申請日2015.07.13
公開(公告)日2017.06.30
IPC分類號C10B53/00; C10B57/14; C10B57/10; C02F11/00
摘要
本發明提供了一種污泥的潔凈處理方法，包括以下步驟：將待處理污泥預熱后，在溫度不超過250℃的密閉空間內干燥，再在溫度不超過300℃的密閉空間內炭化，使污泥的含水率降至30%以下，在550～700℃的無氧條件下干餾，分別得到固相殘渣和氣相產物;將所述固相殘渣作為生物碳回收;將所得氣相產物進行分離、分解、純化處理，分別得到可排放水、木醋液、木焦油和可燃氣。本發明還提供了一種污泥的潔凈處理裝置。本發明基于污泥的特性，采用干燥‑炭化‑干餾技術，將污泥中的有機成分轉變成可燃氣體，固體殘渣進行回收利用，充分利用污泥熱值，實現污泥資源化利用的低成本清潔處理。
權利要求書
1.一種污泥的清潔處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
(1)將待處理污泥預熱后，在溫度不超過250℃的密閉空間內干燥，使含水率降至30～40%，再在溫度不超過300℃的密閉空間內炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步驟(1)處理后的污泥，在550～700℃的無氧條件下干餾10～80min，分別得到固相殘渣和氣相產物;將所述固相殘渣作為生物碳回收;
(3)將步驟(2)所得氣相產物進行冷卻、分離，分別得到氣體和混合液體;
將所述氣體進行后處理，作為燃氣為所述干燥、炭化、干餾供能;
將所述混合液體進行水油分離;所得水相經處理后達標排放;所得油相經分離、分解、純化，得到木醋液、木焦油和可燃氣;
所述方法采用污泥的清潔處理裝置實施，所述裝置包括依次順序相連的污泥供給系統、污泥干燥-炭化系統、污泥干餾系統和產物回收系統;
所述污泥供給系統包括順序相連的儲料倉和夾層螺旋輸送機;
所述污泥干燥-炭化系統包括順序相連的低溫干燥機和炭化機，所述低溫干燥機的入口與所述夾層螺旋輸送機的出口相連;所述低溫干燥機和炭化機內部均設有熱循環交換單元;所述低溫干燥機和炭化機還分別經過預熱氣體管道與所述夾層螺旋輸送機相連;
所述污泥干餾系統包括順序相連的儲泥倉和干餾爐;所述儲泥倉的入口與所述炭化機的出口相連;
所述產物回收系統包括分別與干餾爐相連的生物碳回收單元和氣相回收單元;所述氣相回收單元包含水處理單元、木醋液和木焦油分解、純化處理單元和有機氣體處理單元;所述有機氣體處理單元還經過供熱管道分別與所述污泥干燥-炭化系統和污泥干餾系統相連。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述待處理污泥的含水率不小于50%，有機物含量不小于40%。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)具體為：將待處理污泥預熱后，在200～250℃的密閉空間內與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密閉空間內與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30%以下。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述導熱油的溫度為220～240℃。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述干餾具體為：取步驟(1)處理后含水率為10～30%的污泥，在600～700℃的無氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產物。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為：取步驟(1)處理后含水率小于10%的污泥，與15%的木屑混合后壓制成球，在550～600℃的無氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產物。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：將步驟(1)所述干燥和炭化產生的廢氣作為熱源為所述待處理污泥預熱，再經處理后達標排放。
說明書
一種污泥的清潔處理方法及裝置
技術領域
本發明屬于環境工程技術領域，具體涉及一種污泥的清潔處理工藝及處理裝置。
背景技術
據《中國污泥處置市場分析報告(2013)》預測，截止到2015年，全國城鎮化水處理廠濕污泥(含水率80%)產生量將達到3359萬噸，即日產污泥9.2萬噸。我國對污泥的處理處置由于受資金等方面的因素影響相對滯后，污泥穩定化率低，無害化處理率不高，處理處置技術單一，而且成本高昂，導致大部分污泥未經處理或僅做簡單處理后，就直接農用、填埋或者是送垃圾場填埋、焚燒、污泥土地利用等，有的甚至隨意堆放。污泥的隨意填埋或隨意堆放占用大量土地資源，而且污泥易腐變臭，其產生滲濾液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水體，給環境造成嚴重的二次污染。另外，污泥中的重金屬和毒性有機物可以通過生態中的食物鏈遷移富集，且焚燒產生有毒氣體，對生態環境和人體健康產生長期潛在的危害。因此，降低污泥處理成本和提高污泥處理效果是目前我國污泥處理急需解決的問題。
城市污泥主要是污水處理廠的剩余活性污泥，主要含有大量水分，以及其他微生物及其殘渣，殘渣中以有機物為主，而且含氮、磷等營養物質和有機質。由于污泥含有大量有機成分，既是污泥造成污染的重要原因，也是污泥資源化的重要基礎。
目前，國內城鎮污水處理廠污泥處理處置技術主要有污泥厭氧消化技術、污泥好氧發酵技術、污泥土地利用技術、污泥焚燒技術;其中污泥焚燒技術包括：污泥熱干化技術、單獨焚燒技術和低溫炭化技術等，到目前為止還沒有一種技術將污泥中的資源充分利用。
發明內容
本發明克服現有技術的缺陷，提供一種新型的污泥清潔處理工藝，具體是將污水處理廠剩余污泥進行低溫炭化然后進行低溫干餾，制得可燃氣體，將可燃氣體用于工藝自身熱能供應，充分利用污泥熱值，實現污泥的低成本資源化利用。
本發明的第一目的是提供一種污泥的清潔處理方法。
具體而言，所述方法包括以下步驟：
(1)將待處理污泥預熱后，在溫度不超過250℃的密閉空間內干燥，使污泥的含水率降至30～40%，再在溫度不超過300℃的密閉空間內炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步驟(1)處理后的污泥，在550～700℃的無氧條件下干餾10～80min，分別得到固相殘渣和氣相產物;將所述固相殘渣作為生物碳回收;
(3)將步驟(2)所得氣相產物進行冷卻、分離，分別得到氣體和混合液體;將所述氣體進行后處理，作為燃氣為所述干燥、炭化、干餾供能;將所述混合液體進行水油分離;所得水相經處理后達標排放;所得油相經分離、分解、純化，得到木醋液、木焦油和可燃氣。
本發明所述的待處理污泥為污水處理廠經過污水處理后剩余的污泥。所述待處理污泥的含水率不小于50%。所述待處理污泥中有機物含量不小于40%，優選為40～60%。
步驟(1)所述炭化時，密閉空間的溫度優選為不超過270℃。
作為一種優選方案，所述步驟(1)具體為：將待處理污泥預熱后，在200～250℃的密閉空間內與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密閉空間內與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30%以下。
所述導熱油為循環使用。導熱油的溫度優選為220～240℃。
所述步驟(2)中，可用惰性氣體，如氮氣置換氧氣，從而實現干餾時的無氧環境。
當步驟(1)處理后污泥的含水率為10～30%時，步驟(2)所述的干餾優選為：在600～700℃的無氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產物。
當步驟(1)處理后污泥的含水率小于10%時，步驟(2)所述的干餾優選為：將含水率小于10%的污泥與占污泥重量15%的木屑混合后壓制成球，在550～600℃的無氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產物。本發明加入木屑的作用主要是提高污泥中的含碳量，以提高可燃氣的質量和生物質炭的質量。
本發明所述方法還可以包括廢氣的處理，具體為：將步驟(1)所述干燥和炭化產生的廢氣作為熱源為所述待處理污泥預熱，再經處理后達標排放。所述處理具體為：將廢氣集中送入堿洗噴淋塔，除去粉塵及酸性物質，然后再送入低溫高能等離子設備，破壞有機物分子，氧化成小分子有機物，再通過引風機送入堿洗噴淋塔，氧化后，中和酸性氧化物，最后達標排放。
本發明所得固相殘渣作為生物碳回收后，可加工成碳棒或農肥。
本發明的第二目的是提供一種污泥的清潔處理裝置。
具體的，所述裝置包括依次順序相連的污泥供給系統、污泥干燥-炭化系統、污泥干餾系統和產物回收系統。
所述污泥供給系統包括順序相連的儲料倉和夾層螺旋輸送機。所述夾層螺旋輸送機還可以通過廢氣管道與廢氣處理系統相連。
所述污泥干燥-炭化系統包括順序相連的低溫干燥機和炭化機，所述低溫干燥機的入口與所述夾層螺旋輸送機的出口相連。污泥經過低溫干燥機脫水后，在炭化機內進一步反應，通過反應，物料含水率進一步降低，物料單位熱值升高，使產生的有機炭具有優越的燃燒性能。
所述污泥干燥-炭化系統為密閉負壓系統，還設置有密閉進料裝置、密閉出料裝置，從而保證污泥進出時設備的密閉性。
所述低溫干燥機和炭化機內部均設有熱循環交換單元。所述熱循環交換單元包括可填充導熱油的雙軸空心槳葉和殼體夾層。在實際操作中，污泥在裝置內連續攪動，與所述雙軸空心槳葉和殼體夾層內的導熱油間接換熱，發生熱化學反應，污泥水泡體結構破壞，污泥中水轉變成水蒸氣從污泥中分離出來。
所述熱循環交換單元與導熱油爐相連。導熱油在所述導熱油爐內加熱后，通過循環泵輸送至熱循環交換單元內，與污泥發生熱交換，使導熱油的溫度降低;交換完畢后通過管道回流至導熱油爐內，再進行加熱，如此循環。所述導熱油爐可包含導熱油爐本體、燃料燃燒系統、鼓風引風系統等。所述導熱油爐的熱源可以為污泥經處理后得到的燃氣，也可另外引入天然氣為導熱油爐加熱。
所述低溫干燥機和炭化機還分別經過預熱氣體管道與所述夾層螺旋輸送機相連。污泥依次經過低溫干燥機和炭化機后，排出的廢熱氣體經管道輸送到夾層螺旋輸送機中對供給污泥進行預熱;預熱后，通過廢氣管道進入廢氣處理系統，繼而達標排出。
所述污泥干餾系統包括順序相連的儲泥倉和干餾爐;所述儲泥倉的入口與所述炭化機的出口相連。所述污泥干餾系統的主要特點為：①污泥是在無氧狀態下高溫加熱，其產物主要是水蒸氣、干餾氣體和炭粒;②干餾爐處理污泥生成的炭粒和木炭粉的構造特性類似;③污泥熱解產生的水蒸氣冷凝為水無污染排放，干餾氣體轉化為純凈可燃氣循環利用，干餾氣體熱值充足，完全可以做燃料氣;④干餾過程為還原反應，不會像焚燒法一樣產生氮氧化物和二氧化硫(酸雨的主要成分);⑤污泥干餾溫度為550～700℃，整個過程為10～80分鐘，污泥中的部分重金屬離子例如Hg等，由于熔點低，在高溫作用下會分解揮發掉，其他重金屬離子例如Pb、Cd、Cr、Ni等，將會固化在碳化物產品中，變得非常穩定且對環境無危害;盡管炭化系統不能去除污泥中的重金屬離子，然而溶出試驗的數據結果表明，碳化反應能夠將其固化在碳化產品中，可以被安全的使用在各行各業。
所述產物回收系統包括分別與干餾爐相連的生物碳回收單元和氣相回收單元;所述氣相回收單元包含水處理單元、木醋液和木焦油分解、純化處理單元和有機氣體處理單元。
所述有機氣體處理單元包括依次順序連接的除塵器、有機物分解凈化機組、冷卻器、燃氣儲罐;所述有機氣體處理單元中的燃氣儲罐還經過供熱管道分別與所述污泥干燥-炭化系統和污泥干餾系統相連。
本發明所述廢氣處理系統可以包括依次順序相連除塵除酸單元、等離子除臭單元、堿洗噴淋單元、加藥處理單元以及氣體排放單元，實現對廢氣的達標處理。
本發明所述裝置還可以進一步包括自動控制系統。所述自動控制系統包括對污泥干燥-炭化系統和污泥干餾系統的溫度進行控制的溫度控制單元，對干餾系統的壓力進行控制的壓力控制單元，以及根據所述溫度對進口熱風量和進口熱風溫度進行控制的控制單元等。
本發明提供的裝置可以用于實施本發明所述方法。
本發明基于城市污泥的特性，采用干燥-炭化-干餾技術，將污泥中的有機成分轉變成可燃氣體，固體殘渣用作碳棒或農肥，真正做到物盡其用。與現有技術相比，本發明至少具有下列優點及有益效果：
(一)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝能充分利用脫水污泥在干餾過程中產生的干餾氣體燃燒后形成的熱量，回用于污泥干化、炭化、干餾過程中，循環利用回收熱能，達到了節能的目的;
(二)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，不僅大量減少了污泥的體積與重量，而且最大程度地保存了污泥的熱值，進一步地，脫水污泥炭化干餾后的產物具有和木炭相似的特性，可作為土壤改良劑和園林綠化等;
(三)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，重金屬離子被固化在碳化物產品中，重金屬相對穩定，且污泥重金屬浸出毒性完全可達到城市污水處理廠污泥處置排放限值的要求;
(四)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，不僅循環回收熱能，降低污泥處理中的能源消耗，減少污泥處理對環境的污染，并且產出高附加值的木醋液、木焦油及活性炭等副產品，既有經濟效益，又有社會效益;
(五)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝固定資產投資遠低于規范要求;
(六)本發明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝適宜100噸以上城市污泥的處理。
