一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法
【专利摘要】本发明公开了一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法。该方法包括如下过程：首先，采用生物炭为主要原料的污泥调理剂对城市污水处理厂未脱水的原污泥进行调质；然后，将调质后污泥静置20~60分钟进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥；最后，将浓缩污泥与煤、添加剂按一定比例混合，且浓缩污泥干重占污泥煤浆固含量的10~18%，球磨,使固体颗粒的粒径小于0.1mm，其中≤75μm的粒径占70-80%，制得高浓度污泥煤浆。本发明用浓缩污泥直接与煤混合制污泥煤浆，不需对污泥进行预先干燥，既简化污泥煤浆的制备工艺，降低成本，又实现污泥资源化利用，保护环境，具有良好的经济效益和市场前景。
【专利说明】一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于城市生活污水污泥资源化利用【技术领域】，涉及一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法。
【背景技术】
[0002]水煤浆是在20世纪70年代的石油危机的冲击下，兴起的一种可以代油燃烧的清洁燃料。相对于煤炭的直接燃烧利用，水煤浆具有节能、环保等效益。
[0003]随着世界经济的高速发展以及污水处理率的提高和处理程度的深化，城市污泥的产量与日俱增。如果城市污泥得不到恰当的处理，将会造成严重的二次污染。因此，城市污泥的合理处理与资源化利用已经成为当前最为棘手的环境问题之一。
[0004]为了寻求城市污泥资源化利用的新途径，国内外学者对城市污泥的特性进行了系统的研究，取得如下共识:(I)城市污泥具有含水量大的特点，未经处理的城市污泥含水率在98%左右，经机械脱水后的城市污泥含水率可降至80%左右。(2)城市污泥富含有机物质，因而具有热值，干基城市污泥热值约为l(T20MJ/kg，几乎是煤热值的1/3以上。(3)城市污泥还具有制备水煤浆所需要的生物表面活性(主要来源于城市污泥中微生物生命代谢过程中产生的胞外聚合物(Extracellular Polymeric substances,简称EPS))。(4)污泥作为能源利用时与煤在许多方面具有相似性，均为组成复杂、并随空间和时间变化很大的固体含能物质。但就污泥本身而言，是一种高水分、低热值的劣质燃料，单独燃烧并不能达到理想的效果。
[0005]基于城市污泥富含有机质、水分高、有热值、具有表面活性的特点，城市污泥可以代替水煤浆制备过程中的水和部分煤，把城市污泥与煤混配成污泥煤浆。现有污泥煤浆的制备方法大都是将城市污泥干燥之后配入煤中制备污泥煤浆，而城市污泥预先干燥不仅需要消耗大量的能量，还会产生粉尘和有害气体，导致城市污泥制备清洁燃料时成本高、能耗高、产生严重的二次污染等问题，因此，至今还没有城市污泥煤浆产业化的案例。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，解决现有的污泥煤浆制备过程中存在的污泥配入比例低、能耗高、成本高、产生严重的二次污染等技术难题，实现污泥煤浆的产业化。
[0007]本发明实现上述目的的技术方案为:
一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，包括如下步骤:
(1)采用污泥调理剂对原污泥进行调质；
(2)将调质后污泥静置20飞0分钟进行重力浓缩脱水，排出上清液(上清液的C0D、SS及浊度分别降至40mg/L、20mg/L、15NTU以下)，获得浓缩污泥(含水率为75?85%)；
(3)将浓缩污泥与煤、添加剂按一定比例混合，且浓缩污泥干重(即按含水率折算的不含水的污泥质量)占污泥煤浆固含量的1(Γ18%，球磨，使固体颗粒的粒径小于0.1mm，且^ 75μπι的粒径占70-80%，制得高浓度污泥煤浆。
[0008]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述原污泥、污泥调理剂、煤、添加剂的重量份数分别为:
原污泥15(Γ250份
污泥调理剂 3?8份煤56?62份
添加剂0.8份。
[0009]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述的原污泥来自城市污水处理厂未处理污泥，其含水率为98 %。
[0010]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述的煤的干燥无灰基挥发分为22?30 %，空气干燥基灰分为7?10 %，空气干燥基水分<2 %，空干基全硫<0.8 %。
[0011]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述的添加剂为DCS复合添加剂即木质素萘磺酸盐甲醛聚合物，其相对分子质量为3000?6000，pH值为10?12。
[0012]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述的污泥调理剂由生物炭(粒度为0.045mnT0.425mm)、氯化钠(工业级)和聚丙烯酰胺(工业级，阳离子，分子量彡1200万)组成，其用量分别占原污泥质量的1.5?2.5%、0.5?1%、I X Kr4?5 X 10、。
[0013]上述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，所述的生物炭为褐煤与生物质(稻谷壳、锯木屑等)以2:1的质量比混合共热解得到的固态产物，热解温度为65(T750°C，热解时间为tTl.5h，其空气干燥基灰分为1(Γ12 %，空干基全硫彡0.5 %。
[0014]说明:上述百分数均表示质量分数。
[0015]本发明的有益效果在于:
(I)本发明以生物炭为主要原料制备污泥调理剂，能有效改善污泥的脱水性能及提高污泥的热值，实现污泥深度浓缩脱水。
[0016](2)本发明用浓缩污泥直接与煤混合制污泥煤浆，不需对污泥进行预先干燥，既简化污泥煤浆的制备工艺，降低成本，又实现污泥资源化利用，保护环境，具有良好的经济效益和市场前景。
【具体实施方式】
[0017]下面通过具体实施例来对本发明作进一步详细的描述，其中，除特别说明外，所述的原料份数均为重量份数，百分数均为质量分数。
[0018]实施例1
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0019](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT0.425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为1.5g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为0.5g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为lX10_4g/100g 原污泥。
[0020](3)湘潭潭家山煤，其全水分为12.62%，空气干燥基水分1.15%，空气干燥基灰分为7.94%，空气干燥基挥发分为22.87% (4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥150份，污泥调理剂3份，煤62份，添加剂0.8份。
[0021](2)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置20分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率84.7%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥干重占污泥煤浆固含量的10%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0022]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.2%，热值为17.32MJ/kg，粘度为866mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占71%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0023]实施例2
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0024](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT(X 425mm、空气干燥基灰分为
10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为1.5g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为0.7g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为3X10_4g/100g 原污泥。
[0025](3)湘潭潭家山煤，其全水分为12.62%，空气干燥基水分1.15%，空气干燥基灰分为7.94%，空气干燥基挥发分为22.87%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥200份，污泥调理剂4.4份，煤61份，添加剂0.8份。
[0026](3)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置40分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率78.9%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥干重占污泥煤浆固含量的13.8%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0027]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为61.0%，热值为17.38MJ/kg，粘度为968mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占72%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0028]实施例3
1.原料 (I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0029](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT0.425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为1.5g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为1.0g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为5X10_4g/100g 原污泥。
[0030](3)湘潭潭家山煤，其全水分为12.62%，空气干燥基水分1.15%，空气干燥基灰分为7.94%，空气干燥基挥发分为22.87%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥250份，污泥调理剂6.25份，煤56份，添加剂0.8份。
[0031](4)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置30分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率75.1%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥干重占污泥煤浆固含量的18.0%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0032]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.3%，热值为17.16MJ/kg，粘度为928mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占74%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0033]实施例4
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0034](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT(X 425mm、空气干燥基灰分为
10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为2.0g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为0.7g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为lX10_4g/100g 原污泥。
[0035](3)湘潭潭家山煤，其全水分为12.62%，空气干燥基水分1.15%，空气干燥基灰分为7.94%，空气干燥基挥发分为22.87%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥150份，污泥调理剂4.05份，煤61份，添加剂0.8份。
[0036](5)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置40分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率82.1%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥(折干)占污泥煤浆固含量的
11.6%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0037]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.4%，热值为17.38MJ/kg，粘度为918mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占71%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0038]实施例5
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0039](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT0.425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为2.0g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为1.0g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为3X10_4g/100g 原污泥。
[0040](3)山东煤，其全水分为11.62%，空气干燥基水分1.95%，空气干燥基灰分为8.26%，空气干燥基挥发分为29.69%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥200份，污泥调理剂6.0份，煤58份，添加剂0.8份。
[0041](6)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置50分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率77.1%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥(折干)占污泥煤浆固含量的16.6%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0042]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.9%，热值为17.24MJ/kg，粘度为1020mPa.s，粒度<0.1mm，其中彡75 μ m的颗粒物占73%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0043]实施例6
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0044](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT0.425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为2.0g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为0.5g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为4X10_4g/100g 原污泥。
[0045](3)山东煤，其全水分为11.62%，空气干燥基水分1.95%，空气干燥基灰分为8.26%，空气干燥基挥发分为29.69%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥250份，污泥调理剂6.25份，煤56份，添加剂0.8份。
[0046](7)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置60分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率75%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥(折干)占污泥煤浆固含量的18.0%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0047]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.1%，热值为17.02MJ/kg，粘度为996mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占72%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0048]实施例7
1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0049](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT(X 425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为2.5g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为1.0g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为2X10_4g/100g 原污泥。
[0050](3)山东煤，其全水分为11.62%，空气干燥基水分1.95%，空气干燥基灰分为8.26%，空气干燥基挥发分为29.69%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法 (I)原料配比
原污泥150份，污泥调理剂5.25份，煤60份，添加剂0.8份。
[0051](8)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置30分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率79.8%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥(折干)占污泥煤浆固含量的13.7%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0052]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.8%，热值为17.41MJ/kg，粘度为898mPa.s，粒度< 0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占72%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
[0053]实施例8 1.原料
(I)湘潭市某污水处理厂污泥，其含水率为98%。
[0054](2)污泥调理剂包括生物炭(其粒度为0.045mnT0.425mm、空气干燥基灰分为10.86%，空干基全硫为0.46%，投加量为2.5g/100g原污泥)、氯化钠(工业级，其投加量为0.5g/100g原污泥)、聚丙烯酰胺(工业级，阳离子型，分子量> 1200万，其投加量为3X10_4g/100g 原污泥。
[0055](3)山东煤，其全水分为11.62%，空气干燥基水分1.95%，空气干燥基灰分为8.26%，空气干燥基挥发分为29.69%
(4)添加剂(DCS复合添加剂)
2.制备方法
(I)原料配比
原污泥200份，污泥调理剂6份，煤58份，添加剂0.8份。
[0056](9)制备步骤
首先，将含水污泥与污泥调理剂充分混合5分钟，获得调质后污泥。然后，将调质后污泥转入量筒中静置40分钟，进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥(含水率76.6%)。随后，将上述的浓缩污泥与煤、添加剂混合(浓缩污泥(折干)占污泥煤浆固含量的16.5%)，送入球磨机进行球磨30分钟，最后用孔径为40目的筛子对经球磨后的污泥煤浆进行过滤，再搅拌10分钟，制得高浓度污泥煤浆。
[0057]3.污泥煤浆技术性能指标
所制得的污泥煤浆的浓度(wt%)为60.7%，热值为17.25MJ/kg，粘度为966mPa.s，粒度彡0.1mm，其中< 75 μ m的颗粒物占72%，静置15天不产生沉淀，具有良好的稳定性能。可以作为代油燃烧的清洁燃料或生产化肥、甲醇、天然气的气化原料。
【权利要求】
1.一种城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)采用污泥调理剂对原污泥进行调质； (2)将调质后污泥静置2(Γ60分钟进行重力浓缩脱水，排出上清液，获得浓缩污泥； (3)将浓缩污泥与煤、添加剂按一定比例混合，且浓缩污泥干重占污泥煤浆固含量的10?18% ;球磨；使固体颗粒的粒径小于0.1mm，其中彡75 μ m的粒径占70_80%，得到高浓度污泥煤浆。
2.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述原污泥、污泥调理剂、煤、添加剂的重量份数分别为: 原污泥15(Γ250份 污泥调理剂 3?8份 煤56?62份 添加剂0.8份。
3.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述的污泥调理剂由生物炭、氯化钠和聚丙烯酰胺组成，其用量分别占原污泥质量的1.5^2.5%、0.5?1%、1Χ1(Γ4?5Χ1(Γ4%。
4.根据权利要求3所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述的生物炭为褐煤与生物质按2:1的质量比混合共热解的固态产物，热解温度为65(T750°C，热解时间为2?2.5h，其粒度为0.045mnT0.425mm,空气干燥基灰分为10%?12%，空干基全硫(0.5% ;所述的氯化钠为工业级；所述的聚丙烯酰胺为工业级、阳离子、分子量> 1200万。
5.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述的原污泥来自城市污水处理厂未处理污泥，含水率为98%。
6.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述的浓缩污泥的含水率为75?85%。
7.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述煤的干燥无灰基挥发分为22°/Γ30%，空气干燥基灰分为7°/Γ?Ο%，空气干燥基水分彡2%，空干基全硫彡0.8%。
8.根据权利要求1所述的城市污泥制备高浓度污泥煤浆的方法，其特征在于:所述的添加剂为DCS复合添加剂即木质素萘磺酸盐甲醛聚合物，其相对分子质量为300(Γ6000，ρΗ值为10?12。
【文档编号】C10L1/32GK104388137SQ201410758151
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】戴财胜, 马淞江, 刘学鹏, 刘晓芳, 梁丽静 申请人:湖南科技大学