本发明涉及污水污泥资源化领域，更具体的说，涉及一种污泥混合秸秆热解资源化减量的方法。
背景技术：
随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展。城市污水处理的活性污泥系统中会从二次沉淀池(或沉淀区)排出大量的活性污泥即剩余污泥。截至2019年底，我国的污水总量已达到600亿吨，相应的污泥产生量亦增加至约6000万吨，剩余污泥是废水处理过程中产生的胶状絮体，成分复杂、有机质含量高、含水率高，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多环芳烃等难以降解的有毒有害物质。我国工业污染处理厂中剩余污泥产生量大，大多作为危险废物外委处理(约2000元/吨)，增加了企业运行的成本。
剩余污泥的絮体具有较高的高位热值，污泥焚烧技术是将污泥减量并资源化的一种处理方式。现有的污泥焚烧技术主要有污泥单独焚烧和混合焚烧两种，其中混合焚烧是将污泥与煤炭、秸秆等高热值的固体生物质混合后焚烧。焚烧虽然能够较为有效的处理污泥中的有害物质，但其设备投入和维护的费用十分昂贵，能源消耗过大，烟气中含有的二噁英及重金属颗粒等有害物质会对环境造成污染。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，该方法能够改善污泥的脱水性能，减少污泥的排放量，减低处理中能源的消耗并将污泥热解为清洁无污染的可燃气体。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，该方法包括如下步骤：
s1、将秸秆研磨至粒径大小为50-1000um的秸秆细粉，将秸秆细粉以0.05-0.5g/gtss的比例掺混入剩余污泥，其中tss为污泥-秸秆混合物的干固量，将混合物搅拌均匀；
s2、在混合物中加入浓度为10-40wt％的fecl3溶液，使fecl3的投加量为0.1-0.2gfe/gtss，搅拌均匀后进行压滤脱水，脱水后的泥饼含水率为55-70％；
s3、将脱水后的泥饼在40-60℃下进行干燥造粒；
s4、将干燥颗粒置于热解炉中，在400-800℃温度下、无氧环境中进行热解。
作为污泥混合秸秆热解资源化减量的方法进一步的改进：
优选的，所述步骤(1)中秸秆为玉米、小麦、大豆、花生、芝麻、水稻秸秆中的一种或两种及以上的混合物。
优选的，所述步骤(1)中剩余污泥的含水率为96-99％，有机质含量为65-80％。
优选的，所述步骤s2中的压滤脱水采用小型板框压滤机，压滤脱水的压力为0.5-1mpa，压滤时间为20-40min。
优选的，所述步骤s3中干燥造粒采用转速为1000-1600r/min干燥造粒机进行。
优选的，所述步骤s3中干燥造粒的颗粒为圆柱体，粒径为5-10mm。
优选的，所述步骤s4中热解环境为氮气或氩气。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明在剩余污泥中加入一定比例的秸秆细粉后投加fecl3，通过电中和克服水分子间的静电排斥和水合作用，进而改变污泥絮结构和污泥颗粒大小，使污泥脱稳并絮凝沉降，有利于随后污泥的脱水过程；再加上秸秆细粉具有一定的吸附性，可以降低溶解出的胞外聚合物(eps)含量，在压滤脱水过程中，秸秆细粉还起到骨架作用，使得污泥内部有了更多的疏水通道，助于改善污泥的脱水性，使得压滤脱水后的污泥量大幅度降低。
2)污泥中秸秆细粉的加入增加污泥体系有机质含量，而且使得造粒内部结构的比表面积增大，制得的造粒不仅易于储存，在得热解过程也更加充分，从而提高了热解效率，大大降低热解的能源消耗。
3)在无氧的环境中，将污泥和秸秆的混合造粒加热至一定温度，污泥中的有机物主要是脂类、蛋白质类发生热裂解等热化学反应，转化为气体、热解油、热解水和残炭种物质。本发明将污泥秸秆混合造粒进行热解，生成ch4、h2、co2等清洁气体，使剩余污泥的生物质能得以开发，能够与化石能源的利用相媲美，并终将取代不可再生的化石能源，成为新能源体系的重要组成部分。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，并不认为是对本发明的限制。
图1为实现剩余污泥减量化和资源化的绿色处理的工艺流程图；
图2为本发明使用的热解装置的结构图。
图3为分别以0、0.2g/gtss、0.5g/gtss的比例掺混秸秆细粉的剩余污泥的三层eps组分图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。首先准备以下原料及试剂：
1、剩余污泥：北京北小河污水处理厂；
2、秸秆：山东地区的玉米秆、小麦秆，两者按7:3的质量比混合；
对秸秆的主要成分及各成分含量(％)进行分析，结果如下：纤维素-41％、半纤维素-24％、木质素-28％、可提取分-2％、灰分-0.4％。
3、fecl3：ar级，国药集团化学试剂有限公司生产；
实施例1
1、将秸秆粉碎为粒径为500um的细粉；
2、取6份300ml的剩余污泥分别置于6个烧杯中，然后按照0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5g/gtss的比例在6个烧杯中分别掺混秸秆细粉，将烧杯放置于六联搅拌仪的搅拌位置，启动混凝搅拌仪，搅拌30min，分别测6份混合物的毛细吸水时间(cst)和污泥比阻；在6个烧杯中分别加入质量浓度为30％的fecl3溶液搅拌均匀，fecl3的投加量为0.15gfe/gtss，搅拌10min再分别测6份混合物的毛细吸水时间(cst)和污泥比阻；
毛细吸水时间(cst)是一项评价污泥脱水性能的指标，实验采用triton304mcst测定仪，置入whatman17级标准层析滤纸，取8ml实验污泥，倒入测定仪的18mm圆柱形漏斗中，待读数稳定后记录数据即为污泥cst值，测定结果如下表1所示；
污泥比阻(srf)是指单位质量的污泥在一定压力下过滤时单位过滤面积上的阻力，是污泥过滤特性的综合性指标。取待测样品100ml于量筒中，设置真空泵恒定气压为0.06mpa，软件计数为10s/次，泥饼出现裂缝停止抽滤，测定结果如下表1所示；
表1秸秆掺混对毛细吸水时间(cst)和污泥比阻的影响
从表1可以看出，在投加混凝剂fecl3前，随着秸秆细粉掺混量的增加，污泥比阻和cst逐渐减小，污泥中无掺混时，srf和cst分别为4.1*109s2/g和39.9s，当秸秆细粉的掺混量为0.5g/gtss时srf和cst分别下降到3.63*109s2/g和32.6s。在投加混凝剂fecl3后，污泥srf和cst大幅度下降，而且随着秸秆细粉掺混量的增加srf和cst也进一步降低，这说明秸秆粉秸秆细粉具有一定的吸附性，在压滤脱水过程中，秸秆细粉还起到骨架作用，使得污泥内部有了更多的疏水通道，从而进一步改善污泥的脱水性。
实施例2
1、将秸秆粉碎为粒径为500um的细粉；
2、取3份300ml的剩余污泥分别置于3个烧杯中，然后按照0、0.2、0.5g/gtss的比例在3个烧杯中分别掺混秸秆细粉，将烧杯放置于联合搅拌仪的搅拌位置，启动混凝搅拌仪，搅拌30min，从3份混合物各取50ml分别用于测定胞外聚合物(eps)；
采用hitachif-7000型三维荧光光谱仪对污泥eps组分、滤液组分进行测定；激发光源为氙弧灯，激发波长λex为200nm～400nm，发射波长λem为220nm～550nm，激发和发射狭缝宽度为5nm，扫描速度为12000nm/min。eps的提取参考曹秉帝等的实验方法，具体如下：将上述留取的3份50ml的待测溶液以3000rpm离心5min，取上清液用于测定s-eps；撇去上清液，加入0.05％的nacl溶液至原泥样体积摇匀后，20khz下超声10min，然后在150rpm下水平振荡10min，再超声2min，以5000rpm离心10min，取上清液用于测定lb-eps；撇去上清液，加入0.05％的nacl溶液至原泥样体积摇匀后，超声3min，将其置于60℃水浴锅中加热30min，以5000rpm离心10min，取上清液用于测定tb-eps；三层eps的测定结果如图3表示。
从图3的测试结果可看出原泥中提取的s-eps和lb-eps光谱中有peaka(λex/em＝280/335nm)—色氨酸类蛋白(tpn)、peakb(λex/em＝225/340nm)—芳香类蛋白(apn)、peaksc(λex/em＝330/410nm)—腐殖酸(ha)和peakd(λex/em＝275/425nm)—富里酸(fa)四个荧光峰存在。从图中标识的颜色变化可以看出，污泥掺混秸秆细粉后的三层eps三维荧光颜色均有变浅，表明污泥掺混秸秆细粉后蛋白类物质含量降低，秸秆细粉具有一定的吸附性，可以降低污泥中溶解出的eps含量。由于存在于s-eps和lb-eps中的蛋白质类物质的浓度对污泥的脱水有重要影响，因此污泥中掺混秸秆细粉可以提高污泥脱水性。
实施例3
1)将秸秆粉碎为粒径为500um的细粉；
2)取6份300ml的剩余污泥分别置于6个烧杯中，然后按照0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5g/gtss的比例在6个烧杯中分别掺混秸秆细粉，将烧杯放置于六联搅拌仪的搅拌位置，启动混凝搅拌仪，搅拌30min；加入质量浓度为30％的fecl3溶液搅拌均匀，fecl3的投加量为0.15gfe/gtss，搅拌10min；将6份混合物分别在0.6mpa压力下压滤30min，制成泥饼，分别测定脱水后泥饼的含水率，结果如表2所示；
实施例4
1)将秸秆粉碎为粒径为500um的细粉；
2)取6份300ml的剩余污泥分别置于6个烧杯中，然后按照0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5g/gtss的比例在6个烧杯中分别掺混秸秆细粉，将烧杯放置于六联搅拌仪的搅拌位置，启动混凝搅拌仪，搅拌30min；加入质量浓度为30％的fecl3溶液搅拌均匀，fecl3的投加量为0.15gfe/gtss，搅拌10min；将6份混合物分别在0.6mpa压力下压滤30min，制成泥饼；
3)利用造粒机在50℃下分别将6份泥饼进行干燥造粒，干燥造粒机的转速为1450r/min，制得尺寸为5-10mm干燥颗粒；
4)从上述制备的6份干燥颗粒中各取出2g进行研磨粉碎，分别采用micromeriticsasap2020型全自动多功能气体吸附仪测定6份样品的造粒比表面积，结果如表2所示；
5)从上述制备的6份干燥颗粒中各取出5g，分别置于热解炉中进行热解。热解装置如图2所示，主体为管式炉，管式炉后面接蛇形冷凝管，对热解后的气体进行冷却，在蛇形冷凝口的尾端接干燥管吸收气体中的水分，干燥管后面接质量流量计测量气体体积，热解开始时向热解炉中通入氮气，使得热解在无氧环境下进行，热解炉温度为600℃，热解的产气量为最后质量流量计的计数体积减掉通入的氮气的气体体积，分别统计6份干燥粒热解的产气量，结果如表2所示；
6)对6份干燥颗粒在热解过程中产生的气体进行成分分析，结果如表2所示。
表2秸秆掺混量对泥饼脱水性能和污泥造粒的影响
从表2可以看到随着秸秆掺混量的增加，所得泥饼的含水率下降，说明秸秆混合污泥可以提高污泥的脱水效果；同时，造粒的比表面积和产气量都是增加的，当秸秆掺混量为0.5g/gtss时，造粒比表面积从3.8m2/g增加到9.3m2/g，产气量从0.1l/gtss增加0.25l/gtss，证明了秸秆的加入一方面增加了造粒的比表面积，有了更多的燃烧位点，从而提高了热解效率，另一方面，提高了污泥的有机质含量，因此随着秸秆掺混量的增加造粒的热解效率提高；6份干燥颗粒热解过程中产生的气体为清洁无污染气体，可以作为清洁燃烧气体替代不可再生的化石能源。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
1.一种污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
s1、将秸秆研磨至粒径大小为50-1000um的秸秆细粉，将秸秆细粉以0.05-0.5g/gtss的比例掺混入剩余污泥，其中tss为污泥-秸秆混合物的干固量，将混合物搅拌均匀；
s2、在混合物中加入浓度为10-40wt％的fecl3溶液，使fecl3的投加量为0.1-0.2gfe/gtss，搅拌均匀后进行压滤脱水，脱水后的泥饼含水率为55-70％；
s3、将脱水后的泥饼在40-60℃下进行干燥造粒；
s4、将干燥颗粒置于热解炉中，在400-800℃温度下、无氧环境中进行热解。
2.根据权利要求1所述的污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于：所述步骤(1)中秸秆为玉米、小麦、大豆、花生、芝麻、水稻秸秆中的一种或两种及以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于：所述步骤(1)中剩余污泥的含水率为96-99％，有机质含量为65-80％。
4.根据权利要求1所述的污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于，所述步骤s2中的压滤脱水采用小型板框压滤机，压滤脱水的压力为0.5-1mpa，压滤时间为20-40min。
5.根据权利要求1所述的污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于：所述步骤s3中干燥造粒采用转速为1000-1600r/min干燥造粒机进行。
6.根据权利要求1所述的污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于：所述步骤s3中干燥造粒的颗粒为圆柱体，粒径为5-10mm。
7.根据权利要求1所述污泥混合秸秆热解资源化减量的方法，其特征在于：所述步骤s4中热解环境为氮气或氩气。
技术总结