CN106064871B - 超临界污泥处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一方面提供了一种可以改善污泥流动性的超临界污泥处理系统,包括:沿着污泥的流向依次连接的预处理系统、研磨混配系统、加压升温系统、反应处理系统;其中,研磨混配系统包括沿着污泥的流向依次连接的用于将污泥研磨成多级不同粒径的研磨筛分装置,以及混配装置。本发明还提供一种可以改善污泥流动性的超临界污泥处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及超临界水氧化技术领域,具体而言,涉及一种超临界污泥处理系统及处理方法。
背景技术
在超临界水氧化技术(SCWO)中,水的临界点是温度374.3℃、压力22.05MPa,如果将水的温度、压力升高到临界点以上,即为超临界水(SCW),其密度、粘度、电导率、介电常数等基本性能均与普通水有很大差异,表现出类似于非极性有机化合物的性质。因此,超临界水能与非极性物质(如烃类)和其他有机物完全互溶,同时超临界水还可以和空气、氧气、氮气和二氧化碳等气体完全互溶,而无机物特别是盐类在超临界水中的电离常数和溶解度则很低。利用超临界水的特殊性质,可对各类含有机质的废物进行高效彻底的处理。
近年来,我国的工业经济和水资源及环境的发展出现了极不协调的状况,超临界水氧化技术(SCWO)可以用来对污泥、危废、废水等废弃物进行处理。在超临界水氧化系统内,污泥等待处理废弃物首先进行预处理,配置成泥浆并将浓度调整至设计值,然后经过高效预热系统与来自高温反应后物料进行换热,达到反应温度后进入超临界反应装置。
在现有技术中,污泥的浓度低,流动性差,调节污泥浓度和流动性的手段有限,容易造成输送管网的堵塞,且超临界系统的热量利用方式没有在污泥改性方式上的应用,能量利用方式受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以改善污泥流动性的超临界污泥处理系统及处理方法。
为了解决上述问题,根据本发明的一个方面,提供了一种超临界污泥处理系统,包括:沿着污泥的流向依次连接的预处理系统、研磨混配系统、加压升温系统、反应处理系统;其中,研磨混配系统包括沿着污泥的流向依次连接的用于将污泥研磨成多级不同粒径的研磨筛分装置,以及混配装置。
根据本发明的一个实施例,研磨筛分装置包括并列设置的粗粒径研磨设备、中粒径研磨设备、细粒径研磨设备和超细粒径研磨设备,以及与各个研磨设备对应设置的多个储罐。
根据本发明的一个实施例,研磨筛分装置包括破碎研磨装置和与破碎研磨装置连接的筛分装置,筛分装置包括多个网孔目数不同的过滤筛分网。
根据本发明的一个实施例,预处理系统包括沿着污泥的流向依次连接的预处理装置、压滤装置和干燥装置,其中,干燥装置与研磨筛分装置连接。
根据本发明的一个实施例,加压升温系统包括沿着污泥的流向依次连接的加压泵和换热器,其中加压泵与混配装置连接。
根据本发明的一个实施例,反应处理系统包括超临界反应器以及与超临界反应器连接的氧化剂储罐,超临界反应器与加压升温系统的换热器以从换热器接受污泥混合物的方式连接。
根据本发明的一个实施例,超临界反应器与预处理系统的干燥装置和加压升温系统的换热器以向干燥装置和换热器供热的方式连接。
根据本发明的另一个方面,还提供一种超临界污泥处理方法,包括如下步骤:
S10,对湿污泥进行预处理后进行粒径级配,以得到多级粒径不同的干污泥粉末;
S20,将干污泥粉末送入混配装置与水及添加剂混合,以得到污泥混合物;
S30,将污泥混合物加压升温后供应至超临界反应器与氧化剂进行超临界反应。
根据本发明的一个实施例,粒径级配步骤包括将预处理步骤中干燥后的污泥按照预定质量比分配给目数不同的研磨装置研磨成多级粒径不同的干污泥粉末。
根据本发明的一个实施例,粒径级配步骤包括将预处理步骤中干燥后的污泥在同一破碎研磨装置研磨后按照预定质量比分配给目数不同的筛分装置筛分出多级粒径不同的干污泥粉末。
根据本发明的一个实施例,预定质量比为5:2:1:2。
根据本发明的一个实施例,粒径级配采用粗粒径35-60目、中粒径60-80目、细粒径80-200目、超细粒径200-250目的四级粒径级配。
根据本发明的一个实施例,采用超临界反应后产物的热量在预处理中干燥湿污泥并在加压升温步骤中加热污泥混合物。
本发明的有益效果在于:
本发明的超临界污泥处理系统和方法,通过对湿污泥的干燥、研磨和筛分,实现污泥的粒径级配,并可以根据需要调节污泥浓度,改善了污泥的流动性,易于加压泵输送,泥浆稳定性良好,更好的满足了后续超临界水氧化等设备的使用要求,具有成本低、热量利用率高,装置运行效果好的优点。
附图说明
图1是本发明的超临界污泥处理系统的第一实施例的示意图。
图2是本发明的超临界污泥处理系统的第二实施例的示意图。
图3是本发明的超临界污泥处理方法的流程图。
具体实施方式
如下参照附图描述本发明的实施例。
参照图1,图1示出了本发明超临界污泥处理系统的一个实施例。在该实施例中,超临界污泥处理系统包括沿着污泥的流向依次连接的预处理系统20、研磨混配系统30、加压升温系统40、反应处理系统50;其中,研磨混配系统30包括沿着污泥的流向依次连接的用于将污泥研磨成多级不同粒径的研磨筛分装置,以及混配装置14。
这样,通过研磨筛分装置分别研磨至多级不同粒径的污泥粉末输送至混配装置14进行混合,可以有效改善污泥的流动性,使其易于泵送,并具有良好的稳定性,适合于后续设备的处理。需要注意的是,混配装置14的尺寸和功率可以根据工艺需要和处理规模确定。在一些实施例中,混配装置14中可以设置搅拌器,上述搅拌器可以根据混配装置14的工况和具体需求进行选择。在另一个实施例中,混配装置14构造为圆柱体混合容器,以实现研磨设备产物、水和添加剂的混配,生成改性的污泥产物。
在上述实施例中,使用预处理系统20对湿污泥进行预处理后,再通过研磨混配系统30对预处理后的污泥进行研磨并以一定比例混配湿污泥和干污泥粉末,从而调节污泥浓度并增加污泥的流动性,降低处理成本和能耗。
在本发明的一个实施例中,在预处理系统20和研磨混配系统30中,输送设备采用皮带式输送和螺旋式密封输送。输送装置可以为开放式输送装置如皮套输送装置,也可以是封闭式输送装置如螺旋式给料机。这样,污泥粉末呈块状时可以采用开放式运输,而研磨成粉末后的污泥粉末可以进行封闭式运输。
在本发明的实施例中,研磨系统可以为分体式也可以为整体式。应该可以理解,分体式为研磨指定粒径设备为单独的,每个研磨设备磨出的污泥颗粒大小一定;整体式为通过一个研磨设备进行研磨污泥,通过不同的目数筛选设备筛选不同的目数的污泥进行储存,不同目数的污泥进入各自储罐中。
例如,在如图1所示的实施例中,研磨筛分装置包括并列设置的粗粒径研磨设备5、中粒径研磨设备6、细粒径研磨设备7和超细粒径研磨设备8,以及与各个研磨设备对应设置的多个储罐9。也就是说,粗粒径研磨设备5、中粒径研磨设备6、细粒径研磨设备7和超细粒径研磨设备8并联设置,在每个并联支路中,在研磨设备沿污泥的流向的下游还设置有分别与各研磨装置连接的多个储罐9。这样,在该实施例中,经过预处理产生的干污泥按一定质量比例分配至后续粗粒径研磨设备5、中粒径研磨设备6、细粒径研磨设备7及超细粒径研磨设备8,研磨后的污泥被输送至储罐9,储罐9不但可以储存研磨后的污泥,并且在储存研磨后的污泥的过程中可以对污泥进行初级升温。
研磨设备是将干污泥研磨至一定粒径的设备,可以根据需要进行选型或定制。在本发明的一个可选实施例中,粗粒径研磨设备5的产物的粒径范围在35-60目;中粒径研磨设备6的产物的粒径在60-80目;细粒径研磨设备7的产物的粒径在80-200目;超细粒径研磨设备8的产物的粒径在200-250目。各研磨设备的输出产物均储存在对应的储罐9内。
如图2所示,在本发明的另一个实施例中,研磨筛分装置包括破碎研磨装置15和与破碎研磨装置15连接的筛分装置16,筛分装置16包括多个网孔目数不同的过滤筛分网。在该实施例中,破碎研磨设备15和筛分装置16实现分别研磨的功能。根据本发明的可选实施例,破碎研磨设备15可以选用球磨机或棒磨机。筛分装置16根据后续粒径的要求选用过滤筛分网并分别输送至储罐内。符合后续筛分要求的破碎研磨设备15的产物进入到筛分装置16;不符合后续筛分要求的破碎研磨设备15的产物可以进入到破碎研磨设备15的进口继续研磨或外排处理。
根据本发明的一个实施例,预处理系统20包括沿着污泥的流向依次连接的预处理装置2、压滤装置3和干燥装置4,其中,干燥装置4与研磨筛分装置连接。在另一个可选实施例中,压滤装置3还可以与混配装置14液体连通。湿污泥储罐1中的湿污泥进入预处理装置2中进行过滤并除去大颗粒固体杂质或某些特定离子,预处理装置2的产物污泥进入压滤装置3中,进行脱水,再进入干燥装置4中进行干燥。
压滤装置3是实现污泥脱水的主要设备,可以将污泥中的固体提取出来,实现固液分离。在另一个可选实施例中,压滤装置3可以包括悬梁式压滤机和带式压滤机等。干燥装置4是实现污泥干燥的主要设备。干燥装置4可以一次性将具有特定含水量的污泥滤饼烘干,一般包括旋转式干燥机和热风旋片干燥机,利用的干燥热源根据设备不同干燥装置4可以是蒸汽、高温烟气或高温热风。
根据本发明的可选实施例,预处理装置2产物污泥可以部分进入压滤装置3中,部分进入混配装置14中。污泥进入压滤装置3及混配装置14的比例可以根据工艺需求分配。
如图1和图2所示,根据本发明的一个实施例,加压升温系统40包括沿着污泥的流向依次连接的加压泵10和换热器11,其中加压泵10与混配装置14连接。污泥经过加压泵10和换热器11进行加压和加热,为提高本实施例中的热量利用率并保证加热效果,换热器11可以构造为多级多位置设置的换热组件。
如图1和图2所示,根据本发明的一个实施例,反应处理系统50包括超临界反应器12以及与超临界反应器12连接的氧化剂储罐13,超临界反应器12与加压升温系统40的换热器11以从换热器11接受污泥混合物的方式连接。
根据本发明的一个实施例,超临界反应器12与预处理系统20的干燥装置4和加压升温系统40的换热器11以向干燥装置4和换热器11供热的方式连接。经过混配的污泥在超临界反应器12中进行反应实现污泥的彻底处理。处理后产生的废渣经收集后可用于制砖等的原料。需要注意的是,经过混配的污泥在超临界反应器12中与含碳物质和来自氧化剂储罐13中的氧化剂发生反应。在一个实施例中,含碳物质可以是甲醇,氧化剂可以是氧气。
如图3所示,本发明另一方面还提供一种超临界污泥处理方法,包括如下步骤:
S10,对湿污泥进行预处理后进行粒径级配,以得到多级粒径不同的干污泥粉末;
S20,将干污泥粉末送入混配装置与水及添加剂混合,以得到污泥混合物;
S30,将污泥混合物加压升温后供应至超临界反应器与氧化剂进行超临界反应。
上述超临界污泥处理方法,对湿污泥进行预处理后,再对预处理后的污泥进行研磨并以一定比例混配湿污泥和干污泥粉末,从而调节污泥浓度并增加污泥的流动性,降低处理成本和和能耗。
根据本发明的一个实施例,粒径级配步骤包括将预处理步骤中干燥后的污泥按照预定质量比分配给目数不同的研磨装置研磨成多级粒径不同的干污泥粉末。
根据本发明的一个实施例,粒径级配步骤包括将预处理步骤中干燥后的污泥在同一破碎研磨装置研磨后按照预定质量比分配给目数不同的筛分装置筛分出多级粒径不同的干污泥粉末。
根据本发明的一个实施例,预定质量比为5:2:1:2。
根据本发明的一个实施例,粒径级配采用粗粒径35-60目、中粒径60-80目、细粒径80-200目、超细粒径200-250目的四级粒径级配。
根据本发明的一个实施例,添加剂的总添加量为污泥混合物重量的0.1~2.5wt%。
根据本发明的一个实施例,添加剂包括分散剂,分散剂采用木质素磺酸钠、萘磺酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物和腐植酸钠中的一种,或者其中任意二者的复配物,复配物的质量比范围为1:3~3:1。
根据本发明的一个实施例,采用超临界反应后产物的热量在预处理中干燥湿污泥并在加压升温步骤中加热污泥混合物。
根据本发明的一个实施例,超临界污泥处理方法用于上述任一实施例涉及的超临界污泥处理系统。
如图1所示,根据本发明的一个实施例,待处理含碳有机污泥从湿污泥储罐1进入预处理装置2,预处理装置2用于过滤和去除待处理含碳有机污泥中的大颗粒固体杂质。待处理含碳有机污泥的来源可以为市政污泥或工业污泥。预处理装置2可以采用滤网或格栅过滤的方式去除待处理含碳有机污泥中大颗粒固体杂质;也可以采用絮凝沉淀的方式(此时需添加絮凝剂)去除待处理含碳有机污泥中对后续设备有影响的某些特定离子(如钙镁离子等)。预处理装置2产物污泥部分进入后续的压滤装置3中,部分进入混配设备14中。预处理后的污泥进入压滤装置3及混配设备14的比例根据工艺需求分配,相对合理的分配比例为4:1。
压滤装置3是实现污泥脱水的主要设备。压滤装置3是一种常用的固液分离设备,可以将污泥中的固体提取出来,具有实现固、液分离的作用,包括悬梁式压滤机和带式压滤机等,压滤装置3可以根据工艺需要和处理规模进行选型。压滤装置3的产物为压滤废水及污泥滤饼。压滤废水进入厂内污水处理设施处理。污泥滤饼进入到后续干燥装置4中,污泥滤饼含水率约为50%-55%。
干燥装置4是实现污泥干燥的主要设备。干燥装置4可以一次性将具有特定含水量的污泥滤饼烘干,干燥装置4一般包括旋转式干燥机和热风旋片干燥机,其利用的干燥热源根据设备不同可以是蒸汽、高温烟气或高温热风。干燥装置4输出干污泥。干污泥的含水率约为20%或更低,以满足后续研磨需要为宜。
干燥后的干污泥按一定质量比例分配至后续粗粒径研磨设备5、中粒径研磨设备6、细粒径研磨设备7及超细粒径研磨设备8,一般按5:2:1:2的质量比例进行分配。研磨设备是将干污泥研磨至一定粒径的设备,可以根据需要进行选型或定制。粗粒径研磨设备5的产物的粒径范围在35-60目;中粒径研磨设备6的产物的粒径在60-80目;细粒径研磨设备7的产物的粒径在80-200目;超细粒径研磨设备8的产物的粒径在200-250目。各研磨设备的输出产物均储存在对应的储罐9内。各研磨设备的输出产物均储存在对应的储罐9内。
在该实施例中,混合设备14构造为圆柱体混合容器,以实现研磨设备产物、水和添加剂的混配,生成改性的污泥产物。水的添加比例根据工艺需要确定。
改性后污泥进入后续超临界氧化反应器中进行反应形成大量热、气体、固体,气体一般为CO2和未利用的氧气以及氮气,可以排放到大气中,液体和灰渣通过排渣系统进行处理。
如图2所示,在本发明的另一个实施例中,设置有破碎研磨设备15及筛分装置16。上述破碎研磨设备15及筛分装置16可以实现上一实施例中分别研磨的功能。破碎研磨设备15可以选用球磨机或棒磨机。筛分装置16根据后续粒径的要求选用过滤筛分网并分别输送至储罐内。符合后续筛分要求的破碎研磨设备15的产物进入到筛分装置16;不符合后续筛分要求的破碎研磨设备15的产物可以进入到破碎研磨设备15的进口继续研磨或外排处理。
在本发明的一个可选实施例中,利用来自超临界反应器12的高温高压产物(超临界反应器的出液)经过换热器11给来自混配设备14的污泥产物(换热器11的进料)进行加热。经过换热器11的超临界反应器12的进液进入高压泵10加压至22MPa左右后进入到超临界反应器12。为提高本过程中的热量利用率和保证对待处理废液的加热效果,换热器11可多级多位置设置。
在本实施例中,在超临界反应器12中,来自换热器11及加压泵10的超临界反应装置12的进液与含碳物质及来自氧化剂储罐13的氧化剂发生化学反应,实现污泥的彻底处理。超临界反应器12产生的废渣经收集后可用于制砖等的原料而达到废物利用。氧化剂可选氧气。超临界反应器12的出液可以进入换热器11进行换热。
在本实施例中,可以利用超临界反应器12的出液和副产的蒸汽作为干燥装置4的热源与污泥进行换热,以及可以给换热器11提供热量。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超临界污泥处理系统,其特征在于,包括:
沿着污泥的流向依次连接的预处理系统(20)、研磨混配系统(30)、加压升温系统(40)、反应处理系统(50);
其中,所述研磨混配系统(30)包括沿着污泥的流向依次连接的用于将污泥研磨成多级不同粒径的研磨筛分装置,以及混配装置(14),
其中,所述研磨筛分装置包括并列设置的粗粒径研磨设备(5)、中粒径研磨设备(6)、细粒径研磨设备(7)和超细粒径研磨设备(8),以及与各个研磨设备对应设置的多个储罐(9),其中,所述粗粒径研磨设备的产物的粒径范围在35-60目;所述中粒径研磨设备的产物的粒径在60-80目;所述细粒径研磨设备的产物的粒径在80-200目;所述超细粒径研磨设备的产物的粒径在200-250目。
2.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统,其特征在于,所述预处理系统(20)包括沿着污泥的流向依次连接的预处理装置(2)、压滤装置(3)和干燥装置(4),其中,所述干燥装置(4)与所述研磨筛分装置连接。
3.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统,其特征在于,所述加压升温系统(40)包括沿着污泥的流向依次连接的加压泵(10)和换热器(11),其中所述加压泵(10)与所述混配装置(14)连接。
4.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统,其特征在于,所述反应处理系统(50)包括超临界反应器(12)以及与所述超临界反应器(12)连接的氧化剂储罐(13),所述超临界反应器(12)与所述加压升温系统(40)的换热器(11)以从所述换热器(11)接受污泥混合物的方式连接。
5.根据权利要求4所述的超临界污泥处理系统,其特征在于,所述超临界反应器(12)与所述预处理系统(20)的干燥装置(4)和所述加压升温系统(40)的所述换热器(11)以向所述干燥装置(4)和所述换热器(11)供热的方式连接。
6.一种超临界污泥处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
S10,对湿污泥进行预处理后进行粒径级配,以得到多级粒径不同的干污泥粉末;
S20,将所述干污泥粉末送入混配装置与水及添加剂混合,以得到污泥混合物;
S30,将所述污泥混合物加压升温后供应至超临界反应器与氧化剂进行超临界反应,
其中,所述粒径级配采用粗粒径35-60目、中粒径60-80目、细粒径80-200目、超细粒径200-250目的四级粒径级配。
7.根据权利要求6所述的超临界污泥处理方法,其特征在于,所述粒径级配步骤包括将所述预处理步骤中干燥后的污泥按照预定质量比分配给目数不同的研磨装置研磨成所述多级粒径不同的干污泥粉末。
8.根据权利要求7所述的超临界污泥处理方法,其特征在于,所述干燥后的污泥按照所述预定质量比分配到后续的粗粒径研磨设备(5)、中粒径研磨设备(6)、细粒径研磨设备(7)及超细粒径研磨设备(8),并且所述预定质量比为5:2:1:2;
其中,所述粗粒径研磨设备(5)的产物的粒径范围在35-60目,所述中粒径研磨设备(6)的产物的粒径在60-80目,所述细粒径研磨设备(7)的产物的粒径在80-200目,所述超细粒径研磨设备(8)的产物的粒径在200-250目。
9.根据权利要求6所述的超临界污泥处理方法,其特征在于,所述粒径级配步骤包括将所述预处理步骤中干燥后的污泥在同一破碎研磨装置研磨后按照预定质量比分配给目数不同的筛分装置筛分出所述多级粒径不同的干污泥粉末。
10.根据权利要求6所述的超临界污泥处理方法,其特征在于,采用所述超临界反应后产物的热量在所述预处理中干燥所述湿污泥并在所述加压升温步骤中加热所述污泥混合物。
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