本发明涉及一种以市政污水厂污泥为主要原料的微泡激发燃料化技术，属于环境工程技术领域，具体涉及一种污泥微泡激发燃料及其制备方法。
背景技术：
市政污水厂的污泥是污水处理过程产生的副产物，污泥处理处置是水污染防治工作的重要环节，已成为制约污水处理发展的关键问题之一。污泥的产生量受到污水处理量、处理工艺、污泥脱水方法等因素影响。现状污水厂的脱水污泥含水率偏高，运输困难，填埋场难于接收。虽然从化学组成而言，污泥中存在大量的可以用作燃料化的物质，但现状污泥却往往不宜直接作燃料，也不能够直接用于焚烧发电。虽然国内外已有众多污泥处理、处置技术，但仍然面临着技术复杂、工程化应用难度大、二次污染隐患多、工艺实施成本高等诸多难题。
现状污泥的处理方法大都不能将污泥进行充分利用，而仅仅是出于无害化的考虑，距离资源化依然任重道远。随着能源价格的不断攀升以及世界范围内的低碳减排趋势不断形成，污泥的资源化将成为主流方向。众多科学研究以及污泥处理实践经验均表明，污泥蕴含的热值原本可达6000～16000kj/kg，但实际实验室检测出的热值仅有500～2000kj/kg，其原因主要污泥含水率过高，导致热值不能发挥出来。因此，降低污泥含水率是实现污泥燃料化的关键因素。
传统的污泥离心、压滤脱水办法仅能脱去部分水份，脱水后的污泥含水率依然达不到燃料化的要求。传统的污泥烘干脱水的能源成本偏高。污泥炭化技术虽然基本可行，但耗能大，且易产生有害气体。现有的污泥燃料化技术一般是依靠大量掺加煤以及类似的高热值燃料，大幅度增加了添加剂成本。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种以市政生活污水处理厂的脱水污泥为主要原料的新型燃料化技术。具体提供一种成本低、效率高的污泥微泡激发燃料及其制备方法。具有明显的科学价值、社会价值和经济价值。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种污泥微泡激发燃料，通过下述方法制备得到：
(1)取污水厂中污泥，在污泥中加入酒石酸钾钠，在转速为200～240r/min条件下搅拌5～10min时间，形成液化污泥，其中酒石酸钾钠占污泥重量的百分数为1.2～1.6％；
(2)在步骤(1)的液化污泥中加入甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，在转速为60～90r/min条件下搅拌10～15min，形成蜂窝状污泥胶体，其中液化污泥、甘油、骨胶、丙烯酸的体积比为80～85：7～6：7～6：6～3；
(3)采用质量百分数为1.3～2.0％的果胶水溶液与饱和食盐水配制成复合隔离体，再按照1～2ml复合隔离体中添加10～20g块状碳化钙的比例取复合隔离体和块状碳化钙，混合均匀制成盐胶碳化钙,其中果胶水溶液与饱和食盐水的体积比为：0.75～0.80:0.25～0.20；
(4)按照1～2l蜂窝状污泥胶体中添加3-6kg盐胶碳化钙的比例取蜂窝状污泥胶体与盐胶碳化钙混合均匀，在低速搅拌器中，添加蜂窝状污泥胶体重量15～22％的煤粉，在造粒机中搅拌20～35分钟，制成粒度为15～20mm的球形颗粒，晾干后制成微泡激发污泥燃料。
优选地，本发明所述步骤(3)中块状碳化钙的粒径为20～25mm。
优选地，本发明所述步骤(3)中果胶水溶液通过将干粉纯度大于95％的高酯柑橘果胶粉末溶解于蒸馏水中制成。
本发明污泥微泡激发燃料的制备方法包括以下步骤：
(1)取污水厂中污泥，在污泥中加入酒石酸钾钠，在转速为200～240r/min条件下搅拌5～10min时间，形成液化污泥，其中酒石酸钾钠占污泥的重量的百分数为1.2～1.6％；
(2)在步骤(1)的液化污泥中加入甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，在转速为60～90r/min条件下搅拌10～15min，形成蜂窝状污泥胶体，其中液化污泥、甘油、骨胶、丙烯酸的体积比为80～85：7～6：7～6：6～3；
(3)采用质量百分数为1.3～2.0％的果胶水溶液与饱和食盐水配制成复合隔离体，再按照1～2ml复合隔离体中添加10～20g块状碳化钙的比例取复合隔离体和块状碳化钙，混合均匀制成盐胶碳化钙；
(4)按照1～2l蜂窝状污泥胶体中添加3-6kg盐胶碳化钙的比例取蜂窝状污泥胶体与盐胶碳化钙混合均匀，在低速搅拌器中，添加蜂窝状污泥胶体重量15～22％的煤粉，在造粒机中搅拌20～35分钟，制成粒度为15～20mm的球形颗粒，晾干后制成微泡激发污泥燃料。
优选地，本发明所述步骤(4)中球形颗粒时采用自然通风晾干。
优选地，本发明所述步骤(3)中块状碳化钙的粒径为20～25mm。
优选地，本发明所述步骤(3)中果胶水溶液通过将干粉纯度大于95％的高酯柑橘果胶粉末溶解于蒸馏水中制成。
本发明采用上述技术方案，先将污泥经过高速搅拌(转速为200～240r/min)，使粘稠状的污泥受到猛烈切割，实现污泥液化，增强流动性，同时借助高速搅拌，使污泥颗粒与搅拌刀具高速碰撞、摩擦，打破污泥毛细结合水，挤出被污泥纤维紧密包裹的分子水。在搅拌之前，向污泥中添加酒石酸钾钠，进一步促进实现污泥的流动性；同时本发明在液化污泥中投加甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，胶化剂投加之后，进行慢速搅拌(60～90r/min)，使混合悬浮液改性成为蜂窝状污泥胶体，为后期反应做好准备；本发明采用果胶水溶液与饱和食盐水配制成为复合隔离体，与块状碳化钙混合，制备成“盐胶碳化钙”。取块状碳化钙与上述果胶溶液、饱和食盐水溶液放置于容器内，采用坚固刀具，对块状碳化钙实施快速破碎，并同时起到搅拌的作用，在此过程中，碳化钙的粒度逐渐由20～25mm减小为3～6mm，并且碳化钙颗粒表面均匀覆盖了一层“果胶—盐”溶液。本技术的关键是使碳化钙被“果胶—盐”复合隔离体包裹，起到阻隔空气的作用，大幅度减少碳化钙颗粒与空气接触的面积。上述过程制成的产品称为“盐胶碳化钙”颗粒。
本发明碳化钙与污泥中水份的受控反应。
将前述盐胶碳化钙颗粒与胶体污泥混合，此时污泥中的水分子会与盐胶碳化钙颗粒发生化学反应。
cac2+2h2o＝＝ca(oh)2+c2h2↑
此时的水分子，既包括胶体污泥的游离水，也包括污泥内部的细胞内结合水。
此时，被包裹的“分散状碳化钙”与水相遇时，其反应是在受控条件下进行的，其释放气泡的速率比单纯的碳化钙颗粒与水接触时降低55％～65％，可以保证产生的气泡在污泥混合体内驻留，而不会迅速散失。
另一方面，由于与碳化钙接触的是胶体污泥，而不是常规的原始污泥，此时生成的气泡，会被胶体物质包裹、凝聚，迅速胶结、定型，而不会快速破裂。此时的混合反应生成的污泥干化体内存在大量被反应激发的“微泡”，而且是具备胶结固化能力的微泡。
本发明将上述微泡激发污泥体，放入低速搅拌器中，添加污泥体重量15～22％的煤粉，在造粒机中搅拌20～35分钟，制成粒度为15～20mm的球形颗粒。然后，将上述球形颗粒，置于自然通风场地，晾干1.5～2.0小时，使其进一步定型，获得最终的微泡激发污泥燃料产品。本发明制成的污泥燃料产品，含水率为18～25％，低位热值为6000～8500kj/kg。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用含水率为70～75％的市政污水厂脱水污泥作为核心原料，实现了污泥的废物利用，避免了污泥污染扩散。而且为解决污泥脱水的难题提供了一种新的工艺方法，是一种典型生态环保技术，制成的产品可以作为热电厂等各类锅炉的燃料，具有很高的市场推广价值。
(2)借助甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，制成新型“胶体污泥”，是一种创新技术。采用果胶与饱和食盐水配制成为复合隔离体，与块状碳化钙混合，制备成“盐胶碳化钙”。
在块状碳化钙接受快速破碎、搅拌的过程中，使碳化钙颗粒表面均匀覆盖“果胶—盐”溶液，制成复合隔离体包裹的碳化钙，阻隔了碳化钙颗粒与空气接触继而实现碳化钙与污泥中水份的受控反应。被包裹的“分散状碳化钙”与水相遇时，释放气泡的速率比单纯的碳化钙颗粒与水接触时大幅度降低，使得气泡在污泥混合体内驻留，而不会迅速散失。
另一方面，气泡会被胶体物质包裹、凝聚，迅速胶结、定型，而不会快速破裂。
(3)本技术所采用的添加剂均为价廉易得的物料，适用性强，操作简便。无需外加热源，避免了常规污泥烘干所需的大量热能消耗。属于一种节能性工艺，便于产业化应用。
具体实施方式
实施例1
一种污泥微泡激发燃料，通过下述方法制备得到：
(1)取污水厂中污泥，在污泥中加入酒石酸钾钠，在转速为200r/min条件下搅拌10min时间，形成液化污泥，其中酒石酸钾钠占污泥重量的百分数为1.2％；
(2)在步骤(1)的液化污泥中加入甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，在转速为60r/min条件下搅拌15min，形成蜂窝状污泥胶体，其中液化污泥、甘油、骨胶、丙烯酸的体积比为80：7：7：6；
(3)采用质量百分数为1.3～％的果胶水溶液与饱和食盐水配制成复合隔离体，再按照1ml复合隔离体中添加10g块状碳化钙的比例取复合隔离体和块状碳化钙，混合均匀制成盐胶碳化钙,其中果胶水溶液与饱和食盐水的体积比为：0.75:0.25；
(4)按照1l蜂窝状污泥胶体中添加3kg盐胶碳化钙的比例取蜂窝状污泥胶体与盐胶碳化钙混合均匀，在低速搅拌器中，添加蜂窝状污泥胶体重量15％的煤粉，在造粒机中搅拌20分钟，制成粒度为15mm的球形颗粒，自然通风晾干后制成微泡激发污泥燃料。
本实施例所述步骤(3)中块状碳化钙的粒径为20mm，步骤(3)中果胶水溶液通过将干粉纯度大于95％的高酯柑橘果胶粉末溶解于蒸馏水中制成。
实施例2
一种污泥微泡激发燃料，通过下述方法制备得到：
(1)取污水厂中污泥，在污泥中加入酒石酸钾钠，在转速为220r/min条件下搅拌8min时间，形成液化污泥，其中酒石酸钾钠占污泥重量的百分数为1.4％；
(2)在步骤(1)的液化污泥中加入甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，在转速为70r/min条件下搅拌12min，形成蜂窝状污泥胶体，其中液化污泥、甘油、骨胶、丙烯酸的体积比为83：6：6：4；
(3)采用质量百分数为1.7％的果胶水溶液与饱和食盐水配制成复合隔离体，再按照1.5ml复合隔离体中添加15g块状碳化钙的比例取复合隔离体和块状碳化钙，混合均匀制成盐胶碳化钙,其中果胶水溶液与饱和食盐水的体积比为：0.78:0.22；
(4)按照1.5l蜂窝状污泥胶体中添加5kg盐胶碳化钙的比例取蜂窝状污泥胶体与盐胶碳化钙混合均匀，在低速搅拌器中，添加蜂窝状污泥胶体重量20％的煤粉，在造粒机中搅拌30分钟，制成粒度为18mm的球形颗粒，晾干后制成微泡激发污泥燃料。
本实施例所述步骤(3)中块状碳化钙的粒径为22mm，所述步骤(3)中果胶水溶液通过将干粉纯度大于95％的高酯柑橘果胶粉末溶解于蒸馏水中制成。
实施例3
一种污泥微泡激发燃料，通过下述方法制备得到：
(1)取污水厂中污泥，在污泥中加入酒石酸钾钠，在转速为240r/min条件下搅拌5min时间，形成液化污泥，其中酒石酸钾钠占污泥重量的百分数为1.6％；
(2)在步骤(1)的液化污泥中加入甘油、骨胶、丙烯酸作为胶化剂，在转速为90r/min条件下搅拌10min，形成蜂窝状污泥胶体，其中液化污泥、甘油、骨胶、丙烯酸的体积比为85：6：6：3；
(3)采用质量百分数为2.0％的果胶水溶液与饱和食盐水配制成复合隔离体，再按照2ml复合隔离体中添加20g块状碳化钙的比例取复合隔离体和块状碳化钙，混合均匀制成盐胶碳化钙,其中果胶水溶液与饱和食盐水的体积比为：0.80:0.20；
(4)按照2l蜂窝状污泥胶体中添加6kg盐胶碳化钙的比例取蜂窝状污泥胶体与盐胶碳化钙混合均匀，在低速搅拌器中，添加蜂窝状污泥胶体重量22％的煤粉，在造粒机中搅拌35分钟，制成粒度为20mm的球形颗粒，晾干后制成微泡激发污泥燃料。
本实施例所述步骤(3)中块状碳化钙的粒径为25mm，所述步骤(3)中果胶水溶液通过将干粉纯度大于95％的高酯柑橘果胶粉末溶解于蒸馏水中制成。