本發(fā)明涉及一種提高污泥水煤漿成漿性的方法，具體涉及采用超聲波對污泥進(jìn)行改性，并將改性后的污泥、煤、制漿添加劑、水等摻混制備污泥水煤漿，或者將改性污泥直接摻入成品水煤漿中形成污泥水煤漿，利用超聲波空化作用破解污泥絮團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高漿體的成漿性的技術(shù)方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對能源的需求不斷增加，優(yōu)質(zhì)能源如石油、天然氣的需求量更是呈加速增長態(tài)勢。2016年，我國石油全年累計(jì)進(jìn)口數(shù)量38101萬噸，累計(jì)同比上漲13.56%。未來一段時(shí)期內(nèi)，我國經(jīng)濟(jì)仍將高速發(fā)展，石油需求量仍將保持強(qiáng)勁增長趨勢，供需缺口將繼續(xù)加大。尋找可靠的石油替代燃料，對于我國能源供應(yīng)穩(wěn)定和能源戰(zhàn)略安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

與此同時(shí)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展以及生活水平的不斷提高，工業(yè)和生活污水產(chǎn)量大幅增加，由此產(chǎn)出了數(shù)量龐大的污泥。污泥中含有較多的鹽分、營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬、病原物、有機(jī)污染物等，未經(jīng)合理處置的污泥排入環(huán)境中必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境危害。如何高效清潔低成本地處理這些污泥，已成為城市可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。一般地，污水處理廠的出廠污泥是經(jīng)過生化處理并機(jī)械脫水后的污泥，含水率仍然達(dá)到80%以上，很難進(jìn)一步直接利用。如焚燒或摻混煤燃燒，需要把水分脫除到40-50%左右，這樣還需要消耗大量的熱能。

水煤漿是一種技術(shù)成熟的煤基漿體燃料，具有近似于石油的流動(dòng)性，可通過管道輸送，保證了煤基燃料輸送和儲(chǔ)存的環(huán)境清潔性，能夠在鍋爐中高效率的霧化燃燒，也可以用作氣化燃料產(chǎn)出可燃?xì)?，是一種比較理想的代油燃料。污泥水煤漿技術(shù)是將污泥作用含碳含能物質(zhì)與煤摻制水煤漿或直接將其摻入水煤漿中，在對水煤漿進(jìn)行燃燒或氣化利用過程中，實(shí)現(xiàn)了污泥的同步利用和處理。污泥水煤漿技術(shù)主要表現(xiàn)出以下優(yōu)勢：不需要對污泥進(jìn)行干燥處理，可以在繼承污泥與煤混合燃燒或氣化的優(yōu)勢的情況下，解決由污泥高水分引起的應(yīng)用問題；污泥中高含量的水分通過合理的處理后，能轉(zhuǎn)化為自由流動(dòng)的水，可以節(jié)省制漿所需的清水；污泥水煤漿通過燃燒或氣化可以實(shí)現(xiàn)污泥中能量的回收利用，且污泥減容效果顯著。此外，在污泥與煤混合燃燒和氣化時(shí)，通過優(yōu)化配置和合理操作，能有效控制排煙污染物和重金屬的排放。鑒于上述優(yōu)勢，污泥水煤漿技術(shù)逐漸成為污泥高效資源化利用的主要途徑之一。

漿體的成漿性既關(guān)系到漿體的制備效益，又直接影響到其泵送、霧化和燃燒（或氣化）效果，是評估水煤漿質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。漿體的成漿性具體通過成漿濃度、成漿粘度等參數(shù)衡量，良好的成漿性要求漿體成漿濃度高且成漿粘度低。然而，由于污泥具有較高的水分含量和粘稠性，將其與煤摻混制備水煤漿或者直接將其摻入水煤漿中，都會(huì)引起污泥水煤漿粘度極大的增加，成漿濃度也明顯下降。這必然造成水煤漿利用效益下降，不利于污泥的大規(guī)模高效處理。

因此，開發(fā)一種能改善污泥水煤漿成漿性的技術(shù)方法，降低污泥水煤漿成漿粘度，增加其成漿濃度，對降低污泥水煤漿的應(yīng)用成本、加快污泥水煤漿技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供利用超聲波破解污泥絮團(tuán)改善污泥水煤漿成漿性的方法，目的是克服現(xiàn)有污泥水煤漿技術(shù)中漿體成漿性差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：利用超聲波破解污泥絮團(tuán)改善污泥水煤漿成漿性的方法，其包括以下步驟：

(1)污泥首先進(jìn)入超聲波發(fā)生裝置進(jìn)行預(yù)處理，利用超聲波空化效應(yīng)產(chǎn)生的剪切作用和高溫高壓環(huán)境破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)及污泥中微生物細(xì)胞壁，降低污泥顆粒粒度，釋放部分間隙水，獲得改性污泥；

(2)對原煤依次進(jìn)行破碎、研磨、篩分處理，獲得粒徑小于150μm的煤粉；

(3)將制漿添加劑充分溶解于水中，得到添加劑溶液，之后將步驟(1)中的改性污泥與步驟(2)中的煤粉加入添加劑溶液中，通過制漿攪拌裝置充分?jǐn)嚢瑁@得均勻的污泥水煤漿；或者將步驟(1)中的改性污泥直接摻入成品水煤漿中，通過攪拌裝置充分?jǐn)嚢?，獲得均勻的污泥水煤漿。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，本發(fā)明中，超聲波處理器的運(yùn)行條件為：工作頻率為15khz～35khz，功率為114w～325w，超聲波輸入比能量為0～75kj/g干污泥(ds)；其中超聲波輸入比能量的計(jì)算公式為：

式中：espec——超聲波輸入比能量，kj/gds；

p——輸入污泥的超聲波功率，kw；

t——超聲波持續(xù)時(shí)間，s；

v——稀釋污泥樣品的體積，l；

s——干質(zhì)污泥的濃度，g/l。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，超聲波處理器的運(yùn)行條件為：工作頻率為15khz-35khz，功率為114w-325w，超聲波輸入比能量為0-75kj/g干污泥；。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，污泥水煤漿各原料組分的質(zhì)量配比關(guān)系為：采用按含水率90%折算的污泥：干煤粉=30：100，添加劑：干煤粉=0.8：100。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的污泥為城市污水處理廠產(chǎn)出的剩余污泥或其機(jī)械脫水產(chǎn)物，其含水率為90%-98%。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的制漿添加劑采用萘磺酸鹽甲醛縮合物或者木質(zhì)素磺酸鹽。

進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的成品水煤漿是利用煤粉、水、制漿添加劑配制成的水煤漿。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用超聲波對污泥進(jìn)行改性，利用超聲波空化效應(yīng)產(chǎn)生的剪切作用和高溫高壓環(huán)境破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)及污泥中微生物細(xì)胞壁，降低污泥顆粒粒度，釋放部分間隙水，然后將改性后的污泥與煤、制漿添加劑、水等物質(zhì)摻混制備污泥水煤漿，或者將改性污泥直接摻入成品水煤漿中形成污泥水煤漿，能明顯降低污泥水煤漿的成漿粘度，提高其成漿濃度，獲得成漿性優(yōu)良的污泥水煤漿。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢是：

1、本發(fā)明采用低頻超聲波對污泥進(jìn)行預(yù)處理改性，預(yù)處理時(shí)間短，能耗相對較低，方法容易實(shí)現(xiàn)，便于操作；

2、可以降低成漿粘度41%以上，增加成漿濃度3個(gè)百分點(diǎn)以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低了泵送成本，增加了污泥水煤漿熱利用經(jīng)濟(jì)性。

3、改善污泥水煤漿的成漿性，提高其成漿濃度，實(shí)現(xiàn)了污泥更高效率的資源化利用，減少了污泥的環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中超聲波改性污泥與煤粉、添加劑和水摻制污泥水煤漿的工藝流程示意圖。

圖2為本發(fā)明中超聲波改性污泥摻入水煤漿中制備污泥水煤漿的工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：利用超聲波破解污泥絮團(tuán)改善污泥水煤漿成漿性的方法，其是利用超聲波空化效應(yīng)對污泥進(jìn)行改性處理，并利用改性污泥與煤、添加劑、水等摻混制備污泥水煤漿（如圖1所示）或?qū)⒏男晕勰鄵交烊氤善匪簼{中形成污泥水煤漿（如圖2所示）。在超聲波改性過程中，污泥絮團(tuán)被明顯破解，顆粒粒度大大降低，同時(shí)超聲波能夠打開污泥絮團(tuán)內(nèi)部空間和污泥中微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其中的間隙水被釋放形成自由水。利用改性污泥制污泥水煤漿可以得到成漿粘度低、成漿濃度高的漿體。

實(shí)施例1：

(1)實(shí)施方法

污泥取自某污水處理廠產(chǎn)出的剩余污泥，經(jīng)過不同程度的機(jī)械脫水后，形成含水率分別為90%、95%和98%的污泥樣品，用于超聲波改性及后續(xù)制污泥水煤漿。

采用探頭式超聲波化學(xué)處理系統(tǒng)，該裝備由發(fā)生器、換能器及超聲探頭三部分組成。超聲波頻率為20khz，超聲波功率分別設(shè)置為190w，超聲波輸入比能量選定為0（即不經(jīng)超聲波處理）、3.8、7.5、15、30、75kj/gds。

改性污泥制水煤漿時(shí)，各原料組分的質(zhì)量配比關(guān)系為：按含水率90%折算的污泥：干煤粉=30：100，添加劑：干煤粉=0.8：100。添加劑選用萘磺酸鹽甲醛縮合物。制成的水煤漿的固體質(zhì)量濃度為60%。

漿體的表觀粘度利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定。

(2)實(shí)施效果

表1給出了超聲波改性污泥制污泥水煤漿的成漿粘度（ηc，剪切速率為100s?1下的平均表觀粘度）。從表1中可見，污泥水煤漿的成漿粘度隨超聲波比能量的增加而迅速降低，說明污泥經(jīng)超聲波處理后與煤摻混制備水煤漿的成漿性變好。以95%含水率的污泥來說，未經(jīng)處理的原污泥與煤摻混制備的污泥水煤漿的成漿粘度較高，為1663.60mpa?s，污泥經(jīng)過30kj/gds的超聲波處理之后，污泥水煤漿的成漿粘度降為1205.43mpa?s。經(jīng)過75kj/gds的超聲波處理之后，污泥水煤漿的成漿粘度降為980.85mpa?s，成漿粘度相較于原污泥水煤漿減少了41%。未經(jīng)處理的原污泥絮體疏松，具有豐富的內(nèi)部空間和空隙，束縛水能力很強(qiáng)，且原污泥中含有大量的細(xì)胞組織，將未經(jīng)處理的原污泥摻入水煤漿中，漿體中的自由水一部分被疏松的污泥絮體束縛成為間隙水，另一部分滲透入細(xì)胞組織內(nèi)成為細(xì)胞水，因此原污泥水煤漿的粘度較高。當(dāng)污泥經(jīng)過超聲波處理之后，污泥絮體受到超聲波空話作用產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切力而破解，絮體有機(jī)殘片相互纏繞的能力下降，污泥絮體內(nèi)部空間由于絮體的破解而變得開放，污泥絮體束縛水的能力下降，當(dāng)超聲波比能量較高時(shí)，污泥中的細(xì)胞組織也遭到破壞，污泥束縛水得以釋放。因此經(jīng)超聲波處理的污泥與原污泥相比，制得的污泥水煤漿的粘度下降。另一方面，污泥顆粒經(jīng)超聲波處理后，粒度變小，有利于提高漿體的固體填充料，這也會(huì)在一定程度上降低漿體的粘度。

表1.超聲波改性污泥制污泥水煤漿的成漿粘度

污泥水煤漿的最大成漿濃度定義為在剪切速率為100s^?1的條件下表觀粘度達(dá)到1000mpa?s時(shí)污泥水煤漿所含固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可用于衡量漿體的成漿性能。以95%含水率的污泥來說，原污泥水煤漿和超聲波處理（超聲波輸入比能量為75kj/gds）后的污泥制備的污泥水煤漿的最大成漿濃度分別為57.39%和60.47%，即經(jīng)過超聲波改性的污泥制成的污泥水煤漿在最大成漿濃度上增加了3個(gè)百分點(diǎn)以上。最大成漿濃度增加，表明在相同的粘度下，漿體濃度可以達(dá)到更高水平，漿體成漿性也越好。也就是說，經(jīng)過超聲波處理后，污泥成漿性能得到極大改善，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)提高。

實(shí)施例2：

（1）實(shí)施方法

污泥取自某污水處理廠產(chǎn)出的剩余污泥，經(jīng)過一定程度的機(jī)械脫水后，形成含水率分別為95%的污泥樣品，用于超聲波改性及后續(xù)制污泥水煤漿。

與實(shí)施例1相同，采用探頭式超聲波化學(xué)處理系統(tǒng)，該裝備由發(fā)生器、換能器及超聲探頭三部分組成。超聲波頻率為20khz，超聲波功率分別設(shè)置為114w、190w和266w，超聲波輸入比能量為75kj/gds。

改性污泥制水煤漿時(shí)，各原料組分的質(zhì)量配比關(guān)系為：按含水率90%折算的污泥：干煤粉=30：100，添加劑：干煤粉=0.8：100。添加劑選用萘磺酸鹽甲醛縮合物。制成的水煤漿的固體質(zhì)量濃度為60%。

漿體的表觀粘度利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定。

(2)實(shí)施效果

表2給出了經(jīng)不同超聲波功率下改性的污泥制污泥水煤漿的成漿粘度和最大成漿濃度。從表2中可見，與未經(jīng)處理的原污泥相比，經(jīng)過超聲波改性的污泥制成的污泥水煤漿具有較低的成漿粘度和較高的成漿濃度，表明超聲波改性污泥的成漿性增強(qiáng)。超聲波功率越大，成漿粘度越低，最大成漿濃度越高。這是因?yàn)槌暡üβ蚀?，空化作用就更?qiáng)，對污泥的破解效果就更明顯。另外，空化作用伴隨產(chǎn)生熱效應(yīng)，在超聲波處理過程中，污泥局部溫度升高。超聲波功率增加時(shí)，達(dá)到相同的超聲波強(qiáng)度需要的時(shí)間短，散熱少，污泥局部溫度水平較高，因此污泥破解效果會(huì)更高。

表2.經(jīng)不同超聲波功率下改性的污泥制污泥水煤漿的成漿粘度和最大成漿濃度

實(shí)施例3：

(1)實(shí)施方法

污泥取自某污水處理廠產(chǎn)出的剩余污泥，經(jīng)過一定程度的機(jī)械脫水后，形成含水率分別為95%的污泥樣品，用于超聲波改性及后續(xù)制污泥水煤漿。

采用多頻率超聲波細(xì)胞破碎儀對污泥進(jìn)行改性。超聲波頻率分別為15khz、25khz和35khz，超聲波功率分別設(shè)置為325w，超聲波輸入比能量分別為4kj/gds和30kj/gds。

水煤漿采用事先制好的成品，制水煤漿時(shí)添加劑為木質(zhì)素磺酸鹽，添加劑與干煤粉的質(zhì)量配比關(guān)系為0.8：100。

改性污泥摻入水煤漿中充分?jǐn)嚢?，形成均勻的污泥水煤漿樣品，污泥摻入的質(zhì)量比例為：按含水率90%折算的污泥：水煤漿中的干煤粉=30：100。制成的水煤漿的固體質(zhì)量濃度為60%。

漿體的表觀粘度利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定。

(2)實(shí)施效果

原污泥制成的水煤漿的成漿粘度為1656.8mpa?s，污泥經(jīng)超聲波處理后再制漿時(shí)，粘度降低，成漿性變好。超聲波輸入比能量為4kj/gds時(shí)，污泥經(jīng)過15khz、25khz和35khz的超聲波處理后制漿的成漿粘度分別降低為1210.4mpa?s、1421.5mpa?s和1557.5mpa?s；超聲波輸入比能量為30kj/gds時(shí)，污泥經(jīng)過15khz、25khz和35khz的超聲波處理后制漿的成漿粘度分別降低1127.0mpa?s、1186.2mpa?s和1230.6mpa?s。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。