CN102471111A - 废水污泥处理系统 - Google Patents

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Abstract

废水污泥处理系统直接从城市污水处理厂提取污泥，采用不会产生废物的低温、低压流程对其进行处理。该处理方法可干化污泥并将其分离为可转变为生物柴油原料、纤维素/矿物质的油脂，用于加热过程的纤维素/矿物质以及可以在该方法中重新利用的水。

Description

废水污泥处理系统
技术领域
本发明涉及一种用于将废水污泥转化为可用产品同时不残留多余废物的处理方法。确切的说该方法涉及干化污泥，以及通过采用化学反应和物理反应将污泥分离为油、水和纤维素/矿物质。
背景技术
污水由住宅、公共机构、医院以及商业和工业设施产生。原液(污水)包括从马桶、浴缸、淋浴器、厨房、水槽等等产生通过下水道排出的家居废液。在许多地区，污水也包括来自于工商业的废液。因此城市废水包括住宅、商业和工业排放的废液，并且可能包括雨水径流。
传统的污水处理包括3个步骤，即初级处理，二级处理和三级处理。首先，从废水流中分离固体。然后通过使用本源水溶性微生物将溶解的生物物质逐渐转化为固体物质。最后，生物固体被中和然后被处理或再利用，经过处理的水可以被化学或物理消毒(例如氧化塘和微细过滤)。最终的流出物能被排进溪流、河流、海湾、湖泊和沼泽地，或者可以用于高尔夫球场，绿道或者公园的灌溉。如果足够洁净，也可以用于地下水补给或者农业。
废水处理过程中累积的淤泥必须通过安全有效的方法进行处理。消化的目的是为了减少存在于固体中的有机物数量和致病微生物的数量。最常规的处理方法包括厌氧消化，好氧消化和堆肥。
选择处理污水中固体的方法取决于固体生成的总量和其他特殊情况。然而，一般情况下，堆肥法主要适用于有氧消化后的小规模应用，厌氧消化用于大规模的城市应用。
发明内容
现在已经发现凭借使用废水淤泥处置过程中得到的产品作为处理过程中用于加热的燃料，废水淤泥处理可以很节省。进一步发现如果按照本发明提供的方法对废水淤泥进行处理，最后可以获取所有有用的材料-油，纤维素和矿物质。最重要的是，已进一步发现废水污泥处理不会产生要用焚化，掩埋或者其他处理方法来处置的残留物，这些使得本发明中的系统成为一个真实的零废物处理系统。
依照本发明的一个实施例，提供了一种零废弃物的废水污泥处理方法，以至于在处理过程结束后，在油、纤维素和矿物质被获取的同时，基本上没有需要用焚化、掩埋或者其他处理方法来处置的残留物。
依照本发明的另一个实施例，提供了一种处理方法，其包含以下步骤：
a-将固体废水污泥从污水处理厂传送至一个湿污泥装载箱，按重量计算，上述废水污泥中包含20％到45％的固体，
b-将上述废水污泥干燥至含有90％的固体，碾碎干燥后的废水污泥，然后将磨成粉的污泥传送至混合器，
c-在混合器中将干燥的磨成粉的污泥同一种溶剂进行混合及加热以产生碳氢化合物粘性悬浮或者悬浮的纤维素和矿物质，
d-分离液体和固体，
e-先加热分离的液体至溶剂的沸点及残余水的沸点，然后收集蒸发的溶剂和残余水，
f-将无溶剂的油传送至收集器，
g-冷凝蒸发后的溶剂和残余水，同时将二者分开，并
h-将分开的溶剂和残余水传送至步骤(c)中的混合器。
依照一个本发明进一步实施例，分离液体和固体的步骤在一个压滤机中进行，进一步包括以下步骤：
i-在上述压滤机中收集纤维素和矿物质的混合物
j-干燥上述纤维素和矿物质的混合物，同时去除和收集溶剂
k-将收集的溶剂再次用于步骤(c)中陈述的过程，并
l-将干燥的纤维素和矿物质的混合物传送至熔炉，通过熔炉的热量进行步骤(b)，(c)和(e)中的至少一项。
依照本发明的另一个实施例，步骤(f)得到的油大约含有80％的脂肪酸，大约含有占重量65％的C16和C18，基本上不含硫磺。
依照本发明的另一个实施例，这一过程从未消化污泥中提取了占重量18％的油，从消化污泥中提取了占重量11％的油。
依照本发明的另一个实施例，分离液体和固体的步骤产生了一种包含萃取后的油、残余溶剂和残留水的滤液。
附图说明
图1为过程流程图的第一部分。
图2为过程流程图的第二部分。
图3为过程流程图的第三部分。
具体实施方法
在描述发明前定义某些术语是有利的。
应注意如下定义用于本申请全文。
定义
术语“废水污泥”和“污泥”是指在废水处理过程中积累的污泥。
术语“溶剂”是指一种能够溶解其他物质的物质。
术语“滤液”是指一种过滤后的液体或气体。
术语“螺旋加料器”是指一种诸如体积分析螺旋加料器或者重量分析螺旋加料器的螺旋加料器，能够在流程中计量材料。
术语“压滤机”是指一种使用滤布和滤盘来实现固液分离的机器。
术语“生物柴油原料”是指用于生物燃料生产的有机物。
术语“大约”和“近似”是指一种在绝对值15％范围内的偏差。
术语“基本上”是指增加或减少10％。
术语“收集器”是指任何一套用于储存产品的设备。
术语“％”，除非另有说明，是指占重量的百分比。
废水污泥处理系统直接从城市污水处理厂提取污泥，将其转化为有用的产品，并且不会产生废物。它是一个低温、低压过程。
城市固体废物(101)从处理厂转移到湿污泥装载箱(103)。在装载箱(103)中固体占重量的20-45％。污泥被从第一个螺旋加料器(105)转移至干燥器(107)，在干燥器中进行干燥，使固体达到90％。在干燥过程中，液体变为蒸汽(109)被移除。然后干淤泥在研磨机(111)中被碾碎。干燥的磨碎后的污泥被转移到一个干燥的原料装载箱(203)。干燥的磨碎后的污泥被一个螺旋加料器(205)沿着路径(1001A)转移到路径(1001B)，送进混合器(113)。
用第一个泵(115)在混合器(113)内的淤泥中加入溶剂。在混合器(113)中对混合物进行混合和加热。所得材料是粘性碳氢化合物和/或悬浮的纤维素和矿物质。合成溶液通过泵(215)泵入压滤机(117)，并在这里分离固体和滤液。包含萃取后的油、残余溶剂和残留水的滤液，被送进收集器(119)。滤液被第二个泵(215)沿路径(2005A)到路径(2005B)泵入热交换器(121)。在进入闪蒸槽(123)之前，滤液被加热至溶剂的沸点及残余水的沸点。在闪蒸槽(123)内，溶剂和残余水被蒸发，并通过真空泵(125)被去除。从闪蒸槽(123)的底部收集不含溶剂的油，然后通过第三个泵(315)运送到收集器(127)中，准备作为生物燃油原料运送。
真空泵(125)排放的溶剂蒸气和残余水蒸气，以及沿路径(2003A)到路径(2003B)的放气管中溶剂和残余水的蒸气一起被收集，发送至通常如(129)所示的溶剂收集系统中。在第二热交换器(221)中，蒸气冷凝回液态。然后液体沿路径(2001A)运行到路径(2001B)进入冷凝器/分离器(131)，在那里将溶剂中的水去除。水和溶剂回到处理流程被重复利用。
纤维素和矿物质被第四个泵(415)从冷凝器/分离器(131)分离出并进入溶剂补给槽(133)。冷凝器/分离器(131)排放的蒸气进入一个活性炭罐(135)，然后进入溶剂补给槽(133)。新溶剂也被加入溶剂补给槽(133)。热水(139)也从冷凝器/分离器(131)移出供再次利用。
在压滤机(117)中，纤维素/矿物质的混合物被收集后送到干燥器(141)，在那里溶剂被移除和回收。纤维素/矿物质的混合物转到一个收集器(303)中。第三个螺旋加料器(305)将纤维素/矿物质的混合物沿路径(2007A)至路径(2007B)送入提供处理所需热量的火炉(143)。残余的灰烬可以继续处理来实现进一步的副产品回收(145)或者也可选择直接作为副产品利用而不进行再次加工。
液氮罐(147)用第五个泵(515)来移动氮气沿路径(1001A)至路径(1001B)进入混合器(113)，滤液桶(119)，干燥器(141)和干燥的纤维素箱(303)。
最好系统不使用进一步分离，而是将纤维素/矿物质的混合物用来作为可替换的燃料炉中的燃料来干燥进入的污泥。油具有19,000Btu/pound的热量值，纤维素/矿物质的混合物具有7000Btu/pound的热量值。
油被认为是生物燃油的一种完美的原料。它含有80％的脂肪酸(65％C16和C18)，而且几乎不含硫。它也可被用来作为燃料油而无需进一步加工。
这一过程从未消化污泥中提取了占重量18％的油，从消化污泥中提取了占重量11％的油。1磅极干燥的污泥产生11-18％的油，50-60％的纤维素和30％的矿物质(即使这一过程不需要分离纤维素和矿物质)。
这一过程中干燥步骤消耗的能量占全部所消耗能量的45％。值得注意的是由于这一过程不使用清洗步骤，干燥消耗的能量降到最低了。
在本发明中的流程结束后，所有的有用材料-油、纤维素和矿物质-被获取。更重要的是，不会产生要用焚化，掩埋或者其他处理方法来处置的残留物，这些使得本发明中的系统成为一个真实的零废物处理系统。
下面的例子只是用于说明，并不表示本发明局限于此。
实例
工艺设计标准和假设
项目单位设计值
城市固体废物(MSW)
供给干燥器的MSW滤饼   Ib/hr40
水分含量％75
固体含量           ％25
MSW饼容积密度Ib/ft365
MSN饼温度(平均)°F 65
反应器固体原料的平均成分构成
作为反应器原料的干燥的MSW Ib/hr 10
固体含量           ％90
水分含量           ％10
油(干基)％10
纤维素(干燥固体)％50-60
纤维素容积密度Ib/ft311
比热容Btu/lb-°F 7850
金属氧化物(MO)，干燥固体％25-35NT
金属氧化物容积密度Ib/ft3156
金属氧化物(平均)比重-2.5
金属氧化物比热容Btu/lb-F 0.23
金属氧化物的平均成分
氧化铁％10.0
氧化钙％6.25
氧化磷％4.5
氧化铝％2.25
其他氧化物％2.0
溶剂特性
庚烷(C7H16)
比重-0.684
庚烷容积密度Ib/ft342.64
庚烷沸点°F 209.1
庚烷比热容Btu/lb-F 0.5
气化潜热Btu/lb76.45
项目单位设计值
氮气
氮比热容Btu/lb-＜＜F 0.25
氮密度Ib/ft30.073
产品燃料油
油比重-0.9
油容积密度Ib/ft3  56
油比热容Btu/lb-oF18,000
处理厂运行
换班间隔               hr/d10
每班运行时间hr/班8
干燥MSW原料加工Ib/hr  10
溶剂添加
干燥一磅固体所需溶剂磅数Ib/Ib    4∶1
每Ib产品油的溶剂损失比例      ％       1.0
干燥用MSW原料
未加工的MSW滤饼Ib/hr40
固体含量％25
水分含量％75
干MSW滤饼容积密度Ib/ft321-31
试验工厂操作参数
**料尺寸混合器/反应器应每批可以操作20Ib固体干基(22.2Ib干燥的MSW含有90％固体)持续3小时。在每一班处理的40磅废料中包含有预计37.5％或15磅油。以回收率为95％的情况下，每天8小时的操作时间近似生成2加仑油。
每天的班次shifts/d 1
每班次工作时间hr/shift10
每班批数batches/d 2
每批反应时间hr/batch 3
每批所需干燥原料(90％固体)Ib/batch 22.2
反应器原料中干燥固体的含量Ib/batch 20
溶剂添加率Ib/batch 40
溶剂添加量Ib/d80
项目单位设计值
成品油
MSW固体进料中油的含量％  10
MSW固体进料中油的含量Ib/d 2
预计油回收率％95
预计油回收率Ib/d 14.25
预计油回收率gal/d 1.9
混合器/反应器
每批加工干基固体容量＝10Ib/batch
每批添加溶剂(庚烷)量＝40Ib/batch
每批充入混合器/反应器干燥原料的重量
＝(10Ib/batch)/(90％固体)
＝11.1Ib/batch
每批充入混合器/反应器干燥原料的体积
＝(11.1lb/batch)/(21-31  Ib/ft3)
＝0.35-52ft3/batch
每批充入混合器/反应器溶剂(庚烷)的体积
＝(40lb/batch)/(21.3Ib/ft3)
＝.94tf/batch
充入混合器/反应器全部原料的体积
＝0.35-52ft3干燥MSW滤饼+1.88ft3庚烷
＝1.29-1.46tf/batch
Figure BDA0000129492630000082
D＝[(1.29-1.46)x(4)/(π)]1/3＝1.18-1.23ft.
混合器/反应器直径1.5英尺，高2.5英尺，包含一个1.0英尺的干舷容许量，并且装备了带变频驱动(VFD)的1.0马力的马达。[4.42ft3]
本发明适用扩展范围
虽然已通过结合几个实施例及参考附图对本发明进行了充分的描述，但是应该明白各种变更和修改对本领域技术人员而言是显而易见的。这些变更和修改应被认为包含在附加权利要求规定的本发明的适用范围内，除非权利要求将其放弃。
虽然已经描述了本发明的几个具体实施例，但是本发明不仅限于这里描述的优先实施例，还应包含那些本领域人员基于本发明公开的部分做出的具有等效原理、修改、删节、组合(例如将不同的实施例进行组合)、改编和变更的任何和所有实施例。权利要求的限制应基于权利要求所使用的语言文字做广泛的解读，不应局限于本说明中所描述的例子，或者在专利的审查期间，所有例子都不应被看作是唯一的。例如，在本发明的公开部分，“优选的”一词是无排他性的，意思是“优选的，但是并不局限于”。在本申请公开和审查期间，手段加功能或者步骤加功能的限制将只用于所有如下情况都存在的权利限制：a)“手段方式”或“步骤方式”被明确的引用；b)相应的功能被明确的引用；c)结构，材料或者支撑这个结构的行为没有被引用。在本申请公开和审查期间，术语“本发明”或“发明”是表示以本公开内一个或多个方面作为参考。文字本发明或发明不应被错误的解读为临界的鉴别，不应被错误的解读为涉及所有方面或者实施例的应用(例如它有可能被解读为当前发明有若干个方面和实施例)，不应被解读为限制了申请和权利要求的范围。在本申请公开和审查期间，术语“实施例”能被用来描述任何方面，特征，过程或者步骤，其任何组合，和/或其任何部分，等等。在一些例子中，不同的实施例可能有交叉特征。在本公开内，以下简写术语可能被使用：“例如”意思是“举例说明”。

Claims (8)

1.一种零废物的废水污泥处理方法，在处理结束后，油、纤维素和矿物质被获取，并且几乎不产生要用焚化，掩埋或者其他处理方法来处置的残留物，其包含的步骤有：
a-将固体废水污泥从污水处理厂传送至一个湿污泥装载箱，按重量计算，上述废水污泥中包含20％到45％的固体，
b-将上述废水污泥干燥至含有90％的固体，碾碎干燥后的废水污泥，然后将磨成粉的污泥传送至混合器，
c-在混合器中将干燥的磨成粉的污泥同一种溶剂进行混合及加热以产生碳氢化合物的粘性悬浮或者悬浮的纤维素和矿物质，
d-分离液体和固体，
e-先加热分离的液体至溶剂的沸点及残余水的沸点，然后收集蒸发的溶剂和残余水，
f-将无溶剂的油传送至收集器，
g-冷凝蒸发后的溶剂和残余水，同时将二者分开，并
h-将分开的溶剂和水传送至步骤(c)中的混合器。
2.根据权利要求1所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，所述方法进一步包含所述的在一个压滤机中进行分离液体和固体的步骤，
i-在上述的压滤机中收集纤维素和矿物质的混合物
j-干燥上述的纤维素和矿物质的混合物，同时去除和收集溶剂
k-将收集的溶剂再次用于步骤(c)中陈述的过程，并
l-将干燥的纤维素和矿物质的混合物传送至熔炉，通过熔炉的热量进行步骤(b)，(c)和(e)中的至少一项。
3.根据权利要求2所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，其中步骤(f)得到的油近似含有80％的脂肪酸。
4.根据权利要求3所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，其中步骤(f)得到的油近似含有占重量65％的C16和C18。
5.根据权利要求3所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，其中步骤(f)得到的油，基本上不含硫磺。
6.根据权利要求1所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，其中这一过程从未消化污泥中提取了占重量18％的油，从消化污泥中提取了占重量11％的油。
7.根据权利要求1所述的零废物的废水污泥处理方法，其特征在于，其中所述分离液体和固体的步骤产生一种包含萃取后的油，残余溶剂和残留水的滤液。
8.根据权利要求1所述的一种零废物的废水污泥处理方法，在处理结束后，油，纤维素和矿物质被获取，并且几乎不产生要用焚化，掩埋或者其他处理方法来处置的残留物，包含的步骤有：
a-将固体废水污泥从污水处理厂传送至一个湿污泥装载箱，按重量计算上述的废水污泥中包含20％到45％的固体，
b-将上述废水污泥干燥至含有90％的固体，碾碎干燥后的废水污泥，然后将磨成粉的污泥传送至混合器，
c-在混合器中将干燥的磨成粉的污泥同一种溶剂进行混合及加热以产生碳氢化合物的粘性悬浮或者悬浮的纤维素和矿物质，
d-分离液体和固体，
e-先加热分离的液体至溶剂的沸点及残余水的沸点，然后收集蒸发的溶剂和残余水，
f-将无溶剂的油传送至收集器
g-冷凝蒸发后的溶剂和残余水，同时将二者分开，并
h-将分开的溶剂和水传送至步骤(c)中的混合器，
i-从步骤(d)中收集纤维素和矿物质的混合物
j-干燥上述的纤维素和矿物质的混合物，同时去除和收集溶剂
k-将收集的溶剂再次用于步骤(c)中陈述的过程，并
l-将干燥的纤维素和矿物质的混合物传送至熔炉，通过熔炉的热量进行步骤(b)，(c)和(e)中的至少一项，
其中步骤(f)得到的油近似含有80％的脂肪酸，近似含有占重量65％的C16和C18，
其中所述分离液体和固体的步骤产生一种包含萃取后的油，残余溶剂和残留水的滤液。
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