利用污泥和生活垃圾制备颗粒燃料的资源化利用方法

本发明属于环境工程技术领域，涉及污泥和生活垃圾的资源化处理，具体涉及一种利用污泥和生活垃圾制备颗粒燃料的资源化利用方法。

背景技术：

活性污泥是污水处理厂对污水进行处理后产生的一种剩余废物，主要包括一次沉淀池污泥和二次沉淀池污泥。近年来，随着城市和工业废水处理量快速增加，作为污水处理副产物的剩余污泥产量同步大幅度增加。由于活性污泥中含有大量有机物，活性污泥可以被定义为“生物固体”，被认为是一种“放错位置的资源”。过去制约污泥资源化利用的关键是污泥的含水率高，现今各污水处理厂为降低污泥量，提出脱水污泥的干化，将污泥的含水率降至40％。开发探索干化污泥的资源化利用技术，利用活性污泥中潜在的有用资源制备功能材料，同时实现污泥的有效处置，解决其对环境造成的污染问题，使其“变废为宝”，是当今环境工程领域急需解决的一个重要问题。

目前，实现污泥资源化利用的方式主要包括：建筑材料、农用、热解产能、吸附剂、催化剂等，但这些方法目前大多停留在研究阶段，主要受限于处理的成本及附加的二次污染风险。

随着生活垃圾能源化、资源化处理日益得到重视，垃圾焚烧处理在垃圾综合处理中的比重逐年增加；但是，垃圾直接燃烧存在热利用率低、燃烧不稳定、二次污染物处理成本高等问题。针对这一问题，垃圾衍生燃料技术应运而生，近年来得到越来越多的重视，而生活垃圾颗粒燃料成型需高压加热成型，生产过程动力成本高。鉴于此，本发明提出利用干化污泥作为生活垃圾颗粒燃料粘结剂的资源化利用方法，制备污泥/垃圾衍生颗粒燃料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用污泥作为生活垃圾粘结剂制备颗粒燃料的方法，以解决现有技术中生活垃圾颗粒燃料成型需高压热压成型，使其生产动力成本增加的问题。

基于此，本发明提供了一种利用污泥和生活垃圾制备颗粒燃料的资源化利用方法，具体的，所述颗粒燃料的主要组分包括活性污泥和生活垃圾。

本发明所述的活性污泥为污水处理厂对污水处理后产生的剩余废弃物，其含水率较高，一般为60～80％，难以直接利用。因此，需将所述活性污泥经烘干、粉碎处理，制备成含水率为10～50％的干化污泥。

进一步地，所述粉碎后的干化污泥的粒径为0.074～1.00mm。

另外，本发明所述的生活垃圾为生活中常见的有机、无机、纤维类生活废弃物。具体的，本发明所述的生活垃圾包括：

纸类：包括报纸、期刊、书籍、包装纸、办公用纸、广告纸、纸箱、卫生纸；

塑料类：包括各种塑料袋、塑料包装、一次性塑料饭盒和餐具杯子、矿泉水瓶；

橡胶类：包括牙刷、牙膏皮、轮胎、橡胶、暖手袋、胶鞋皮革制品；

纺织类：包括衣服、桌布、毛巾、书包、步鞋、棉花；

木竹类：包括木竹制品、树枝树叶、农林废弃物。

进一步地，本发明所述生活垃圾需经分选、干燥和粉碎处理，制备成粒径为0.074～4.00mm的生活垃圾颗粒。

本发明还提供了所述颗粒燃料的制备方法，具体的，是将所述干化污泥与生活垃圾颗粒按比例混合后，压制成型，即制备成本发明所述的颗粒燃料。

进一步地，以质量百分比计，所述干化污泥在混合物中的占比为10～70％。

本发明通过加压作用，使干化污泥粉末能够渗入垃圾颗粒内部，增加物料间的接触面积以提高粘结作用力。进一步地，所述压制成型的压力为0.5～10mpa。

进一步地，所述颗粒燃料压制成直径为6～18mm的圆柱形颗粒。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果或者优点：

(1)本发明以城市生活垃圾和生活污水厂活性污泥为原料，将不同粒径和含水率的干化污泥与生活垃圾按一定比例混合，用压力成型机压制成直径为6-18mm的圆柱形颗粒，以获得高密度和形状规则的垃圾衍生颗粒燃料。通过压力成型机加压促进污泥粉末渗入垃圾颗粒间隙和激活污泥中的胞外聚合物等的胶黏性能，发挥污泥的胶黏作用，得到成型颗粒燃料，有效的拓展了污泥和生活垃圾的再利用途径。并且通过加压成型技术，把污泥粉末作为生活垃圾颗粒燃料成型的粘结剂，解决传统成型过程需要高温软化纤维素胶黏的问题，简化了生产工艺，降低了生产成本。经本发明人试验，成型后，跌落强度大于150，磨损率低于3％，各项物理指标均达到国际标准。

(2)本发明提出以活性污泥为原料组分，其中的有机成分具有可燃性，通过高压挤压活性污泥的胶黏性能，在颗粒成型过程起到粘结作用；其中的无机物在燃烧过程起到骨架支撑作用，为颗粒燃料燃烧过程中氧的传质提供重要的支撑结构，有利于维持颗粒燃料的持续燃烧。

(3)本发明颗粒燃料的燃烧热值最高可达8000kj/kg以上，燃烧热值满足焚烧的要求；颗粒燃料的形状为圆柱形，粒径为6～18mm，规则整齐，燃烧过程中结构稳定，更有利于燃烧的持久性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的技术方案进行进一步的解释说明，但是，本发明并不限于下述的实施方式。

如图1所示，本发明所述利用污泥和生活垃圾制备颗粒燃料的资源化利用方法，包括如下的步骤：

步骤一：将收集的活性污泥经烘干、粉碎制得粒径为0.074～1.00mm的干化污泥；

步骤二：将收集的生活垃圾经分选、干燥、粉碎制得0.074～4.00mm的生活垃圾颗粒；

步骤三：将步骤一制得的干化污泥与步骤二制得的生活垃圾颗粒按比例混合均匀；

步骤四：将步骤三制得的混合物用压力成型机压制成型，成型压力为0.5～10mpa，即制得本发明所述的颗粒燃料。

其中，所述活性污泥的含水率为60～80％；

所述干化污泥的含水率为10～50％；

所述干化污泥在混合物中的质量占比为10～70％；

所述生活垃圾包括：纸类：包括报纸、期刊、书籍、包装纸、办公用纸、广告纸、纸箱、卫生纸；塑料类：包括各种塑料袋、塑料包装、一次性塑料饭盒和餐具杯子、矿泉水瓶；橡胶类：包括牙刷、牙膏皮、轮胎、橡胶、暖手袋、胶鞋皮革制品；纺织类：包括衣服、桌布、毛巾、书包、步鞋、棉花；木竹类：包括木竹制品、树枝树叶、农林废弃物。

另外，通过延伸率、磨损率和跌落强度的分析方法，对上述颗粒燃料的物理性能进行分析计算，其中：

1.延展率计算公式：

式中：er--颗粒延展率，％；

lt--t时刻颗粒长度，cm；

l0--原始时刻颗粒长度，cm；

2.磨损率计算公式：

式中：g--磨损率，％；

m0--颗粒初始总量；

m--混合仪旋转后总量；

3.跌落强度计算公式：

式中：iri--跌落强度；

n--试验次数；

n--n次跌落后，颗粒残片(质量大于5％)的数量。

本发明以城市生活垃圾和生活污水厂活性污泥为原料，将不同粒径和含水率的干化污泥与生活垃圾按一定比例混合，用压力成型机压制成直径为6～18mm的圆柱形颗粒，以获得高密度和形状规则的垃圾衍生颗粒燃料。通过压力成型机加压促进污泥粉末渗入垃圾颗粒间隙和激活污泥中的胞外聚合物等的胶黏性能，发挥污泥的胶黏作用，得到成型颗粒燃料，有效的拓展了污泥和生活垃圾的再利用途径。通过加压成型技术，把污泥粉末作为生活垃圾颗粒燃料成型的粘结剂，解决传统成型过程需要高温软化纤维素胶黏的问题，降低生产过程高温成型的温度，经过成型后，跌落强度大于150，磨损率低于3％，各项物理指标达到国际标准。同时，颗粒燃料的燃烧热值最高可达8000kj/kg以上，燃烧热值满足焚烧的要求。以活性污泥为原料组分，其中的有机成分具有可燃性，通过高压挤压活性污泥的胶黏性能，在颗粒成型过程起到粘结作用；而且无机物在燃烧过程起到骨架支撑作用，为颗粒燃料燃烧过程中氧的传质提供重要的支撑结构，有利于维持颗粒燃料的持续燃烧。

实施例1

不添加干化污泥，直接将生活垃圾制备垃圾衍生颗粒燃料。

称取10kg的生活垃圾为原料，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压垃圾颗粒，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例2

粒径为0.074mm的干化污泥粉末与粒径为0.1mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

称取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例3

粒径为0.074mm的干化污泥粉末与粒径为0.5mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为30％。

称取3kg的干化污泥和7kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例4

粒径为0.074mm的干化污泥粉末与粒径为1.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为50％。

称取5kg的干化污泥和5kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例5

粒径为0.150mm的干化污泥粉末与粒径为1.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

称取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。得到颗粒的长度方向延展率为2.8～3.5％，直径方向延展率为0.30～0.43％，磨损率为2.1～3.2％，跌落强度为100。

实施例6

粒径为0.50mm的干化污泥粉末与粒径为1.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

称取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例7

粒径为1.00mm的干化污泥粉末与粒径为1.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

称取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为6mm，压制得到直径为6mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例8

粒径为0.150mm的干化污泥粉末与粒径为2.5mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为8mm，压制得到直径为8mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例9

粒径为0.150mm的干化污泥粉末与粒径为3.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为12mm，压制得到直径为12mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

实施例10

粒径为0.150mm的干化污泥粉末与粒径为4.0mm的生活垃圾颗粒制备垃圾衍生颗粒燃料，其中干化污泥占混合物的质量百分比为10％。

取1kg的干化污泥和9kg的生活垃圾为原料，混合均匀后，在室温下，利用成型压力机在0.5-10mpa的压力条件挤压促进污泥和垃圾颗粒的接触、粘结，设置模具的粒径为18mm，压制得到直径为18mm的圆柱形颗粒燃料。对制得的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率、跌落强度以及燃烧热值进行评价，其结果见表1。

综合上述实施例，其结果数据如表1所示：

表1，本发明所述颗粒燃料的性能评价

表1结果显示，不添加干化污泥制备的颗粒燃料(即实施例1)其长度方向延展率为4-8％，直径方向延展率为0.3-0.6％，磨损率为5-20％，跌落强度为50-100。从实施例2至实施例4随着干化污泥用量的提高，制备的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率均有所下降，跌落强度有了极显著的提高。实施例5至实施例10的数据表明，随着干化污泥、生活垃圾以及制备的颗粒燃料的粒径的增大，其制备的颗粒燃料的长度方向延展率、直径方向延展率、磨损率均有所上升，跌落强度基本无变化。

另外，表1数据表明，以本发明的方案制备的颗粒燃料，其燃烧热值均大于8000kj/kg以上，燃烧热值满足焚烧的要求。

综合以上结果，本发明提供的颗粒燃料成型后，跌落强度大于150，磨损率低于3％，各项物理指标均达到国际标准。

如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。