CN106082575A - 一种利用污泥脱水热解气化发电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，使得传统的污泥干燥和焚烧变得更经济可行，本方案利用丙酮作为萃取剂，在适当比例下混合并在自然干燥的条件下深度脱水使污泥水含量降低到20%，此时干燥的污泥中有机物质大部分被保留，热值为3,000kcal/kg，然后继续在已脱水了的污泥丙酮混合物中加入干燥的秸秆，以一定的比例进行混合并进行压块，得到的污泥含水率为15%且其燃烧热值提高到4,000kcal/kg，这样的污泥适合于热解气化发电，每吨污泥发电量可高达800‑1000度；并将燃烧产生的灰分收集作为肥料；与现有技术相比，本方案具有经济环保、充分利用可再生资源等优点。

Description

一种利用污泥脱水热解气化发电的方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种利用污泥脱水热解气化发电的方法。

背景技术

城市污水处理是指为改变污水性质，使其对环境水域不产生危害而采取的措施。城市污水处理一般分为三级：一级处理，系应用物理处理法去除污水中不溶解的污染物和寄生虫卵；二级处理，系应用生物处理法将污水中各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质；三级处理，系应用化学沉淀法、生物化学法、物理化学法等，去除污水中的磷、氮、难降解的有机物、无机盐等。至于采取哪级处理比较合理，应视对最终排出物的处理要求而定。通常城市污水处理以一级处理为预处理，二级处理为主体，三级处理很少使用。一般工厂排出的污水，至少应采取两级处理。由于二级处理后会排出大量污泥，其含水率可高达99%以上，有机物含量高，容易腐化发臭，若不进行处理，则很容易造成二次污染，因此，还要进行污泥处理。污泥脱水是整个污泥处理工艺中的一个重要环节，也是其中极为重要的一个发展方向。因此，选用何种溶剂进行脱水，以何种比例脱水才能使脱水效果达到最佳等成为了首要问题。不同的溶剂基团有着不同的介电常数，譬如用在三相萃取中，萃取过程先从具有低介电常数的物质开始，最后具有最高介电常数的物质被萃取。在这样的多级提取过程中，每个阶段获得会不同的产品。当使用溶剂与介电常数ε≤30（溶剂A组）可以得到4%至10%（重量）的蜡、树脂、精油和生物碱。这些溶剂可以是三氯乙烯、苯异丙肼113 或丙酮。通过用具有ε=30-80（溶剂B组），10%〜20％（重量）的碳水化合物的蛋白质、染料、单宁酸、有机碱、酸或盐可以被萃取出，这些溶剂可以是甲醇或水。当使用溶剂与ε≥80（溶剂C组）的介电常数为10%〜20％（重量）果胶和戊聚糖将会被提取出来。这些溶剂可以是硫酸溶液，氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液。通过使用其介电常数在上述限制范围内的溶剂，并通过混合这些溶剂，再共沸分馏，便可同时获得所使用的溶剂和想要萃取的原材料。例如A + B的混合物和C的纯净物，或者是纯净的A，和B跟C的混合物。此外，也可以在同一个组中用两种不同的溶剂，例如溶剂甲醇和水（溶剂B组）。为达到不同的后处理目的，采用不同的溶剂和不同的比例，可谓仁者见仁，智者见智。现有技术中，也有少量的报道，采用各种溶剂进行辅助脱水，然而难以兼顾脱水高效性、环保性及经济性。经过脱水后的污泥，通常采用焚烧等方式进行处理，尽管该方法为最彻底的污泥处理方式之一，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，最大限度地减少污泥体积，然而其缺点在于处理设施投资大，经济成本高等，且未充分将可再生资源进行利用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，该方法经济环保，且脱水效果好，可达到每吨污泥产生800~1000度电的可观能源。

一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，包括以下步骤：

S10、将污泥经过初步过滤，使得其中的水分由99%降低到75%-60%；

S20、将S10所得的污泥与丙酮按质量体积比(g:ml)以1：2~7的比例混合，并在自然条件下干燥24h；

S30、加入干燥的秸秆，所述秸秆与污泥的质量比为0.1~1：1，将污泥与秸秆充分混合；

S40、将秸秆污泥混合物制成小块；

S50、将制成的小块污泥秸秆混合物加入热解气化设备中进行热解；

S60、收集灰分制成肥料；

S70、产生的合成气清洁后储存并发电。

进一步地，还可将S20步骤中干燥时产生的丙酮水混合物，经过真空蒸馏得到丙酮与水，丙酮可循环利用到溶剂接触反应过程中，水也可以循环利用。

优选地，S20中污泥与丙酮的混合比例为1：2~5(g:ml)。

优选地，S20中污泥与丙酮的混合比例为1：2~4(g:ml)。

优选地，S20中污泥与丙酮的混合比例为1：3(g:ml)。

优选地，S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.1~0.8：1。

优选地，S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.5~0.8：1。

优选地，S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.6：1。

进一步地，S40中通过打棒将秸秆污泥混合物制成小块。

进一步地，S20干燥后的污泥混合物的含水率为22%~18%。

进一步地，所述干燥的秸秆的含水率为1~10%。

进一步地，所述步骤S20与S30可交换顺序。

丙酮与污泥按一定比例混合时，在室温条件下自然干燥24小时，污泥的水含量能够降低到20%左右。而且有机物质在丙酮的作用下，多糖沉淀、蛋白质和DNA的释放比例随加入丙酮体积的升高而显着增加。在自然干燥过程中，污泥累计蒸发率在溶剂接触后能比没有溶剂接触的干燥要快5-6倍。此过程中涉及溶剂接触脱水和溶剂增强挥发脱水。通过选择适当的溶剂，并按特定比例与污泥混合，在封闭的地方操作能够减少溶剂的消耗，脱水效果才能最佳。

本方案经过多阶段混合反应对污泥进行干燥处理，首先混合污泥与丙酮，再与干燥的秸秆（水含量约4%）混合；或者先将污泥与干燥的秸秆混合，再与丙酮混合发生提取反应。粉碎了的干燥秸秆能够抵消污泥中具有高能量的结合水，得到的污泥能轻易进行压块处理且在空气中能快速地干燥，同时还能够有效提高的干燥污泥的燃烧热值，为热解气化发电提供有利条件。通过本方案的巧妙组合，可使脱水效果达到最佳的同时经济环保。由于所需的材料成本低，且丙酮经过蒸馏后可循环使用，大大降低了经济成本并提高了环保效益。

此外，经过本方案处理后的污泥，达到稳定和无害化要求，压实后制成块状，该混合物的热值适合热解气化，得到的合成气净化后可直接燃烧发电，且发电量可达到每吨污泥800~1000度。且由于污泥的成分关系，热解后飞灰含量相对较高，但是里面含有的水溶性无机盐，尤其是钾盐，含氮和含磷无机物，在经过一系列处理后，这些都可以被用作营养价值高的肥料。

本发明提供的一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，具有如下有益效果：

1、脱水效果好，高效低耗。利用丙酮作为萃取剂进行污泥的二级脱水，在自然干燥的条件下使污泥深度脱水且其水含量降低到20%，经过二级脱水后的污泥是无臭味的，有机物质大部分被保留，而且其增加了污泥的平均粒径，增强了后续污泥固液分离的能力。

2、经济效益高，再生资源综合利用效益明显。本发明方案将污泥中的灰分转化为肥料，将秸秆和污泥中的能量转化为电能，将再生资源得到了充分利用。且采用本方案可实现每吨污泥发电800~1000度，经济效益十分可观。

3、工艺流程简单，运作成本低廉。本方案的工艺流程简单，且所需的材料成本低，且丙酮经过蒸馏后可循环使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，包括以下步骤：

S10、将污泥经过初步过滤，使得其中的水分由99%降低到75%-60%；

S20、将S10所得的污泥与丙酮以1：2~7(g:ml)的比例混合，并在自然条件下干燥24h，干燥后的污泥混合物的含水率为22%~18%；干燥时产生的丙酮水混合物，经过真空蒸馏得到丙酮与水，丙酮可循环利用到溶剂接触反应过程中，水也可以循环利用；

S30、加入干燥的秸秆，所述秸秆与污泥的质量比为0.1~1：1，将污泥与秸秆充分混合；

S40、将秸秆污泥混合物打棒制成小块；

S50、将制成的小块污泥秸秆混合物加入热解气化设备中进行热解；

S60、收集灰分制成肥料；

S70、产生的合成气清洁后储存并发电。

S20中污泥与丙酮的混合比例优选为1：2~5(g:ml)，更优选为1：2~4(g:ml)。

S30中所述秸秆与污泥的质量比优选为0.1~0.8：1，更优选为0.5~0.8：1。

或者，可待污泥初步过滤后，先按0.1~1：1加入干燥的秸秆充分混合，再入秸秆污泥混合物中加入1：2~7(g:ml)的丙酮

实施例1

如图1所示，将污泥原料经过初步脱水后，其含水率约60%；在污泥中加入丙酮溶剂，按照3ml丙酮与1g污泥的比例混合。经丙酮混合萃取后，不仅能有效脱水并且增加其挥发脱水等深层脱水作用，在自然条件下干燥24小时后，能够将含水率降低到20%左右，且其燃烧热值可达到3000kcal/kg。将干燥过程中产生的丙酮与水混合物经过真空蒸馏得到丙酮和纯净的水，丙酮可循环利用到溶剂接触反应中，水也可循环利用。在干燥后的丙酮混合物中加入干燥的秸秆，秸秆中的含水率约为4%，将秸秆与污泥的按为0.6:1的比例进行充分混合，使混合物的含水率降低到15%，燃烧值可增加到4000kcal/kg左右，大大地提高了燃烧热值，为热解气化发电提供基础条件。将秸秆污泥混合物打棒制成小块。将制成小块的污泥秸秆混合物加入热解气化设备中进行热解，收集飞灰制成肥料，产生的合成气清洁后储存并发电，发电量可高达800-1000度/吨污泥。

与现有技术相比，本发明具有变废为宝，发电量高，经济效益可观等特点。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S10、将污泥经过初步过滤，使得其中的水分由99%降低到75%-60%；

S20、将S10所得的污泥与丙酮按质量与体积比为1：2~7的比例混合，并在自然条件下干燥24h；

S30、加入干燥的秸秆，所述秸秆与污泥的质量比为0.1~1：1，将污泥与秸秆充分混合；

S40、将秸秆污泥混合物制成小块；

S50、将制成的小块污泥秸秆混合物加入热解气化设备中进行热解；

S60、收集灰分制成肥料；

S70、产生的合成气清洁后储存并发电。

2.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：还可将S20步骤中干燥时产生的丙酮水混合物，经过真空蒸馏得到丙酮与水。

3.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S20中污泥与丙酮的混合比例为1：2~5(g:ml)。

4.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S20中污泥与丙酮的混合比例为1：2~4(g:ml)。

5.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S20中污泥与丙酮的混合比例为1：3(g:ml)。

6.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.1~0.8：1。

7.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.5~0.8：1。

8.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：S30中所述秸秆与污泥的质量比为0.6：1。

9.根据权利要求1所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：所述干燥的秸秆的含水率为1~10%。

10.根据权利要求1~9任一项所述的利用污泥脱水热解气化发电的方法，其特征在于：所述步骤S20与S30可交换顺序。