一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置，所述的方法是將污泥熱解生物炭經(jīng)粉磨、調(diào)濕、造粒、低溫干燥、中溫預(yù)燒、高溫?zé)Y(jié)，最后冷卻獲得陶粒。所述的裝置包括定量給料裝置、加水裝置、調(diào)濕裝置、成型造粒裝置、干燥裝置、中溫預(yù)燒裝置、高溫?zé)Y(jié)裝置和冷卻裝置。本發(fā)明利用污泥熱解生物炭制備陶粒，實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭的大規(guī)模利用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭中重金屬元素進(jìn)一步高效固化與鈍化，避免了污泥熱解生物炭在土地利用過程中潛在的重金屬累積污染，尤其適用于重金屬含量超標(biāo)的污泥熱解炭的資源化利用。本發(fā)明所述的方法簡單實(shí)用，設(shè)備投資少，成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。
【專利說明】
一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明按國際專利分類表(IPC)劃分屬于陶粒材料制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市污水處理廠的規(guī)模和污泥產(chǎn)生量不斷增加，目前全國的污泥產(chǎn)量約3000萬噸(含水率為97%左右)，預(yù)計(jì)到2016年將達(dá)到3600萬噸。隨著污水處理效率的顯著提升，城市污泥的產(chǎn)量快速增加，城市污泥處置壓力越來越大。20世紀(jì)80年代后期污泥資源化利用得到重視并快速發(fā)展，污泥熱解、氣化技術(shù)得以快速發(fā)展。目前，關(guān)于污泥熱解研究重點(diǎn)大都集中在污泥降低處理成本，減少能源消耗以及實(shí)現(xiàn)污泥減量化等目標(biāo);對(duì)于污泥熱解后得到的污泥熱解生物炭資源化利用研究不多，實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化利用的工藝方案較少。有部分研究者認(rèn)為污泥熱解生物炭適用于土壤改良，對(duì)土壤水分的富集、微生物的生長條件有利，同時(shí)對(duì)0(1、211、01、？13、祖)8等重金屬有固化作用，但是由于目前我國還沒有針對(duì)污泥熱解生物炭在土地利用方面的安全風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，出于對(duì)污泥熱解生物炭中含有的重金屬對(duì)土壤造成二次累積污染的擔(dān)憂，污泥熱解生物炭的土地利用尚未得到大規(guī)模的推廣，這使得污泥熱解炭化工藝僅實(shí)現(xiàn)污泥規(guī)模減量處置的目標(biāo)，無法大規(guī)模實(shí)現(xiàn)污泥全流程資源化利用。也有部分研究者將污泥熱解生物炭進(jìn)行進(jìn)一步活化制備炭吸附材料。例如:中國發(fā)明專利CNl01423212B提出一種利用污泥制備污泥活性炭的方法及污泥活性炭，是將脫水污泥進(jìn)行烘干，然后在半干餾氣化爐中進(jìn)行半干餾處理，得到污泥半焦，然后將污泥半焦、黏結(jié)劑進(jìn)行混合、造粒，然后置于活化爐中進(jìn)行活化，得到活性炭材料；中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN1644495A提出一種城市污水處理廠污泥制備活性炭的方法，是將將污泥經(jīng)過干燥處理至10 %含水率，然后用ZnCl2溶液對(duì)污泥進(jìn)行活化浸泡，然后在烘干條件下加入增炭劑，然后在500?800°C下炭化活化，得到活性炭。
[0003]上述方法，將污泥熱解炭通過化學(xué)方法進(jìn)一步活化制備活性炭，由于污泥熱解炭含炭量低，含灰量高，使污泥活性炭生產(chǎn)成本較高，品質(zhì)較低，基本停留在理論研究階段，并未得到大規(guī)模應(yīng)用。
[0004]陶粒材料陶粒具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、保溫、隔熱、隔音、耐火、抗震、耐久、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。一般可用其配置陶?；炷?，生產(chǎn)混凝土多孔磚和小型混凝土空心砌塊、空心樓板和大型屋面板等，用于現(xiàn)澆高層建筑的梁、板、柱及框架;也可用于做城市的道路的聲屏障、音箱建筑的吸音板、道路工程的抗滑路面、抗磨路面等，用途廣泛。陶粒種類主要包括粉煤灰陶粒、黏土陶粒、頁巖陶粒、火山巖陶粒和污泥淤泥陶粒等。2004年粘土陶粒已經(jīng)被國家建委宣布禁用；頁巖陶粒性能比較好，應(yīng)用面比較廣，以前主要用于地鐵沿線地面建筑，現(xiàn)在逐步替代黏土陶粒，市場前景廣闊；火山巖陶粒主要是出口，銷售范圍比較窄；粉煤灰陶粒得到了最廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有傳統(tǒng)污泥陶粒工藝主要采用污水廠污泥經(jīng)干燥后直接高溫?zé)铺樟?，或與粉煤灰、粘土、頁巖等無機(jī)料混合后，經(jīng)高溫?zé)芍苽錈Y(jié)陶粒。如中國發(fā)明專利CN101531500B公開了一種用污泥燒制陶粒的方法，將經(jīng)過機(jī)械脫水后的污水處理廠污泥或河湖疏浚污泥經(jīng)過污泥干化，壓制成生料球，1000?11000C高溫焙燒后形成污泥陶粒；中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN101215149A公開了一種利用廢玻璃粉和污泥為主要原料，以氟硅酸鈉和硼砂之一為輔助原料，低溫?zé)晌勰嗖ＡСp陶粒。
[0005]上述方法采用污水廠原污泥直接制備陶粒，污水廠污泥未經(jīng)熱解縮體減量，受建廠條件限制，易造成污泥大規(guī)模轉(zhuǎn)運(yùn)，成本高;而且，由于原污泥組分復(fù)雜，利用高溫氧化氣氛直接焙燒處理，相當(dāng)于污泥焚燒所帶來的環(huán)境影響，尾氣凈化處理系統(tǒng)非常龐大、處理設(shè)備投資高，目前并未得到規(guī)?；瘧?yīng)用。
[0006]中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN104148016 A公開了一種粉煤灰耦合生物炭制備陶粒吸附材料的方法，其需要使用有機(jī)溶劑洗滌原料，造粒時(shí)使用去離子水，成本較高，且該方法的生物炭采用農(nóng)林業(yè)廢棄物經(jīng)熱裂解制備，添加比例局限為20%-40%;農(nóng)林業(yè)廢棄物富含生物質(zhì)，主要為陶粒制備提供能源，其成分與富含無機(jī)組分的污水廠污泥完全不同，二者所獲得的熱解炭物性也不同，故該方法不適應(yīng)于污泥熱解生物炭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明克服了現(xiàn)有污泥熱解生物炭規(guī)?；C合利用程度低，消除生物炭土地利用時(shí)存在重金屬潛在累積污染等不足，提供了一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置，通過污泥熱解生物炭高溫陶?；?，實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭的高效資源化利用。
[0008]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，將城市污水廠污泥熱解后，在實(shí)現(xiàn)其減量化的同時(shí)，其含有的S12、Al203、Fe203、Ca0+Mg0和C等主要組分含量恰好適用于制備陶粒;特別強(qiáng)調(diào)的是，由于污泥熱解后的生物炭中，廢水處理采用的Fe系絮凝劑基本都?xì)埩粲谖勰嘀?，使Fe2O3的含量較高，C含量適中，制備陶粒的過程無需再添加鐵、碳元素，可極大降低陶粒的制備成本。此外，將污泥熱解生物炭進(jìn)一步通過高溫?zé)Y(jié)，可實(shí)現(xiàn)其中重金屬的進(jìn)一步高度穩(wěn)定化，生產(chǎn)的陶粒，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、抗震防火、防潮、吸聲降噪等多種功能，可用作建筑材料，還可做無土栽培的載體、水處理的過濾介質(zhì)，這對(duì)污泥熱解生物炭的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了一條新途徑，也為目前污泥熱解炭化工藝提供的終端產(chǎn)品處置方案。
[0009]本發(fā)明的基本原理在于，污泥熱解生物炭在燒結(jié)時(shí)首先脫水和發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，經(jīng)過高溫處理再燒結(jié)時(shí)，在近程有序而遠(yuǎn)程無序的玻璃體中，有些原子之間的鏈比較弱，只需微弱的能量就能使這些原子的鍵斷裂，而呈無規(guī)則微孔網(wǎng)格;高溫?zé)珊螅纬傻囊幌盗杏射X氧鏈、硅氧鏈構(gòu)成的硅酸鈣、鋁酸鈣聚合物，以2Si02.Al2O3或2Si02.Al2O3.CaO固熔體狀態(tài)存在。此外，在高溫焙燒過程中，由于污泥熱解生物炭中的殘留炭與污泥中含量較高的鐵氧化物還可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致陶粒的膨脹，使其表面光滑而堅(jiān)硬，內(nèi)部有極細(xì)閉孔，呈灰褐色。新工藝不但可以為污泥熱解工藝的產(chǎn)物提供綠色產(chǎn)品方案，還可為陶粒制備提供了低成本原料。
[0010]本發(fā)明通過高溫改變污泥熱解生物炭中的礦物質(zhì)晶相結(jié)構(gòu)，獲得具有一定力學(xué)強(qiáng)度及微孔結(jié)構(gòu)的陶粒。
[0011 ]本發(fā)明利用污泥熱解生物炭制備陶粒，也可以引入其他輔助粉料，如高嶺土、膨潤土、生石灰、硅酸鈉、粉煤灰，所添加的輔助粉料其質(zhì)量應(yīng)不超過污泥熱解生物炭的質(zhì)量，具體比例可根據(jù)所得陶粒產(chǎn)品性能來調(diào)整，主要化學(xué)成分應(yīng)控制在如下范圍內(nèi):Si02:40%?63% ;Α?2θ3:15%?17% ;Fe203:3%?7% ;Ca0+Mg0:3%?9% ;K20+Na20:4%?9% ;C:8? 15%。
[0012]高溫固化是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一，本發(fā)明優(yōu)選高溫固化溫度為900?1280°C、固化時(shí)間為10?20min，在此條件下可獲得綜合性能良好的陶粒。固化溫度低于900°C，燒成的陶粒表面無釉，力學(xué)性能極差，綜合性能不滿足要求；當(dāng)燒結(jié)溫度高于1280°C，燒成的陶粒表面以玻璃體為主形成一層堅(jiān)硬、封閉的外殼，像一層瓷釉，具有光澤和較高的強(qiáng)度但是沒有良好的孔隙結(jié)構(gòu);在一定溫度下，燒結(jié)時(shí)間太長，會(huì)使得陶粒熔融，堵塞孔隙結(jié)構(gòu)，燒結(jié)時(shí)間太短，陶粒固化不完全，達(dá)不到好的力學(xué)性能。所以高溫過程中，控制溫度范圍和時(shí)間是影響陶粒性能的關(guān)鍵因素，溫度和時(shí)間得當(dāng)，玻璃態(tài)軟化后的粘度與產(chǎn)生的氣壓相平衡，則多形成封閉氣孔，陶粒的密度和吸水率較低。
[0013]本發(fā)明的另一關(guān)鍵點(diǎn)是生料球的制備及干燥，本發(fā)明含水量控制在攪拌時(shí)水的添加比例為15?30 %，生料球干燥時(shí)間控制30?90min，含水量大于30 %，生料球互相粘附，使得成型困難;水量小于15%，料球松散，強(qiáng)度差，加熱易碎。料球干燥時(shí)間小于30min，不能完全脫水，在較快速度升溫加熱時(shí)，生料球易炸裂或者出現(xiàn)裂紋;當(dāng)干燥時(shí)間大于90min，脫水完成后繼續(xù)恒溫干燥，不僅浪費(fèi)能源，而且實(shí)驗(yàn)周期變長，耗時(shí)耗能。
[0014]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0015]—種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，包括以下步驟:
[0016](I)將污泥熱解生物炭粉磨，粉磨后加水混合攪拌調(diào)濕，再將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒；
[0017](2)將生料顆粒進(jìn)行低溫烘干、中溫預(yù)熱、高溫?zé)Y(jié)后冷卻，得到陶粒。
[0018]進(jìn)一步的，所述的污泥熱解生物炭為污泥經(jīng)熱解后得到的生物炭，熱解溫度為300?900 Γ;
[0019]任選的，所述的污泥熱解生物炭為城市污水廠污泥經(jīng)熱解后得到的生物炭，熱解溫度為300?900°C。
[0020]進(jìn)一步的，所述的步驟(I)中粉磨加入輔助粉料，所述的輔助粉料的質(zhì)量小于或等于污泥熱解生物炭的質(zhì)量，所述的輔助粉料為高嶺土、膨潤土、生石灰、硅酸鈉、粉煤灰中的至少一種。
[0021]進(jìn)一步的，所述的步驟(I)中粉磨的粒度為50?300目；
[0022]任選的，粉磨的時(shí)間為30?90min。
[0023]進(jìn)一步的，所述的步驟(I)中加水混合水的添加質(zhì)量為物料干基質(zhì)量的15?30%;
[0024]任選的，所述的步驟(I)中攪拌調(diào)濕的時(shí)間為30?90min;
[0025]任選的，所述的步驟(I)中生料顆粒的球粒徑為3?20_。
[0026]進(jìn)一步的，所述的步驟(2)中的低溫烘干的溫度為110?150°C、時(shí)間為30?90min;
[0027]任選的，中溫預(yù)熱的溫度為300?600°C、時(shí)間為10?30min;
[0028]任選的，高溫?zé)Y(jié)的溫度為900?1280°C、時(shí)間為10?20min。
[0029]進(jìn)一步的，所述的步驟(2)中的冷卻的方式為隨爐冷卻，冷卻速度控制為<30°C/min。
[0030]—種制備陶粒的裝置，所述的裝置包括:污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(1)、1#定量給料裝置(2)、其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)、2#定量給料裝置(4)、粉磨裝置(5)、調(diào)濕裝置(6)、加水裝置(7)、1#輸送裝置(8)、成型造粒裝置(9)、2#輸送裝置(10)、干燥裝置(11)、3#輸送裝置(12)、中溫預(yù)燒裝置(13)、高溫預(yù)燒裝置(14)和冷卻裝置(15);
[0031]裝置的連接方式如下:
[0032]污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)出口與1#定量給料裝置(2)入口相連，1#定量給料裝置
(2)出口與粉磨裝置(5)入口相連;其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)出口與2#定量給料裝置(4)入口相連;2#定量給料裝置(4)出口與粉磨裝置(5)入口相連;粉磨裝置(5)出口與調(diào)濕裝置(6)入口相連，調(diào)濕裝置(6)設(shè)有加水裝置(7);調(diào)濕裝置(6)出口與1#輸送裝置⑻入口相連；1#輸送裝置(8)出口與成型造粒裝置(9)入口相連;成型造粒裝置(9)出口與2#輸送裝置(10)相連；2#輸送裝置(10)出口與干燥裝置(11)入口相連；干燥裝置(11)出口與3#輸送裝置
(12)入口相連;3#輸送裝置(12)出口與中溫預(yù)燒裝置(13)入口相連；中溫預(yù)燒裝置(13)出口與高溫?zé)Y(jié)裝置(14)相連;高溫?zé)Y(jié)裝置(14)出口與冷卻裝置(15)入口相連；中溫預(yù)燒裝置(13)與高溫?zé)Y(jié)裝置(14)與干燥裝置(11)相連，將預(yù)燒和燒結(jié)過程中產(chǎn)生的煙氣回用于干燥裝置(11)。
[0033]進(jìn)一步的，所述的污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)與其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)為普通鋼倉或混凝土倉；
[0034]所述的1#、2#定量給料裝置(2)(4)為螺旋稱或星形給料器；
[0035]所述的粉磨裝置(5)氣流粉碎機(jī)、立磨、臥輥磨或球磨機(jī)；
[0036]所述的調(diào)濕裝置(6)為雙軸混合機(jī)或螺帶式混合機(jī)；
[0037 ]所述的加水裝置(7)為普通噴霧加濕機(jī)；
[0038]所述的1#輸送裝置(8)、2#輸送裝置(10)為皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、刮板機(jī)或斗提機(jī)；
[0039 ]所述的3#輸送裝置(12)為皮帶輸送機(jī)；
[0040]所述的成型造粒裝置(9)為圓盤造粒機(jī)、滾筒造粒機(jī)、對(duì)輥成型機(jī)或擠出造粒機(jī)；
[0041]所述的干燥裝置(11)為履帶式干燥機(jī)、滾筒干燥機(jī)或烘箱；
[0042]所述的中溫預(yù)熱裝置(13)為豎爐、中溫電阻爐、帶式焙燒爐或回轉(zhuǎn)窯；
[0043]所述的高溫固化裝置(14)為高溫電阻爐、回轉(zhuǎn)窯或帶式焙燒爐；
[0044]所述的冷卻裝置(15)為帶式冷卻機(jī)或滾筒冷卻機(jī)。
[0045]進(jìn)一步的，首先將污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)中的污泥熱解生物炭送入1#定量給料裝置(2)，定量送入粉磨裝置(5)，同時(shí)將其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)中的輔助粉料通過2#定量給料裝置(4)稱量后送入粉磨裝置(5)進(jìn)行混合粉磨，之后將混合粉磨料送入調(diào)濕裝置
(6)，通過加水裝置(7)向調(diào)濕裝置(6)中加水，混合攪拌使得調(diào)濕料有很好的可塑性，然后將調(diào)濕物料送入通過1#輸送裝置(8)輸送到成型造粒裝置(9)，將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒;接下來將生料顆粒通過2#輸送裝置(10)輸送到干燥裝置(11)中進(jìn)行低溫烘干，然后將干燥后的顆粒通過3#輸送裝置(12)送入中溫預(yù)燒裝置(13)進(jìn)行中溫預(yù)熱，之后送入高溫預(yù)燒裝置(14)，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié);最后將高溫?zé)Y(jié)后的顆粒送入冷卻裝置(15)進(jìn)行冷卻，得到陶粒。
[0046]有益效果:(I)本發(fā)明利用污泥熱解生物炭直接制備陶粒，實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭的大規(guī)模利用，為污泥熱解、氣化技術(shù)工藝解決后顧之憂，為其終端產(chǎn)品應(yīng)用提供良好解決方案；
[0047](2)本發(fā)明利用高溫?zé)Y(jié)工藝，實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭中重金屬元素的進(jìn)一步高效固化，有效避免污泥熱解生物炭土地利用時(shí)因重金屬累積引起潛在的二次污染；
[0048](3)本發(fā)明充分利用污泥熱解生物炭中鐵、鋁、硅、炭等有效元素提升陶粒的孔隙結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度，從而節(jié)約資源與能源，降低陶粒生產(chǎn)成本，提高陶粒品質(zhì)；
[0049](4)本發(fā)明所述的方法和裝置以污泥熱解生物炭作為主要原料生產(chǎn)的陶粒具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、抗震防火、防潮、吸聲降噪等多種功能，可以利用到建筑材料領(lǐng)域;而且陶粒由表及里有許多微孔，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，吸水、透氣、持肥能力強(qiáng)，也可做無土栽培的載體、水處理的過濾介質(zhì)等，應(yīng)用范圍廣泛；
[0050](5)本發(fā)明工藝簡單實(shí)用，成本低，利用熱解減量后的污泥熱解生物炭作為陶粒原料，建廠條件簡單靈活，設(shè)備投資少，污泥運(yùn)輸成本低，不易造成二次污染，對(duì)環(huán)境影響小，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。
【附圖說明】
[0051]圖1是實(shí)施例1中的污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置圖；
[0052]圖2是實(shí)施例2和3中的污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0054]實(shí)施例1:100%污泥熱解生物炭制備陶粒
[0055]圖1是污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置圖，附圖中標(biāo)號(hào)說明:1、污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)};2、1#定量給料裝置;5、粉磨裝置;6、調(diào)濕裝置;7、加水裝置;8、1#輸送裝置;9、成型造粒裝置；1、2#輸送裝置；11、干燥裝置；12、3#輸送裝置；13、中溫預(yù)燒裝置；14、高溫預(yù)燒裝置;15、冷卻裝置。
[0056]如圖1所示，首先將污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I中的污泥熱解生物炭送入1#定量給料裝置2，稱量得到一定質(zhì)量的污泥生物炭送入粉磨裝置5進(jìn)行粉磨，控制粉磨料粒度小于100目，測定污泥熱解生物炭的主要化學(xué)成分范圍如下為:Si02:45%，Al203:19%，F(xiàn)e203:9%，CaO+MgO:6%, K20+Na20:6%,C:15%；繼續(xù)將粉磨料送入調(diào)濕裝置6，通過加水裝置7向調(diào)濕裝置6中加水，控制水的添加比例為15%，進(jìn)行混合攪拌，控制調(diào)濕攪拌時(shí)間60min，使得調(diào)濕料有很好的可塑性，然后將調(diào)濕物料送入通過1#輸送裝置8輸送到成型造粒裝置9，將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒，控制生料球的直徑為1mm左右;接下來將生料顆粒2#輸送裝置10輸送到溫度為IlOtC干燥裝置11中進(jìn)行低溫烘干50min，然后將干燥后的顆粒通過3#輸送裝置12送入中溫預(yù)燒裝置13進(jìn)行中溫預(yù)熱，控制中溫預(yù)熱溫度與時(shí)間為400°C、25min，然后送入溫度為900°C高溫預(yù)燒裝置14，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)20min;最后將高溫?zé)Y(jié)后的顆粒送入冷卻裝置15進(jìn)行冷卻，控制冷卻速度為30°C/min，最后得到綜合性能優(yōu)異的陶粒材料。其性能滿足《輕集料及其試驗(yàn)方法GB/T 17431.1?1998標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)自制陶粒的重金屬浸出特性進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果表明陶粒浸出液中各項(xiàng)重金屬含量均遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5083.3?2007)。
[0057]本實(shí)施例用到的主要裝置如下:污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I為普通鋼倉、1#定量給料裝置2為螺旋稱、粉磨裝置5為氣流粉碎機(jī)、調(diào)濕裝置6為雙軸混合機(jī)、加水裝置7為普通噴霧加濕機(jī)、1#輸送裝置8為皮帶輸送機(jī)、成型造粒裝置9為圓盤造粒機(jī)、2#輸送裝置10為螺旋輸送機(jī)、干燥裝置11為履帶式干燥機(jī)、3#輸送裝置12為皮帶輸送機(jī)、中溫預(yù)燒裝置13為豎爐、高溫預(yù)燒裝置14為高溫電阻爐、冷卻裝置15為帶式冷卻機(jī)。設(shè)備的連接方式如下:污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I出口與1#定量給料裝置2入口相連，1#定量給料裝置2出口與粉磨裝置5入口相連;粉磨裝置5出口與調(diào)濕裝置6入口相連，調(diào)濕裝置6設(shè)有加水裝置7 ;調(diào)濕裝置6出口與1#輸送裝置8入口相連；1#輸送裝置8出口與成型造粒裝置9入口相連;成型造粒裝置9出口與2#輸送裝置10相連;2#輸送裝置10出口與干燥裝置11入口相連;干燥裝置11出口與3#輸送裝置12入口相連;3#輸送裝置12出口與中溫預(yù)燒裝置13入口相連；中溫預(yù)燒裝置13出口與高溫?zé)Y(jié)裝置14相連;高溫?zé)Y(jié)裝置14出口與冷卻裝置15入口相連。中溫預(yù)燒裝置13與高溫?zé)Y(jié)裝置14產(chǎn)生的煙氣回用于干燥裝置11。
[0058]實(shí)施例2:80%污泥熱解生物炭+20 %粉煤灰制備陶粒
[0059]圖2是污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置圖，附圖中標(biāo)號(hào)說明:1、污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)};2、1#定量給料裝置;3、其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)};4、2#定量給料裝置;5、粉磨裝置;6、調(diào)濕裝置;7、加水裝置;8、I #輸送裝置;9、成型造粒裝置；1、2#輸送裝置；11、干燥裝置；12、3#輸送裝置;13、中溫預(yù)燒裝置;14、高溫預(yù)燒裝置;15、冷卻裝置。
[0060]如圖2所示，首先將污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I中的污泥熱解生物炭送入1#定量給料裝置2，稱量80 %的污泥熱解生物炭送入粉磨裝置5，同時(shí)將其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}3中的粉煤灰通過2#定量給料裝置4稱量出20%的粉煤灰送入粉磨裝置5進(jìn)行混合粉磨，控制粉磨料粒度約為50目，測定污泥熱解生物炭與粉煤灰的混合料主要化學(xué)成分范圍如下為:S12:46 %，Al2O3:17 %，F(xiàn)e2O3 -.10%, CaO+MgO:7%, K2ONa2O:7%,C:13%；繼續(xù)將混合粉磨料送入調(diào)濕裝置6，通過加水裝置7向調(diào)濕裝置6中加水，控制水的添加比例為30%，進(jìn)行混合攪拌，控制調(diào)濕攪拌時(shí)間30min，使得調(diào)濕料有很好的可塑性，然后將調(diào)濕物料送入通過1#輸送裝置8輸送到成型造粒裝置9，將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒，控制生料球的直徑為3mm左右；接下來將生料顆粒2#輸送裝置10輸送到溫度為130°C干燥裝置11中進(jìn)行低溫烘干30min，然后將干燥后的顆粒通過3#輸送裝置12送入中溫預(yù)燒裝置13進(jìn)行中溫預(yù)熱，控制中溫預(yù)熱溫度與時(shí)間為300°C、30min，然后送入溫度為1150°C高溫預(yù)燒裝置14，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)I Omin;最后將高溫?zé)Y(jié)后的顆粒送入冷卻裝置15進(jìn)行冷卻，控制冷卻速度為25 °C/min，最后得到綜合性能優(yōu)異的陶粒材料。
[0061 ]本實(shí)施例所制備的陶粒性能滿足《輕集料及其試驗(yàn)方法GB/T 17431.1?1998標(biāo)準(zhǔn)》，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、抗震防火、防潮、吸聲降噪等多種功能，可以利用到建筑材料領(lǐng)域。
[0062]對(duì)自制陶粒的重金屬浸出特性進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果表明陶粒浸出液中各項(xiàng)重金屬含量均遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5083.3?2007)。說明本實(shí)施例獲得的陶粒實(shí)現(xiàn)了污泥熱解生物炭中重金屬元素的進(jìn)一步高效固化，有效避免污泥熱解生物炭土地利用時(shí)因重金屬累積引起潛在的二次污染。
[0063]本實(shí)施例用到的主要設(shè)備連接方式基本同實(shí)施例1，不同之處在于增加的其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}3出口與2#定量給料裝置4入口相連;2#定量給料裝置4出口與粉磨裝置5入口相連。用到的具體設(shè)備如下:污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I為混凝土倉、其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}3為普通鋼倉、1#定量給料裝置2為星形給料器、2#定量給料裝置4為螺旋稱、粉磨裝置5為臥輥磨、調(diào)濕裝置6為螺帶式混合機(jī)、加水裝置7為普通噴霧加濕機(jī)、1#輸送裝置8為刮板機(jī)、成型造粒裝置9為滾筒造粒機(jī)、2#輸送裝置10為斗提機(jī)、干燥裝置11為滾筒干燥機(jī)、3#輸送裝置12為皮帶輸送機(jī)、中溫預(yù)燒裝置13為帶式焙燒爐、高溫預(yù)燒裝置14為帶式焙燒爐、冷卻裝置15為滾筒冷卻機(jī)。
[0064]實(shí)施例3:70 %污泥熱解生物炭+20 %粉煤灰制備陶粒+10 %高嶺土
[0065]如圖2所示，首先將污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}I中的污泥熱解生物炭送入1#定量給料裝置2，稱量70 %的污泥熱解生物炭送入粉磨裝置5，同時(shí)將其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}3中的混合比例為2:1的粉煤灰和高嶺土的混合物通過2#定量給料裝置4稱量30%的粉煤灰送入粉磨裝置5進(jìn)行混合粉磨，控制粉磨料粒度小于300目，測定污泥熱解生物炭與粉煤灰的混合料主要化學(xué)成分范圍如下為:S12:46 %，Al2O3:19 %，F(xiàn)e2O3:7%, CaO+MgO:6%, K2ONa2O:6%,C: 12%;繼續(xù)將混合粉磨料送入調(diào)濕裝置6，通過加水裝置7向調(diào)濕裝置6中加水，控制水的添加比例為27%，進(jìn)行混合攪拌，控制調(diào)濕攪拌時(shí)間80min，使得調(diào)濕料有很好的可塑性，然后將調(diào)濕物料送入通過1#輸送裝置8輸送到成型造粒裝置9，將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒，控制生料球的直徑為18mm左右;接下來將生料顆粒2#輸送裝置10輸送到溫度為120°(:干燥裝置11中進(jìn)行低溫烘干70min，然后將干燥后的顆粒通過3#輸送裝置12送入中溫預(yù)燒裝置13進(jìn)行中溫預(yù)熱，控制中溫預(yù)熱溫度與時(shí)間為500°C、30min，然后送入溫度為1200°C高溫預(yù)燒裝置14，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)Ilmin;最后將高溫?zé)Y(jié)后的顆粒送入冷卻裝置15進(jìn)行冷卻，控制冷卻速度為20 0C /min，最后得到綜合性能優(yōu)異的陶粒材料。
[0066]本實(shí)施例所獲得的陶粒滿足水處理生物陶粒的性能要求，陶粒由表及里有許多微孔，孔隙率>55%，用于污水處理，其掛膜能力強(qiáng)，含污能力為石英砂2倍，容重1.0g/cm3，比表面積400m2/m3，強(qiáng)度>3MPa，耐酸堿能力強(qiáng)，可以用于廢水處理生物濾料池生物掛膜組件、水處理濾料等，實(shí)現(xiàn)污泥資源化產(chǎn)品回用于廢水處理系統(tǒng)的目標(biāo)。
[0067]對(duì)陶粒的重金屬浸出特性進(jìn)行檢測，表明陶粒浸出液中各項(xiàng)重金屬含量均遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5083.3-2007)。說明本實(shí)施例獲得的陶粒了實(shí)現(xiàn)污泥熱解生物炭中重金屬元素的進(jìn)一步高效固化，有效避免陶粒在廢水處理系統(tǒng)中利用時(shí)因重金屬累積引起潛在的二次污染。
[0068]本實(shí)施例用到的主要設(shè)備連接方式和具體設(shè)備基本同實(shí)施例2，不同之處在于粉磨裝置5為球磨機(jī)、成型造粒裝置9為擠出造粒機(jī)、中溫預(yù)熱裝置13為回轉(zhuǎn)窯。
[0069]本實(shí)施例所述的方法簡單，裝置投資少，生產(chǎn)不易造成二次污染，對(duì)環(huán)境影響小，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。
[0070]盡管上述已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將污泥熱解生物炭粉磨，粉磨后加水混合攪拌調(diào)濕，再將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒； (2)將生料顆粒進(jìn)行低溫烘干、中溫預(yù)熱、高溫?zé)Y(jié)后冷卻，得到陶粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的污泥熱解生物炭為污泥經(jīng)熱解后得到的生物炭，熱解溫度為300?900°C ; 任選的，所述的污泥熱解生物炭為城市污水廠污泥經(jīng)熱解后得到的生物炭，熱解溫度為 300 ?900°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中粉磨加入輔助粉料，所述的輔助粉料的質(zhì)量小于或等于污泥熱解生物炭的質(zhì)量，所述的輔助粉料為高嶺土、膨潤土、生石灰、硅酸鈉、粉煤灰中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中粉磨的粒度為50?300目； 任選的，粉磨的時(shí)間為30?90min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中加水混合水的添加質(zhì)量為物料干基質(zhì)量的15?30%； 任選的，所述的步驟(I)中攪拌調(diào)濕的時(shí)間為30?90min; 任選的，所述的步驟(I)中生料顆粒的球粒徑為3?20_。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的低溫烘干的溫度為110?150°C、時(shí)間為30?90min; 任選的，中溫預(yù)熱的溫度為300?600°C、時(shí)間為10?30min; 任選的，高溫?zé)Y(jié)的溫度為900?1280 0C、時(shí)間為10?20min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的冷卻的方式為隨爐冷卻，冷卻速度控制為< 30 0C /min。8.—種利用權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法制備陶粒的裝置，其特征在于:所述的裝置包括:污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(1)、1#定量給料裝置(2)、其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)、2#定量給料裝置(4)、粉磨裝置(5)、調(diào)濕裝置(6)、加水裝置(7)、1#輸送裝置(8)、成型造粒裝置(9)、2#輸送裝置(10)、干燥裝置(11)、3#輸送裝置(12)、中溫預(yù)燒裝置(13)、高溫預(yù)燒裝置(14)和冷卻裝置(15); 裝置的連接方式如下: 污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)出口與1#定量給料裝置(2)入口相連，1#定量給料裝置(2)出口與粉磨裝置(5)入口相連;其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)出口與2#定量給料裝置(4)入口相連;2#定量給料裝置(4)出口與粉磨裝置(5)入口相連;粉磨裝置(5)出口與調(diào)濕裝置(6)入口相連，調(diào)濕裝置(6)設(shè)有加水裝置⑴；調(diào)濕裝置⑻出□與1#輸送裝置⑶入□相連；1#輸送裝置(8)出口與成型造粒裝置(9)入口相連;成型造粒裝置(9)出口與2#輸送裝置(10)相連;2#輸送裝置(10)出口與干燥裝置(II)入口相連;干燥裝置(II)出口與3#輸送裝置(12)入口相連;3#輸送裝置(12)出口與中溫預(yù)燒裝置(13)入口相連；中溫預(yù)燒裝置(13)出口與高溫?zé)Y(jié)裝置(14)相連;高溫?zé)Y(jié)裝置(14)出口與冷卻裝置(15)入口相連；中溫預(yù)燒裝置(13)與高溫?zé)Y(jié)裝置(14)與干燥裝置(11)相連，將預(yù)燒和燒結(jié)過程中產(chǎn)生的煙氣回用于干燥裝置(11)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置，其特征在于: 所述的污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)與其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)為普通鋼倉或混凝土倉； 所述的1#、2#定量給料裝置(2)(4)為螺旋稱或星形給料器；所述的粉磨裝置(5)氣流粉碎機(jī)、立磨、臥輥磨或球磨機(jī)；所述的調(diào)濕裝置(6)為雙軸混合機(jī)或螺帶式混合機(jī)；所述的加水裝置(7)為普通噴霧加濕機(jī)； 所述的1#輸送裝置(8)、2#輸送裝置(10)為皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、刮板機(jī)或斗提機(jī)； 所述的3#輸送裝置(12)為皮帶輸送機(jī)；所述的成型造粒裝置(9)為圓盤造粒機(jī)、滾筒造粒機(jī)、對(duì)輥成型機(jī)或擠出造粒機(jī)；所述的干燥裝置(11)為履帶式干燥機(jī)、滾筒干燥機(jī)或烘箱；所述的中溫預(yù)熱裝置(13)為豎爐、中溫電阻爐、帶式焙燒爐或回轉(zhuǎn)窯；所述的高溫固化裝置(14)為高溫電阻爐、回轉(zhuǎn)窯或帶式焙燒爐；所述的冷卻裝置(15)為帶式冷卻機(jī)或滾筒冷卻機(jī)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥熱解生物炭制備陶粒的裝置，其特征在于:首先將污泥熱解生物炭儲(chǔ)存?zhèn)}(I)中的污泥熱解生物炭送入1#定量給料裝置(2)，定量送入粉磨裝置(5)，同時(shí)將其它輔助材料儲(chǔ)存?zhèn)}(3)中的輔助粉料通過2#定量給料裝置(4)稱量后送入粉磨裝置(5)進(jìn)行混合粉磨，之后將混合粉磨料送入調(diào)濕裝置(6)，通過加水裝置(7)向調(diào)濕裝置(6)中加水，混合攪拌使得調(diào)濕料有很好的可塑性，然后將調(diào)濕物料送入通過1#輸送裝置(8)輸送到成型造粒裝置(9)，將調(diào)濕物料成型制粒，獲得生料顆粒;接下來將生料顆粒通過2#輸送裝置(10)輸送到干燥裝置(11)中進(jìn)行低溫烘干，然后將干燥后的顆粒通過3#輸送裝置(12)送入中溫預(yù)燒裝置(13)進(jìn)行中溫預(yù)熱，之后送入高溫預(yù)燒裝置(14)，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；最后將高溫?zé)Y(jié)后的顆粒送入冷卻裝置(15)進(jìn)行冷卻，得到陶粒。
【文檔編號(hào)】C04B38/00GK106007776SQ201610311361
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】余廣煒, 余鋮, 汪印
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所