一种污泥干化抗收缩增碳方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体废物处理方法，具体涉及一种用于污泥干化的太阳能辅助下减少干化收缩且增加污泥碳含量的方法，属于环保技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。截止2013年6月底，全国已建成城镇污水处理厂3479座，污水处理能力约1.2亿立方米/日。污水处理厂大规模建成运营的最直接的结果，是污泥量的大幅提升。预测到2015年，全年城镇污水处理厂湿污泥(含水率80% )产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。剩余污泥的一个最大问题是其含水率高，一般污水厂二沉池污泥的含水率为97%?99%，其中间隙水约占70%，毛细水占20 %左右，吸附水约为7 %，胞内水约为3 %。而通过一般的脱水处理，如离心脱水、板框压滤等，其最终含水率能够达到75-85 %之间，此时污泥中的水分形态主要为吸附水和胞内水。但是普通压滤机和离心脱水机无法对该污泥进行深度脱水，不能满足污泥后续处理的要求，如填埋的污泥需要含水率在60%以下，而焚烧等则污泥的含水率需要在〈30%，甚至到20%以下，才能满足后续污泥焚烧、热解制碳等热处理的需求，因此如何实现高效率、低能耗的污泥干化，成为解决问题的关键所在。
[0003]由于污泥等是生物质类物质，因此其干化过程会发生明显收缩，污泥从机械脱水后的含水率80 %干化到20 %以下，一般体积会大幅度缩小(大概为原始的9 %左右，密度由开始的1.04g/cm3增加到1.07g/cm3)，主要是因为随着水分降低，污泥弹性模量变小，此时污泥表面水分的蒸发所引起的收缩及它内部的约束，会造成最终干化快具有非常结实的结构，类似于石头。该类剩余有机质形成的致密物质，不利于后续热解制成高品位碳，也严重影响焚烧过程与空气充分混合，不利于其完全燃烧。因此，如何在污泥干化过程中减少其体积的大幅度收缩，减少污泥等泥质生物质垃圾在干化过程中的收缩，以避免整个过程缺乏相应的气体输送孔道，成为污泥干化过程需要解决的问题，也有利于后续污泥的最终处理。
[0004]如果在污泥的干化收缩过程中植入部分物质构建骨架，如某些大分子的有机物，既可以给污泥增加骨架，又可以增加污泥中的碳含量，同时添加一些有机的造孔剂，如淀粉、锯末、木肩、秸杆等天然纤维，就能够为后续污泥的炭化提供良好的条件。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，解决现有污泥干化方法中，由于水分逸散形成的致密干化污泥，不利于后续热处理，以及污泥中有机碳含量偏低，不利于后续活性炭等的烧制的问题，采用有机造孔剂、碳料骨架等外加药剂方法，结合太阳能直接干化，提供一种改善污泥干化后性质的污泥干化抗收缩增碳方法，达到既能够加速污泥热干化速率，又能提高干化后污泥制碳的质量的效果，从而极大地提高社会效益和经济效益。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种污泥干化抗收缩增碳方法，其特征在于:在离心脱水后的污泥干基中投入有机造孔剂和催化剂混合均匀后，在太阳能夹层干化系统中进行布料，通过骨架构建、造孔剂的协同作用，与太阳能干化有机结合，从而实现污泥快速干化基础上的低收缩增碳功能。
[0008]作为进一步改进，所述的有机造孔剂由造孔剂和骨料构成，其中，所述造孔剂与骨料的质量比例为50-80%:20-50%，该有机造孔剂的投加量为污泥干基的5-30%。
[0009]作为进一步改进，所述的造孔剂是由包括淀粉、锯末、木肩和秸杆在内的天然纤维中的一种或者多种以任意比例混合而成，其中气粒径需破碎到〈10mm。
[0010]作为进一步改进，所述的骨料是由包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇和树脂在内的高分子聚合物中的一种或者多种以任意比例混合而成，其中粒径需破碎到〈5_。
[0011]作为进一步改进，所述的催化剂为高浓度Κ0Η溶液，其浓度20.4mol/L;该催化剂与所述有机造孔剂的质量比为1: 1。
[0012]作为进一步改进，所述的污泥是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或栗站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富营养化产生的包括蓝藻在内的含水率较高的生物质，该污泥进入所述太阳能夹层干化系统的含水率在80-95%之间。
[0013]作为进一步改进，所述的污泥干化到含水率〈20%。
[0014]作为进一步改进，所述的太阳能夹层干化系统包括从上到下依次排列的透光层、柔性输送带、刚性输送带、中水源热栗加热系统和保温层，四周侧面围置有保温材料以减少热量逸散，该保温材料与最顶层的透光层和最底层的保温层形成一保温的夹层空间；脱水后的污泥首先在所述柔性输送带上，受透过所述透光层的太阳光的照射，通过太阳能直接加热预干化成型、脱臭、杀菌和光催化变性作用，然后通过重力自动从所述柔性输送带脱落到刚性输送带上，单独利用所述夹层空间内的空气源或者共同利用该空气源及其下方的所述中水源热栗加热系统进行再次加热，进一步实现干化。
[0015]作为进一步改进，所述的方法包括下列步骤:
[0016]步骤一，将制备好的有机造孔剂与脱水后的污泥干基进行混合，同时添加催化剂，该有机造孔剂的投加量为脱水后的污泥干基的5-30%，该催化剂与所述有机造孔剂的质量比为1:1，搅拌均匀；
[0017]步骤二，将步骤一获得的污泥用螺旋式进料系统或者高压栗直接输送到柔性输送带，进入太阳能夹层干化系统，泥层厚度保持在1-lOcm之间，污泥随柔性输送带间歇性向前移动并进行干化，到达柔性输送带的尽头后，辅助以机械刮板，使污泥自动脱落到下层的刚性输送带上进一步干化，直至污泥含水率〈20% ;
[0018]步骤三，步骤二过程中产生的水蒸气在透光层的冷凝作用下化为冷凝水，通过自流或者冷凝水去除装置收集后进入太阳能夹层干化系统，降低冷凝水对太阳光的屏蔽效应；
[0019]步骤四，利用刮泥板将步骤二获得的污泥送入自动收料系统进行打包，然后外运，或就地进行焚烧和热解。
[0020]与现有技术相比，本发明充分利用了太阳能制热效果和污泥有机造孔剂的联合作用，通过造孔剂的调理，既能够构建污泥的干化结构，又有利于后续碳制备过程的造孔作用，特别是添加入的骨料等有机造孔剂，不仅可以增加污泥的碳含量，有利于后续热解过程的增碳作用，能够减少晾晒过程中污泥类物质的收缩，而且在后续污泥热处理时有利于增加污泥碳的造孔作用，从而获得较高BET的碳，有利于后续碳质量，特别是，添加的部分有机物有利于减少热解过程中的焦油产量;借助于太阳能夹层干化系统将污泥晾晒，达到干化目的，从而有利于污泥类物质在后续的制碳要求。
[0021]本发明的优点主要体现在以下几个方面:
[0022]1)充分利用了太阳能作用，将污泥等泥质有机质均匀晾铺在太阳能夹层区间，既实现了太阳能直接利用，又利用夹层微小空间对其有效进行保温，从而大幅度提高了干化速率。
[0023]2)充分利用了有机造孔剂的作用，既加速了污泥脱水，又通过植入增碳、骨料以及造孔剂等组分，使得干化后的污泥形成特定的结构，以利于后续热处理效果。
[0024]所述太阳能污泥干化系统首先通过添加有机造孔剂，将其与污泥混合反应，特别是加入的造孔剂可降低部分水分，同时有利于占据污泥中的位置，而在后续热解过程，形成C02等气态物质，有利于碳的BET提高，同时形成的部分气态碳在污泥中的Fe、Cu等重金属作用下，会重新固定成碳，从而有利于提高得碳率。