專利名稱：一種生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用污泥與生物質(zhì)共混焚燒產(chǎn)熱干燥污泥、并將焚燒固體產(chǎn)物制備成復(fù)合緩釋肥的資源化利用的方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，日常生活中不可避免的產(chǎn)生和排出大量污水。根據(jù)廣東省環(huán)境保護(hù)局發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2008年底，廣東全省共建成污水處理設(shè)施176座、日處理能力1092萬噸，成為全國首個生活污水日處理能力突破千萬噸的省，居全國第一，2008 年共處理污水361282萬噸。污泥作為污水處理過程的最終產(chǎn)物，水分含量較高在70% 80%之間，有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)含量高，其中磷元素按I52O51^計在干污泥中約占到2-6%。污泥性質(zhì)不穩(wěn)定，易腐化發(fā)臭，每千克污泥中銅、砷、鉛、鋅、鎘、鉻等重金屬含量通常在幾十到幾百毫克之間，同時含量大量的病菌和蟲卵，若任意堆放或直接作為肥料將對生態(tài)環(huán)境和人類及動物健康造成較大的危害，而污泥通過堆肥的方式處理也因其所帶來的二次污染及日益嚴(yán)格的農(nóng)用肥料標(biāo)準(zhǔn)而受到限制。焚燒法具有減容量大、處理速度快、能徹底分解有害物質(zhì)、可回收能量及焚燒灰可后續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，逐漸成為污泥處理處置的一種重要手段。污泥經(jīng)過焚燒后大部分的磷酸鹽殘留在灰渣中，灰渣中的磷含量很高， 以P2O5計其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約在15%以上。生物質(zhì)能是蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)的種類繁多，包括植物、動物及其排泄物、垃圾及有機(jī)廢水等幾大類。植物類生物質(zhì)數(shù)量巨大，最常見的有農(nóng)作物廢棄物(稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼等)、林木工業(yè)剩余物、水生植物、藻類等。非植物類生物質(zhì)主要有動物糞便、動物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。中國可利用的生物質(zhì)能源十分豐富，據(jù)初步普查，中國農(nóng)業(yè)廢棄物每年產(chǎn)量約7億t ；工業(yè)有機(jī)廢水和畜禽養(yǎng)殖場廢水資源理論上可以生產(chǎn)沼氣800億Nm3，相當(dāng)于5700萬t標(biāo)準(zhǔn)煤；薪炭林和林業(yè)及木材加工廢物資源相當(dāng)于3億t標(biāo)準(zhǔn)煤；城市垃圾產(chǎn)生量每年約1. 5億t。生物質(zhì)中有豐富的植物生長需要的氮、 磷、鉀等主要元素及鐵、銅、鋅、硼、鉬、錳等微量元素，且比例與植物需求一致。傳統(tǒng)上農(nóng)民就有使用草木灰或直接使用生物質(zhì)作為肥料的習(xí)慣。目前利用生物質(zhì)或污泥制備肥料均已經(jīng)有一些相關(guān)的研究。專利 CN200810159425. 1公開了一種利用造紙污泥制備有機(jī)肥的方法，為采用造紙污泥與調(diào)理劑等成分混合后經(jīng)高溫好氧發(fā)酵、后熟、粉碎、篩分后混入氮、磷、鉀等肥料以及中微量元素后制備而成的有機(jī)肥料。該專利沒有涉及污泥微生物及蟲卵的殺滅。專利CN20088001M97. 1 公開了一種從污泥中生產(chǎn)肥料的方法，在該方法中為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生化用過熱蒸汽加熱污泥以破壞病原微生物。在該方法中，用具有200-600°C溫度的過熱蒸汽加熱污泥至60-100°C的溫度，以增加污泥中可溶性碳量，并通過使用在加熱后仍保留在污泥中的非病原微生物重啟污泥生物降解。該專利未涉及污泥中重金屬物質(zhì)的脫除。專利CN200780024927. 7涉及包覆肥料、生物質(zhì)組合物和生產(chǎn)生物質(zhì)組合物的方法；所述包覆肥料包含被生物質(zhì)組合物包覆的肥料顆粒，所述生物質(zhì)組合物包含l_60wt. %具有0和150mm之間D50的固體生物質(zhì)顆粒和99-40wt. %的油；所述生物質(zhì)組合物中包含具有0和150mm之間D50的固體生物質(zhì)顆粒；所述方法中過濾生物質(zhì)組合物并研磨殘余物，直到固體顆粒具有0和150mm之間的D50 為止。該專利未涉及利用污泥熱化學(xué)發(fā)制備肥料。上述專利均未涉及污泥及生物質(zhì)采用熱化學(xué)處理方式制取肥料，及通過添加氯化物對污泥中的重金屬進(jìn)行高溫脫除、利用高溫殺滅污泥中的微生物和蟲卵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用生物質(zhì)和污泥自身所含的熱能，對污泥和生物質(zhì)進(jìn)行無害化資源化回收利用的方法。利用該方法可制備富含磷、鉀等營養(yǎng)元素及植物生長必須的鐵、硼、鉬等微量元素的復(fù)合緩釋肥料。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案本發(fā)明生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合肥的方法，其特征在于包括以下步驟(1)污泥先采用500°C 700°C高溫?zé)煔忾g接干燥，然后對大塊污泥進(jìn)行破碎，蒸發(fā)出的水汽與煙氣混合經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后排空；(2)將干燥污泥、生物質(zhì)粉末、氯化物充分均勻混合；(3)將步驟( 所得的混合物通入反應(yīng)爐高溫焚燒，焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诓襟E(1)中的污泥干燥；(4)步驟(3)中的固體產(chǎn)物經(jīng)破碎篩分后得復(fù)合肥。步驟(1)中所述的污泥干燥過程采用500°C 700°C高溫?zé)煔忾g接干燥，干燥時間為30min 90min，干燥后污泥含水率在10% 30%之間。在該條件下含水70% 80%的高含水污泥可以受熱快速干燥，同時污泥中有機(jī)質(zhì)不會發(fā)生分解，保證制得的干燥污泥有較高的熱值(因?yàn)槲勰嘀泻写罅克?，在加熱過程中污泥本身的溫度小于200°C，因此有機(jī)質(zhì)不會發(fā)生分解。)。煙氣間接干燥污泥后與污泥中的蒸發(fā)出的水分混合，經(jīng)過一系列現(xiàn)有技術(shù)的煙氣凈化處理工序，去除其中的顆粒物、重金屬、含硫、氯、氮污染物后，可以達(dá)到煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。步驟(1)中污泥破碎制得的污泥碎料粒徑小于1cm，有利于干燥污泥的輸運(yùn)，同時保證后續(xù)混和過程中物料之間能均勻的充分混合。步驟O)中的氯化物為CaCl2、MgCl2、KCl或上述組分的混合物，混合物中的Cl元素在高溫時能與污泥中重金屬結(jié)合生成易揮發(fā)性物質(zhì)，在焚燒過程中從固體灰渣中轉(zhuǎn)移到煙氣中，減少所制得肥料中的重金屬含量，同時Ca、Mg、K等為植物生長的必須元素，焚燒過程中停留在固體中可作為復(fù)合肥料中的營養(yǎng)元素，提高制備肥料的品質(zhì)。步驟⑵中干燥污泥、生物質(zhì)粉末、氯化物的混合質(zhì)量比例為1 0.5 2 0.05 0.3。添加適量的生物質(zhì)可以提高混合物的易燃性、提高混合物的熱值，確保焚燒能在較高溫度下進(jìn)行，同時可以使生物質(zhì)中豐富的鉀元素及鐵、硼、鉬等微量元素富集到肥料中。加入適量的CaCl2、MgCl2, KCl在為反應(yīng)體系提供Cl元素促進(jìn)高溫下重金屬的揮發(fā)的同時，其中的堿/堿土金屬與污泥中的磷元素結(jié)合形成生成富含磷、鎂、鈣和鉀等元素的礦物相及其復(fù)合物，提高了原污泥灰中磷酸鹽的生物有效性，同時這些磷酸鹽溶水性較弱，在土壤中能夠在自然環(huán)境作用下長期緩慢的釋放磷元素，避免了當(dāng)磷酸鹽釋放過快、植物來不及完全吸收時隨水分流失，最終可能進(jìn)入水體引起富營養(yǎng)化現(xiàn)象。所述步驟(3)中高溫反應(yīng)爐焚燒溫度為850°C 950°C，步驟(2)制備的混合物料在空氣氣氛下焚燒即可達(dá)到該溫度，污泥中的蟲卵、病菌等有害生物可以被徹底殺滅。同時在該溫度下，在有氯化物存在時Cl元素與污泥中的Cr、Pb、Hg等重金屬結(jié)合形成易揮發(fā)物質(zhì)，促使重金屬由固相向氣相釋放，降低底灰中重金屬含量。焚燒固體產(chǎn)物只占原料體積的 1/4左右，原料中的鉀、磷及硼、鉬、鐵等元素在固體產(chǎn)物中富集，有利于提高肥料品質(zhì)。所述的混合物料在高溫爐內(nèi)的停留時間在30min 90min。在該較長的停留時間下，重金屬與氯元素充分接觸反應(yīng)并揮發(fā)，同時也使Ca、Mg、K等元素與P充分接觸反應(yīng)，有利于磷酸鎂、磷酸鈣、氯磷灰石、隕磷鈣鎂石等礦物及其復(fù)合物的生成?；以鳛榉柿鲜褂脮r在土壤中緩慢長期釋放磷元素，減少營養(yǎng)物質(zhì)流失，延長肥料肥效。所述的焚燒當(dāng)量比為0. 85 0. 95。在該當(dāng)量比下，可以使焚燒過程保持在弱還原性氣氛下，使污泥和生物質(zhì)中含有的鐵元素保持二價形態(tài)，有利于增加植物對最終制備肥料中狗元素的吸收能力。同時在該當(dāng)量比下未燃盡的殘余炭粉具有一定的保水保肥性能， 可以吸附土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)起到緩釋肥力的效果。所述步驟中物料破碎粒徑為小于30目。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1.本發(fā)明采取新生產(chǎn)工藝處理污泥并生產(chǎn)復(fù)合肥，可以徹底殺滅污泥中的病菌及蟲卵，同時去除污泥中的重金屬，可以確保最終制備復(fù)合肥的安全無害，避免污染土壤；2.本發(fā)明通過生物質(zhì)與污泥共利用、反應(yīng)氣氛控制、添加特定組分等手段增加最終制備復(fù)合肥中植物生長所需元素的含量，同時將元素控制在特定的價態(tài)，增加肥料肥力；3.本發(fā)明采用采用熱化學(xué)方法利用污泥生產(chǎn)復(fù)合緩釋肥，與傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵法相比處理周期短、見效快、投資少；4.該發(fā)明工藝適應(yīng)性較強(qiáng)，步驟少，易于放大。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1 本實(shí)例利用生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法如下，其流程示意圖見圖 1，其過程包括以下步驟(1)污泥先采用650°C的煙氣間接干燥，然后對大塊污泥進(jìn)行破碎，蒸發(fā)出的水汽與煙氣混合經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后排空；(2)將干燥后的污泥在混合裝置中與生物質(zhì)粉末、氯化物充分均勻混合；(3)將步驟O)中所得的混合物通入反應(yīng)爐高溫焚燒，焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诓襟E(1)中的污泥干燥；
(4)步驟(3)中的固體產(chǎn)物經(jīng)破碎篩分后得復(fù)合肥。步驟(1)中所述的污泥含水率為74.3%，在干燥過程中污泥溫度基本保持在 160°C左右，干燥時間為60min，測得干燥后污泥含水率為12%。在此干燥過程中污泥中的有機(jī)質(zhì)沒有發(fā)生分解，所制得的干燥污泥有較高的熱值，高位熱值為9. SMJ.kg-1。煙氣間接干燥污泥后與污泥中的蒸發(fā)出的水分混合，經(jīng)過一系列煙氣凈化處理工序，包括濕式洗滌、 煙氣脫硝、活性炭吸附等，去除其中的顆粒物、重金屬、含硫、氯、氮污染物后，通過煙 高空排放。步驟(1)中污泥經(jīng)過簡單機(jī)械破碎后得到污泥碎料，粒徑約為0. 3cm，有利于干燥污泥的輸運(yùn)及后續(xù)與其他物料的均勻充分混合。步驟⑵中的氯化物為CaCl2、MgCl2的混合物，混合質(zhì)量比例為1:1。干燥污泥、 生物質(zhì)粉末、氯化物的混合質(zhì)量比例為1 ι 0.15，氯化物為反應(yīng)提供氯元素的同時也提供Ca、Mg兩種植物生長的必須元素。添加生物質(zhì)可以提高混合物的燃燒易燃性和熱值，確保焚燒能在較高溫度下進(jìn)行，同時提供的鉀元素及硼、鉬、鐵等微量元素。所述步驟(3)中高溫反應(yīng)爐焚燒溫度為880°C，步驟(2)制備的混合物料在空氣氣氛下焚燒即可達(dá)到該溫度，在該溫度下污泥中的蟲卵、病菌等有害生物可以被徹底殺滅。焚燒灰體積減小到原物料體積的25%左右，原料中的鉀、磷及硼、鉬、錳等元素在固體產(chǎn)物中富集，有利于提高肥料品質(zhì)。同時在該溫度下，在有氯化物存在時污泥中Cd和Hg的脫除率在90%以上，Cr的脫除率在80%以上，Cu的脫除率達(dá)到60%，Pb、Si等重金屬的脫除率在 50%以上，可以有效降低最終制的肥料中的重金屬含量。所述的混合物料在高溫爐內(nèi)的停留時間在50min，在此停留時間下重金屬充分揮發(fā)，同時Ca、Mg元素與污泥中的磷充分接觸反應(yīng)，經(jīng)檢測固體灰中存在磷酸鎂、磷酸鈣、氯磷灰石、隕磷鈣鎂石及其與硅的復(fù)合物等礦物相，這些礦物相溶解度較小，在土壤中能夠長期緩慢的釋放磷元素，延長肥料肥效，減少未被吸收營養(yǎng)元素的流失，可以作為一種緩釋肥。所述的焚燒當(dāng)量比為0. 85，在該當(dāng)量比下，可以是焚燒保持在弱還原性氣氛下，使污泥和生物質(zhì)中焚燒灰中含有的狗保持二價形態(tài)，有利于增加植物對最終制備肥料中狗元素的吸收能力。同時在該當(dāng)量比下未燃盡的殘余炭粉具有一定的保水保肥性能，可以吸附土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)起到緩釋肥力的效果。所述步驟中物料破碎粒徑為40目。實(shí)施例2 本實(shí)例利用生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法如下，其流程示意圖見圖 1 含水率為80%的污泥采用溫度為700°C的煙氣進(jìn)行間接干燥，在干燥過程中污泥溫度基本保持在170°C左右，干燥時間為30min，測得干燥后污泥含水率為16%。在此干燥過程中污泥中的有機(jī)質(zhì)基本上沒有發(fā)生分解，所制得的干燥污泥高位熱值為8. 9MJ · kg—1。 將干燥后的污泥塊進(jìn)行機(jī)械破碎，得到平均粒徑約為0. 5cm的污泥碎料。污泥間接干燥過程中所蒸發(fā)出的水汽與煙氣混合后經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后，經(jīng)煙 排向大氣，廢氣處理工藝流程同實(shí)施例1。干燥破碎后的污泥在混合裝置中與碎木屑、MgCl2的按照質(zhì)量比為 1:2: 0.05的比例均勻混合。將混合物送至焚燒爐進(jìn)行焚燒，焚燒溫度約為900°C，焚燒當(dāng)量比控制在0. 9附近以保持弱還原氣氛，混合物在爐內(nèi)停留時間約為35min。焚燒反應(yīng)結(jié)束后，灰體積約為原物料體積的21 %左右，原料中的鐵、鈣、鉀、磷及硼、鉬、錳等元素在固體產(chǎn)物中富集，有利于提高肥料品質(zhì)。在900°C的焚燒溫度下，添加MgCl2使污泥中Cd和Hg 的脫除率在94%以上，Cr的脫除率在78%以上，Cu的脫除率達(dá)到64%，Pb、&i等重金屬的脫除率在47%以上，灰中的重金屬含量顯著降低。經(jīng)檢測固體灰中存在磷酸鎂、磷酸鈣、氯磷灰石、隕磷鈣鎂石、硅鋁化合物及磷與硅的復(fù)合物等礦物相，焚燒灰中的鐵元素主要為三價，也有少量以二價形態(tài)存在。將焚燒灰經(jīng)過粉碎后得到復(fù)合緩釋肥，粒徑約為50目。實(shí)施例3 本實(shí)例利用生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法如下，其流程示意圖見圖 1 含水率為70. 8%的污泥采用溫度為500°C的煙氣進(jìn)行間接干燥，在干燥過程中溫度基本保持在150°C左右，干燥時間為90min，測得干燥后污泥含水率為9%。在此干燥過程中污泥中的有機(jī)質(zhì)基本沒有發(fā)生分解，所制得的干燥污泥高位熱值為10. 3MJ · kg—1。將干燥后的污泥塊破碎得到平均粒徑約為0. 5cm的污泥碎料。污泥間接干燥過程中所蒸發(fā)出的水汽與煙氣混合后經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后排入大氣，廢氣處理工藝流程同實(shí)施例1。干燥破碎后的污泥在混合裝置中與碎木屑、氯化物的按照質(zhì)量比為1 0.5 0.3的比例均勻混合，其中氯化物為CaCl2、KCl的混合物，混合質(zhì)量比例為1 0.5。將混合物在焚燒爐中焚燒，溫度約為850°C，當(dāng)量比控制在0. 95附近，混合物在爐內(nèi)停留時間約90min。焚燒反應(yīng)結(jié)束后，灰體積約為原料體積的32%左右，原料中的鐵、鈣、鉀、磷及硼、鉬、錳等元素在固體產(chǎn)物中富集，有利于提高肥料品質(zhì)。在850°C的焚燒溫度下，氯化物的存在使污泥中Cd 和Hg的脫除率在88%以上，Cr的脫除率在74%以上，Cu的脫除率達(dá)到60%，Pb、Zn等的脫除率在45%以上，灰中的重金屬含量顯著降低。經(jīng)檢測焚燒灰中存在磷酸鎂、磷酸鈣、氯磷灰石、硅鋁化合物及磷與硅的復(fù)合物等礦物相，灰中的鐵元素主要為三價，也有少量以二價形態(tài)存在。將焚燒灰粉碎后得到復(fù)合緩釋肥，粒徑約40目。上述詳細(xì)說明是針對本發(fā)明的可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于包括以下步驟(1)污泥先采用500°C 700°C的煙氣間接干燥，然后對大塊污泥進(jìn)行破碎，蒸發(fā)出的水汽與煙氣混合經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理后排空；(2)將干燥污泥、生物質(zhì)粉末、氯化物充分均勻混合；(3)將步驟( 所得的混合物通入反應(yīng)爐850°C 950°C高溫焚燒，焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诓襟E(1)中的污泥干燥；(4)步驟(3)中的固體產(chǎn)物經(jīng)破碎篩分后得復(fù)合肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)中污泥干燥過程干燥時間為30min 90min，干燥后污泥含水率在10% 30%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于所述的步驟(1)中污泥破碎得到污泥碎料粒徑小于1cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于 所述步驟O)中的氯化物選自CaCl2、MgCl2、KCl或上述組分的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于所述步驟O)中干燥污泥、生物質(zhì)粉末、氯化物的混合質(zhì)量比例為1 0.5 2 0. 05 0. 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于 所述步驟(3)中的混合物料在高溫爐內(nèi)的停留時間在30min 90min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于 所述步驟(3)中的焚燒當(dāng)量比為0. 85 0. 95。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的方法，其特征在于 所述步驟中物料破碎粒徑小于30目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)與污泥共利用制取復(fù)合緩釋肥的新方法，其步驟為先將污泥用高溫?zé)煔飧稍?，然后對大塊污泥進(jìn)行破碎；將干燥后污泥、生物質(zhì)粉末、氯化物均勻混合，并通入反應(yīng)爐高溫焚燒，焚燒產(chǎn)生的高溫用于污泥干燥；焚燒后固體產(chǎn)物經(jīng)破碎篩分后得復(fù)合肥。本發(fā)明可以徹底殺滅污泥中的病菌及蟲卵，同時去除污泥中的重金屬，確保最終制備復(fù)合肥的安全無害，避免污染土壤，工藝適應(yīng)性較強(qiáng)，步驟少，易于放大。
文檔編號C05G1/00GK102320873SQ20111023676
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者何方, 夏娟娟, 李海濱, 武宏香, 王小波, 趙增立 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所