申请日2018.12.20
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号C10L5/44; C10L5/46; C02F11/122; C02F11/148
摘要
本发明公开了一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法。该方法包括如下过程：首先，以林业固体废物为主要原料制备污泥脱水调理剂;然后，用污泥脱水调理剂和H2O2对城市污水处理厂的剩余污泥进行调质;最后，用板框压滤机对调质后的污泥进行机械脱水，得到生物质燃料。本发明用城市污泥制备生物质燃料，不需对城市污泥进行预先干燥，既简化了城市污泥制备生物质燃料的制备工艺，显著降低生物质燃料的生产成本，又同时实现林业固体废物和城市污泥的高效资源化利用，对节约资源，保护环境，具有重要的经济效益和环境效益。
权利要求书
1.一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以林业固体废物为原料制备污泥脱水调理剂;
(2)用污泥脱水调理剂和H2O2对城市污水处理厂的剩余污泥进行调质;
(3)用板框压滤机对调质后的污泥进行机械脱水，得到生物质燃料。
2.根据权利要求1所述的林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于：所述的污泥脱水调理剂为林业固体废物热解的固态产物，热解温度为400~450℃，热解时间为2~2.5h，其空气干燥基热值Qad,net≥6200千卡/千克，空气干燥基灰分Aad≤6%，空干基全硫St,ad≤0.2%。
3.根据权利要求1所述的林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于：步骤(2)中，污泥脱水调理剂使用前进行破粹处理，控制其粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.045~0.060mm，其用量为剩余污泥干基质量的60~90%; H2O2的质量分数为27~30%，添加量为剩余污泥干基质量的6~8%; 调质搅拌时间为≥30分钟。
4.根据权利要求1所述的林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于：所述的板框压滤机为带隔膜的板框压滤机，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力≥1.6Mpa。
5.根据权利要求1所述的林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于：所述的剩余污泥来自城市污水处理厂的未处理污泥，含水率为95-98%。
6.根据权利要求1所述的林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，其特征在于：生物质燃料的指标为：水分Mt≤35%，灰分Aad≤21%，挥发分Vdaf≥50%，硫含量St,ad≤0.2%，热值Qad,net≥4000千卡/千克。
说明书
一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法
技术领域
本发明属于林业固体废物及城市生活污水污泥资源化利用技术领域，涉及一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法。
背景技术
林业固体废物是指在林业开发、加工、利用过程中产生的固体废弃物，是制备生物质燃料的主要原料来源之一。生物质燃料具有低硫、低碳、燃烧性能好的特性，是一种环境友好的可再生燃料资源。
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。
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：(1)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10~20MJ/kg，可达煤热值的1/3以上。(3)污泥作为能源利用时与生物质在许多方面具有相似性，挥发分高，燃烧时的着火温度低，燃烧性能较好。但就污泥本身而言，它是一种高水分、低热值的劣质燃料，单独燃烧并不能达到理想的效果。
基于城市污泥富含有机质、水分高、有热值、燃烧性能较好的特点，城市污泥可以和农林生物质混合制备生物质燃料。现有污泥制备生物质燃料的方法大都是将城市污泥干燥之后与农林生物质混合，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，导致城市污泥制备生物质燃料的成本高、能耗高、二次污染严重等问题，因此，至今还没有城市污泥制备生物质燃料产业化的案例。
发明内容
本发明的目的是提供一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，解决现有的城市污泥制备生物质燃料过程中存在的能耗高、成本高、二次污染严重等技术难题，同时实现林业固体废物和城市污泥的高效资源化利用。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料的方法，包括以下步骤：
(1)以林业固体废物为原料制备污泥脱水调理剂;
(2)用污泥脱水调理剂和H2O2对城市污水处理厂的剩余污泥进行调质;
(3)用板框压滤机对调质后的污泥进行机械脱水，得到生物质燃料。
进一步地，所述的污泥脱水调理剂为林业固体废物热解的固态产物，热解温度为400~450℃，热解时间为2~2.5h，其空气干燥基热值≥6200千卡/千克，空气干燥基灰分≤6%，空干基全硫≤0.2%。
上述的林业固体废物，为林业开发、加工、利用过程中产生的固体废弃物，包括锯木屑、中药渣、树枝等。
进一步地，步骤(2)中，污泥脱水调理剂使用前进行破粹处理，控制其粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.045~0.060mm，其用量为剩余污泥干基质量的60~90%;H2O2的质量分数为27~30%，添加量为剩余污泥干基质量的6~8%;调质搅拌时间为≥30分钟。
进一步地，所述的板框压滤机为带隔膜的板框压滤机，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力≥1.6Mpa。
进一步地，所述的剩余污泥来自城市污水处理厂的未处理污泥，含水率为95~98%。
上述方法得到的生物质燃料基本满足生物质燃料的技术要求，具体指标为：水分Mt≤35%，灰分Aad≤21%，挥发分Vdaf≥50%，硫含量St,ad≤0.2%，热值Qad,net≥4000千卡/千克。
说明：上述百分数均表示质量分数。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明以林业固体废物为原料制备污泥脱水调理剂，不仅能显著改善污泥的脱水性能，使城市污泥经机械脱水后的泥饼水分由现行的80%左右降低至35%以下，同时能提高污泥的热值，污泥的热值由现行的2500千卡/千克左右提高到4000千卡/千克以上，从而为实现林业固体废物协同城市污泥制备生物质燃料创造了技术条件。
(2)本发明采用污泥调质+机械脱水方法制备生物质燃料，不需要对污泥进行预先干燥，既简化生物质燃料的制备工艺，降低成本，又同时实现林业固体废物和城市污泥的高效资源化利用，对保护环境，节约资源具有重要意义。
具体实施方式
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。
实施例1
1.原料
(1)株洲市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为97%。
(2)林业固体废物-锯木屑。
(3)H2O2，其浓度为30%。
2.制备方法
首先，将锯木屑在为400℃下热解2.5h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.047mm，分别取1.8份污泥调理剂、0.18份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌30分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力1.6Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为33.55%，灰分Aad为20.08%，挥发分Vda为53.56%，硫含量St,ad为0.11%，热值Qad,net为4180千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。
实施例2
1.原料
(1)株洲市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为97%。
(2)林业固体废物-中药渣。
(3)H2O2，其浓度为30%。
2.制备方法
首先，将中药渣在为450℃下热解2h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.056mm，分别取2.1份污泥调理剂、0.18份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌40分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力1.7Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为31.08%，灰分Aad为18.98%，挥发分Vda为54.23%，硫含量St,ad为0.09%，热值Qad,net为4320千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。
实施例3
1.原料
(1)湘潭市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为98%。
(2)林业固体废物-中药渣。
(3)H2O2，其浓度为27%。
2.制备方法
首先，将中药渣在为450℃下热解2.5h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.052mm，分别取1.6份污泥调理剂、0.14份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌50分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力为1.8Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为30.24%，灰分Aad为18.21%，挥发分Vda为54.86%，硫含量St,ad为0.09%，热值Qad,net为4389千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。
实施例4
1.原料
(1)湘潭市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为98%。
(2)林业固体废物-锯木屑。
(3)H2O2，其浓度为27%。
2.制备方法
首先，将锯木屑在为420℃下热解2h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.050mm，分别取1.8份污泥调理剂、0.16份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌30分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力为1.8Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为29.78%，灰分Aad为16.56%，挥发分Vda为57.37%，硫含量St,ad为0.89%，热值Qad,net为4510千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。
实施例5
1.原料
(1)湘潭市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为98%。
(2)林业固体废物-树枝。
(3)H2O2，其浓度为27%。
2.制备方法
首先，将树枝在为400℃下热解2.5h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.060mm，分别取1.4份污泥调理剂、0.14份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌40分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力为1.8Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为34.12%，灰分Aad为22.56%，挥发分Vda为50.63%，硫含量St,ad为0.12%，热值Qad,net为4097千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。
实施例6
1.原料
(1)长沙市某污水处理厂剩余污泥，其含水率为95%。
(2)林业固体废物-树枝。
(3)H2O2，其浓度为30%。
2.制备方法
首先，将树枝在为450℃下热解2h，得到的固体产物即为污泥脱水调理剂。然后，将上述污泥脱水调理剂破碎至粒度为≤0.1mm，平均粒径为0.048mm，分别取4.0份污泥调理剂、0.35份H2O2，加入到100份剩余污泥中搅拌50分钟，完成污泥调质。最后，用带隔膜的板框压滤机对上述调质后的污泥进行压滤脱水，最大给料压力为1.2Mpa，过滤压力为1.7Mpa，得到生物质燃料。
3.生物质燃料的技术性能指标
所制得的生物质燃料的水分Mt为31.62%，灰分Aad为20.13%，挥发分Vda为55.79%，硫含量St,ad为0.11%，热值Qad,net为4326千卡/千克，基本达到了生物质燃料的技术标准。