CN102267789A - 污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明是污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及其设备，其特征是脱水污泥(含水率77~85%)直接采用超临界水气化的方式进行处理，通过高速搅拌装置提高污泥的流动性，采用高压流化床装置防止管式反应器的堵塞问题，在气液分离过程中，充分利用其含高热量，使用热交换器使低温污泥得到加热；并且液相产物高氨氮含量直接通过MAP法进行回收利用。优点：气化过程中未添加任何水分，污泥处理效率高；过程中热量可利用；液相产物中的氨氮及时回收，减少二次污染；回收的上清液可回用，定期排出来的固相产物，低重金属含量可直接作为磷肥使用，高金属含量则可作为吸附剂；通过液相产物、固相产物的资源化利用降低了整体系统的处理费用。

Description

污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及其设备，具体地说涉及一种利用超临界水特性，将脱水污泥(含水率77~85%直接进行超临界水气化处理，产生含有大量氢气的可燃气体；再将其液相产物中氨氮加以回收，回收后上清液可直接灌溉周边绿化带或周边景观植物带，固体产物则可直接填埋或以磷肥形式加以利用；通过对固、液产物的回收利用，从而降低超临界水气化污泥的高成本，属于资源环境领域。
背景技术
污泥作为城市污水处理过程中的必然产物。近些年，随国家对城市污水处理的大力投入，污水厂污泥产量逐年增加。据统计，2005年全国产干泥量打3.72×106吨，并以每年10%增长率增加。污泥含水率较高，成分复杂，不仅含有机质、N、P、K等营养盐，而且还有病原微生物、重金属、持久性有机污染物等，如若处理不当，会给环境带来很大的污染；
中国专利文献《利用超临界水氧技术处理含油污泥的方法》中所披露出对含有污泥采用超临界水进行了无害化处理，由于使用含水率极高的浓缩污泥，不但处理效率很低也未能实现资源化利用。专利号“02114529.6”和“200510041633.8”中均涉及到采用超临界水对有机固体物质或煤与生物质进行催化制氢，但整个专利未涉及到污泥。专利申请号为“200810063091.8”提出污泥在超临界水中催化气化制取富氢气体的方法，但都是以浓缩污泥为对象也未能考虑处理后产物的资源化问题。专利申请号为“200910022342.2”中提出不同的超临界水处理方式处理有机废水和城市污泥等，也是以污水和含水率极高的浓缩污泥为对象，与本专利直接将果冻状脱水污泥进行处理、利用的方法有很大的差异。
发明内容
本发明提出的是一种污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及其设备，其目的旨在解决污水处理中产生的大量脱水污泥，对其进行超临界水直接气化处理，并对处理产物进行资源化利用，实现环境和能源双赢，既解决了污泥产生的能源问题，又从污泥中回收了资源。
本发明的技术解决方案：污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：
(一) 将污水厂的脱水污泥，含水率77%~85%，放置污泥贮存罐内，开动高速搅拌电机，并让其一直处于高速搅拌状态，打开高压柱塞泵的进口阀，开启高压柱塞泵，打开污泥出口阀，使污泥进入热交换器，通过热交换器温度升至250oC；
(二) 经预热加压后的污泥进入加热的高压流化床反应器，在高压流化床反应器内将温度升至400～500 oC，压力25～30 MPa，使得脱水污泥在反应器内达到超临界水状态，停留5分钟进行气化反应，气化反应时间10分钟：
(三) 反应结束后，由于无机固相产物不溶于超临界水，使其在高压流化床反应器7底部沉积，打开压力调节阀，使得气液混合相进入热交换器，通过热交换器使下一阶段进泥温度升至250oC，且气液混合相温度得到降低后，气液混合相通过气液流量阀进入气液分离器罐9，待温度压力降至常温常压，作为污泥预热升温的热源供给；气相产物则进入燃气管网使用；
 (四) 气相产物体积通过湿式流量计计量，液相产物经过液体流量计进入MAP反应罐，分别开启磷酸氢二钾、氯化镁计量泵，定量输送磷酸氢二钾、氯化镁形成磷酸铵镁结晶物；并定期排出系统；
（五）开启低速电机，将MAP反应罐内物质均匀混合，加速反应；
（六）反应充分后，上清液则直接排入污水厂处理，或直接灌溉周边的绿化带植物，作为回用水；水分中由于含大量的氨氮，通过MAP法可将氨氮回收形成磷酸铵镁晶体，可作为氮肥的添加剂；
 (七) 定期将高压流化床内的固相残渣排出；并根据污泥中重金属含量，进行相应的处理。若重金属含量低，则固相残渣可做磷肥施用于道路旁景观，若重金属含量偏高，则固相残渣直接填埋，或可作为废水处理系统中的吸附剂。
污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的设备，其结构是高速搅拌电机连接的叶扇插入污泥贮存罐中，污泥贮存罐的输出管通过污泥进口阀、高压柱塞泵、污泥出口阀与热交换器的第一输入管相接，热交换器的第一输出管通过气液流量阀与气液分离器罐的输入管相接，气液分离器罐的第一输出管通过液体流量计与MAP反应罐的输入管相接，MAP反应罐输出上清液，排出MAP晶体，气液分离器罐的第二输出管通过湿式气体流量计输出气相产物，热交换器的第二输出管通过背压阀与高压流化床反应器的输入管相接，高压流化床反应器的第一输出管通过系统压力调节阀与热交换器的第二输入管相接，高压流化床反应器7的第二输出管输出固相产物，低速搅拌电机连接的叶扇插入MAP反应罐内，氯化镁存储槽的输出管与MAP反应罐的第一输入管相接，磷酸氢二钾存储槽的输出管与MAP反应罐的第二输入管相接。
本发明的优点：由于直接使用含水率77~85%的脱水污泥进行超临界水气化，装置的处理效率比使用含水率95%以上浓缩污泥可提高4倍。通过充分利用脱水污泥中现存的含水率，高速搅拌将污泥中的絮体内水、细胞内水释放增加脱水污泥的流动性。由于过程中所采用超临界水为介质，无需将污泥进行干燥处理，大大节约了水分蒸发所造成的能量损失。同时，充分利用了超临界水气液分离过程中所释放的热量，通过热交换器使污泥得到加热。经气液分离后，气体部分成分为氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、烷烃类气体，大部分为可燃气体，是较为清洁的能源。而水分中由于含大量的氨氮，通过MAP法可将氨氮回收形成磷酸铵镁晶体，可作为氮肥的添加剂。上清液可进入污水厂处理，或可直接用来灌溉周边绿化带。固体残渣可根据重金属含量加以区分对待，高含量时，则直接填埋；低含量则用于道路景观磷肥使用。本发明充分利用了污泥中有机物、氮、磷，处理过程中既解决了污泥造成的环境问题，有产生了一定的经济效益。
本发明还包括以下特点：
(1) 脱水污泥气化过程中并不添加水分，使得污泥处理效率更高；
(2) 脱水污泥的含水率可在77～85%之间，对中国现阶段的脱水污泥具有较强的适用性；
(3) 过程中对气液分离中热量的释放进行了回用，提高了能量利用率；
(4) 采用了高压流化床，防止高浓度污泥进料时反应管发生堵塞；
(5) 采用高速搅拌，破坏污泥结构，增加流动性；减少使用碱性物质，较少对反应器的腐蚀；
(6) 对液相产物中氨氮通过MAP法回收，并通过自动控制技术实现，提高了资源化的效率；
(7) 对回收处理后的液相产物上清液，可直接灌溉周边的绿化带，或者进入污水管网进行处理；
(8) 对气化过程中产生的固相产物，依据其重金属含量，可直接填埋或以磷肥的形式施用在周边景观带或绿化带。
附图说明
附图1是污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的设备结构示意图。
图中的1是高速搅拌电机（M）；2是污泥贮存罐；3是污泥进口阀；4是高压柱塞泵；5是污泥出口阀；6是热交换器；7是高压流化床反应器；8是系统压力调节阀1；9是气液分离器罐；10是液体流量计；11是氯化镁存储槽；12是磷酸氢二钾存储槽；13是MAP反应罐；14是低速搅拌电机（M）；15是背压阀；16是气液流量阀；17是湿式气体流量计。
具体实施方式
对照附图，其结构是高速搅拌电机1连接的叶扇插入污泥贮存罐2中，污泥贮存罐2的输出管通过污泥进口阀3、高压柱塞泵4、污泥出口阀5与热交换器6的第一输入管相接，热交换器6的第一输出管通过气液流量阀16与气液分离器罐9的输入管相接，气液分离器罐9的第一输出管通过液体流量计10与MAP反应罐13的输入管相接，MAP反应罐13输出上清液和MAP晶体，气液分离器罐9的第二输出管通过湿式气体流量计17输出气相产物，热交换器6的第二输出管通过背压阀15与高压流化床反应器7的输入管相接，高压流化床反应器7的第一输出管通过系统压力调节阀8与热交换器6的第二输入管相接，高压流化床反应器7的第二输出管输出固相产物，低速搅拌电机14连接的叶扇插入MAP反应罐13内，氯化镁存储槽11的输出管与MAP反应罐13的第一输入管相接，磷酸氢二钾存储槽12的输出管与MAP反应罐13的第二输入管相接。
实施例：
将污水厂的脱水污泥(含水率77%~85%)放置污泥贮存罐2内，开动高速搅拌电机1，并让其一直处于高速搅拌状态。
试验开始时，打开高压柱塞泵的进口阀3，开启高压柱塞泵4，并开启热交换器6的加热装置，使其温度升至300oC左右，开启高压流化床反应器7，升温至550oC。
打开污泥出口阀5，使污泥进入热交换器6，通过热交换器温度升至250oC；然后通过背压阀15进入高压流化床反应器7内，在反应器内将温度升至400～500 oC，压力25～30 MPa，使得脱水污泥在反应器内达到超临界水状态，停留5分钟进行气化反应，气化反应时间10分钟：反应结束后，由于无机固相产物不溶于超临界水，使其在高压流化床反应器7底部沉积，打开压力调节阀8，使得气液混合相进入热交换器6，通过热交换器使下一阶段进泥温度升至250oC，且气液混合相温度得到降低后，气液混合相通过气液流量阀16进入气液分离器罐9，待温度压力降至常温常压，作为污泥预热升温的热源供给；气相产物体积通过湿式流量计17计量。液相产物经过液体流量计10进入MAP反应罐13，分别开启磷酸氢二钾、氯化镁计量泵，控制加量，开启低速电机14，将MAP反应罐13内物质均匀混合，加速反应。
反应充分后，上清液则直接排入污水厂处理，或直接灌溉周边的绿化带植物，作为回用水；水分中由于含大量的氨氮，通过MAP法可将氨氮回收形成磷酸铵镁晶体，可作为氮肥的添加剂；定期将高压流化床内的固相残渣排出；并根据污泥中重金属含量，进行相应的处理；若重金属含量低，则固相残渣可做磷肥施用于道路旁景观，若重金属含量偏高，则固相残渣直接填埋，或可作为废水处理系统中的吸附剂。
反处理结果见表1。 

Claims (1)

1.污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法，其使用的设备结构是高速搅拌电机连接的叶扇插入污泥贮存罐中，污泥贮存罐的输出管通过污泥进口阀、高压柱塞泵、污泥出口阀与热交换器的第一输入管相接，热交换器的第一输出管通过气液流量阀与气液分离器罐的输入管相接，气液分离器罐的第一输出管通过液体流量计与MAP反应罐的输入管相接，MAP反应罐输出上清液，排出MAP晶体，气液分离器罐的第二输出管通过湿式气体流量计输出气相产物，热交换器的第二输出管通过背压阀与高压流化床反应器的输入管相接，高压流化床反应器的第一输出管通过系统压力调节阀与热交换器的第二输入管相接，高压流化床反应器7的第二输出管输出固相产物，低速搅拌电机连接的叶扇插入MAP反应罐内，氯化镁存储槽的输出管与MAP反应罐的第一输入管相接，磷酸氢二钾存储槽的输出管与MAP反应罐的第二输入管相接；
其方法包括如下工艺步骤：
(一) 将污水厂的脱水污泥，含水率77%~85%，放置污泥贮存罐内，开动高速搅拌电机，并让其一直处于高速搅拌状态，打开高压柱塞泵的进口阀，开启高压柱塞泵，打开污泥出口阀，使污泥进入热交换器，通过热交换器温度升至250oC；
(二) 经预热加压后的污泥进入加热的高压流化床反应器，在高压流化床反应器内将温度升至400～500 oC，压力25～30 MPa，使得脱水污泥在反应器内达到超临界水状态，停留5分钟进行气化反应，气化反应时间10分钟：
(三) 反应结束后，由于无机固相产物不溶于超临界水，使其在高压流化床反应器底部沉积，打开压力调节阀，使得气液混合相进入热交换器，通过热交换器使下一阶段进泥温度升至250oC，且气液混合相温度得到降低后，气液混合相通过气液流量阀进入气液分离器罐，待温度压力降至常温常压，作为污泥预热升温的热源供给；气相产物则进入燃气管网使用；
 (四) 气相产物体积通过湿式流量计计量，液相产物经过液体流量计进入MAP反应罐，分别开启磷酸氢二钾、氯化镁计量泵，定量输送磷酸氢二钾、氯化镁形成磷酸铵镁结晶物；并定期排出系统；
（五）开启低速电机，将MAP反应罐内物质均匀混合，加速反应；
（六）反应充分后，上清液则直接排入污水厂处理，或直接灌溉周边的绿化带植物，作为回用水；水分中由于含大量的氨氮，通过MAP法可将氨氮回收形成磷酸铵镁晶体，可作为氮肥的添加剂；
 (七) 定期将高压流化床内的固相残渣排出；并根据污泥中重金属含量，进行相应的处理，若重金属含量低，则固相残渣可做磷肥施用于道路旁景观，若重金属含量偏高，则固相残渣直接填埋，或可作为废水处理系统中的吸附剂。
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