一种高浓度污泥煤浆、其制备方法及用途与流程

本发明属于水煤浆技术领域，涉及一种高浓度污泥煤浆、其制备方法及用途，尤其涉及一种污泥改性制备的高浓度污泥煤浆、其制备方法和用途。

背景技术

污泥是污水处理过程中产量最大的副产物，随着我国工业化和城市化快速发展，工业和城市污水产量不断增加，处理污水所产生的污泥量也在不断增长。目前国内外处理污泥方法主要是填埋和焚烧。在我国，因填埋场地和运输花费等限制，只有部分地区采用填埋处理技术处理污泥。而填埋处理还存在重金属等有危害成分下渗污染地下水等问题。焚烧也是处理污泥的重要手段。污泥焚烧方式主要有两种：一种是脱水污泥直接送入焚烧炉焚烧，另一种是在脱水污泥干化之后进行焚烧。污泥热值较低，通常不能直接用来燃烧，再加上污泥焚烧需要的设施及操作费用较高，因此焚烧污泥的方法还不具备广泛运用的条件。

cn107879579a公开了一种污泥减量化处理系统，包括含油污泥池、污泥装袋车、回收油罐、回收水罐、网栅、反应分离撬、固液分离撬、净化分离撬和电控系统，网栅内置在含油污泥池内，网栅依次连接反应分离撬、固液分离撬和净化分离撬，固液分离撬的固体出口连接污泥装袋车，固液分离撬的液体出油口连接回收油罐，固液分离撬的出水口连接回收水罐，电控系统分别连接反应分离撬、固液分离撬和净化分离撬。

cn107816729a公开了一种工业污泥焚烧系统，包括送料装置以及焚烧炉，所述送料装置包括粉碎装置、输送组件以及喷射管，所述粉碎装置用于将污泥打碎，输送组件将打碎后的污泥输送至喷射管，焚烧炉包括基座、底座、壳体、保温层、加热层和内筒，所述焚烧炉的烟气出口连接尾气处理箱，所述尾气处理箱包括洗涤室和沉降室，所述洗涤室内设置有喷淋层，箱体下端设置有碱洗夜形成碱洗箱，隔板底部且位于碱洗液面上方设置烟气通道，且喷淋层和碱洗液可以吸收焚烧过程中产生的含硫有有害物质，再用过滤层吸收尾气的二噁英，从而减少有害物质的排放，设置碱洗网板可以进一步对颗粒物以及粉尘等进行清洗，减少尾气中的有害物质。

上述污泥处理的方式主要是脱水减量化或直接焚烧，能耗较大且效率较低，难以针对污泥含水量大的特点充分利用其热值。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高浓度污泥煤浆、其制备方法及用途，所述高浓度污泥煤浆与成品煤浆相比浓度至少提升3-6个百分点，且煤浆流动性、稳定性和雾化性能均有大幅改善，其通过将污泥进行高剪切乳化改性制成，能够将污泥掺入煤浆进行气化，既减少了污泥处理费用，又有效利用污泥热值，工艺流程简单、可操作性强、能耗低，满足长周期安全连续的生产要求，所述高浓度污泥煤浆可满足气化水煤浆和燃烧水煤浆的要求。

本发明如无特殊说明，所述高浓度污泥煤浆是指质量浓度为64％-68％的污泥煤浆。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种高浓度污泥煤浆，所述高浓度污泥煤浆的质量浓度为64％-68％，如65％、65.5％、66％或67％等，污泥的质量百分含量为1％-30％，如2％、5％、8％、10％、15％、18％、20％、22％、25％、27％或29％等，煤粉的质量百分含量为30％-68％，如35％、38％、40％、45％、48％、50％、58％、60％或64％等，且所述污泥煤浆中粒度≤75μm的颗粒的质量与总质量的比例为≥30％，如32％、35％、38％、40％、45％、50％、60％、70％、80％或90％等。

所述高浓度污泥煤浆流动性、稳定性和雾化性能较未添加污泥的水煤浆均有大幅改善，能够减少污泥处理费用，有效利用污泥热值。

所述高浓度污泥煤浆中还包含添加剂，所述添加剂的干基添加量为0.05％-0.7％，如0.08％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，所述干基添加量是指添加剂的干基质量与所述高浓度污泥煤浆的干基质量的比。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的高浓度污泥煤浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将水煤浆与水和改性污泥进行剪切细化，得到第一浆料，其中，第一浆料中≤75μm颗粒的干基量占第一浆料总干基量的比例≥60％；所述改性的污泥通过如下方法得到：将污泥进行高剪切处理，高剪切处理过程中产生的热量使得污泥温度升高，得到改性污泥；

(2)将原煤、水和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料，其中，第一浆料的总干基量占原煤干基量的5％-40％；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，得到第三浆料，部分第三浆料返回步骤(1)用于替代步骤(1)中的水煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。

所述高浓度污泥煤浆与改性前的水煤浆相比浓度至少提升3-6个百分点，且煤浆流动性、稳定性和雾化性能均有大幅改善，其通过将污泥进行高剪切乳化改性能够将污泥掺入煤浆进行气化，既减少了污泥处理费用，又有效利用污泥热值，工艺流程简单，可操作性强，能耗低，满足长周期安全连续的生产要求。

所述制备方法开工时使用一定浓度的水煤浆，待系统产生高浓度污泥煤浆时即可将水煤浆替换为部分高浓度污泥煤浆。

所述高浓度污泥煤浆通过先对污泥进行改性处理，再经过合理的工艺步骤将其掺入水煤浆中得到。所述改性处理保证了污泥能够掺入水煤浆中，后续的工艺保证了水煤浆质量浓度的提升。

所述污泥不进行改性处理，则得不到所述的污泥煤浆。

步骤(1)所述水煤浆通过如下方法制备得到：将原煤破碎，之后与水和添加剂混合进行剪切细化得到。

所述原煤优选为低阶煤。

所述添加剂选自萘磺酸甲醛缩合物和/或木质素磺酸盐。

优选地，步骤(1)所述水煤浆的质量浓度为60％-62％，如60.5％、61％或61.5％等。

优选地，步骤(1)所述水煤浆颗粒尺寸≤3mm，如0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、2.5mm或2.8mm等。

步骤(1)所述高剪切处理的剪切速率为80-200rmp，如85rmp、90rmp、100rmp、120rmp、130rmp、150rmp、170rmp或190rmp等。

优选地，步骤(1)所述污泥高剪切处理的时间为10-30min，如15min、20min、25min或28min等。

优选地，步骤(1)所述高剪切处理过程中污泥的温度升高至50-100℃，如55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃或95℃等。

所述高剪切处理和温升作用，使得所述污泥得到改性，进而能够与水煤浆混合性明显增加，混合后不会沉积下来。

优选地，步骤(1)所述污泥的质量浓度为1％-40％，如2％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、35％或37％等。

优选地，步骤(1)所述改性污泥的加入量按干基量计算为干基进料量的0-0.2％，并且不包括0，如0.05％、0.08％、0.1％、0.12％、0.15％或0.18％等。所述干基进料量是指水煤浆的干基量和改性的污泥的干基量之和。

优选地，步骤(1)所述第一浆料的质量浓度为30％-50％，例如30％、34％、38％、42％、46％或50％等。

步骤(1)所述第一浆料的原料还包括添加剂。

优选地，所述添加剂的加入量按干基量计算为第一浆料干基量的0-0.5％，如0％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等。

优选地，所述添加剂选自萘磺酸甲醛缩合物和/或木质素磺酸盐。

优选地，步骤(1)所述剪切细化在磨矿设备上进行。

优选地，所述磨矿设备为球磨机和/或棒磨机。

优选地，所述磨矿设备包括一台或至少两台研磨机。

优选地，步骤(1)所述剪切细化的形式选自立式研磨和/或卧式研磨。

步骤(2)所述原煤选自低阶煤。

优选地，步骤(2)所述第二浆料的原料还包括添加剂，所述添加剂的加入量优选为以干基量计算为原煤干基量的0.1-1.0％，如0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％或1.0％等。

优选地，所述添加剂选自萘磺酸甲醛缩合物和/或木质素磺酸盐。

优选地，步骤(2)所述剪切细化包括湿法磨矿。

步骤(3)所述部分第三浆料是指5wt％-40wt％的的第三浆料，如8wt％、10wt％、15wt％、18wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或38wt％等。本发明如无特殊说明，所述wt％是指质量百分含量。

优选地，步骤(3)所述筛分除杂包括将粒度≥3000μm的颗粒筛除，如粒度为3200μm、3500μm、3800μm、4000μm、4500μm或6000μm等的颗粒均筛除。

优选地，步骤(3)所述第三浆料的质量浓度为64％-68％，如64.5％、65％、66％或67.5％等。

作为优选的技术方案，所述高浓度污泥煤浆的制备方法包括如下步骤：

(1)将质量浓度为60％-62％，并且颗粒尺寸≤3mm的水煤浆与质量浓度为1％-40％的改性污泥、水和添加剂进行剪切细化，得到质量浓度为30％-50％的第一浆料，其中，第一浆料中≤75μm颗粒质量占第一浆料总质量的比例≥60％；污泥的加入量按干基量计算为干基进料量的0-0.2％，并且不包括0；添加剂的加入量按干基量计算为第一浆料干基量的0-0.5％；所述改性的污泥通过如下方法得到：将污泥进行高剪切处理，高剪切处理的剪切速率为100rpm，高剪切处理的时间为10-30min，高剪切处理过程中产生的热量使得污泥温度升高至50-100℃，得到改性污泥；

(2)将原煤、水、添加剂和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料，其中，第一浆料的总干基量占原煤干基量的比例为5％-40％；添加剂的加入量以干基量计算为原煤干基量的0.1-1.0％；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，使粒度≥3000μm的颗粒筛除，得到第三浆料，将5wt％-40wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代步骤(1)中的水煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述的高浓度污泥煤浆的用途，其用于气化水煤浆和燃烧水煤浆。所述高浓度污泥煤浆可满足气化水煤浆和燃烧水煤浆的要求。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)所述高浓度污泥煤浆与原料中的水煤浆相比浓度至少提升3-6个百分点，且煤浆流动性大于12cm、静置8h无硬沉淀，雾化性能大幅改善；

(2)所述高浓度污泥煤浆通过将污泥进行高剪切乳化改性制成，能够将污泥掺入煤浆进行气化，既减少了污泥处理费用，又有效利用污泥热值，工艺流程简单、可操作性强、能耗低，满足长周期安全连续的生产要求，参数调整快捷方便，制备的高浓度成品污泥煤浆质量优良；

(3)所述高浓度污泥煤浆可满足气化水煤浆和燃烧水煤浆的要求，且能大幅提高煤炭燃烧和气化的转化效率，有效气含量可在原基础上提高3个百分点。

附图说明

图1为本发明一种实施方式提供的高浓度污泥煤浆的制备工艺流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，本发明举例实施例如下。本领域技术人员应该了解，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明所使用的材料和试剂等均可从商业途径得到。

一种高浓度污泥煤浆的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)将水煤浆与改性污泥、水和添加剂进行剪切细化，得到第一浆料；

(2)将原煤、水、添加剂和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，得到第三浆料，部分第三浆料返回步骤(1)用于替代步骤(1)中的水煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。

实施例1

成品煤浆和破碎后煤炭所用原料煤均为陕西榆林地区低阶煤，其中分析水mad为2.32％、全水mt为11.2％、灰分aad为9.89％、挥发分vdaf为38.93％。所用污泥为榆林某煤化工企业污水处理厂产生，其中分析水mad为11.92％、全水mt为81.63％、灰分ad为52.72％、发热量qgr,d为10.75mj·kg^-1。

成品煤浆是原煤破碎至≤6mm，与水、添加剂按照122:76:0.2比例混合后经湿法磨矿得到的浆料；成品煤浆质量浓度为61％，其最大颗粒≤2.4mm，煤浆流动性指标为12cm，煤浆流动性指标测试参考水泥《gb/t8077—2012混凝土外加剂匀质性试验方法》行业标准中“水泥净浆流动度”测试方法，煤浆稳定性为放置2小时后析水率10％。

制备高浓度污泥煤浆的方法包括如下步骤：

(1)将成品煤浆与改性污泥、水和添加剂按照质量比100:1.22：51.1:0.18混合后经改性研磨得到第一浆料，第一浆料的质量浓度为40％，其中≤75μm粒度的质量占第一浆料总质量的比例为40％；所述改性污泥通过如下方法制备得到：对污泥进行高剪切处理，剪切速率为100rmp，剪切时间为30min，使污泥温度达到75℃，得到改性污泥；

(2)将原煤破碎至≤6mm，并与40％(质量百分含量)的第一浆料、水和添加剂按照296.04:62.69:41.95:1.48比例混合后经湿法磨矿得到第二浆料，第二浆料的质量浓度为67.8％，其中≤75μm粒度占第二浆料量的比例为32％；

(3)将第二浆料与剩余的60％的第一浆料混合后进入筛选除杂，筛下物为第三浆料，将20wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代全部的成品煤浆，剩余的第三浆料即高浓度成品污泥煤浆，成品污泥煤浆质量浓度为66％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为40％，且煤浆流动性指标为15cm，稳定性为放置8小时后析水率10％。

实施例2

成品煤浆和破碎后煤炭所用原料煤均为陕西榆林地区低阶煤，其中分析水mad为2.32％、全水mt为11.2％、灰分aad为9.89％、挥发分vdaf为38.93％。所用污泥为榆林某煤化工企业污水处理厂产生，其中分析水mad为11.92％、全水mt为81.63％、灰分ad为52.72％、发热量qgr,d为10.75mj·kg^-1。

成品煤浆是原煤破碎至≤6mm，与水、添加剂按照113.8:76:0.2比例混合后经湿法磨矿得到的浆料；成品煤浆质量浓度为60％，其最大颗粒≤3.0mm，煤浆流动性指标为12cm，煤浆流动性指标测试参考水泥《gb/t8077—2012混凝土外加剂匀质性试验方法》行业标准中“水泥净浆流动度”测试方法，煤浆稳定性为放置2小时后析水率10％。

制备高浓度污泥煤浆的方法包括如下步骤：

(1)将成品水煤浆与质量浓度为1％的改性污泥、水和添加剂进行剪切细化，得到质量浓度为50％的第一浆料，其中，第一浆料中≤75μm颗粒质量占第一浆料总质量的比例≥60％；污泥的加入量按干基量计算为干基进料量的0.2％；添加剂的加入量按干基量计算为第一浆料干基量的0.5％；改性污泥的制备方法包括：对污泥进行高剪切处理，剪切速率为120rmp，剪切时间为10min，使污泥温度达到50℃，得到改性污泥；

(2)将原煤、水、添加剂和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料，其中，第一浆料的总干基量占原煤干基量的比例为40％，添加剂的加入量以干基量计算为原煤干基量的0.1％；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，得到第三浆料，将5wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代全部的成品煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。成品污泥煤浆质量浓度为65％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为60％，且煤浆流动性指标为14m，稳定性为放置8小时后析水率10％。

实施例3

成品煤浆和破碎后煤炭所用原料煤均为陕西榆林地区低阶煤，其中分析水mad为2.32％、全水mt为11.2％、灰分aad为9.89％、挥发分vdaf为38.93％。所用污泥为榆林某煤化工企业污水处理厂产生，其中分析水mad为11.92％、全水mt为81.63％、灰分ad为52.72％、发热量qgr,d为10.75mj·kg^-1。

成品煤浆是原煤破碎至≤6mm，与水、添加剂按照117.6:76:0.2比例混合后经湿法磨矿得到的浆料；成品煤浆质量浓度为62％，其最大颗粒≤3.0mm，煤浆流动性指标为12cm，煤浆流动性指标测试参考水泥《gb/t8077—2012混凝土外加剂匀质性试验方法》行业标准中“水泥净浆流动度”测试方法，煤浆稳定性为放置2小时后析水率10％。

制备高浓度污泥煤浆的方法包括如下步骤：

(1)将成品水煤浆与质量浓度为40％的改性污泥、水和添加剂进行剪切细化，得到质量浓度为30％的第一浆料，其中，第一浆料中≤75μm颗粒质量占第一浆料总质量的比例≥70％；污泥的加入量按干基量计算为干基进料量的0.05％；添加剂的加入量按干基量计算为第一浆料干基量的0.05％；改性污泥的制备方法包括对污泥进行高剪切处理，剪切速率为200rmp，剪切时间为25min，使污泥温度达到100℃，得到改性污泥；

(2)将原煤、水、添加剂和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料，其中，第一浆料的总干基量占原煤干基量的比例为5％；添加剂的加入量以干基量计算为原煤干基量的1.0％；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，得到第三浆料，将40wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代全部的成品煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。成品污泥煤浆质量浓度为66％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为30％，且煤浆流动性指标为16cm，稳定性为放置8小时后析水率8％。

实施例4

成品煤浆和破碎后煤炭所用原料煤均为陕西榆林地区低阶煤，其中分析水mad为2.32％、全水mt为11.2％、灰分aad为9.89％、挥发分vdaf为38.93％。所用污泥为榆林某煤化工企业污水处理厂产生，其中分析水mad为11.92％、全水mt为81.63％、灰分ad为52.72％、发热量qgr,d为10.75mj·kg^-1。

成品煤浆是原煤破碎至≤6mm，与水、添加剂按照122:76:0.2比例混合后经湿法磨矿得到的浆料；成品煤浆质量浓度为61％，其最大颗粒≤3.0mm，煤浆流动性指标为12cm，煤浆流动性指标测试参考水泥《gb/t8077—2012混凝土外加剂匀质性试验方法》行业标准中“水泥净浆流动度”测试方法，煤浆稳定性为放置2小时后析水率10％。

制备高浓度污泥煤浆的方法包括如下步骤：

(1)将成品水煤浆与质量浓度为20％的改性污泥、水和添加剂进行剪切细化，得到质量浓度为40％的第一浆料，其中，第一浆料中≤75μm颗粒质量占第一浆料总质量的比例≥80％；污泥的加入量按干基量计算为干基进料量的0.1％，添加剂的加入量按干基量计算为第一浆料干基量的0.2％；改性污泥的制备方法包括对污泥进行高剪切处理，剪切速率为100rmp，剪切时间为20min，使污泥温度达到80℃，得到改性污泥；

(2)将原煤、水、添加剂和部分第一浆料进行剪切细化，得到第二浆料，其中，第一浆料的总干基量占原煤干基量的比例为30％；添加剂的加入量以干基量计算为原煤干基量的0.6％；

(3)将剩余的第一浆料和第二浆料进行筛分除杂，得到第三浆料，将15wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代全部的成品煤浆，剩余的第三浆料即为高浓度污泥煤浆。成品污泥煤浆质量浓度为67％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为50％，且煤浆流动性指标为17cm，稳定性为放置8小时后析水率9％。

上述实施例中的原煤还可以是其它的低阶煤，如；也可以是低阶煤以外的煤种。使用低阶煤以外的煤种，同样能够得到质量浓度为64％-68％的高浓度污泥煤浆。

对比例1

除将步骤(1)中的改性污泥替换为未改性的污泥外，其余与实施例1相同。

未改性的污泥与水煤浆的混合性极差，大部分沉积出来。

所得成品污泥煤浆质量浓度为55％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为45％，且煤浆流动性指标为11cm，稳定性为放置8小时后析水率15％。

对比例2

一种污泥煤浆的制备方法，包括如下步骤：

成品煤浆和破碎后煤炭所用原料煤均为陕西榆林地区低阶煤，其中分析水mad为2.32％、全水mt为11.2％、灰分aad为9.89％、挥发分vdaf为38.93％。所用污泥为榆林某煤化工企业污水处理厂产生，其中分析水mad为11.92％、全水mt为81.63％、灰分ad为52.72％、发热量qgr,d为10.75mj·kg^-1。

成品煤浆是原煤破碎至≤6mm，与水、添加剂按照122:76:0.2比例混合后经湿法磨矿得到的浆料；成品煤浆质量浓度为61％，其最大颗粒≤2.4mm，煤浆流动性指标为12cm，煤浆流动性指标测试参考水泥《gb/t8077—2012混凝土外加剂匀质性试验方法》行业标准中“水泥净浆流动度”测试方法，煤浆稳定性为放置2小时后析水率10％。

制备高浓度污泥煤浆的方法包括如下步骤：

(1)将成品煤浆与改性污泥、水和添加剂按照质量比100:1.22：51.1:0.18混合后经改性研磨得到第一浆料，第一浆料的质量浓度为40％，其中≤75μm粒度的质量占第一浆料总质量的比例为40％；所述改性污泥通过如下方法制备得到：对污泥进行高剪切处理，剪切速率为100rmp，剪切时间为30min，使污泥温度达到75℃，得到改性污泥；

(2)将原煤破碎至≤6mm，并与第一浆料、水和添加剂按照296.04:156.72:41.95:1.48比例混合后经湿法磨矿得到第二浆料，其中≤75μm粒度占第二浆料量的比例为32％；

(3)将第二浆料进入筛选除杂，筛下物为第三浆料，将20wt％的第三浆料返回步骤(1)用于替代全部的成品煤浆，剩余的第三浆料即高浓度成品污泥煤浆。成品污泥煤浆质量浓度为62％，其中≤75μm颗粒质量占颗粒总质量的比例为40％，且煤浆流动性指标为13cm，稳定性为放置8小时后析水率15％。

由对比例1和2以及实施例1-4可知，不对污泥进行改性，或者不采用本发明提供的高浓度污泥的制备方法，得到的污泥煤浆的质量浓度会降低或基本不升高。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。