，将干燥后得到的物料立即转入回转炉中并密封隔绝空气，保持水蒸气气氛，设定回转炉升温速率为10℃/min，回转炉温度从105℃逐渐升到300℃，在300℃持续焙烧20min；然后保持回转炉升温速率为10℃/min从300℃升至800℃，在800℃持续焙烧20~40min；之后将回转炉的升温速率设定为15℃/min，温度从800℃升至1200℃，在1200℃时持续焙烧10~20min；完成焙烧过程。
采用以上所述的污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法制得的陶粒，其特征在于所述的陶粒含有重金属，且重金属熔融固化在陶粒中。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过简单的制备工艺，将市政污泥、河底泥和园林垃圾制备成陶粒，可广泛用于水处理、建材、园林等领域中，原料中的重金属被固化在陶粒中不再析出，实现市政污泥、河底泥和园林垃圾的零污染处置。
2、利用市政污泥和河底泥中无机成分与制陶原料无机成分比例接近的特性，作为制备陶粒的主体材料，园林垃圾含大量有机纤维，在高温下可气化成可燃气体，作为陶粒制备过程中的造孔剂，制得带有多孔的陶粒，不采用辅助添加剂和粘土类辅料，陶粒的制备完全采用废料制得，成本低，燃烧效率高，可实施性强。
3、在隔绝空气和水蒸气参与的情况下，对物料进行焙烧，使物料中的有机物气化生成气化气，气化气燃烧为培烧提供热量，将物料中的重金属等无机物熔融在一起，培烧过程中气化气燃烧为培烧提供了大量热能，相对于直接燃烧，燃烧效率更高，因此只需补充少量天然气，即可完成培烧过程，能源消耗率低，制备工艺简单，节能环保。
4、焙烧中生成的气化气为为co、h2和ch4的合成气体，不含有毒气体，气化气进一步燃烧后最终生成二氧化碳和水，无污染物产生，安全无毒。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过附图1和实施例对本发明做进一步的描述。
污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法，用市政污泥、河底泥和园林垃圾作为原料，所述的园林垃圾是指：树枝、落叶和/或草坪修剪物，步骤如下：
烘干：将市政污泥和河底泥分别进行高干脱水，使市政污泥和河底泥的含水率均降至55%~60%，然后再将市政污泥和河底泥在105℃条件下进行鼓风干燥，使市政污泥和河底泥的含水率均降至15~20%，将园林垃圾风干至含水率为15~20%。
粉碎和筛分：将烘干后的原料分别用粉碎机粉碎后，过100目电动筛。
混合：将筛分后的市政污泥、河底泥和园林垃圾按质量比35~48%，50~60%，2~5%混合搅拌，得到混合料。
造粒：在混合料中加水5%，在造粒机造粒，得到粒径6~12mm的球形生料。
干燥：将球形生料放入滚筒干燥机干燥，干燥温度为105~110℃，干燥时间30min。
焙烧：将回转炉的起始底温设定为105℃，将干燥后得到的物料立即转入回转炉中并密封隔绝空气，保持水蒸气气氛，设定回转炉升温速率为10℃/min，回转炉温度从105℃逐渐升到300℃，在300℃持续焙烧20min；然后保持回转炉升温速率为10℃/min从300℃升至800℃，在800℃持续焙烧20~40min；之后将回转炉的升温速率设定为15℃/min，温度从800℃升至1200℃，在1200℃时持续焙烧10~20min；焙烧过程中三种原料中的有机物质气化生成气化气，气化气燃烧为焙烧提供热量。
冷却：移出回转炉，自然冷却后，得到烧结陶粒。
在隔绝空气和水蒸气参与的情况下，三种原料中的有机物质气化生成气化气，气化气燃烧为焙烧提供热量，使原料中的重金属等无机物在超高温下完全熔融的过程为：
进料装置将物料输送至回转炉内，发生干燥、热解、气化反应。物料被加热到200℃~500℃时，物料中的自由水被汽化，结合水也被干燥分离出来，水蒸气进一步与物料或产气等进行相应的的反应。干燥时发生的相关反应有：
物料+ah2o→物料+ah2o（蒸汽）
cmhnoq→cmhn~2q+qh2o（蒸汽）
cmhnoq→cm~q/2hn+qco2（蒸汽）
物料被加热到500℃以上，利用热能切断有机质大分子中的化学键，使之转化为低分子量物质。由于物料中有机质主要由成分和结构比较复杂且多元性的大分子有机物组成，在其热解过程中就会包括众多连续和同时发生的复杂化学过程。这种热解过程所得产品主要有固体（焦炭）、液体（焦油）、气体（富h元素）三类产品。相关热解反应如下：
cmhnoq+热量→cahboc（液态）+cxhyoz（气态）+c（固态）
接着，热解产生的焦油、热解气、焦炭和剩余物料进一步被加热，温度800℃~1200℃，借助干燥产生的水蒸气的作用，使有机质、焦油、热解气和焦炭进一步气化反应，生成洁净的含有co、h2和ch4的合成气体，重金属等无机物在超高温环境下熔融，冷却后形成陶瓷颗粒，重金属都被包裹在其中。气化过程可能发生的相关反应如下：
cmhnoq→cm~q/2hn+qh2o
cmhnoq→cm~q/2hn+qco2
cmhn+mh2o→mco+(n+2m)/2h2
ch4+h2o→co+3h2+205310kj/kmol
c+h2o→co+h2+131000kj/kmol
co+h2o→co2+h2–41000kj/kmol
c+co2→2co+172615kj/kmol
c+2h2→ch4~74800kj/kmol
由于反应过程都是在隔绝空气的条件下完成的，使用物料自身水分作为气化剂反应，气化成包含co、h2和ch4的合成气体，不含氮气，合成气体烧燃产生高热值，使重金属等无机物在超高温环境下完全熔融，因此培烧过程中仅需补充少量天然气，大大节约了成本。在800℃以上，二噁英也会被破坏分解，合成气体中不含有毒气体。合成气体燃烧最终得到二氧化碳和水，安全无毒。
本发明还保护一种采用以上所述的污泥、河底泥和园林垃圾混合气化制备陶粒的方法制得的陶粒，其特征在于所述的陶粒含有重金属，且重金属熔融固化在陶粒中。
本发明的优点在于：
1、实现市政污泥、河底泥和园林垃圾的零污染处置。
2、不采用辅助添加剂和粘土类辅料，陶粒的制备完全采用废料制得，成本低，燃烧效率高，可实施性强。
3、只需补充少量天然气，即可完成培烧过程，能源消耗率低，制备工艺简单，节能环保。
4、制备过程无毒无味，且无污染物产生，安全无毒。
以上结合附图对本发明实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。