CN103588365A - 城市污泥的水热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市污泥的水热处理方法，包括：（1）向污泥中加入药剂，在120℃～300℃之间反应1min～5h，所述的药剂为氢氧化钙、氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种，以污泥中固体的质量为1计，药剂的加入量为0.01～1；（2）对步骤（1）得到的污泥进行脱水。采用本发明的方法处理城市污泥，对污泥中的有机物去除率高并且污泥的脱水性能更好。

Description

城市污泥的水热处理方法

技术领域

本发明涉及城市污泥的水热处理方法。

背景技术

污泥是污水处理的必然产物。“十一五”期间，在污水处理厂建设和污水处理量攀升的同时，也带来了污泥量的大幅增长。据报道，目前我国处于运营状态的污水厂有2000余座，日处理水量为8000多万立方米。以污泥（含水率为98质量%）占污水的质量比例为0.6质量%计算，每天产生污泥的产量为48万立方米。“十二五”期间，随着在建污水处理厂大批投运，城镇污水处理厂污泥的年均增长量将达到15质量%。

污水处理厂产生的污泥包括初沉污泥和剩余污泥。初沉污泥和剩余污泥及其混合物被称为城市污泥。城市污泥的水含量高且含有有机残片和细菌菌体，未经恰当处理的城市污泥进入环境后，将直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。

污泥的水热处理是指在加热过程中，微生物絮体解散，细胞破裂，有机物水解，降低了黏性的污泥固体颗粒对水的束缚作用，根本上改变了污泥中的水分特征，从而提高了污泥的脱水性能。但是，仅仅采用水热处理，污泥中的有机物去除率较低（仅40%左右），因此，有研究将NaOH或KOH加入到污泥中，进行碱助水热处理，提高污泥中的有机物去除率。然而，虽然加入NaOH或KOH后污泥中有机物去除率得到一定程度的提高，但是污泥脱水性能急剧恶化，不得不依靠添加混凝剂和絮凝剂（如AlCl₃和聚丙烯酰胺）改善污泥的脱水性能，这在另一方面不仅形成沉淀、增加了脱水污泥的含固率，还增加了处理成本。

在工业生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔气等产品的过程中，会产生大量电石渣废渣。据统计，我国电石废渣排放量已超过1000万吨。乙炔发生器排出的电石废渣含水量高达90质量%以上，沉降后的电石废渣中一般也含有分数80质量%左右的水。干电石废渣的主要成分为CaOH₂（含量在90质量%以上），另外还含有硅、铁、铝、镁等元素的氧化物或氢氧化物及少量其他杂质。电石废渣是具有高碱性的污染物，直接排放对环境有很大的危害，如何将电石废渣综合利用、变废为宝已是企业迫在眉睫的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，如何在提高污泥脱水性能的同时，去除其中的大部分有机物。

本发明中的含固率和含水率均以质量百分数计。

一种城市污泥的水热处理方法，包括：

（1）向污泥中加入药剂，在120℃～300℃之间反应1min～5h，所述的药剂为氢氧化钙、氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种，以污泥中固体的质量为1计，药剂的加入量为0.01～1；

（2）对步骤（1）得到的污泥进行脱水。

优选的情况下，步骤（1）前，先将污泥进行浓缩，得到湿污泥，然后再对湿污泥进行处理，所述的湿污泥的含固率为1%～20%，优选为2%～10%。

本发明中，“浓缩”是指提高污泥含固率的过程。本领域技术人员清楚对城市污泥进行浓缩的技术手段，如自然干化法、沉降法、气浮法、离心法和过滤法等。自然干化法的主要构筑物是污泥干化场，该方法依靠下渗和蒸发降低流放到场上的污泥的含水量。沉降法采用污泥浓缩池，有连续式和间歇式两种，在浓缩池中,固体颗粒借重力下降,水分从泥中挤出，浓缩污泥从池底排出，污泥水从池面堰口外溢(连续式)或从池侧出水口流出。气浮法和沉降法相反，使污泥颗粒附上微细气泡而上浮至水面，然后用刮板将浓缩污泥刮入排泥槽，污泥水则从池底流出。离心法是在专门制造的离心浓缩器中进行，利用污泥中固、液比重不同，有不同离心倾向，以分离泥水，达到浓缩的目的。过滤法是使用真空过滤机、板框压滤机和带式过滤机等过滤设备，对污泥进行浓缩脱水。本发明可使用上述技术手段的一种或几种对污泥进行浓缩。

步骤（1）中，以污泥中固体的质量为1计，药剂的加入量优选为0.05～0.5。

步骤（1）中，反应温度优选为150℃～250℃，反应时间优选为10min～120min。

步骤（2）中，优选采用板框压滤的方式对污泥进行脱水。

优选的情况下，将步骤（1）得到的污泥与待处理的污泥进行换热，使步骤（1）得到的污泥的温度降低至60℃以下，然后再对其进行脱水。

本发明还提供了另一种城市污泥的水热处理方法，包括：

（1）将污泥与电石废渣混合，在100℃～300℃之间反应1mi n～5h，所述的电石废渣含水率为0～80%，电石废渣中的固体与污泥中的固体的质量比为0.01:1～1:1；

（2）对步骤（1）得到的污泥进行脱水。

优选的情况下，所述的电石废渣含水率为40%～80%；电石废渣中，Mg²⁺含量为50～500μg/g，Fe³⁺含量为50～500μg/g。

优选的情况下，步骤（1）前，先将污泥进行浓缩，得到湿污泥，然后对湿污泥进行处理，所述的湿污泥的含固率为1%～40%，优选为1%～25%，更优选为2%～10%。

本发明中，“浓缩”是指提高污泥含固率的过程。本领域技术人员清楚对城市污泥进行浓缩和脱水的技术手段，如自然干化法、沉降法、气浮法、离心法和过滤法等。自然干化法的主要构筑物是污泥干化场，该方法依靠下渗和蒸发降低流放到场上的污泥的含水量。沉降法采用污泥浓缩池，有连续式和间歇式两种，在浓缩池中,固体颗粒借重力下降,水分从泥中挤出，浓缩污泥从池底排出，污泥水从池面堰口外溢(连续式)或从池侧出水口流出。气浮法和沉降法相反，使污泥颗粒附上微细气泡而上浮至水面，然后用刮板将浓缩污泥刮入排泥槽，污泥水则从池底流出。离心法是在专门制造的离心浓缩器中进行，利用污泥中固、液比重不同，有不同离心倾向，以分离泥水，达到浓缩的目的。过滤法是使用真空过滤机、板框压滤机和带式过滤机等过滤设备，对污泥进行浓缩脱水。本发明可使用上述技术手段的一种或几种对污泥进行浓缩。

优选的情况下，步骤（1）中，污泥与电石废渣混合后，使混合物的含固率在2%～20%之间。

电石废渣中的固体与污泥中的固体的质量比为0.05:1～0.5:1。

步骤（1）中，反应温度优选为120℃～250℃，反应时间优选为10min～120min。

步骤（2）中，优选采用板框压滤的方式对污泥进行脱水。

优选的情况下，将步骤（1）得到的污泥与待处理的污泥换热，使步骤（1）得到的污泥的温度降低至60℃以下，然后再对其进行脱水。

发明人发现，用氢氧化钙对城市污泥进行水热处理，不仅对有机物的去除率高、污泥的稳定程度高，而且污泥的脱水性能好，不需要投加混凝剂和絮凝剂就可以直接进入脱水设备，所得到的泥饼含固率也很高。发明人还发现，使用电石废渣处理城市污泥时，在保证有机物去除率的基础上，脱水性能进一步提高，所得到的泥饼含固率可达50%以上。本发明的方法不仅提高了污泥中有机物的去除率，而且解决原有技术中污泥脱水性能差、操作流程长、处理成本高的问题，有利于实现城市污泥的减量化和稳定化，这对改进、优化现有的污泥处理系统，降低污泥处理设施的投资和运行成本也具有一定指导意义。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。实施例中，含固率的测试方法为：将质量为m₁的污泥在105℃的温度下干燥至恒重（记为m₂），m₂为固含量，m₂与m₁的百分比为含固率。将干燥至恒重m₂的干污泥置入550℃马弗炉焚烧30min，得到残渣m₃，m₂与m₃的质量差为有机固体含量。

实施例1

某城市污泥50吨，含固率为0.8%；将该污泥浓缩后得到湿污泥8吨，含固率为5%，固含量为0.4吨，有机固体含量为0.3吨。向湿污泥中投加0.08吨固体CaO（质量为污泥固含量的20%），在250℃进行水热反应2h，然后与待处理的污泥换热，使水热处理后的污泥温度降低至50℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水10min，得到脱水污泥0.53吨，含固率为30%，固含量为0.16吨，有机固体含量为0.02吨，有机固体去除率为93%。

对比例1

某城市污泥50吨，含固率为0.8%；将该污泥浓缩和脱水后得到湿污泥8吨，含固率为5%，固含量为0.4吨，有机固体含量为0.3吨。湿污泥在250℃进行水热反应2h，然后与待处理的污泥换热，使水热处理后的污泥温度降低至50℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水10min，得到脱水污泥1.2吨，含固率为19%，固含量为0.23吨，有机固体含量为0.17吨，有机固体去除率为43%。

对比例2

某城市污泥50吨，含固率为0.8%；将该污泥浓缩和脱水后得到湿污泥8吨，含固率为5%，固含量为0.4吨，有机固体含量为0.3吨。向湿污泥中投加0.08吨固体NaOH（质量为污泥固含量的20%），湿污泥在250℃进行水热反应2h，然后与待处理的污泥换热，使水热处理后的污泥温度降低至50℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水10min，得到脱水污泥1.9吨，含固率为8%，固含量为0.15吨，有机固体含量为0.06吨；脱水30min，得到脱水污泥1.4吨，含固率为11%；脱水60min，得到脱水污泥1.1吨，含固率为13%，有机固体去除率为80%。

实施例2

某城市污泥50吨，含固率为0.8%；将该污泥浓缩和脱水后得到湿污泥8吨，含固率为5%，固含量为0.4吨，有机固体含量为0.3吨。向湿污泥中投加0.004吨固体Mg(OH)₂（质量为污泥固含量的1%），在250℃进行水热反应10min，然后与待处理的污泥换热，使水热后污泥温度降低至60℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水10min，得到脱水污泥0.44吨，含固率为32%，固含量为0.14吨，有机固体含量为0.04吨，有机固体去除率为87%。

实施例3

某城市污泥50吨，含固率为0.8%；将该污泥浓缩和脱水后得到湿污泥13.3吨，含固率为3%，固含量为0.4吨，有机固体含量为0.3吨。向湿污泥中投加0.2吨固体Ca(OH)₂（质量为污泥固含量的50%），在150℃进行水热反应60min，然后与待处理的污泥换热，使水热后污泥温度降低至40℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水10min，得到脱水污泥0.62吨，含固率为40%，固含量为0.25吨，有机固体含量为0.05吨，有机固体去除率为83%。

实施例4

某城市污泥浓缩后得到湿污泥10吨，湿污泥含固率为40%，湿污泥中固体质量为4吨。将2吨含水率为80%的电石废渣（固含量0.4吨，Mg²⁺含量为142μg/g,Fe³⁺含量为158μg/g）与湿污泥混合，污泥中的固体与电石废渣中的固体的质量比1:0.1，混合物中有机固体质量为3吨。在300℃进行水热反应10min，然后与待处理的污泥换热，使水热后混合物温度降低至50℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水，得到脱水物3.3吨，其中固体含量为1.65吨，有机固体质量为0.25吨，脱水物含固率为60%，有机固体去除率为92%。

实施例5

某城市污泥浓缩后得到湿污泥10吨，湿污泥含固率为20%，湿污泥中固体质量为2吨。将2吨含水率为50%的电石废渣（固含量1吨，Mg²⁺含量为324μg/g,Fe³⁺含量为369μg/g）与湿污泥混合，污泥中的固体与电石废渣中的固体的质量比1:0.5，混合物中有机固体质量为1.6吨。在200℃进行水热反应1h，然后与待处理的污泥换热，使水热后混合物温度降低至40℃，之后进入板框压滤脱水设备脱水，得到脱水物2.82吨，其中固体含量为1.55吨，有机固体质量为0.15吨，脱水物含固率为55%，有机固体去除率为91%。

Claims (15)

1.一种城市污泥的水热处理方法，包括：

（1）向污泥中加入药剂，在120℃～300℃之间反应1min～5h，所述的药剂为氢氧化钙、氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种，以污泥中固体的质量为1计，药剂的加入量为0.01～1；

（2）对步骤（1）得到的污泥进行脱水。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）前，先将污泥进行浓缩，得到湿污泥，然后再对湿污泥进行处理，所述的湿污泥的含固率为1%～20%。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的湿污泥的含固率为2%～10%。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，以污泥中固体的质量为1计，药剂的加入量为0.05～0.5。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，反应温度为150℃～250℃，反应时间为10min～120min。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤（1）得到的污泥与待处理的污泥进行换热，使步骤（1）得到的污泥的温度降低至60℃以下，然后再对其进行脱水。

7.一种城市污泥的水热处理方法，包括：

（1）将污泥与电石废渣混合，在100℃～300℃之间反应1min～5h，所述的电石废渣含水率为0～80%，电石废渣中的固体与污泥中的固体的质量比为0.01:1～1:1；

（2）对步骤（1）得到的污泥进行脱水。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（1）前，先将污泥进行浓缩，得到湿污泥，然后对湿污泥进行处理，所述的湿污泥的含固率为1%～40%。 

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的湿污泥的含固率为1%～25%。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的湿污泥的含固率为2%～10%。

11.按照权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，污泥与电石废渣混合后，使混合物的含固率在2%～20%之间。

12.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，电石废渣中的固体与污泥中的固体的质量比为0.05:1～0.5:1。

13.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，反应温度为120℃～250℃，反应时间为10min～120min。

14.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，将步骤（1）得到的污泥与待处理的污泥换热，使步骤（1）得到的污泥的温度降低至60℃以下，然后再对其进行脱水。

15.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的电石废渣含水率为40%～80%；电石废渣中，Mg²⁺含量为50～500μg/g，Fe³⁺含量为50～500μg/g。