本實(shí)用新型涉及化工、建材技術(shù)及大宗工業(yè)固廢與城市污泥的資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)治理領(lǐng)域，具體涉及利用城市廢物和工業(yè)固廢制備硫鋁酸鹽水泥的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
改革開放以來，隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，進(jìn)而產(chǎn)生大量各種有毒有害的工業(yè)固體廢棄物，并且其數(shù)量還在不斷上升。大宗工業(yè)固體廢棄物，簡稱大宗固廢，是指我國在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中年產(chǎn)生1000萬噸以上對環(huán)境和安全影響較大的工業(yè)固體廢物，主要包括赤泥、脫硫石膏、冶煉渣、尾礦砂和煤矸石等?！笆晃濉逼陂g“大宗固廢”總生產(chǎn)量118億噸，總新增存量190億噸。“十二五”期間“大宗固廢”總生產(chǎn)量150億噸，總新增存量270億噸。
同樣的，隨著我國城市人口的增加和規(guī)模擴(kuò)大，城市污水處理難度日益增大，根據(jù)官方統(tǒng)計，截至2015年9月底，全國城鎮(zhèn)建成了3830座污水處理廠，高達(dá)1.62億m3/d的污水處理能力，伴生污泥突破3000萬噸/年。而污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的一種含水率很高的廢棄物，其成分主要含有各種微生物以及有機(jī)、無機(jī)顆粒組成的絮狀物，含有大量的有毒有害物質(zhì)，如寄生蟲卵、病原微生物及重金屬離子等。一般來講，污泥風(fēng)干后的主要成分是二氧化硅、白云母、淡云母、多硅白云母、高嶺土等，這些礦物晶體主要是由鋁、鐵、鎂等金屬元素組成的，且是類似粘土的、具有極細(xì)顆粒的礦物質(zhì)。污泥污染物往往具有長期毒性和不可降解性，若不加處理而無序排放，將通過大氣、水和土壤等介質(zhì)進(jìn)入食物鏈，成為危險的二次污染源，對人類健康和生態(tài)造成危害。我國每年產(chǎn)生3000萬噸-4000萬噸含水率在80％左右的市政污泥，2015年生活污泥產(chǎn)量為3500萬噸。根據(jù)《中國污泥處理處置市場分析報告(2016版)》可知，2015年全國濕污泥無害化處理率平均值為32％，與實(shí)際需求之間還存在較大差距。因此，在污水處理領(lǐng)域中，污泥處置也成為當(dāng)今一大難題。
目前常用的污泥處置技術(shù)主要有厭氧消化、好氧發(fā)酵、深度脫水、熱干化、石灰穩(wěn)定、焚燒和碳化等。但這些技術(shù)并不能徹底地、同時地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化與資源化，總會產(chǎn)生諸多后續(xù)問題，比如耗能大、技術(shù)操作過程產(chǎn)生惡臭氣污染環(huán)境、焚燒尾氣產(chǎn)生二惡英等有毒氣體等等問題。
當(dāng)前為了對污泥進(jìn)行資源化利用，需要先對污泥進(jìn)行深度脫水，將其含水率降低到50％左右，然而污泥脫水設(shè)備投資高，后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較高并且造成大量水資源浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
近年來，硫鋁酸鹽水泥成為國內(nèi)外水泥行業(yè)研究發(fā)展的新方向，其水泥熟料具有生產(chǎn)所需要的熱耗低、早期強(qiáng)度高、凝結(jié)時間短、極好的抗凍融性、堿度低等一系列優(yōu)異性能，現(xiàn)被廣泛的應(yīng)用在搶修、搶建工程、冬季施工工程、抗腐蝕工程。我國大宗固廢與城市污泥堆存量巨大，利用難度高，為了使目前應(yīng)用極少、堆存量極度豐富的城市濕污泥、赤泥與脫硫石膏得到充分利用，用以生產(chǎn)建筑工程所需要的早強(qiáng)、快硬、低堿度等優(yōu)異性能的水硬性膠凝材料。本實(shí)用新型基于廢棄物之間的物理、化學(xué)結(jié)合利用互補(bǔ)，提供了利用城市廢物和工業(yè)固廢制備硫鋁酸鹽水泥的系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了將高含水率的城市污泥、工業(yè)固廢與生產(chǎn)高性能硫鋁酸鹽水泥完美融合在一條生產(chǎn)線上運(yùn)行的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：
利用城市廢物和工業(yè)固廢制備硫鋁酸鹽水泥的方法，城市污水處理廠產(chǎn)生的濕污泥無需脫水直接輸送至均化池與赤泥、脫硫石膏、電石渣和工業(yè)水進(jìn)行混合形成混合液，混合液中濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為5～10:15～30:10～20:40～60，保持混合液中的固液比為1:3～1:4，對所述混合液進(jìn)行濕法粉磨后再進(jìn)行均化處理并脫堿，均化處理溫度為60～70℃，均化處理后的物料進(jìn)行濕法粉磨，再經(jīng)過機(jī)械壓濾脫水，然后將壓濾后的物料進(jìn)行高溫煅燒獲得硫鋁酸鹽熟料。
其中，生產(chǎn)熟料之前的脫硫石膏按上述干重比進(jìn)行添加，生產(chǎn)熟料之后的脫硫石膏按常規(guī)工藝進(jìn)行添加。
本實(shí)用新型中所述的濕污泥的含水量為99％。由于城市濕污泥中含有大量的鋁、鐵、鎂等金屬元素及硅等非金屬元素，能夠與赤泥、電石渣和脫硫石膏中的鈣、硫、鋁等元素進(jìn)行化學(xué)互補(bǔ)，使之互補(bǔ)出硫鋁酸鹽水泥必須的原料，從而在化學(xué)結(jié)構(gòu)上使利用城市濕污泥、赤泥、電石渣和脫硫石膏制備硫鋁酸鹽水泥成為可能。同時，城市濕污泥中的含水量為99％，即城市濕污泥中含有大量水，利用城市濕污泥的水與赤泥和脫硫石膏固體廢棄物進(jìn)行固液混合，實(shí)現(xiàn)原料物理形態(tài)的互補(bǔ)，不僅免除了城市濕污泥處理的脫水工藝，降低城市濕污泥脫水費(fèi)用和能耗，而且降低了固體物料均化處理的進(jìn)水工藝進(jìn)水量，節(jié)約了大量的水資源；實(shí)現(xiàn)城市濕污泥處理的脫水工藝與固體物料均化處理的進(jìn)水工藝的工藝互補(bǔ)，節(jié)約了工藝流程，降低了廢物處理的成本，同時還能夠獲得高性能的硫鋁酸鹽水泥。
本實(shí)用新型保持均化池內(nèi)的固液比為1:3～1:4，能夠使?jié)穹ǚ勰コ浞诌M(jìn)行，既控制物料細(xì)度，又降低粉磨耗能。均化處理溫度為60～70℃能夠使?jié){液去除可溶性雜質(zhì)及原赤泥脫堿。
本實(shí)用新型中所述的均化處理的目的是去除物料中的可溶性雜質(zhì)，并脫除赤泥中的氧化鈉和氧化鉀。
本實(shí)用新型中所述干重為物料完全去水后的重量。
本實(shí)用新型中所述的濕法粉磨是物料在水中進(jìn)行的粉磨。
本實(shí)用新型中所述的工業(yè)水為經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)適用的廢水或中水等。
本實(shí)用新型中所述的脫硫石膏為電廠脫硫后的副產(chǎn)石膏。
本實(shí)用新型中所述的赤泥為氧化鋁廠排放的廢棄物赤泥。
優(yōu)選的，壓濾后的壓濾液進(jìn)行石灰殺菌。
進(jìn)一步優(yōu)選的，石灰殺菌后的固體殘渣輸送至均化池。
進(jìn)一步優(yōu)選的，石灰殺菌后的清液經(jīng)過加熱后作為均化池的熱源。
優(yōu)選的，壓濾后的成分，SiO2占10～25％(wt％)，CaO占30～50％(wt％)，Al2O3占 15～30％(wt％)，F(xiàn)e2O3占5～15％(wt％)，SO3占15～35％(wt％)。
進(jìn)一步優(yōu)選的，堿度系數(shù)Cm為0.95～0.98。
其中，堿度系數(shù)的公式為：
式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分別為相應(yīng)化學(xué)成分所占的重量百分比 (公式以外所述的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分別為相應(yīng)化學(xué)成分)。
優(yōu)選的，進(jìn)行濕法粉磨后的物料的細(xì)度小于0.20mm。
優(yōu)選的，采用煤粉燃燒產(chǎn)生的能量作為所述高溫煅燒的熱源。
優(yōu)選的，所述高溫煅燒的煅燒溫度1250℃～1350℃，煅燒時間0.5～1h。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收。本實(shí)用新型所述的余熱回收是指通過換熱設(shè)備將高溫?zé)煔庵械臒崃拷粨Q至循環(huán)水，使循環(huán)水變?yōu)闊崴?，?shí)現(xiàn)利用高溫?zé)煔庵械臒崮堋?/p>
更進(jìn)一步優(yōu)選的，經(jīng)過余熱回收后的煙氣經(jīng)過除塵后排放。防止固體小顆粒排入空氣中，造成空氣質(zhì)量的降低。
更進(jìn)一步優(yōu)選的，經(jīng)過余熱回收后的熱水作為均化處理的熱源。能夠提高能源的有效利用，降低生產(chǎn)成本。
本方法工藝簡單、設(shè)備可靠、安全科學(xué)，可徹底地、同時地實(shí)現(xiàn)高含水率的城市污泥與大宗固廢的減量化、穩(wěn)定化、無害化與資源化，并可節(jié)約大量水資源與能源，從而會產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
利用城市廢物和工業(yè)固廢制備硫鋁酸鹽水泥的系統(tǒng)，包括均化池、濕法粉磨機(jī)、壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)窯及熱水儲罐，赤泥、脫硫石膏、電石渣、濕污泥和工業(yè)水進(jìn)入濕法粉磨機(jī)進(jìn)行粉磨，再進(jìn)入均化池進(jìn)行均化處理并脫堿，接著進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械壓濾，壓濾后的固體物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫煅燒獲得硫鋁酸鹽熟料，熱水儲罐中熱水為均化池提供熱量。
本實(shí)用新型中所述的余熱回收裝置為間接式換熱器。例如管殼換熱器等。
優(yōu)選的，包括石灰殺菌池，給均化池加熱后的熱水流至石灰殺菌池。
進(jìn)一步優(yōu)選的，壓濾機(jī)流出的壓濾液流至石灰殺菌池。
進(jìn)一步優(yōu)選的，石灰殺菌池中的固體殘渣輸送至均化池。
優(yōu)選的，包括換熱器和水泵，水泵將給均化池加熱后的熱水輸送至換熱器加熱后回到熱水儲罐。
進(jìn)一步優(yōu)選的，水泵將石灰殺菌池中的清液輸送至換熱器加熱，然后輸送至熱水儲罐。防止循環(huán)水中的雜質(zhì)堵塞管路，防止降低換熱效果。
進(jìn)一步優(yōu)選的，回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器進(jìn)行余熱回收。
更進(jìn)一步優(yōu)選的，包括除塵器，經(jīng)過余熱回收的高溫?zé)煔膺M(jìn)入除塵器進(jìn)行除塵。
本實(shí)用新型的有益效果為：
1、本實(shí)用新型能夠生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥，可以大幅度提高大宗工業(yè)固廢與城市污泥的再生產(chǎn)品附加值，顯著降低了工藝的控制難度；
2、本實(shí)用新型極大地降低了城市污泥脫水費(fèi)用與能耗；
3、本實(shí)用新型基于廢棄物之間的物理、化學(xué)結(jié)合利用互補(bǔ)，充分利用濕污泥中的水分混合大宗固廢配料，節(jié)約大量水資源；
4、本實(shí)用新型高溫尾氣余熱利用，更節(jié)能環(huán)保；
5、本實(shí)用新型可從根本上更大程度地同時使大宗固廢與城市污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化與資源化。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
利用城市廢物和工業(yè)固廢制備硫鋁酸鹽水泥的系統(tǒng)，包括均化池、濕法粉磨機(jī)、壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、水泥粉磨機(jī)及熱水儲罐，赤泥、脫硫石膏、電石渣、濕污泥和工業(yè)水進(jìn)入濕法粉磨機(jī)進(jìn)行粉磨，再進(jìn)入均化池進(jìn)行均化處理并脫堿，接著進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械壓濾，壓濾后的固體物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫煅燒獲得硫鋁酸鹽熟料，硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏進(jìn)入水泥粉磨機(jī)進(jìn)行混合粉磨獲得硫鋁酸鹽水泥，熱水儲罐中熱水為均化池提供熱量。
所述的余熱回收裝置為管殼換熱器。
還包括石灰殺菌池，給均化池加熱后的熱水流至石灰殺菌池。
壓濾機(jī)流出的壓濾液流至石灰殺菌池。
石灰殺菌池中的固體殘渣輸送至均化池。
還包括換熱器和水泵，水泵將石灰殺菌池中的清液輸送至換熱器加熱，然后回到熱水儲罐。防止循環(huán)水中的雜質(zhì)堵塞管路，防止降低換熱效果。
回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器進(jìn)行余熱回收。
還包括除塵器，經(jīng)過余熱回收的高溫?zé)煔膺M(jìn)入除塵器進(jìn)行除塵。
其工藝流程為：如圖1所示，
1.將原赤泥、脫硫石膏按配比經(jīng)自動給料系統(tǒng)送入均化池，同時通入城市污水處理廠消毒殺菌后的高含水率濕污泥與赤泥、脫硫石膏混合，對混合液進(jìn)行攪拌，使固液比例控制在1:3～1:4之間，其中，混合液中濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為 5～10:15～30:10～20:40～60，并有備用工業(yè)水(經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)適用的廢水或中水等)保證固液比例達(dá)到要求；濕法粉磨機(jī)將混合液粉磨，使物料的細(xì)度小于0.20mm。
2.將粉磨后的物料通入均化池，并將高溫?zé)崴ㄈ刖赝鈧?cè)，控制均化池內(nèi)溫度維持在60℃～70℃，然后進(jìn)行攪拌脫堿，通過成分校正，得到成分均勻的漿液。
3.將步驟2均化處理后的物料通過機(jī)械壓濾機(jī)壓濾成濕物料，同時除掉生料中可溶性雜質(zhì)。壓濾液與均化池回水一起送入石灰殺菌池，處理后的固體殘渣再返送回均化池作為配料使用；處理后的清液通過回水泵送入余熱利用設(shè)備生成熱水。
4.通過混合、濕法粉磨、均化、機(jī)械壓濾，使生料的主要成分為SiO2占10～25％(wt％)， CaO占30～50％(wt％)，Al2O3占15～30％(wt％)，F(xiàn)e2O3占5～15％(wt％)，SO3占 15～35％(wt％)，堿度系數(shù)Cm滿足在0.95～0.98之間，
式中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3分別為相應(yīng)化學(xué)成分所占的重量百分比；
5.脫水后的生料經(jīng)干化(或者直接)送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，進(jìn)行高溫煅燒，煅燒溫度1250℃～1350℃，煅燒時間0.5～1h。
6.將煤粉噴入回轉(zhuǎn)窯燃燒器內(nèi)進(jìn)行氧化氣氛燃燒。
7.利用煙氣余熱回收設(shè)備回收回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的煙氣熱量，以產(chǎn)生熱水，用以對均化池加熱。
8.經(jīng)過余熱回收利用設(shè)備的窯尾煙氣經(jīng)過除塵設(shè)備后達(dá)標(biāo)排放。
9.在回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的硫鋁酸鹽熟料，以硫鋁酸鈣(3CaO·3Al2O3·CaSO4)和硅酸二鈣(2CaO·SiO2)和鐵相為主要礦物物相。最后，熟料與脫硫石膏進(jìn)行混合，其中脫硫石膏所占質(zhì)量(熟料與脫硫石膏總質(zhì)量)分?jǐn)?shù)8％，送入水泥磨內(nèi)粉磨成水泥。
實(shí)施例1：
采用上述系統(tǒng)及工藝進(jìn)行制備，其具體參數(shù)、計算結(jié)果及檢測如下：以混合匹配后固液混合物質(zhì)的質(zhì)量計，濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為10:30:20:40。將機(jī)械脫水生料直接輸送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1310℃，煅燒時間為60分鐘，此時二惡英等有毒有害物質(zhì)都能很好的消除。然后煙氣經(jīng)余熱回收設(shè)備，對熱量進(jìn)行回收利用。最后對煙氣進(jìn)行除塵、煙氣處理，處理后的煙氣經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)二惡英等有害物質(zhì)。經(jīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為47.8Mpa和60.5Mpa。
實(shí)施例2：
采用上述系統(tǒng)及工藝進(jìn)行制備，其具體參數(shù)、計算結(jié)果及檢測如下：以混合匹配后固液混合物質(zhì)的質(zhì)量計，濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為5:15:10:60。將機(jī)械脫水生料直接輸送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，燒成溫度為1280℃，煅燒時間為60分鐘。處理后的煙氣經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)二惡英等有害物質(zhì)。經(jīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為 47.4Mpa和56.2Mpa。
實(shí)施例3：
采用上述系統(tǒng)及工藝進(jìn)行制備，其具體參數(shù)、計算結(jié)果及檢測如下：以混合匹配后固液混合物質(zhì)的質(zhì)量計，濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為8:23:15:54。將機(jī)械脫水生料直接輸送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，燒成溫度為1300℃，煅燒時間為45分鐘。處理后的煙氣經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)二惡英等有害物質(zhì)。經(jīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為 47.6Mpa和58.4Mpa。
實(shí)施例4：
采用上述系統(tǒng)及工藝進(jìn)行制備，其具體參數(shù)、計算結(jié)果及檢測如下：以混合匹配后固液混合物質(zhì)的質(zhì)量計，濕污泥、赤泥、脫硫石膏及電石渣的干重比為9.5:20.5:17.5:52.5。將機(jī)械脫水生料直接輸送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，燒成溫度為1300℃，煅燒時間為45分鐘。處理后的煙氣經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)二惡英等有害物質(zhì)。經(jīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，3天和28天抗壓強(qiáng)度分別為47.9Mpa和60.4Mpa。
上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。