專利名稱：：活性污泥煤球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種活性污泥的資源化處置方法，特別是一種活性污泥煤球的制備方法。1.隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，許多城市的工業(yè)污水或生活污水愈來愈普遍地采用生物技術(shù)來處理，并取得了良好的效果，但是它亦帶來了一大難題，即生物技術(shù)處理污水后的活性污泥如何處置的問題。目前很多工廠已積壓了大量的活性污泥，成了一個頭痛的問題，有的隨意丟棄，有的送往農(nóng)村，造成二次污染，有的則連同污水一起排放，已失去了污水處理的作用。因此，如何來妥善解決活性污泥的處置問題已成了當(dāng)務(wù)之急。2.目前合成氨廠普遍采用石灰(熟石灰)作粘結(jié)劑制成的石灰碳化煤球(簡稱碳化煤球)來造氣，雖然氣化反應(yīng)性好，但碳化煤球需要用二氧化碳來進行碳化處理，故成球工藝復(fù)雜、成本高，且碳化煤球中固定炭含量較低，特別是當(dāng)用劣質(zhì)煤粉制造煤球時，由于原煤灰份含量高，而石灰含量又必須在15～25%(wt)之間，故制得的煤球已不能滿足灰熔點工藝要求(t2大于1300℃)，將直接引起造氣過程的惡化，再之石灰碳化煤球在碳化過程中所引入的二氧化碳在高溫氣化時又隨之分解出來，使煤氣中的有效成份相對降低，并額外地增加了高壓機的壓縮功耗。為此，有關(guān)的采用碳化煤球來造氣的工廠，急于尋找改善造氣質(zhì)量、降低消耗的新途徑。3.一些合成氨廠采用白泥(陶土)作粘結(jié)劑，制成白泥煤球來造氣，它雖然具有制造工藝簡單，煤球強度高等優(yōu)點，但存在氣化反應(yīng)性差(如氣化反應(yīng)速率低、灰渣中殘?zhí)扛?，蒸汽耗量大?的缺點，為此，這些工廠亦急于尋求一種新型的制球工藝，使制成的煤球不僅具有制球工藝簡單，機械強度高，消耗少、成本低、而且具有氣化反應(yīng)性好，氣化反應(yīng)速率大等優(yōu)點，這種理想的制球工藝已成了該
技術(shù)領(lǐng)域：
中的科技人員長期追求的目標(biāo)。本發(fā)明的目的，在于克服上述煤球的缺點，以及妥善解決活性污泥的處置問題，提出了一種活性污泥煤球及其制備方法，使合成氨廠所用的造氣煤球基本上保持原煤所具有的氣化特性，即高固定炭含量、高灰熔點，以及良好的氣化速率和氣體質(zhì)量。它與白泥煤球相比，具有氣化反應(yīng)速率高，灰渣中殘?zhí)苛康汀⒄羝牧可俚葍?yōu)點，它與碳化煤球相比，具有制造方便、氣體質(zhì)量好、消耗低和灰熔點高等優(yōu)點。因此，本發(fā)明的活性污泥煤球可廣泛應(yīng)用于煤球造氣生產(chǎn)合成氣的工廠中，并良好地解決了活性污泥的處置問題。本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的發(fā)明人通過對活性污泥的分析研究后發(fā)現(xiàn)活性污泥中含有不少有機物，具有相當(dāng)多的可利用的熱值，其中所含的蛋白質(zhì)、脂肪和多糖等既是一種良好的粘結(jié)劑，又是一種可氣化的微孔成型劑(有機物在高溫下氣化形成良好的微孔結(jié)構(gòu))?；钚晕勰嗟倪@種特性，當(dāng)它應(yīng)用于制作合作氨廠的造氣煤用球時，可良好地改善煤球的品質(zhì)。實驗證明含有活性污泥的煤球(簡稱污泥煤球，下同)可以克服白泥煤球氣化反應(yīng)特性差、灰渣殘?zhí)扛摺⒄羝牧看蟮热秉c，可以克服碳化煤球制球工藝復(fù)雜、消耗高、造氣質(zhì)量差等缺點。但作為用于造氣的煤球，不僅要求有良好的氣化性，而且要求有足夠的機械強度。而單純采用活性污泥作粘結(jié)劑的煤球，雖然可以大大改善煤球的氣化特性，但其機械強度不足。為此，本發(fā)明在大量實踐的基礎(chǔ)上，提出采用一種“由活性污泥和補強劑”構(gòu)成的組合物作為煤球配方中的粘結(jié)劑，制成的煤球可以同時滿足造氣用煤球的良好氣化特性和足夠的機械強度的雙重要求，而且成球工藝簡單，消耗低，基本上保持了原煤所具有的高固定炭含量和高灰熔點，以及良好的氣化速率和造氣質(zhì)量，便有廣泛推廣應(yīng)用。上述所說的補強劑，可以選自下列物質(zhì)中的一種或一種以上，它主要包括白泥(陶土)、石灰、腐植酸、焦油、膨潤土以及羥基纖維素等。本發(fā)明亦是這樣實現(xiàn)的藉助廢水中的微生物(主要由細(xì)菌原生物與藻類構(gòu)成)的異化作用和同化作用，將廢水中的有機物氧化分解，微生物的細(xì)胞體最終成為活性污泥。以干基計，其中含有50～80%的揮發(fā)份，以及5～8%的固定炭(其余為灰份)。它與褐煤的揮發(fā)份含量相近，且活性污泥的熱值可達3000～4000Kcal/Kg干基，與褐煤(熱值為2800～4200Kcal/Kg)相仿。因此，采用含有活性污泥的組合物來作造氣煤球的粘結(jié)劑時，除了可以有效利用活性污泥的熱值以外，還在于其中所含的揮發(fā)份，可在加熱下分解、氣化，使煤球形成許多微孔通道(使煤球內(nèi)部具有峰窩結(jié)構(gòu))，從而增加了煤球的氣化反應(yīng)活性，提高了煤球中炭的氣化速率，降低灰渣中的殘?zhí)苛?，如?100℃，3小時可使煤球中所含炭幾乎全被氣化，而白泥煤球在相同的條件下，煤球中所含的炭僅能氣化70%左右，即有30%的炭殘留在灰渣中，造成資源的極大浪費。采用本發(fā)明所說的活性污泥與補強劑構(gòu)成的組合物來作造氣煤球的粘結(jié)劑，所得的活性污泥煤球，其適宜的重量百分組成比為活性污泥0.5～4.0%(干基)，補強劑0.5～10%(干基)，水12～16%，粉煤其余(干基)。當(dāng)補強劑為白泥時并綜合考察煤球的氣化特性、機械強度以及高固炭量、高灰熔點等各種指標(biāo)后，本發(fā)明的活性污泥煤球有一個優(yōu)化的重量百分組成比活性污泥0.8～2.0%(干基)，白泥0.5～3.0%(干基)，水14～15%，粉煤其余(干基)。從上述造氣用煤球的組成比可見活性污泥煤球中的粘結(jié)劑的用量較少。與白泥煤球相比，在保持煤球優(yōu)質(zhì)的前提下，活性污泥煤球中粘結(jié)劑用量至少可比白泥煤球中的粘結(jié)劑用量減少一半;與碳化煤球相比，活性污泥煤球中粘結(jié)劑用量，至少可比碳化煤球中的石灰用量減少5倍。因此，本發(fā)明的活性污泥煤球既可保持原煤所具有的高固炭含量和高灰熔點又可降低煤球制成成本，成為至今為止，合成氨廠用造氣煤球的最佳制作方案。按照上述組成比制作的活性污泥煤球，其制備工藝主要包括混煉，模壓成型以及熱風(fēng)干燥三個步驟。其中1.混煉一般需經(jīng)多次混煉，以保證粘結(jié)劑與粉煤的混合均一性。所說的多次混煉是基于來自污水處理后的脫水活性污泥(其中含水量達80%左右)，當(dāng)它長期堆放于工廠時，微生物會繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生臭味，造成二次環(huán)境污染，為此，本發(fā)明提出了一種處置方案，即將活性污泥先按粉煤與活性污泥比為4∶1的比例，置于混煉機中進行第一次混煉20分鐘，預(yù)制成粉煤-污泥混合物，這樣可長期堆放而不發(fā)臭。當(dāng)需要造球時，再按本發(fā)明所說重量百分組成比加入經(jīng)第一次混煉的“粉煤污泥”，補強劑，以及粉煤和必要的水份(按配比補足)，經(jīng)粉碎機進行粉碎的同時完成進一步混煉。由于混煉的程度(即表示粘結(jié)劑的分散程度)將直接影響造氣用煤球的機械強度，為了保證混和均勻，可以采用多次粉碎混煉或采用專用混煉機進行充分混煉，故混煉時間宜大于20分鐘。顯然，所說的第一次混煉是基于活性污泥長期堆放需要而設(shè)定的，如將污泥封閉貯存或隨時供料，則當(dāng)然不需要第一次預(yù)混煉。2.模壓成型模壓成型的目的在于造球。在實驗室中，將上述混煉物料，置于壓力25～35MPa下，模壓成直徑10～32毫米，高10～25毫米的“煤球”，常用壓力為30MPa。在工業(yè)上，可采用現(xiàn)有的造球機，模壓成重約20～40克/個橢園形“煤球”(模壓所得的為濕煤球)。3.熱風(fēng)干燥通過熱風(fēng)干燥，除去煤球中的水份，得到干煤球以提高煤球的機械強度。將上述模壓制得煤球，于100～250℃的熱風(fēng)中，干燥1.5～2.5小時，即可得到本發(fā)明所說的活性污泥煤球(干煤球)，其機械強度可由濕煤球的250牛頓/個提高至干煤球的350牛頓/個。常用的干燥溫度為150～200℃，干燥時間為2小時。下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容。為了行文清晰和避免贅述，下面實施例中將以“活性污泥和白泥”構(gòu)成的組合物作為煤球配方中粘結(jié)劑的代表來敘述造球工藝。但這些實施例并不限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1取上海石油化工總廠水質(zhì)凈化廠含水80%的活性污泥(若以干基計，其中含有揮發(fā)份72.5%，固定炭7.8%，熱值為3976Kcal/Kg)50g，粒度為0.44～1.65mm的白泥15g，以及粒度為0.44～1.65mm粉煤800g和水135g，置于一混煉器中，混和20分鐘，取出后于30MPa壓力下模壓成直徑32mm、高25mm的煤球，然后于150℃下干燥2小時，即可得到本發(fā)明所說的活性污泥煤球。按照常用的方法測定煤球的強度(包括抗壓強度和落下強度)、熱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，結(jié)果如下抗壓強度340牛頓/個;落下強度97.5%;熱穩(wěn)定性100%;在1100℃，3小時的炭轉(zhuǎn)化率98.5%。1100℃下最大氣化反應(yīng)速率2.8(1/min)。上述所說的抗壓強度，其測定方法為將煤球試樣置于強度試驗機上，測定煤球承受側(cè)壓的能力，取煤球破碎時的壓力指示值為煤球的抗壓強度，用牛頓/個來表示。上述所說的落下強度，其測定方法為將煤球試樣從2米高處跌落到10毫米厚的鋼板上，取三次跌落大于13毫米碎塊所占的百分率(煤球試樣的尺度為Φ32×25mm)。上述所說的熱穩(wěn)定性，其測定方法為將煤球試樣置于一帶蓋的鐵盒內(nèi)，放入馬弗爐中，于850℃下恒溫15分鐘，冷卻后取出篩分，測定大于13毫米的碎塊的百分率。上述所說的轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，其測定方法為將煤球試樣置于一固定床反應(yīng)器中，于1100℃下通入水蒸汽進行氣化反應(yīng)3小時，由氣相色譜儀連續(xù)測定記錄氣化反應(yīng)所生成的氣相組成，由濕式流量計測定記錄氣體流量。炭的轉(zhuǎn)化率的定義為XC＝(反應(yīng)掉的固定炭的克數(shù))/(試樣中原始的固定炭的克數(shù))×100%取1100℃，3小時的炭的轉(zhuǎn)化率XC為對比指標(biāo)。氣化反應(yīng)速率以(dXC)/(dt)表示，取1100℃下的最大氣化反應(yīng)速率作為煤球的氣化特性的對比指標(biāo)。實施例2取與實施例1相同的活性污泥50克、白泥25克，粉煤850克以及水75克，置于混煉機中，混和20分鐘，取出后置于35MPa的壓機下模壓成直徑32mm、高25mm的煤球，然后于150干燥2小時，即可得到本發(fā)明所說的活性污泥煤球。按照實施例1相同的方法，測定煤球的強度、熱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，結(jié)果如下抗壓強度380牛頓/個，落下強度98%，熱穩(wěn)定性100%，1100℃，3小時的炭轉(zhuǎn)化率98%，1100℃下最大氣化反應(yīng)速率2.75(1/min)。實施例3取與實施例1相同的活性污泥50克、白泥45克、粉煤750克和水155克，置于一混煉機中，充分混和20分鐘，取出后置于25MPa壓機下模壓成直徑32mm、高25mm的煤球，然后于200℃下干燥2小時，即可得到本發(fā)明所說的活性污泥煤球。按實施例1相同的方法，測定煤球的強度、熱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，結(jié)果如下抗壓強度330牛頓/個，落下強度97%，熱穩(wěn)定性100%，1100℃，3小時的炭轉(zhuǎn)化率98%，1100℃最大氣化反應(yīng)速率2.8(1/min)。對比例1取按工業(yè)用白泥煤球要求，制成含白泥5.5%的煤球試樣(試樣的尺度同實施例1)，接實施例1相同的方法測試煤球的強度，熱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，結(jié)果如下抗壓強度345牛頓/個，落下強度98%，熱穩(wěn)定性100%，1100℃，3小時的炭轉(zhuǎn)化率71.5%，1100℃時最大氣化反應(yīng)速率1.8(1/min)。由施例1～3與對比例1可見活性污泥煤球與白泥煤球相比，二者的熱穩(wěn)定性、抗壓強度、落下強度相當(dāng)，而1100℃、3小時的炭的轉(zhuǎn)化率前者比后者至少可增加35%，1100℃最大氣化速率前者比后者可提高50%以上。對比例2取按川沙化肥廠碳化煤球的配比要求，制成煤球的試樣、并按實施例1相同的方法測試煤球的強度、熱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)化率與氣化反應(yīng)速率，結(jié)果如下抗壓強度350牛頓/個，落下強度98%，熱穩(wěn)定性100%，1100℃，3小時的炭轉(zhuǎn)化率98%，1100℃時最大氣化反應(yīng)速率2.8(1/min)。從實施1～3與對比例所展示的數(shù)據(jù)來看，本發(fā)明的活性污泥煤球與碳化煤球相比似乎相差無幾。但由于碳化煤球的配比中含有較多的粘結(jié)劑(熟石灰用量15～25%)，因此碳化煤球中的固定炭含量相對較少，而灰分的含量相對較大。對川沙化肥廠碳化煤球、原料煤以及本發(fā)明的活性污泥煤球進行固定炭含量、灰份以及灰熔點t1，t2分析測定，結(jié)果如下表1所示。表名稱固定炭含量％灰分％灰熔點℃t1t2原料煤71.0023.001400＞1400污泥煤球71.0123.351400＞1400碳化煤球57.8035.2012901320</table></tables>由表1可見碳化煤球中固定炭含量是比活性污泥煤球中固定含量減少13.2%，而灰份含量增加了11.85%，再加上碳化煤球的灰熔點比活性污泥煤球的灰熔點又下降了100多度(℃)，因此碳化煤球的單位體積的產(chǎn)氣量至少比活性污泥煤球的單位體積產(chǎn)氣量降低20%，即采用本發(fā)明的活性污泥煤球來造氣，可使現(xiàn)有采用碳化煤球造氣的工廠，在同一設(shè)備中，其造氣能力可增加20%以上?？傊?，本發(fā)明所說的活性污泥煤球，完全可以替代白泥煤球來造氣;對于當(dāng)前面臨著粉煤質(zhì)量日益惡化的工廠，用本發(fā)明所說的活性污泥煤球替代碳化煤球來燒氣，更具有現(xiàn)實性，可取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。因此，本發(fā)明有著廣泛的工業(yè)發(fā)展前景。權(quán)利要求1.一種活性污泥煤球，以粉煤為原料制成的造氣用煤球，其特征在于采用由活性污泥與補強劑構(gòu)成的組合物作煤球的配方中粘結(jié)劑，所說的補強劑可以選自白泥(陶土)、石灰、腐植酸、焦油、膨潤土以及羥基纖維素中的一種或一種以上。2.如權(quán)利要求1所述的活性污泥煤球，其特征在于所說的活性污泥煤球有一個適宜的重量百分組成比活性污泥0.5～4.0%(干基)，補強劑0～10.0%(干基)，水12～16%，粉煤其余(干基)。3.如權(quán)利要求1～2之所述活性污泥煤球，其特征在于活性污泥煤球的重量百分組成比為活性污泥0.8～2.0%(干基)，白泥0.5～3.0%(干基)，水14～15%，粉煤其余%(干基)。4.如權(quán)利要求1～3所述的活性污泥煤球，其制備方法的特征在于包括混煉、模壓成型以及熱風(fēng)干燥三個步驟。5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于按活性污泥煤球的組成比要求配置的物料，至少進行一次混煉。6.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于模壓成型后的煤球(濕)，宜在100～250℃的熱風(fēng)中干燥，干燥時間為1.5～2.5小時。7.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于模壓成型后的煤球(濕)在150～200℃的熱風(fēng)中干燥，干燥時間為2小時。全文摘要本發(fā)明公開了一種活性污泥煤球及其制備方法，它采用活性污泥與補強劑構(gòu)成的組合物作煤球的粘結(jié)劑，在一定的配比下，通過混煉、模壓成型、熱風(fēng)干燥三個步驟制成本發(fā)明的活性污泥煤球。它不僅保持了原煤所具有的高固定炭含量、高熔點的特性，而且具有良好的氣化特性和足夠的機械強度。它是以粉煤為原料制作造氣用煤球的最佳方案，亦是目前妥善處置活性污泥的最佳方案。文檔編號C10L5/46GK1107879SQ94112288公開日1995年9月6日申請日期1994年8月29日優(yōu)先權(quán)日1994年8月29日發(fā)明者朱子彬,張成芳,趙慶祥,鄭志勝,馬魯銘,唐黎華,林喆申請人:華東理工大學(xué)