CN103121777B - 基于热水解的污泥处理及综合利用方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，并公开了一种基于热水解的污泥处理及综合利用方法及其应用，该方法包括：将含水率为75～90％的污泥注入反应釜，随后向热水解反应装置内注入1.5-2.5MPa的饱和蒸汽，当污泥的温度达到150～185℃时，停止注入饱和蒸汽并保持0～25分钟后获得热水解的泥浆；泥浆经厌氧消化反应制得沼气。本发明的热水解处理温度较低，可显著降低对污泥进行加热的时间以及因此的该处理方法的总处理时间，提高处理效率、降低能耗并节约成本。本发明制成的沼气可复用作锅炉系统燃料或外售，作为系统内蒸汽锅炉的燃料减少污泥处理所需的外购能源，从而降低了处理成本，提高了经济效益，实现了污泥的减量化、无害化和资源化。

Description

基于热水解的污泥处理及综合利用方法及其应用

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，并涉及一种污泥的处理方法。更具体地，本发明涉及一种基于热水解的污泥处理及综合利用方法及其应用。

背景技术

脱水污泥是污水处理过程中产生的主要副产物，其不仅含丰富的水分、有机物和微生物，而且含有重金属等多种可导致环境污染的有害物质，因此污泥的不当处理很有可能造成二次环境污染。为避免上述问题的发生，目前已陆续研发出一些污泥处理方法和装置，以期望降低污泥中的有害物质含量，并通过污泥处理对其进行二次回收利用。其中，包含热水解处理、脱水处理和脱除液回用的污泥处理技术是一种有效的污泥处理方法。但现有的污泥处理方法通常在高于190℃的高温条件下进行长时间的水解反应，蒸汽消耗量大、能耗成本高，而且加热到190℃以上的高温所耗用的加热时间长，导致整个处理效率偏低，并造成整个处理过程的高运行成本和高设备投资成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的污泥处理方法的能耗大、耗时长、处理效率低且设备成本高的缺陷，提供一种能耗小、耗时短、处理效率高且设备成本低的基于热水解的污泥综合处理方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现：提供一种基于热水解的污泥综合处理方法，所述方法包括以下步骤：

S 1、热水解步骤：将含水率为75～90％的污泥注入反应釜，随后向热水解反应装置内注入1.5-2.5MPa的饱和蒸汽，当污泥的温度达到150～185℃时，停止注入饱和蒸汽并保持0~25分钟后获得热水解的泥浆；

S2、厌氧消化制沼气步骤：所述泥浆经厌氧消化反应制得沼气。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，所述方法还包括以下步骤：

S3、机械脱水步骤：对所述步骤S2中经厌氧消化反应产生的沼渣进行机械脱水，得到含水率为30～50％的脱水泥饼。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，所述方法还包括以下步骤：

S4、沼气回用步骤：将所述步骤S2中制得的沼气作为燃料返回给蒸汽锅制备饱和蒸汽。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，在所述步骤S1中向反应釜内注入污泥的含水率为80～85％。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，在所述步骤S1中，向反应釜内注入1.8～2.3Mpa的饱和蒸汽。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，在所述步骤S1中，当所述污泥的温度达到160～170℃时，停止注入饱和蒸汽并保持10～15分钟。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，在所述步骤S1中，所述污泥的温度为所述反应釜内低温区的温度。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，所述反应釜内装有搅拌装置，所述步骤S1还包括在注入所述污泥后启动所述搅拌装置搅拌污泥。搅拌操作可促进污泥与饱和蒸汽的充分接触，使得处理过程中传热更快、污泥的热水解反应更完全。另外说明的是，虽然此处以及后续实施例中均在注入污泥后启动搅拌装置，但搅拌装置的使用控制并不受限于此方式。换言之，还可在注入污泥的过程中或在开始注入饱和蒸汽后启动搅拌装置。

在上述基于热水解的污泥综合处理方法中，所述步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

S11：排汽泄压并排出所述泥浆；以及

S12：使排出的所述泥浆冷却。

根据本发明的一个方面，提供一种上述基于热水解的污泥综合处理方法在处理有机固体废弃物中的应用。这一类型的有机固体废弃物包括但不限于餐厨垃圾、动物粪便和/或食品加工厂废渣等。

在本发明中在热力和压力的作用下，污泥中的有机高分子结构、胶状体等固相物质的持水结构被破坏，使污泥由初始的粘稠固态转化为流动性很好的液态泥浆。另外，高温热水解处理可彻底杀灭污泥中的细菌和病原体，实现污泥的无害化。经热水解处理后，污泥所含的微生物解体，微生物细胞的有机质充分释放出来并进一步水解，污泥中固体有机物的溶解和水解，使污泥的厌氧消化性能大为改善，为后续的厌氧消化处理创造有利条件。同时，污泥的持水结构被破坏，污泥中的结合水被释放出来，脱水性能大为改善，为后续脱水处理创造有利条件。

在本发明中，相比采用脱除液制沼气的方式，以热水解处理后得到的液态泥浆为底物时可得到更多沼气，并可将产生的沼气用作蒸汽锅炉的燃料，实现系统自身的能量平衡。机械脱水所得到的脱水泥饼其含水率为30-50％，可作为有机肥料原料，覆盖土，或土壤改良剂。以上处理步骤实现了污泥的减量化、无害化和资源化。

实施本发明可获得以下有益效果：(1)本发明的热水解处理方法适用于多种含水率的脱水污泥，且无需在热水解反应前对污泥进行任何预处理，流程简单；(2)停止注入饱和蒸汽的温度降低至150～185℃，蒸汽消耗量减少10-30％，加热时间缩短5-20分钟，停止注入饱和蒸汽后的保持时间缩短5-30分钟，处理效率提高15％以上，相应设备投资降低至少15％；(3)机械脱水后制得的脱水泥饼可作为有机肥料原料、覆盖土或土壤改良剂；(4)处理后污泥含水降至50％以下，污泥体积和重量大幅减少70％以上；。(5)液态泥浆可经厌氧消化产生沼气，并可作为锅炉系统燃料，实现系统自身热量平衡，在大幅降低运行成本的同时实现了污泥的减量化、无害化和资源化。

附图说明

图1是根据本发明的基于热水解的污泥综合处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例1的基于热水解的污泥综合处理方法的流程图；

图3是根据本发明实施例2的基于热水解的污泥综合处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种基于热水解的污泥综合处理方法，该方法采用1.5-2.5MPa的饱和蒸汽对含水率为75-90％的污泥进行热水解处理，采用热水处理得到的泥浆制沼气。上述处理步骤不仅实现了污泥的减量化，更实现了污泥的无害化和资源化。

上述对待处理污泥进行加热的过程中，本发明通过污泥与饱和蒸汽(可称为加热源)的直接接触、以及污泥之间的热交换实现加热。本领域技术人员理解的是，目前用作污泥热水解处理的反应釜主要从其顶部注入饱和蒸汽，少数反应釜同时从其顶部和底部注入饱和蒸汽。由于热水解处理前的污泥呈粘稠状、热交换过程缓慢，且反应器内不同区域的污泥距离加热源的位置不等，加热过程中反应釜内不同位置的污泥温度并不相同。

在运用本发明所提供的综合处理方法时，首先在反应器内部纵向取点，将反应釜按纵向三等分成上、中、下三部分，即靠近顶部的1/3为上部，靠近底部的1/3为下部，中间的1/3为中部。当饱和蒸汽从上部注入时，下部为低温区；当从上部和下部同时注入饱和蒸汽时，中部为低温区。换言之，本文所用的表达“低温区”意指在反应釜内距离加热源较远、且因此在加热过程中温度相对较低的污泥所在的区域。

在本发明的优选实施例中，测定低温区内污泥的温度，并以此温度值为标准判断是否需要继续注入饱和蒸汽。在低温区测定污泥温度的优点在于：可确保反应器的所有待处理污泥均达到进行有效热水解处理的必需温度，同时缩短处理时间、降低能耗且提高效率。

应该说明的是，为提高加热速度且因此进一步提高处理效率，本发明优选使用卧式构造的反应釜；在该类型反应装置中，使用同等压力的饱和蒸汽时热传质速度更快且效率更高，因而反应釜内污泥的热水解反应也更为迅速。以下的具体实施例也均结合卧式反应釜(在实施例中简称为反应釜)展开详细描述。但本发明并不限于使用这一构造的反应装置，任何采用其他构造的热水解反应装置的变形和等同替换均在本发明的保护范围之内。

以下将结合具体实施例进一步详细说明本发明的基于热水解的污泥综合处理方法。

实施例1：

如图2所示，将含水率为75-80％的污泥注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.5-1.7MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的污泥进行加热；检测反应釜下部污泥的实时温度，当污泥温度达到185℃时，停止注入饱和蒸汽并保持10-15分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的泥浆；泥浆冷却后经厌氧消化反应产生沼气；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为40-45％的脱水泥饼。此时完成对含水率为75-80％的污泥的综合处理，所制得的脱水泥饼可用作生物质燃料，而产生的沼气是目前公知的绿色能源。

实施例2：

如图3所示，将含水率为80-85％的污泥注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉同时由反应釜上部和下部向其内注入1.8-2.0MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的污泥进行加热；检测反应釜中部污泥的实时温度，当污泥温度达到170℃时，停止注入饱和蒸汽并保持15-20分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的泥浆；泥浆冷却后经厌氧消化反应产生沼气，并将产生的沼气用于加热蒸汽锅炉；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为40-45％的脱水泥饼。此时完成对含水率为80-85％的污泥的综合处理，所制得的脱水泥饼可作为有机肥料原料、覆盖土或土壤改良剂，而产生的沼气作为蒸汽锅炉的燃料，降低外购能源需求，节约处理成本。

实施例3：

将含水率为85-90％的污泥注入反应釜，同时启动反应釜内的搅拌装置，关闭反应釜进料口；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入2.1-2.3MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的污泥进行加热；检测反应釜下部污泥的实时温度，当污泥温度达到165℃时，停止注入饱和蒸汽并保持5-10分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的泥浆；泥浆冷却后经厌氧消化反应产生沼气；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为43-48％的脱水泥饼。此时完成对含水率为85-90％的污泥的综合处理，所制得的脱水泥饼可用作生物质燃料，而产生的沼气是目前公知的绿色能源。

实施例4：

将含水率为83-88％的污泥注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入2.2-2.5MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的污泥进行加热；检测反应釜下部受热污泥的实时温度，当污泥温度达到160℃时，停止注入饱和蒸汽并保持0-5分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的泥浆；泥浆冷却后经厌氧消化反应产生沼气，并将产生的沼气用于加热蒸汽锅炉；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为45-50％的脱水泥饼。此时完成对含水率为83-88％的污泥的综合处理，所制得的脱水泥饼可用作生物质燃料，而产生的沼气作为蒸汽锅炉的燃料，降低外购能源需求，节约处理成本。

实施例5：

将含水率为80-85％的污泥注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入2.0-2.1MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的污泥进行加热；检测反应釜下部污泥的实时温度，当污泥温度达到150℃时，停止注入饱和蒸汽并保持20-25分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的泥浆；泥浆冷却后经厌氧消化反应产生沼气，并将产生的沼气用于加热蒸汽锅炉；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为30-35％的脱水泥饼。此时完成对含水率为83-88％的污泥的综合处理，所制得的脱水泥饼可用作生物质燃料，而产生的沼气作为蒸汽锅炉的燃料，降低外购能源需求，节约处理成本。

由以上实施例1-5可知，本发明的基于热水解的污泥综合处理方法可适用于多种含水率的污泥(脱水污泥)，应用范围广泛；并且在处理前无需对待处理污泥进行任何前处理，不仅节约处理时间，而且有利于成本控制。停止注入饱和蒸汽的温度降低至150～185℃，可有效缩短加热时间，降低能耗；停止注入饱和蒸汽后的保持时间缩短，显著提高了处理效率，使得总运行成本降低。这样，在同等的能耗和时间条件下可处理更多的污泥，有效提升总的处理效率。仅需采用普通的压滤设备进行机械脱水，大幅节省设备投资成本和维护成本。通过本发明的方法可使污泥最终转化为可作为有机肥料原料，土壤改良剂，或覆盖土的脱水泥饼和用作绿色能源的沼气，实现了污泥的减量化、无害化和资源化。

本发明的基于热水解的污泥综合处理方法可应用于处理有机固体废弃物，优选处理高含水率的有机固体废弃物，更优选处理含水率为75-90％的有机固体废弃物。这一类型的有机固体废弃物包括但不限于餐厨垃圾、动物粪便和/或食品加工厂废渣等。以下将通过具体示例详细说明该处理方法的应用，但应该理解的是，以下具体示例仅用于解释本发明，而不对本发明的范围构成任何限制。

示例1：

将含水率为75-80％的餐厨垃圾注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.5-1.7MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的餐厨垃圾进行加热；检测反应釜下部餐厨垃圾的实时温度，当餐厨垃圾的温度达到185℃时，停止注入饱和蒸汽并保持20-25分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的浆状餐厨垃圾；浆状物冷却后经厌氧消化反应产生沼气；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为40-45％的脱水产物。此时完成对含水率为75-80％的餐厨垃圾的综合处理，所制得的脱水产物可用作生物质燃料，而产生的沼气是目前公知的绿色能源。

示例2：

将含水率为80-85％的动物粪便注入反应釜，关闭反应釜进料口，并启动反应釜内的搅拌装置；从蒸汽锅炉同时由反应釜上部和下部向其内注入1.8-2.0MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的动物粪便进行加热；检测反应釜中部动物粪便的实时温度，当动物粪便的温度达到170℃时，停止注入饱和蒸汽并保持15-20分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的浆状动物粪便；浆状物冷却后经厌氧消化反应产生沼气，并将产生的沼气用于加热蒸汽锅炉；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为40-45％的脱水产物。此时完成对含水率为80-85％的动物粪便的综合处理，所制得的脱水产物可作为有机肥料原料、覆盖土或土壤改良剂，而产生的沼气作为蒸汽锅炉的燃料，降低外购能源需求，节约处理成本。

示例3：

将含水率为85-90％的食品加工厂废渣注入反应釜，同时启动反应釜内的搅拌装置，关闭反应釜进料口；从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入2.1-2.3MPa的饱和蒸汽，对反应釜内的食品加工厂废渣进行加热；检测反应釜下部食品加工厂废渣的实时温度，当食品加工厂废渣的温度达到165℃时，停止注入饱和蒸汽并保持10-15分钟；随后打开泄压阀开始排汽泄压，当反应釜内的压力降至0.05MPa以下时打开排料阀，排出热水解处理得到的浆状食品加工厂废渣；浆状物冷却后经厌氧消化反应产生沼气；制沼气时产生的沼渣进入压滤机，经机械脱水后得到含水率为43-48％的脱水产物。此时完成对含水率为85-90％的食品加工厂废渣的综合处理，所制得的脱水产物可用作生物质燃料，而产生的沼气是目前公知的绿色能源。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于热水解的污泥综合处理方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成：

S1、热水解步骤：将含水率为75～90％的污泥注入反应釜，随后向热水解反应装置内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当污泥的温度达到160～170℃时，停止注入饱和蒸汽并保持10～15分钟后获得热水解的泥浆；

所述反应釜内装有搅拌装置，所述步骤S1还包括在注入所述污泥后启动所述搅拌装置搅拌污泥；

S11：排汽泄压并排出所述泥浆；以及

S12：使排出的所述泥浆冷却；

S2、厌氧消化制沼气步骤：所述泥浆经厌氧消化反应制得沼气；

S3、机械脱水步骤：对所述步骤S2中经厌氧消化反应产生的沼渣进行机械脱水，得到含水率为30～50％的脱水泥饼；

S4、沼气回用步骤：将所述步骤S2中制得的沼气作为燃料返回给蒸汽锅制备饱和蒸汽。

2.根据权利要求1所述的基于热水解的污泥综合处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中向反应釜内注入污泥的含水率为80～85％。

3.权利要求1-2中任一权利要求的基于热水解的污泥综合处理方法在处理有机固体废弃物中的应用。