CN102234170B - 一种快速降低污泥含水率的处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速、经济、无害化的降低污泥含水率的处理方法及其装置。本发明通过常压蒸汽水解、高温高压水热脱水、物料固液分离，得到固-液浆化物，能将高含水率80％降低为40％低含水率，快速达到污泥处理中水热分离的过程。改变了污泥中有机物的形态，且使污泥中的水不发生相变；与现有技术相比，弥补了处置周期长、处理能耗高等不足，易于进行规模化处理，有利于减轻环境二次污染和对资源的回收利用；为污泥的处理、处置寻求了一条新的途径。

Description

一种快速降低污泥含水率的处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理领域，特别涉及一种降低城市污水污泥含水率及污泥无害化的快速水解处理方法及其装置。

背景技术

伴随着污水处理厂的处理污水的过程，产生了大量的污泥。长期以来，我国存在着重污水处理、轻污泥处理的倾向。目前我国的污泥处理工艺存在着技术单一、装备水平落后、处置保障率低、二次污染风险大等问题。此外，现有的污泥处理工艺还存在着的费用高、时间长的不足。

据统计，目前全国城镇污水处理厂每年产生干污泥约180万吨(相当于含水80％污泥900万吨)，并以每年20％的速度递增，因此污泥处置问题愈加突出。而在我国现有的污水处理设施中，污泥稳定处理设施还不到25％，处理工艺和配套设施完善的不到10％。现有为数不多的污泥消化池中能够正常运行的也很少，有些根本就没有运行。传统处理、处置污泥的方法，如填埋法、焚烧法、干化法和堆肥法由于可能引起污染的问题已受到环保部门的极大关注。污泥问题已日益严重地污染着环境，成为社会环保的一大公害。

有机污泥的含水率对其体积影响很大，含水率的多少与有机污泥状态及流动性能密切相关：污泥含水率为85％时，可用泵输送；当污泥含水率为70％-75％时，污泥呈柔软状态，不易流动；当污泥含水率为60％-65％时，几乎成为固体，当降到35％-40％时，污泥呈聚散状态，且体积变成原有的1/16-1/10(见下表)。

表1污泥含水率与污泥性状变化的关系

城市生活污水污泥是以有机物为主要成分的，含有五分之四的水和五分之一的悬浮状有机物质；既含有氮、磷、钾有益元素和大量可供利用的有机质，又含有大量的病原菌、微生物和寄生虫卵，及铬、镉、铅、砷、汞等重金属危害人类的健康。由于污泥的复杂成分及粘稠状态：颗粒较细，透气性差，密度较小，体积庞大，具有胶体特性，容易腐化发臭，使其运输、处理、利用都存在很大困难。到目前为止，还没有成熟技术对活性污泥进行有效处理并充分利用。

鉴于此，需要提供一种从根本上解决过量污泥问题的方法，必须采用稳定、有效的工艺，对污泥进行减量化、无害化处理。

在现有的污泥减量化技术中，提出的处理方法有以下几种：

1、中国专利申请98122003.7(朱平生)公开了一种利用垃圾焚烧中的烟气，将泵入的微小液滴污泥浆进行蒸发干燥的方法，从而以固体颗粒形式，达到减量化的目的；

2、中国专利申请公开号CN 101182092A(张书廷、张晗)公开了对生物污泥进行曝气处理的方法，使污泥性状改变，实现减量化的目的；

3、中国专利申请公开号CN 101134633A(赵孝宝)公开了方法：在经过压滤处理后的物化污泥中加入一些材料，并将其与物化污泥进行混合、搅拌或球磨处理后，送入压滤机进行压滤脱水处理，得到减量化的掺杂污泥和附产品压滤液体。

但是，上述方法都只是以单方面减少污泥含水率为目的，技术要求苛刻，规模化生产难度大，工艺不能得到有效保证。而且上述的方法二次污染风险大，处理能耗高、时间长，处置保障率低，更加突出的不足是每道工序不能彻底、有效地杀灭污泥中存在的病原菌、微生物和蛔虫卵，难以实现无害化的处置。

可见，对污泥进行处置和再利用需解决两个关键问题：一、降低其中水分以缩小体积；二、杀灭污泥中的病原菌、微生物和寄生虫卵以实现无害化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种快速、经济、无害化的降低污泥含水率的处理方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明所要解决的又一技术问题在于，提供一种高效、节能的降低污泥含水率的装置。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案如下：一种快速降低污泥含水率的处理方法，包括如下步骤：

1、常压蒸汽水解：将污泥输入浆化反应器，然后通过导向管分别导入催化剂和高温过热蒸气，进行闪蒸乏汽返混预热浆化与机械协同搅拌，水解反应；

2、高温高压水热脱水：把上述经过初步水解的浆化污泥与酸催化剂分别导入高温高压水解罐，从分气缸中向所述的水解反应罐输入高温高压水蒸气使污泥有机质进行化学催化裂解反应，生成小分子碳化物和氮化物，并发生美拉德反应，产生淡淡咖啡味，同时水解罐中的污泥细胞水、氢合作用水、内部虹吸水形态改变，但没有进行相变，间隙水分、表面水分、结合水分从污泥泥饼颗粒间逸出，产生了泥浆-水混合物；

3、物料固液分离：将上述反应后的泥浆-水混合物，导入沉淀罐进行沉降分离，生成固体物料和上清液。

本发明的方法将污泥从80％含水率降低为含水率40％以下，达到了减量化的目标，为后续的净化处理做好了准备。

所述的反应步骤1中，导入的酸催化剂为无机酸或有机酸或其混合，且加入量按pH 3.5-7控制。

所述的无机酸为硫酸或盐酸。所述的有机酸为柠檬酸。

所述的步骤1中的浆化反应器的反应温度为60℃-85℃，优选范围为76℃-82℃。

在所述的步骤2中的高温高压水解罐的反应温度为390℃-420℃，压力4Mpa-5Mpa，反应时间为20min-50min。基于不同物料的性质差异，在以上反应参数范围进行选择。

将上述步骤2中的高温高压水解罐中生成的小分子气体，如甲烷、SO₂气体用收集器加以收集。

在所述的步骤2的高温高压水热脱水的步骤中，反应30分钟后，向泄压罐排放一次；且单元反应结束后再次向泄压罐投料。

一种快速降低污泥含水率的装置，其特征在于，包括用于配置催化剂的催化剂罐，

和所述的催化剂罐连接并与导入的污泥进行反应的浆化反应器；

与所述的浆化反应器、催化剂罐和分气缸分别连接使污泥有机质进行化学催化裂解反应，生成小分子碳化物和氮化物的高温高压水解罐；

与所述的高温高压水解罐连接的进行沉降分离，生成固体物料和上清液的沉淀罐。

所述的高温高压水解罐和所述的沉淀罐之间还可以连接一用于泄压排气的泄压罐。

所述的泄压罐连接浆化反应器，作用是将高压的物料降低为可以进行工业安全操作的压力，压力从5Mpa降低为0.3Mpa；所述泄压罐或中间连接一余热节能器，余热节能器的作用是进行余热的综合循环利用。

所述的高温高压水解罐连接一用于收集水解生成甲烷、SO₂气体的收集器；且所述的收集器连接一将生成的小分子物质进行净化和回收的的净化装置。

所述的净化装置连接一锅炉，锅炉将生成的小分子物质进行回收利用；所述的锅炉连接一进行气源控制分配的分气缸；所述的分气缸分别连接浆化反应器和高温高压水解罐，高温高压水解罐作用是控制高温热源的供给，达到所需的反应条件。

本发明通过浆化预处理、并添加催化剂进行高温高压水解，和在反应过程中产生的有机酸混合，对污泥进行水热分离，得到固-液浆化物，研发了一种将高含水率80％降低为40％低含水率的污泥处理新方法，快速达到污泥处理中水热分离的过程，改变了污泥中水和有机物的形态，且使污泥中的水不发生相变；与现有技术相比，弥补了处置周期长、处理能耗高等不足，易于进行规模化处理，有利于减轻环境二次污染和对资源的回收利用；为污泥的处理、处置寻求了一条新的途径。且为处理其他类似废物源(生活垃圾、中药残渣、畜禽粪便等)提供了新的示范工程方法。

附图说明

图1为本发明降低污泥含水率的装置的一具体实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

1、首先将2吨污水处理厂处理的剩余污泥导入浆化反应器进行化学催化水解，通过导向管导入无机酸硫酸，控制pH 5-6，控制反应温度(76℃-82℃)，闪蒸乏汽返混预热浆化、蒸汽与机械协同搅拌，进行化学催化水解反应，在浆化反应器里，有机质经常压蒸汽水解，产生大量有机酸类，如草酸，木质素。

2、进行高温高压水热脱水的水解裂解反应，从催化剂储罐输入无机酸催化剂(如硫酸)与生成的浆化污泥和有机酸导入未反应前的水解罐，从分气缸中向水解反应釜内输入蒸汽，进行水热脱水，反应温度为390℃-420℃，压力4.5Mpa，反应时间为40min-50min，进行固氨的美拉德反应。循环渗滤30分钟后，向泄压罐排放一次，每30分钟排放一次，是向泄压罐投料，(泄压罐每排出一次水解裂解液后，由贮罐补充适量酸催化剂)，污泥在水解裂解罐中进一步化学催化水解裂解处理。

3、反应完毕，对物料进行撞气流分离，使其物料进入沉淀罐，物料形成固-液分离，上清液进入储槽，待处理；固体物料进入资源化工序，测其含水率低于40％。

4、反应尾气进入尾气处理系统。

实施例2

一种快速降低污泥含水率的装置，包括：用于配置催化剂的催化剂罐，和所述的催化剂罐连接并与导入的污泥进行反应的浆化反应器；

与所述的浆化反应器、催化剂罐和分气缸分别连接使污泥有机质进行化学催化裂解反应，生成小分子碳化物和氮化物的高温高压水解罐；

所述的高温高压水解罐连接一用于泄压排气的泄压罐；所述的泄压罐连接一对水解污泥进行沉降分离，生成固体物料和上清液的沉淀罐。

所述的泄压罐还通过中间连接的一余热节能器，连接浆化反应器，在浆化反应器里，有机质经常压蒸汽水解，产生大量有机酸类，如草酸，木质素。

所述的高温高压水解罐连接一用于收集水解生成甲烷、SO₂气体的收集器；且所述的收集器连接一将生成的小分子物质进行净化和回收的净化装置。

所述的净化装置连接一锅炉，锅炉将生成的小分子物质进行回收利用；所述的锅炉连接一进行气源控制分配的分气缸；所述的分气缸分别连接浆化反应器和高温高压水解罐，高温高压水解罐作用是控制高温热源的供给，达到所需的反应条件。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种快速降低污泥含水率的处理方法，包括如下步骤：(1)、常压蒸汽水解：将污泥输入浆化反应器，然后通过导向管分别导入催化剂和高温过热蒸气，进行闪蒸乏汽返混预热浆化与机械协同搅拌，水解反应；

(2)、高温高压水热脱水：把上述经过初步水解的浆化污泥与酸催化剂分别导入高温高压水解罐，从分气缸中向水解罐输入高温高压水蒸气使污泥有机质进行化学催化裂解反应，生成小分子碳化物和氮化物，并发生美拉德反应，产生淡淡咖啡味，同时水解罐中的污泥细胞水、氢合作用水、内部虹吸水形态改变，但没有进行相变，间隙水分、表面水分、结合水分从污泥泥饼颗粒间逸出，产生了泥浆-水混合物；

(3)、物料固液分离：将上述反应后的泥浆-水混合物，导入沉淀罐进行沉降分离，生成固体物料和上清液。

2.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，导入的酸催化剂为无机酸或有机酸或其混合，且加入量按pH 3.5-7控制。

3.根据权利要求2所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，所述的无机酸为硫酸或盐酸。

4.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的浆化反应器的反应温度为60℃-85℃。

5.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的浆化反应器的反应温度优选为76℃-82℃。

6.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中的高温高压水解罐的反应温度为390℃-420℃，压力4Mpa-5Mpa，反应时间为20min-50min。

7.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，将上述步骤(2)中的高温高压水解罐中生成的小分子气体用收集器加以收集。

8.根据权利要求1所述的快速降低污泥含水率的处理方法，其特征在于，在所述的步骤(2)的高温高压水热脱水的步骤中，反应30分钟后，向泄压罐排放一次；且单元反应结束后再次向泄压罐投料。

9.一种快速降低污泥含水率的装置，其特征在于，包括

用于配置催化剂的催化剂罐，

和所述的催化剂罐连接并与导入的污泥进行反应的浆化反应器；

与所述的浆化反应器、催化剂罐和分气缸分别连接使污泥有机质进行化学催化裂解反应，生成小分子碳化物和氮化物的高温高压水解罐；

与所述的高温高压水解罐连接的进行沉降分离、生成固体物料和上清液的沉淀罐。