阅读说明：本技术 利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法 (Method for producing solid fuel by using sewage sludge and additive ) 是由 刘炳瑞 吴和洙 金燦荣 朴元绪 于 2019-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种在污水污泥添加能够提高污水污泥的透气性和成型性的农副产品,从而能够代替煤炭等化石燃料的固体燃料的制造方法。所述利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法包括：混合污水污泥储藏槽中供应的污水污泥和发酵微生物使其发酵,从而去除污水污泥的恶臭的一次前处理步骤；在所述一次前处理步骤中发酵的污水污泥中作为添加剂混合锯末、农副产品以及返送污泥的二次前处理步骤；搅拌混合有所述农副产品和返送污泥的污水污泥,使污水污泥的有机物发酵的发酵步骤；将经发酵的污水污泥用太阳热进行加热并干燥的步骤；以及将经太阳热干燥的污水污泥投入到预定形状的成型机中压缩成型,制成球团的步骤。(The invention discloses a method for manufacturing solid fuel, which can add agricultural and sideline products capable of improving the air permeability and the formability of sewage sludge into the sewage sludge so as to replace fossil fuel such as coal and the like. The method for manufacturing the solid fuel by using the sewage sludge and the additive comprises the following steps: a primary pretreatment step of mixing the sewage sludge supplied from the sewage sludge storage tank with a fermenting microorganism to ferment the sewage sludge, thereby removing the offensive odor of the sewage sludge; a secondary pretreatment step of mixing sawdust, agricultural and sideline products and returned sludge as an additive in the sewage sludge fermented in the primary pretreatment step; a fermentation step of stirring the sewage sludge mixed with the agricultural and sideline products and the returned sludge to ferment organic matters of the sewage sludge; heating and drying the fermented sewage sludge by using solar heat; and putting the sewage sludge dried by solar heat into a forming machine with a preset shape for compression forming to prepare pellets.)

利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法

技术领域

本发明涉及一种利用污水污泥和添加剂的固体(solid)燃料制造方法，更加详细而言，涉及一种向污水污泥添加能够提高污水污泥的透气性和成型性的添加剂，从而能够代替煤炭等化石燃料的固体燃料的制造方法。

背景技术

污水污泥是在污水处理过程中，沉淀有微生物的尸体等处理水的浮游物(固体物)的渣滓，其由固体物和水组成，通常含有90重量％以上(最初沉淀污泥为96至98重量％，活性污泥为99至99.5重量％)的、很多的水分。韩国的情况是：在全国625家公共污水处理设施(500m³/日以上)中，有93家运营有污水污泥处理设施，且每年产生384万吨(2015年基准)的污水污泥。根据2015年环境部的统计，日平均污水污泥使用现状是：在整体480,593m³/日中，自行活用占236,222m³/日(49.1％)，发电占79,814m³/日(16.6％)，销售占117,941m³/日(24.5％)，其他占46,615m³/日(9.7％)等。污水污泥即便是经过了去除水分的脱水过程，也含有约80重量％左右的水分，剩余固体部分的45至60重量％为有机物；因此，具有水分和有机物难以处理，且在水分和有机物处理中需要很多费用的问题。另外，污水污泥具有在处理过程中恶臭严重，而选择的处理方法较严格，处理后副产物的活用度低的问题。

污水污泥除了水分之外，还由无机物和有机物组成，有机物是具有与煤炭类似的发热量的有用的资源，因此作为对污水污泥的优选处理形态，作为能源使用。因此，以前是通过向海洋排放、焚烧、固化等方法来处理污水污泥，而最近是干燥后作为发电站的燃料等来使用。一方面，《***气候变化框架公约》、《京都协定书》下的化石燃料的枯竭和气候变化问题等备受世界关注，导致对有机性废弃物的资源化以及能源化的增长的需求。此外，由于韩国国内的污水处理水的水质监管也在加强，因此污泥的产生量每年都在增加。因此，通过将污水污泥作为固体燃料，能够顺应应对气候变化的国际性的努力；而且，对于能源自足力低的韩国而言，这不仅能够为稳定拥有能源资源做出贡献，而且还有利于将具有潜在高价值的能源作为国家自然可再生能源的利用措施。

污水污泥等有机性污泥含有约50至60重量％的有机物，因此作为燃料，其利用价值非常高，然而，为了作为燃料使用，需要将含水量从约80重量％降低10重量％。至今为止开发出了将污水污泥等有机性污泥作为燃料使用的多种技术。在授权专利第10-1433141号中公开了均匀混合污水污泥和热媒介油来制造燃料的方法；在授权专利第10-1592937号、公开专利第10-2012-0023276号、公开专利第10-2013-0052846号、授权专利第10-1039378号以及授权专利第10-0997522号中公开了混合污泥和废油、锯末、乙烯、消石灰、无烟煤等添加剂，并经过干燥、成型等过程，制成燃料的方法；在公开专利第10-2015-0106561号中公开了同时进行污水污泥和添加物的混合工序、热风干燥工序以及粉碎工序的燃料煤制造方法；在授权专利第10-1095819号中公开了利用太阳，用电干燥来制造燃料的方法。

如上所述，在通常的污水污泥的干燥中，使用多级式、旋转式(rotary)等机械式干燥方法。然而，由于在机械式干燥中使用化石燃料，因此需要很多的干燥费用，而且在干燥过程中，由于产生恶臭、冷凝水等而排放污染物质，导致产生二次环境污染的问题。另外，在现有的利用污水污泥的固体燃料的制造方法中，具有污水污泥的透气性不足而污水污泥的发酵效率低，或者污水污泥的成型性不足而难以制造出所要形态的固体燃料的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在发酵污水污泥来制造固体燃料的过程中提高污水污泥的透气性和成型性的、利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法。

本发明的其他目的在于提供一种通过提高污水污泥的透气性来促进发酵，从而能够极大减少污水污泥的发酵以及干燥中消耗的能量的、利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种提高污水污泥的成型强度，从而能够使固体燃料容易成型的、利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法。

为了达成所述目的，本发明提供一种利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法，其包括：混合污水污泥储藏槽中供应的污水污泥和发酵微生物使其发酵，从而去除污水污泥的恶臭的一次前处理步骤；在所述一次前处理步骤中发酵的污水污泥中作为添加剂混合锯末、农副产品以及返送污泥的二次前处理步骤；搅拌混合有所述农副产品和返送污泥的污水污泥，使污水污泥的有机物发酵的发酵步骤；将经发酵的污水污泥用太阳热进行加热并干燥的步骤；以及将经太阳热干燥的污水污泥投入到预定形状的成型机中压缩成型，制成球团的步骤，其中，所述锯末的大小为1至5mm，所述农副产品选自由果树枝、稻草、粗糠以及豆秧组成的组中，所述农副产品的直径为5mm以下，长度为4至8mm，所述返送污泥是将所述发酵步骤中发酵的污水污泥的一部分返送回来的污泥，在进行所述二次前处理步骤的污水污泥混合物中，所述锯末的含量为10至20重量％，所述农副产品的含量为3至15重量％，所述返送污泥的含量为20至30重量％，剩余成分为从污水污泥储藏槽中供应的污水污泥。

根据本发明的利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法，在发酵污水污泥来制造固体燃料的过程中，通过提高污水污泥的透气性来促进发酵，从而不仅能够极大减少污水污泥的发酵以及干燥中消耗的能量，还能提高污水污泥的成型强度，使固体燃料能够容易成型。

附图说明

图1是用于说明对根据本发明的污水污泥和添加剂进行混合、干燥以及固体化来制造固体燃料的过程示意图。

具体实施方式

以下，参考附图详细说明本发明。图1为用于说明利用根据本发明的污水污泥和添加剂的固体燃料(solid fuel)的制造方法的流程图。

如图1所示，为了从根据本发明的污水污泥制造固体燃料，首先是混合污水污泥和发酵微生物使其发酵，从而进行去除污水污泥的恶臭的一次前处理步骤S10。

作为本发明的原料的污水污泥是将在污水处理厂经浓缩以及脱水的污水污泥搬运过来，并储藏在污水污泥储藏槽中后，在所述一次前处理过程中使用。所述污水污泥中混合有有机物以及无机物的固体物和水，所述污水污泥储藏槽中供应的污水污泥的含水率约为80重量％，例如为75至85重量％，所述污水污泥的固体物中有机物含量为40重量％以上，优选为45至60重量％。所述污水污泥即便是在污水处理厂进行了脱水过程，也由于含水率约为80重量％而含大量的水分和有机物，因此容易发生腐烂并发出恶臭。可以使用能够减少污水污泥中含有的有害菌的有用的发酵微生物作为用于所述污水污泥的发酵以及除臭的发酵微生物，而且没有特别的限制；例如，可以使用EM活性液(韩国，EM生命科学研究院产品)。所述EM活性液是在自然界中存在的微生物中组合以及培养的、对人类以及环境有利的一个以上的微生物，例如10至100种微生物的有效微生物(Effective Microorganisms)的组合，包括光合细菌(吸收二氧化碳和氢气，产生氧气)、乳酸菌(将糖转化为乳酸菌，通过杀菌作用抑制有害菌的繁殖)、酵母(有助于发酵而制造酒和面包，生产微生物和生理活性物质)等。

所述EM活性液(韩国，EM生命科学研究院产品)是将原液以5至10倍(重量比)的水进行稀释来使用(EM活性液：水＝1:5至10)。为了发酵污水污泥，在每100重量份的污水污泥中投入0.1至0.6重量份，优选为0.4至0.5重量份的经稀释的EM活性液。所述污水污泥的一次前处理，即微生物发酵时间通常为1至3日，优选为2日。其中，如果所述EM活性液的使用量过少，或者发酵时间过短，则可能在污水污泥中发出很大的恶臭；如果所述EM活性液的使用量过多，则出现因水分含量增加而导致发酵污水污泥需要的时间以及费用过多/过高的缺点。在所述一次前处理步骤S10中，对于供应污水污泥的储藏槽，污水污泥的储藏量可以根据使用目的而不同。例如，储藏1至3日，优选为可以在2日内处理的量。经过所述一次前处理步骤S10的发酵污水污泥的含水率(水分含量)优选为75至85重量％。所述含水率过小，则表示污水污泥被过分发酵，如果所述含水量过大，则表示污水污泥发酵不充分。

然后，对于在所述一次前处理步骤中发酵的污水污泥，进行二次前处理步骤S20，在该二次前处理步骤S20中，混合锯末、农副产品以及返送污泥作为添加剂。在所述污水污泥中作为第一添加剂添加的锯末为木材的副产品，具有提高污水污泥的透气性的作用；所述锯末的大小(长度)为1至5mm，优选为2至4mm，含水量为30重量％以下。在所述污水污泥中作为第二添加剂添加的农副产品具有提高污水污泥的透气性和成型强度的作用，可以使用粉碎的果树杆、稻草、粗糠、豆秧等农业剩余物，优选为果树杆或者稻草。所述经粉碎的农业剩余物，即农副产品的直径为5mm以下，例如，优选为1至5mm；长度为4至8mm，优选为5至8mm，更加优选为5至6mm；含水量为30重量％以下。

所述第一以及第二添加剂在下一个有氧发酵工序中，不仅增加污水污泥的透气性来促进发酵，增加固体燃料的发热量来提高作为燃料的价值，而且提高经发酵的污水污泥的成型强度以能够使固体燃料容易成型为所要形状。即，在本发明中，考虑到污水污泥的粘性高的特性，不仅是作为第一添加剂，还作为第二添加剂添加韩国的自然资源丰富的农副产品，从而向污水污泥更加顺利地提供空气来促进发酵，并提高经发酵的污水污泥的成型性以及作为燃料的发热量。例如，通常，污水污泥的低热值为2500至3000kcal/kg，然而在添加第二添加剂时，低热值增加为约4500kcal/kg，因此有助于发热量的增加。在所述污水污泥中添加的返送污泥指的是将下一个发酵步骤中发酵的污水污泥的一部分返送回去，然后在二次前处理步骤中进行投入，从而促进污水污泥的发酵的成分，所述经返送的发酵的返送污泥的含水率为45至55重量％。

在进行所述二次前处理步骤的污水污泥混合物中，所述锯末的含量为10至20重量％，优选为13至17重量％，所述农副产品的含量为3至15重量％，优选为5至10重量％，所述锯末以及农副产品的总含量优选为30重量％以下，所述返送污泥的含量为20至30重量％，优选为23至27重量％。在进行所述二次前处理步骤的污水污泥混合物中，剩余成分为污水污泥储藏槽中供应的污水污泥，所述污水污泥的含量例如为35至67重量％。如上所述，当进行在污水污泥中作为添加剂混合锯末、农副产品以及返送污泥的二次前处理步骤时，污水污泥混合物的含水率优选为60至65重量％。如上所述，根据所述一次以及二次前处理步骤S10、S20，可以降低污水污泥的恶臭，确保透气性，促进下一过程的发酵。

然后，进行搅拌混合有所述农副产品和返送污泥的污水污泥(进行二次前处理步骤的污水污泥混合物)，发酵污水污泥的有机物的发酵步骤S30。所述发酵步骤S30是污水污泥在空气中被好氧微生物发酵的有氧发酵步骤，通常，发酵可以进行10至16日。在所述发酵步骤S30中，优选一天搅拌2至4次污水污泥混合物，其中，优选从发酵槽的底部注入空气，空气注入量通常可以是每1kg的污水污泥混合物为200至400ml/分钟。在所述发酵步骤S30中，完成发酵的污水污泥的含水率通常为40至55重量％，优选为45至55重量％。

在所述发酵步骤S30中，污水污泥混合物的搅拌可以是由安装有旋转装置的自动旋转搅拌装置完成。例如，可以是在进行所述发酵步骤S30的发酵槽的底部设置轨道(rail)，然后在所述轨道上安装自动搅拌装置，使其沿着轨道前后移动，从而搅拌污水污泥混合物，完成所述发酵步骤S30。其中，优选为在发酵所述污水污泥混合物的发酵槽的下部向污水污泥注入空气，从而发酵污水污泥中的有机物。在公开专利第10-2018-0025223号中公开了一例所述自动旋转搅拌装置。

如上所述，将经发酵的污水污泥用太阳热进行加热，从而完成一次干燥S40。在所述干燥步骤S40中，不使用机械干燥(热风等)，而利用太阳热，将完成发酵的污水污泥混合物自然干燥1至3日，从而干燥至含水率为10至20重量％，优选为13至15重量％。因此，在所述一次干燥步骤S40中完全不使用化石燃料。

然后，将一次太阳热干燥的污水污泥投入到预定形状的成型机中压缩成型，制成球团S50。其中，根据需要，能够对制成球团的污水污泥进一步进行二次干燥，制造出含水率为10重量％以下，例如为7至9重量％的固体燃料S60。其中，所述污水污泥的压缩成型步骤S50以及二次干燥步骤S60可以由干燥以及成型装置并行，即同时进行。所述二次干燥步骤S60可以通过太阳热以及/或者机械干燥(热风)进行，在经压缩成型而制成球团的污水污泥的含水率为10重量％以下的情况下，可以省略二次干燥步骤S60。

根据本发明的利用污水污泥和添加剂的固体燃料制造方法在发酵污水污泥来制造固体燃料的过程中，通过提高污水污泥的透气性来促进发酵，从而不仅能够极大减少污水污泥的发酵以及干燥中消耗的能量，还能提高污水污泥的成型强度，能够使固体燃料容易成型。另外，根据本发明的固体燃料制造方法，通过微生物进行水分蒸发和使用太阳热，从而能够极大减少煤炭等化石燃料的使用，有效节约燃料费用，极大降低废水或者大气污染物等二次污染物质的发生，具有绿化环境的优点。以上参考特定实施例说明了根据本发明的污水污泥制成球团的干燥装置，然而本发明并不局限于此，在所附权利要求范围内可以进行多种变形。