CN102021061A - 有机污泥制备燃料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将有机污泥干化制备燃料的方法。本发明的方法在于依次经过以下步骤：1.污泥和作为导热介质的油储存在各自的储罐；2.污泥与油充分混合并通过水蒸汽预热；3.将油作为导热介质，利用油水沸点差异，真空加热分馏去除污泥中的水分；4.脱水后污泥与油离心分离；5.干燥污泥作为燃料进行利用。应用本发明的方法处理后的干燥污泥含水率可降至2％以下，含油率3％-5％，热值4000kcal/kg以上，可作为燃料进一步利用。处理过程减压运转，可杜绝火灾隐患。油的存在降低了污泥中杂质对设备的磨损，增加设备使用的耐久性。整个处理过程对环境无二次污染，实现了污泥处理减量化、无害化和资源化，对解决日益严峻的污泥处理处置问题具有重要意义。

Description

有机污泥制备燃料的方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理处置方法，特别涉及一种将有机污泥进行干化后形成高热值颗粒状燃料的方法。

背景技术

伴随我国发展步伐的加快和城市化进程的推进，城市污水处理的规模在不断扩大，污泥产量也急剧增加。污水经过微生物处理得以达标排放，而污水中原本含有的大量有机污染物被富集、转化而形成的污泥却大部分未得到有效处置。污泥中除含有大量有机污染物，同时还含有病原菌、重金属、致癌化学物质等潜在的有毒有害成分。未经处理的污泥直接外运、简单填埋或堆放，会对环境造成二次污染。

目前对污泥的处置方法主要有堆肥、焚烧、填埋等方法，但均存在弊端。堆肥处理需要花费较长腐熟时间，占地面积大，成品品质的均一度不容易控制；污泥直接焚烧会产生二噁英污染空气并且需要消耗燃料，浪费能源；填埋处理是最简单和廉价的方式，但黏稠的污泥会在堆填场地内形成沼泽状，作业机械无法正常作业施工，堆填量大的，还会发生堆体坍塌等事故。未经处理的污泥含水率可高达98％以上，由于污泥中含有大量的蛋白质、脂肪和碳水化合物等高浓度有机物，导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差，污泥的含水率很难降低。常用的污泥处理处置方法如堆肥、焚烧、填埋等，均需要将污泥的含水率有效降低至50％以下。通常污水处理厂通过简单的机械脱水仅能将污泥的含水率降低至80％左右，还无法达到污泥终端处置的要求，污泥的深度脱水是解决污泥问题的关键所在。

污泥中存在的水分主要分为几个部分：污泥颗粒外部的自由水，污泥颗粒之间的间隙水，污泥颗粒表层的表面水和污泥内部的结合水。其中自由水和间隙水由于位于污泥的外部，通过一般的物理脱水干燥，在常压下温度达到100-200℃即可除去。而表面水和结合水由于位于污泥的内部，很难通过一般的脱水干燥除去，一般需要在常压下加热至250-400℃才能部分除去。加热干燥时，污泥中的自由水被最先干燥除去，位于多孔污泥内部的大空隙中的水分向外扩散蒸发，但是污泥体积收缩、膨胀、变形等造成水分输运通路的阻塞，内部水分向外扩散必须克服前面干燥完后的污泥骨架对水分子运动的粘性阻力，需要消耗大量的热能和时间。一般的污泥热干化技术，导热介质为空气，与污泥的接触面积有限，只能逐级去除自由水、间隙水和表面水，通过250-400℃的高温处理将污泥的含水量降低至50％以下，效果好时可达到10％左右。目前常见的方法是通过加热蒸发的方法将污泥中多余的水分去除，然而这将额外消耗大量能量，增加污泥处理成本。这是污泥处理过程中能量消耗最大的环节，也是决定污泥处理成本的主要因素。机械破碎、超声波、冻融、化学处理以及臭氧等处理方式可以破碎污泥细胞，释放大分子有机物，改善污泥脱水性能。但是这些方法都无法满足大量污泥的最终处置。

因此，需要发展一种更为经济有效、耗能低的方法，将污泥进行减量化、无害化、资源化处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效地进行污泥深度脱水处理和资源化的方法。

此处所指的污泥可以是城市生活污水处理厂或者各种工业废水处理过程中，水中的固体物质沉淀而形成的污泥。污泥中包含有大量有机物，是有机污泥。为方便起见，在下面的描述中使用污泥来表述这样的有机废弃物。

本发明的方法在于依次经过以下步骤：

1.污泥和作为导热介质的油运入处理场区后，先被各自储存在污泥储罐和储油罐中；

2.所述污泥与油充分混合并通过水蒸汽预热；

3.减压加热泥油混合物，将油作为导热介质，使油和污泥充分混合接触，利用油和水的不同沸点，通过分馏去除污泥中的水分；

4.通过高速离心将脱水后污泥与油分离，回收油循环利用，并得到干燥污泥；

5.干燥污泥作为锅炉燃料提供系统加热用水蒸汽所需的热能，多余的干燥污泥外运作为燃料销售。

由于污泥存在产生恶臭的特点，本发明的方法中，整个污泥干燥处理过程中会产生恶臭气体的设备均预留臭气收集管道，利用真空泵在臭气收集管道内产生负压，收集臭气后在锅炉中燃烧处理，通过烟囱排放至大气中。

本发明方法中的热量来源于锅炉燃烧产热，锅炉燃烧物主要有恶臭气体的废气和脱水脱油后的污泥，燃烧产生的热能用于加热循环冷凝水形成水蒸汽，为污泥干化处理过程中的需要加热的设备提供热能。用于加热的水蒸汽冷却后形成的冷凝水重新用于水蒸汽制备，循环使用。

本发明的有益效果如下：

1效果方面。本发明的方法使用油作为导热介质。可以保证污泥与导热介质更为充分地混合，脱水效果更好。经过本发明的干燥脱水处理后，污泥含水量可降低至2％以下，处理过程使用的油残余量3％-5％。干燥污泥里残余的微量油还有防止脱水后污泥在保存过程中再次吸水湿化的作用。

2经济方面。由于处理后的污泥含水量低，可以作为燃料进一步加以利用，直接作为干燥处理过程中的燃料使用，无需消耗附加能源，且可以产生剩余能源。应用本发明的方法干化处理污泥相比传统方法更为经济。

3环境方面。整个处理过程中产生的臭气可通过减压抽气装置收集后燃烧处理，无恶臭气体外溢。污泥中的病原菌通过真空干燥被杀死。处理后的污泥作为燃料燃烧时，处理过程和产生的尾气对环境无二次污染。达到稳定化处理处置的效果，实现了污泥处理的减量化、无害化和资源化。

4安全方面。污泥干燥处理时采用减压状态运转，并采取间接加热方式，杜绝了爆发火灾的危险。此外，污泥同油的混合物使污泥在机器中的运动更为柔和弱化，降低了污泥中的杂质对设备的磨损，增加了设备使用的耐久性。

表1：在某一实施例中得到的脱水污泥制备的生物燃料性能

附图说明

附图是本发明的将有机污泥干燥脱水后制备燃料一实例的工艺流程图。

图中，1污泥储罐、2污泥传输装置、3储油罐、4循环油回收罐、5原料混合预热装置、6一号真空蒸发干燥罐、7二号真空蒸发干燥罐、8一号气液分离器、9二号气液分离器、10冷凝塔、11脱水泥油混合物储罐、12脱油机、13脱水污泥储罐、14水蒸汽分配管路、15臭气控制装置、16锅炉、17烟囱。

具体实施方式

本发明是一种用有机污泥制备燃料的方法，在其方法中：

步骤1.污泥和作为导热介质的油运入处理场区后，先被各自储存在污泥储罐和储油罐中。此处的油可以是餐饮废油，也可以是船用重油等沸点高于水的油，或者是经过下面步骤4回收的油。在使用时，通过阀门控制流入循环油回收罐，循环油回收罐内油温通过加热保持在60-95℃。为保证污泥的流动性，污泥储罐的温度应不低于15℃，通常在15-35℃之间。

步骤2.污泥和油以重量比1∶0.5-2的比例混合，输送至原料混合预热装置中，通过搅拌器充分混合搅拌20-30分钟，在搅拌的过程中通水蒸汽将混合物温度加热至55-95℃，以提高油的流动性。

步骤3.经混合预热的泥油混合物通过真空蒸发干燥系统低压低温去除水分。真空蒸发干燥系统的基本单元为两个串联的真空蒸发干燥罐，可以根据待处理污泥基本情况的不同使用多个基本单元，一般为一至三个基本单元。现以仅具有一个基本单元的真空蒸发干燥系统的工作过程进行说明：预热的泥油混合物通过传输装置输送至一号真空干燥罐内，一号真空干燥罐内的压力为-300至-560mmHg，温度可控制在75-95℃范围内，干燥的时间通常为30-90分钟。在一号真空干燥罐内初步脱水干燥的污泥和油随后被传输装置输送至二号真空蒸发干燥罐，二号真空蒸发干燥罐内的压力为-300至-560mmHg，温度可控制在95-125℃范围内，干燥的时间通常为30-60分钟。上述两个真空蒸发干燥罐内均装有搅拌装置，在加热过程中伴随搅拌，使污泥和作为热介质的油充分混合，以更好地达到导热脱水的作用。而本发明提供的干燥方法，使用油作为导热介质，相对于空气，可更为充分地与污泥充分接触混合。利用油的高沸点，在减压状态下，选择性地蒸发污泥中的水分，在75-125℃的条件下即可完成对污泥中各种状态的水分的有效去除。经过步骤3的真空蒸发干燥后，污泥的含水率可以降低至2％以下。步骤3中一号真空干燥罐和二号真空干燥罐上分别连接有一号气液分离器和二号气液分离器。在真空干燥过程中产生的气体中包含污泥中蒸发出的水蒸汽、臭气以及少量油份。上述气体通过气液分离器时，气体中携带的油被截留，油重新回流至一号和二号真空蒸发干燥罐内。其后，由水蒸汽和恶臭气体组成的气体通过冷凝塔，水蒸汽遇冷凝结成水，与恶臭气体分离，这部分由污泥中脱离得到的水统一收集后进入污水处理系统净化处理。恶臭气体进入臭气控制装置内，随后在用于提供系统热能的锅炉中燃烧处理后达标排放。

步骤4.二号真空蒸发干燥罐内的泥油混合物通过传输装置输送至脱水泥油混合物储罐。脱水泥油混合物储罐可以由前端的负压恢复成常压，并保持泥油混合物的温度为90-110℃。保持温度的目的是增加油的流动性，便于步骤4中脱水污泥与油的充分分离。泥油混合物通过传输装置输送至脱油机内，脱油机利用固-液比重差，将泥油通过离心作用分离，脱油机的离心力800-2000g，离心分离时间10-40min。干燥的污泥在离心力的作用下被沉降，而油则通过管道排出，并被输送至循环油回收罐中回收再次利用。干燥并脱油的污泥则从排渣口排出保存在脱水污泥储罐中；经过脱油处理的污泥呈粒度为2mm左右的颗粒状，其含水率可以降低至2％以下，含油率3％-5％，发热量在4000kcal/kg以上，可作为燃料使用。

步骤5.经过步骤4脱油处理的部分污泥被输送至为系统加热提供水蒸汽的锅炉内燃烧利用，其余的污泥可经压缩成型设备制备成生物燃料，应用于农业大棚等处的供暖。

以下结合附图描述利用油作为导热介质将有机污泥进行干化处理后制备燃料的本发明的一个实施方案，通过对此实施方案的详细描述，将使本发明的有益效果更加显而易见。此实施方案的作用仅是举例说明，而不具有限制意义。

生活污水处理厂产生的污泥被运至处理厂区后，保存在污泥储罐1中。污泥储罐1设有保温装置，在外界环境气温较低时，可保证污泥储罐1内的污泥温度不低于15℃，以保证污泥可通过污泥传输装置2输送至原料混合预热装置5。处理污泥所用的船用重油或者餐饮废油被运至处理厂区后，保存在储油罐3中，在需要使用时，通过阀门控制流入循环油回收罐4，补充在污泥干化过程中损失的油量。循环油回收罐4接受储油罐3中未经使用的油，也收纳污泥干燥后分离回收的油以便循环使用。通过水蒸汽对循环油回收罐4进行加热，提升油温至90℃使其流动性增加后通过泵输送至原料混合预热装置5内与污泥充分混合，污泥与油按照重量比1∶1.5混合。原料混合预热装置5通过水蒸汽间接加热内容物，内部设有搅拌装置，将污泥和油搅拌20分钟，使之充分混合均匀并提升温度至60℃，以保证后期脱水过程高效进行。混合均匀的污泥与油的混合物被送入一号真空蒸发干燥罐6中。在一号真空蒸发干燥罐6中，安装有加热盘管和搅拌装置，采取间接加热的方式，并且在加热的过程中持续搅拌，起到混匀泥油混合物的作用。一号真空蒸发干燥罐6内的压力通过真空泵控制在-460mmHg，在78℃搅拌加热50分钟。然后，泥油混合物通过传输装置进入二号真空干燥器7，二号真空干燥器7的构造与一号真空干燥器6相同，反应参数为压力-460mmHg，温度105℃，搅拌加热40分钟后，污泥中的含水率通过两级真空蒸发可降低至1.5％。一号真空蒸发干燥罐6和二号真空干燥器7上还分别连接有一号气液分离器8和二号气液分离器9，污泥中蒸发出的水分，以水蒸汽的形式进入气液分离器，其中还带有部分油以及恶臭气体，通过气液分离器时油被截流回真空蒸发干燥罐6和7内。气体进入冷凝塔10，在冷凝水的作用下，气体中的水蒸汽冷凝成液体，这部分从污泥中蒸发出的污水在冷凝塔10中与其他臭味气体等分开。产生的污水进入污水处理系统进行净化处理。恶臭气体则进入臭气控制装置15中。此实施例中，在真空蒸发干燥过程仅使用了一个单元，即两个真空蒸发干燥罐。根据待处理污泥的不同，可使用多个真空蒸发干燥单元，达到去除污泥水分的最佳效果。

经过真空蒸发脱水处理后的污泥通过传输装置进入脱水泥油混合物储罐11。在脱水泥油混合物储罐11中，系统的压力由-460mmHg恢复至常压。脱水泥油混合物储罐11通过水蒸汽进行间接加热，保证脱水污泥和油的混合物温度在95℃，以便后期脱油处理时达到比较好的效果。温度提升后的脱水泥油混合物被输送至脱油机12中，脱油机12通过高速离心，将污泥与油分离。在本实施例中，离心力为1000g，离心时间30分钟。分离出的油通过管路送至循环油回收罐4中循环使用。脱油后的污泥含油率3％-5％，含水率1.5％，热值约为4000kcal/kg，输送至脱水污泥储罐13中，一部分作为锅炉的燃料使用，一部分压制成型后制成生物燃料，包装外运提供给需要燃料的用户。

整个污泥脱水过程中加热通过水蒸汽加热实现，锅炉16加热产生水蒸汽，水蒸汽通过水蒸汽分配管路14被分配输送至系统中需要加热的设备中。用于加热的水蒸汽冷却后形成的冷却水重新用于蒸汽制备。

污泥流经的各设备均设有排气孔，臭味气体在真空泵的作用下，通过管路被吸入臭气控制装置15中，与空气混合后，在锅炉16中燃烧处理后，经由烟囱17达标排放。

Claims (6)

1.一种有机污泥制备燃料的方法，依次经过以下步骤：

步骤1.污泥和作为导热介质的油运入处理场区后，先被各自储存在污泥储罐和储油罐中；

步骤2.所述污泥与油充分混合并通过水蒸汽预热；

步骤3.减压加热泥油混合物，将油作为导热介质，使油和污泥充分混合接触，利用油和水的不同沸点，通过分馏去除污泥中的水分；

步骤4.通过高速离心将脱水后污泥与油分离，回收油循环利用，并得到干燥污泥；

步骤5.干燥污泥作为锅炉燃料提供系统加热用水蒸汽所需的热能，多余的干燥污泥外运作为燃料销售。

2.根据权利要求1所述的方法，依次经过以下步骤：

步骤1.污泥和作为导热介质的油运入处理场区后，先被各自储存在污泥储罐和储油罐中，此处的油可以是餐饮废油也可以是船用重油等沸点高于水的油，或者是经过下面步骤4回收的油；在使用时，通过阀门控制流入循环油回收罐，循环油回收罐内油温通过加热保持在60-95℃；为保证污泥的流动性，污泥储罐的温度应不低于15℃，通常在15-35℃之间；

步骤2.污泥和油以重量比1∶0.5-2的比例混合，输送至原料混合预热装置中，通过搅拌器充分混合搅拌20-30分钟，在搅拌的过程中通水蒸汽将混合物温度加热至55-95℃，以提高油的流动性；

步骤3.经混合预热的泥油混合物通过真空蒸发干燥系统低压低温去除水分；真空蒸发干燥系统的基本单元为两个串联的真空蒸发干燥罐，预热的泥油混合物通过传输装置输送至1号真空干燥罐内，1号真空干燥罐内的压力为-300至-560mmHg，温度可控制在75-95℃范围内，干燥的时间通常为30-90分钟；在1号真空干燥罐内初步脱水干燥的污泥和油随后被传输装置输送至2号真空蒸发干燥罐，2号真空蒸发干燥罐内的压力为-300至-560mmHg，温度可控制在95-125℃范围内，干燥的时间通常为30-60分钟；上述两真空蒸发干燥罐内均装有搅拌装置，在加热过程中伴随搅拌，使污泥和作为热介质的油充分混合，以更好地达到导热脱水的作用；

步骤4.2号真空蒸发干燥罐内的泥油混合物通过传输装置输送至脱水泥油混合物储罐，脱水泥油混合物储罐可以将系统前端的负压恢复成至常压，并保持泥油混合物的温度为90-110℃；泥油混合物通过传输装置输送至脱油机内，脱油机利用固-液比重差，依靠离心将泥油分离，脱油机的离心力800-2000g，离心分离时间10-40min；干燥的污泥在离心力的作用下被沉降，而油则通过管道排出，并被输送至循环油回收罐中回收再次利用；干燥并脱油的污泥则从排渣口排出保存在脱水污泥储罐中；

步骤5.经过步骤4脱油处理的部分污泥被输送至为系统加热提供水蒸汽的锅炉内燃烧利用，其余的污泥可经压缩成型制备成生物燃料。

3.根据权利要求2所述的方法，步骤3中真空蒸发干燥系统的基本单元可以根据待处理污泥基本情况的不同使用多个基本单元，一般为一个至三个基本单元。

4.根据权利要求2或3所述的方法，步骤3中被蒸发的水蒸汽依次经过气液分离器和冷凝塔，通过气液分离器可去除水蒸汽中携带的少量油，油重新回流至各自的真空蒸发干燥罐内。其后，气体通过冷凝塔，水蒸汽遇冷凝结成水，与恶臭气体分离，恶臭气体进入臭气控制装置内，再用于提供系统热能的锅炉中燃烧处理后达标排放，污泥中蒸发出的水进入污水处理系统净化处理。

5.根据权利要求2或3所述的方法，经过步骤4脱油处理的污泥呈粒度为2mm左右的颗粒状，其含水率在2％以下，含油率3％-5％，发热量在4000kcal/kg以上，可作为燃料使用。

6.根据权利要求2所述的方法，所述步骤3的两个真空蒸发干燥罐构造相同，内部设有加热盘管，采用间接加热的方式将水分馏出去。

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