一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法
【专利摘要】一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，将污泥或有机废弃物与氧化硝化剂或催化氧化助燃剂混合、陈化，或将污泥/有机废弃物与燃煤、氧化硝化剂/催化氧化助燃剂混合粉磨，对污泥或有机废弃物进行氧化硝化改性/催化氧化助燃性改性，改善污泥/有机废弃物的燃烧性能；所述的氧化硝化剂指可改善污泥中被泥质化有机物和高内水菌团有机质的燃烧性能的物质；所述的催化氧化助燃剂指可改善碳或碳氢化合物燃烧性能的物质。本发明通过改变污泥/有机废弃物中被泥质化有机物和高内水菌团有机质的燃烧性能，从而改善污泥/有机废弃物的燃料性能，以解决污泥/有机废弃物能源化利用的困境问题。
【专利说明】
一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法
技术领域
[0001]本发明涉及环保能源领域，具体涉及一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化进程的加快，市政污水和污泥的产出急剧增加。2006年，我国城市生活污水排放量为296.6亿吨，到2012年生活污水排放量已达462.7亿吨，年均复合增长达7.69%ο
[0003]截至2015年初，全国市县累计建成市政污水处理厂3892座，污水处理能力约1.76亿立方米/日，其市政污泥产出量已逾3000万t。
[0004]市政污水处理厂在处理城市生活污水和工业废水过程中产生有大量污染物的市政污泥，原生污泥含水率约99%，普通脱水污泥含水率达80%左右，深度脱水后含水率可降至40?60%0
[0005]市政污泥为灰黑色或黑褐色的半流体状或泥饼状的絮凝体，是由泥砂、纤维、动植物残体以及多种微生物形成的菌胶团，同时含有铜、砷、铅、锌、铬、镉等重金属和难降解的有机、无机污染成分，易腐败恶臭，易带来一些较为严重的污染问题如:(I)病原微生物污染，包括病原微生物和寄生虫污染，污泥中能够对人类或其它生物健康产生危害或引起疾病的有害生物主要有4类:细菌、病毒、原生动物和寄生虫；(2)重金属污染，污泥中的重金属主要有Cd、Pb、As、Cr、Hg、Cu、Zn、Ni等，我国各地污泥所含重金属种类大同小异，其含量相差较大。可在动植物体内富集，危害人体和其他生物体;(3)有机高聚物污染，包括苯、氯酚、多氯联苯、多氯二苯并呋喃和多氯并苯二噁英等，可对人体的器官和免疫系统造成损害；
(4)N、P等养分污染，造成地表水体的富营养化，渗入地下造成地下水污染。这些易造成污染问题的市政污泥含有大量的有机物，脱水后具有一定的热值，大部分市镇污水处理厂污泥其干基有机物含量高达80%，其干基高位热值达8?20MJ/kg(5?6t污泥的热值与It标煤热值相当)，但这些污泥中的可燃有机物具有被泥质化(即被污泥中的无机质-泥质成分所渗透和结构性覆裹而硅质化/铝质化)及菌团内水高(污泥经生化处理形成大量的微生物菌团，这些微生物菌团构成了污泥的主要有机质，菌团内的水分含量很高)及硫化合物偏高等特点。传统的处理方式采用涵洞、阴沟、海洋倾倒及填埋(包括固化卫生填埋)、农用堆肥处理方式客观上已对环境带来极为严重的污染和破坏。因此，寻求市政污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的利用途径，尤其是市政污泥资源化能源化利用已成为全球关注的环境保护问题。
[0006]目前，国内外市政污泥资源化能源化利用技术主要有:
I)污泥雾化焚烧技术，即将污泥雾化喷入焚烧炉同时喷入柴油一起燃烧。但因水分高及污泥中的有机物被泥质化(被无机质-泥质成分所渗透和结构性覆裹)及菌团内水高等客观原因，存在燃烧不太稳定易熄火、废气二次污染、污泥废渣燃尽率低及不经济等技术问题待解决。
[0007]2)污泥的干化焚烧技术，即将污泥先在专用的污泥干燥器中干燥至含水率20%以下，然后入专业焚烧炉焚烧，或先在专用的污泥干燥器中干燥至含水率约40%，然后配煤，和煤混合入焚烧炉焚烧。污泥通过干化焚烧，可燃尽污泥中的大部分有机物，杀死病原体微生物。但因受限于污水处理过程中形成的污泥中的有机物被硅质化/铝质化(即被无机质-泥质成分所渗透和覆裹)及菌团内水高等客观原因，燃尽率仍不太理想，易产生较严重的二次污染，且客观上往往仍需加煤或喷油助燃。
[0008]3)混制水煤浆技术，即以少量的污泥和优质烟煤为原料，造纸黑液作为污泥改性剂，制备污泥水煤浆。污泥混制水煤浆可燃尽污泥中的大部分有机物，杀死病原体微生物，但导致碳转化率降低I?6%，可能是污泥中的有机物被硅质化/铝质化(即被无机质-泥质成分所渗透和覆裹)及菌团内水高等客观原因导致气化需要提供更多的热量。
[0009]4)污泥掺混制工业型煤技术，即以污泥替代部分粘土或白泥作为型煤的黏结剂，有研究用污泥的干基添加比例为2%、白泥添加比例为0.3%制型煤于1100°C时气化反应活性好。但仍处于实验室阶段，存在潜在的能耗和二次污染隐患。
[0010]5)污泥热解技术，即在催化剂的作用下把污泥含有的有机物通过干馏和热分解作用使污泥转化为反应水、油、可燃气体(NGG)和炭化物等产物。该技术现处于实验室阶段，显然存在潜在的高能耗和二次污染隐患。
[0011]6)污泥制吸附剂技术，即将市政污泥通过高温热解活化改性制取含碳的吸附剂，该技术现处于实验室阶段，显然存在潜在的高能耗和二次污染隐患。
[0012]综上所述，污泥资源化能源化处理技术虽取得了快速发展，但在污泥的能源化应用技术上的成熟度和配套设备仍很不完善，最关键的问题是没有充分关注污泥中的有机物被硅质化/铝质化(即被无机质-泥质成分所渗透和覆裹)及菌团内水高等客观因素，即只看到了污泥含大量有机质是一种可持续的再生能源，但未关注到、亦未能解决污泥能源化利用中的对泥质化(硅质化/铝质化)有机物及高内水菌团有机质的燃烧特性的有效改性问题。
[0013]另一方面，随着经济的发展，大量产生的农林牧渔及化工有机质废弃物因泥质化或内水高等原因亦难以经济性地利用，而绝大部分被作为垃圾悄然抛弃于河、沟、湖、海、坑洞或填埋，其中仅利用价值最高的生活厨余物、工业油酯废料，而价值较高的废弃物的资源化过程实际上污染大、能耗高，且资源化后的产品实际上大多又进入了人们的餐饮或工业油酯品中，造成大量可见或隐藏的危害，已成为各国难以应对的环境污染难题。
[0014]为此，迫切需要一种可有效改善污泥或有机废弃物中被泥质化(即被污泥中的无机质-泥质成分所渗透和结构性覆裹而硅质化/铝质化)的有机物、及内水高的菌团有机质的燃烧特性的改性方法，化解污泥或有机废弃物等可再生能源的资源化能源化利用困境。
【发明内容】
[0015]本发明所要解决的技术问题是，提供一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法。该方法通过改变污泥或有机废弃物中被泥质化有机物和高内水(菌团)有机质的燃烧性能，从而改善污泥或有机废弃物的燃料性能，以解决污泥或有机废弃物能源化利用的困境问题。
[0016]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，将污泥或有机废弃物与氧化硝化剂或催化氧化助燃剂混合、陈化，或将污泥或有机废弃物与燃煤、氧化硝化剂或催化氧化助燃剂混合粉磨，对污泥或有机废弃物进行氧化硝化改性或催化氧化助燃性改性，改善污泥或有机废弃物的燃烧性能；
所述的氧化硝化剂指可改善污泥中被泥质化和高内水菌团有机质的燃烧性能的物质； 所述的催化氧化助燃剂指可改善碳或碳氢化合物燃烧性能的物质。
[0017]进一步，所述的氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的氧化硝化剂，优选强氧化剂与硝酸盐的质量比为20?70:80?30。
[0018]进一步，所述的强氧化剂可为高氯酸盐、高锰酸盐、高钒混合杂多酸盐、钒酸盐、重铬酸盐、铬酐或高铁酸盐等;所述的硝酸盐可为硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁、硝酸锰、硝酸钙、硝酸铵或稀土硝酸盐等。
[0019]进一步，所述的催化氧化助燃剂优选含氧化剂的煤用催化剂或助燃剂、助燃和脱硫促进剂。
[0020]进一步，所述的氧化硝化剂或催化氧化助燃剂加入量占污泥或有机废弃物质量的0.I ?5.0%(优选0.2?2.0%)。
[0021]进一步，所述的陈化时间为10分钟以上。所述的陈化为搅拌陈化。
[0022]进一步，在对污泥或有机废弃物能源化利用的改性过程中，可以添加无拮抗作用的污泥固化剂和/或脊化剂和/或絮凝剂和/或表面活性剂和/或杀菌除臭剂和/或助滤材料和/或碱类物质。
[0023]本发明针对污泥或有机废弃物中的主要有机质可燃物是被泥质化(即被污泥中的无机质-泥质成分所渗透和结构性覆裹而硅质化/铝质化)的植物残渣或高内水植物、及高内水的菌团有机质的特点，采用含强氧化剂和硝酸盐的氧化硝化剂对污泥或有机废弃物中的难燃的有机质可燃物进行氧化硝化改性处理，或采用含氧化剂的可改善碳或碳氢化合物燃烧性能的催化氧化助燃剂对污泥或有机废弃物中的难燃的有机质可燃物进行氧化助燃性改性处理，并以简便的混合陈化或混合粉磨实现污泥或有机废弃物的能源化利用的改性，使污泥或有机废弃物便于能源化处理和清洁燃烧，污泥或有机废弃物中的有机物能源得以充分利用，并可借与煤混用时起到有效改善煤粉燃烧性能实现煤炭洁净燃烧技术;又可借强氧化剂的杀生性作用彻底灭活污泥中的病原体微生物，并实现异味氧化除臭，消除污泥或有机废弃物资源化能源化利用过程中可能产生的环境污染。
[0024]本发明的有益效果是:
I)工艺简单、投资少，无二次污染，利于推广应用。
[0025]2)通过解决污泥或有机废弃物中被泥质化有机物及高内水菌团有机质为主的有机质可燃物的难燃性问题，利于污泥或有机废弃物的清洁燃烧，可再生的污泥或有机废弃物的能源化清洁利用可节省大量的化石能源，利于绿色、低碳、循环经济的持续发展。
[0026]3)可消除污泥对环境水、土、大气污染，消除生态的生物污染，并减少⑶2的排放，利于环境保护。
【具体实施方式】
[0027]以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]实施例1 选用含水率89.7%的某市政污水处理厂的原生污泥进行能源化利用改性试验，原生污泥有异臭;改性调整的氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的(粉状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高铁酸钠，硝酸盐为硝酸锂，高氯酸钠与硝酸锂的质量比为40:60。
[0029]在连续搅拌下，将占污泥质量0.8%的氧化硝化剂加入到原生污泥中，以搅拌陈化方式继续搅拌15分钟以改性污泥中有机质特性，得改性污泥，异臭消失;将改性污泥按原煤质量的20%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余3%的改性污泥煤粉混合燃料样A 0
[0030]取未经改性的污泥按原煤质量的20%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余3%的污泥煤粉混合燃料样A ’。
[0031 ]在实验室条件下，将混合燃料样A和A ’对比试验，混合燃料样A较混合燃料样A ’着火温度降低28°C，燃烧速度提高近I倍，燃烧效率提高6%，改善了混合煤粉燃烧性能。
[0032]实施例2
选用某市政污水处理厂的脱水污泥(含水率80.7%)进行能源化利用改性试验，污泥有异臭;改性调整的氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的(粉状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高钒混合杂多酸钾，硝酸盐为硝酸钾，高钒混合杂多酸钾与硝酸钾的质量比为50:50。
[0033]在连续搅拌下，将占污泥质量0.7%的氧化硝化剂加入到脱水污泥中搅拌均匀，陈化30分钟以改性污泥中有机质特性，得改性污泥，无异臭;将改性污泥按原煤质量的10%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余2.7%的改性污泥煤粉混合燃料样B。
[0034]取未经改性的污泥按原煤质量的10%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余2.8%的污泥煤粉混合燃料样B ’。
[0035]在实验室条件下，将混合燃料样B和B’对比试验，混合燃料样B较混合燃料样B ’着火温度降低35°C，燃烧速度提高近I倍，燃烧效率提高9%，改善了混合煤粉燃烧性能。
[0036]实施例3
选用某市政污水处理厂的深度脱水污泥(含水率57.8%)进行能源化利用改性试验，脱水污泥为块状、有异味;改性调整用氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的(液状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高铁酸钾，硝酸盐为硝酸镧，高铁酸钾与硝酸镧的质量比为50:50。
[0037]将块状污泥打散，将占污泥质量1%的氧化硝化剂加入到散状污泥中搅拌均匀，陈化30分钟以改性污泥中有机质特性，得改性污泥，无异味；自然干燥3天得含水率18.1%的改性污泥燃料样C。
[0038]取未经改性的污泥干燥至为含水率18%的污泥燃料样C’。
[0039]在实验室条件下，将污泥燃料样C和C’对比试验，污泥燃料样C较污泥燃料样C ’着火温度降低500C，燃烧速度提高近2.5倍，燃烧效率提高18%，充分改善了污泥燃烧性能。
[0040]实施例4
选用某市政污水处理厂自然堆存干燥结块污泥(含水率43.7%)进行能源化利用改性试验，块状污泥有异味;改性调整用氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的(液状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高铁酸钾，硝酸盐为硝酸铈，高铁酸钾与硝酸铈的质量比为60:40。
[0041]将块状污泥打散，将占污泥质量1.2%的氧化硝化剂加入到散状污泥中搅拌均匀，陈化30分钟以改性污泥中有机质特性，得改性污泥，无异味;将改性污泥按原煤质量的15%与原煤混合、干燥、粉磨制成SOum筛余3.1%的改性污泥煤粉混合燃料D。
[0042]取未经改性的污泥按原煤质量的15%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余3%的污泥煤粉混合燃料样D ’。
[0043]在实验室条件下，将混合燃料样D和D’对比试验，混合燃料样D较混合燃料样D ’着火温度降低34°C，燃烧速度提高近I倍，燃烧效率提高11%，改善了混合煤粉燃烧性能。
[0044]实施例5
选用某市政污水处理厂的脱水污泥(含水率79.1%)进行能源化利用改性试验，污泥有异臭;改性调整剂选用长沙紫宸科技开发有限公司的含氧化剂的(液状)煤用催化剂。
[0045]在连续搅拌下，将占污泥质量0.7%的煤用催化剂加入到脱水污泥中搅拌均匀，陈化30分钟以改性污泥中有机质特性，得改性污泥，无异臭;将改性污泥按原煤质量的10%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成SOum筛余2.6%的改性污泥煤粉混合燃料样E。
[0046]取未经改性的污泥按原煤质量的10%布撒在原煤上，然后混合、干燥、粉磨制成80um筛余2.5%的污泥煤粉混合燃料样E ’。
[0047]在实验室条件下，将混合燃料样E和E’对比试验，混合燃料样E较混合燃料样E ’着火温度降低22°C，燃烧速度提高近I倍，燃烧效率提高7%，充分改善了煤粉燃烧性能。
[0048]实施例6
取某垃圾场堆存的有机废弃物-中药渣(含水率56.3%)进行能源化利用改性试验，有异臭;改性调整剂为含强氧化剂和硝酸盐的(液状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高铁酸钾，硝酸盐为硝酸锂，高铁酸钾与硝酸锂的质量比为70:30。
[0049]将占有机废弃物质量1.5%的氧化硝化剂加入到有机废弃物中搅拌均匀，陈化30分钟以改性废弃物中有机质特性，得改性污泥，异臭消失;将改性废弃物按原煤质量的10%与原煤混合、干燥、粉磨制成SOum筛余4.3%的改性废弃物煤粉混合燃料样F。
[0050]取未经改性的废弃物按原煤质量的10%与原煤混合、干燥、粉磨制成80um筛余4.2%的废弃物煤粉混合燃料样F’。
[0051 ]在实验室条件下，将混合燃料样F和F ’对比试验，混合燃料样F较混合燃料样F ’着火温度降低38°C，燃烧速度提高近4倍，燃烧效率提高28%，充分改善了废弃物燃烧性能。
[0052]实施例7
选用某市政污水处理厂的脱水污泥(含水率78.9%)进行能源化利用改性试验，污泥有异臭；改性调整剂为含强氧化剂和硝酸盐的(粉状)氧化硝化剂，其中，强氧化剂为高铁酸钾，硝酸盐为硝酸铈，高铁酸钾与硝酸铈的质量比为20:80;另选用生石灰和煤渣作为污泥固化剂。
[0053]在连续搅拌下，将占污泥质量0.4%的氧化硝化剂加入到脱水污泥中搅拌均匀，并在搅拌下加入相当于污泥质量9%的污泥固化剂(其中石灰7%、煤渣2%)，搅拌均匀陈化30分钟以改性污泥中有机质特性，压滤脱水得改性污泥(含水率48.7%)，无异味;将改性污泥按原煤质量的20%与原煤混合、干燥、粉磨制成SOum筛余3.3%的改性污泥煤粉混合燃料样G。
[0054]取未经氧化硝化改性仅加占污泥质量9%的污泥固化剂(其中石灰7%、煤渣2%)经压滤脱水的污泥(含水率49.1%)按原煤质量的20%与原煤混合、干燥、粉磨制成80um筛余3.3%的污泥煤粉混合燃料样G’。
[0055]在实验室条件下，将混合燃料样G和G’对比试验，混合燃料样G较混合燃料样G ’着火温度降低20°C，燃烧速度提高近I倍，燃烧效率提高8%，改善了混合煤粉的燃烧性能。
【主权项】
1.一种污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:将污泥或有机废弃物与氧化硝化剂或催化氧化助燃剂混合、陈化;或将污泥或有机废弃物与燃煤、氧化硝化剂或催化氧化助燃剂混合粉磨，对污泥或有机废弃物进行氧化硝化改性或催化氧化助燃性改性，改善污泥或有机废弃物的燃烧性能； 所述的氧化硝化剂指可改善污泥中被泥质化和高内水菌团有机质的燃烧性能的物质； 所述的催化氧化助燃剂指可改善碳或碳氢化合物燃烧性能的物质。2.根据权利要求1所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的氧化硝化剂为含强氧化剂和硝酸盐的氧化硝化剂。3.根据权利要求2所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的氧化硝化剂，强氧化剂与硝酸盐的质量比为20?70:80?30。4.根据权利要求3所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的强氧化剂为高氯酸盐、高锰酸盐、高钒混合杂多酸盐、钒酸盐、重铬酸盐、铬酐或高铁酸盐;所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸锂、硝酸铜、硝酸锰、硝酸铁、硝酸铵或稀土硝酸盐。5.据权利要求1-4中任一权利要求所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的催化氧化助燃剂为含氧化剂的煤用催化剂或助燃剂、或助燃和脱硫促进剂。6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的氧化硝化剂或催化氧化助燃剂加入量占污泥或有机废弃物质量的0.1?5.0%。7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:所述的陈化时间为1分钟以上。8.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的污泥或有机废弃物能源化利用的改性方法，其特征在于:在对污泥或有机废弃物能源化利用的改性过程中，添加无拮抗作用的污泥固化剂和/或脊化剂和/或絮凝剂和/或表面活性剂和/或杀菌除臭剂和/或助滤材料和/或碱类物质。
【文档编号】F23G7/00GK105927986SQ201610302903
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】尹无忌, 郭学益, 尹小林
【申请人】湖南省小尹无忌环境能源科技开发有限公司, 中南大学