申请日2017.04.21
公开(公告)日2017.09.15
IPC分类号C10L1/32; C10L1/24; C02F11/00
摘要
本发明公开了利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，该方法首先采用超声波对污泥进行改性，利用超声波空化作用产生的剪切作用和高温高压环境破坏污泥絮体结构及污泥中微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水，然后将改性后的污泥与煤、制浆添加剂、水等掺混制备污泥水煤浆，或者将改性后的污泥掺入成品水煤浆，搅拌均匀制成污泥水煤浆。与现有技术相比，本发明能明显降低污泥水煤浆的成浆粘度，提高其成浆浓度，获得成浆性优良的污泥水煤浆，同时具有处理时间短、操作方便等特点，适用于规模化推广应用。
权利要求书
1.利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其包括以下步骤：
(1) 污泥首先进入超声波发生装置进行预处理，利用超声波空化效应产生的剪切作用和高温高压环境破坏污泥絮体结构及污泥中微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水，获得改性污泥;
(2) 对原煤依次进行破碎、研磨、筛分处理，获得粒径小于150 μm的煤粉;
(3) 将制浆添加剂充分溶解于水中，得到添加剂溶液，之后将步骤(1)中的改性污泥与步骤(2)中的煤粉加入添加剂溶液中，通过制浆搅拌装置充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆;或者将步骤(1)中的改性污泥直接掺入成品水煤浆中，通过搅拌装置充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆。
2.根据权利要求1所述的利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其特征在于：超声波处理器的运行条件为：工作频率为15kHz-35kHz，功率为114W-325 W，超声波输入比能量为0-75kJ/g干污泥;。
3.根据权利要求1所述的利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其特征在于：污泥水煤浆各原料组分的质量配比关系为：采用按含水率90%折算的污泥 ：干煤粉 =30：100，添加剂 ：干煤粉=0.8：100。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其特征在于：所述的污泥为城市污水处理厂产出的剩余污泥或其机械脱水产物，其含水率为90%-98%。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其特征在于：所述的制浆添加剂采用萘磺酸盐甲醛缩合物或者木质素磺酸盐。
6.根据权利要求1所述的利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其特征在于：所述的成品水煤浆是利用煤粉、水、制浆添加剂配制成的水煤浆。
说明书
利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高污泥水煤浆成浆性的方法，具体涉及采用超声波对污泥进行改性，并将改性后的污泥、煤、制浆添加剂、水等掺混制备污泥水煤浆，或者将改性污泥直接掺入成品水煤浆中形成污泥水煤浆，利用超声波空化作用破解污泥絮团结构进而提高浆体的成浆性的技术方法。
背景技术
随着社会和经济的快速发展，我国对能源的需求不断增加，优质能源如石油、天然气的需求量更是呈加速增长态势。2016年，我国石油全年累计进口数量38101万吨，累计同比上涨13.56%。未来一段时期内，我国经济仍将高速发展，石油需求量仍将保持强劲增长趋势，供需缺口将继续加大。寻找可靠的石油替代燃料，对于我国能源供应稳定和能源战略安全具有重大的现实意义。
与此同时，随着工业的快速发展以及生活水平的不断提高，工业和生活污水产量大幅增加，由此产出了数量庞大的污泥。污泥中含有较多的盐分、营养物质、重金属、病原物、有机污染物等，未经合理处置的污泥排入环境中必然会产生严重的环境危害。如何高效清洁低成本地处理这些污泥，已成为城市可持续发展亟待解决的问题。一般地，污水处理厂的出厂污泥是经过生化处理并机械脱水后的污泥，含水率仍然达到80%以上，很难进一步直接利用。如焚烧或掺混煤燃烧，需要把水分脱除到40-50%左右，这样还需要消耗大量的热能。
水煤浆是一种技术成熟的煤基浆体燃料，具有近似于石油的流动性，可通过管道输送，保证了煤基燃料输送和储存的环境清洁性，能够在锅炉中高效率的雾化燃烧，也可以用作气化燃料产出可燃气，是一种比较理想的代油燃料。污泥水煤浆技术是将污泥作用含碳含能物质与煤掺制水煤浆或直接将其掺入水煤浆中，在对水煤浆进行燃烧或气化利用过程中，实现了污泥的同步利用和处理。污泥水煤浆技术主要表现出以下优势：不需要对污泥进行干燥处理，可以在继承污泥与煤混合燃烧或气化的优势的情况下，解决由污泥高水分引起的应用问题;污泥中高含量的水分通过合理的处理后，能转化为自由流动的水，可以节省制浆所需的清水;污泥水煤浆通过燃烧或气化可以实现污泥中能量的回收利用，且污泥减容效果显著。此外，在污泥与煤混合燃烧和气化时，通过优化配置和合理操作，能有效控制排烟污染物和重金属的排放。鉴于上述优势，污泥水煤浆技术逐渐成为污泥高效资源化利用的主要途径之一。
浆体的成浆性既关系到浆体的制备效益，又直接影响到其泵送、雾化和燃烧 (或气化)效果，是评估水煤浆质量的关键指标。浆体的成浆性具体通过成浆浓度、成浆粘度等参数衡量，良好的成浆性要求浆体成浆浓度高且成浆粘度低。然而，由于污泥具有较高的水分含量和粘稠性，将其与煤掺混制备水煤浆或者直接将其掺入水煤浆中，都会引起污泥水煤浆粘度极大的增加，成浆浓度也明显下降。这必然造成水煤浆利用效益下降，不利于污泥的大规模高效处理。
因此，开发一种能改善污泥水煤浆成浆性的技术方法，降低污泥水煤浆成浆粘度，增加其成浆浓度，对降低污泥水煤浆的应用成本、加快污泥水煤浆技术的发展和推广应用具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有的技术问题，提供利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，目的是克服现有污泥水煤浆技术中浆体成浆性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用超声波破解污泥絮团改善污泥水煤浆成浆性的方法，其包括以下步骤：
(1) 污泥首先进入超声波发生装置进行预处理，利用超声波空化效应产生的剪切作用和高温高压环境破坏污泥絮体结构及污泥中微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水，获得改性污泥;
(2) 对原煤依次进行破碎、研磨、筛分处理，获得粒径小于150 μm的煤粉;
(3) 将制浆添加剂充分溶解于水中，得到添加剂溶液，之后将步骤(1)中的改性污泥与步骤(2)中的煤粉加入添加剂溶液中，通过制浆搅拌装置充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆;或者将步骤(1)中的改性污泥直接掺入成品水煤浆中，通过搅拌装置充分搅拌，获得均匀的污泥水煤浆。
进一步，作为优选，本发明中，超声波处理器的运行条件为：工作频率 为15kHz～35kHz，功率为114W～325W，超声波输入比能量为0～75kJ/g干污泥 (DS);其中超声波输入比能量的计算公式为：
式中：ESpec——超声波输入比能量，kJ/g DS;
P——输入污泥的超声波功率，kW;
t——超声波持续时间，s;
V——稀释污泥样品的体积，L;
S——干质污泥的浓度，g/L。
进一步，作为优选，超声波处理器的运行条件为：工作频率为15kHz-35kHz，功率为114W-325 W，超声波输入比能量为0-75kJ/g干污泥;。
进一步，作为优选，污泥水煤浆各原料组分的质量配比关系为：采用按含水率90%折算的污泥 ：干煤粉 =30：100，添加剂 ：干煤粉=0.8：100。
进一步，作为优选，所述的污泥为城市污水处理厂产出的剩余污泥或其机械脱水产物，其含水率为90%-98%。
进一步，作为优选，所述的制浆添加剂采用萘磺酸盐甲醛缩合物或者木质素磺酸盐。
进一步，作为优选，所述的成品水煤浆是利用煤粉、水、制浆添加剂配制成的水煤浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用超声波对污泥进行改性，利用超声波空化效应产生的剪切作用和高温高压环境破坏污泥絮体结构及污泥中微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水，然后将改性后的污泥与煤、制浆添加剂、水等物质掺混制备污泥水煤浆，或者将改性污泥直接掺入成品水煤浆中形成污泥水煤浆，能明显降低污泥水煤浆的成浆粘度，提高其成浆浓度，获得成浆性优良的污泥水煤浆。
与现有技术相比，本发明的优势是：
1、本发明采用低频超声波对污泥进行预处理改性，预处理时间短，能耗相对较低，方法容易实现，便于操作;
2、可以降低成浆粘度41%以上，增加成浆浓度3个百分点以上。与现有技术相比，降低了泵送成本，增加了污泥水煤浆热利用经济性。
3、改善污泥水煤浆的成浆性，提高其成浆浓度，实现了污泥更高效率的资源化利用，减少了污泥的环境污染。