CN106365399B - 一种城镇污泥处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城镇污泥处理工艺，该工艺是将污泥脱水后与调理剂及干化返料混合均匀，得到混合物料；混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵；发酵物料通过带式干燥机干燥；干燥物料采用流化床焚烧炉进行焚烧处理；该方法能有效实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理，且处理过程不需要添加其他任何辅助燃料，运行成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制。

Description

一种城镇污泥处理工艺

技术领域

本发明涉及一种城镇污泥处理工艺，特别涉及一种高温好氧发酵+带式干燥机干燥+流化床焚烧炉焚烧联合处理城镇污泥的工艺，属于污泥处理技术领域。

背景技术

目前国内城镇污水处理厂产生的污泥主要有以下几种处理处置工艺：

1、浓缩+深度脱水+就地填埋

工艺特点：

该工艺是最简单、最直接的污泥处理工艺，由于调质剂的加入，污泥增重较多，同时污泥中的有效成分和能量未能加以利用，且填埋后可能对环境造成二次污染。

2、浓缩+脱水+好氧发酵+土地利用

工艺特点：

好氧发酵的最终代谢物是CO₂、H₂O和热量，大量热量的释放使污泥维持持续高温，降低污泥的含水率，有效地杀灭病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。

3、浓缩+脱水+干燥+焚烧(协同焚烧)

工艺特点：

①干化焚烧减量化和稳定化程度较高，占地面积较小；

②含水率降低明显，减容量大，一般可减容80％～90％，可节约大量填埋场地和运输费用；

③污泥中的病原体被彻底消灭，无害化程度高；

④该方法容易受到外部条件的制约。

4、浓缩+脱水+中温厌氧消化+压滤+土地利用。

工艺特点：

①可对有机物进行降解，使污泥稳定化，不会腐臭，避免在运输及最终处置过程中对环境造成不利影响；

②通过厌氧过程对有机物进行降解，减少污泥量，同时可以改善污泥的脱水性能，减少污泥脱水的药剂消耗，降低污泥含水率；

③可回收生物质能源(产沼气)，降低污水处理厂能耗及减少温室气体排放；

④该方法一般适用于北方污泥，因其有机质含量较高，但对有机质含量较低的南方污泥就不太适用。

目前，污泥的堆肥化技术发展较快，涌现了多种能提高污泥堆肥效率的新技术，随着研究的深入，污泥堆肥工艺及装置的局限性开始显现：占地面积大；堆肥周期长；臭气污染严重；有机质损耗大(好氧呼吸)，损耗达60％～70％；堆肥过程受环境气候的影响较大，技术风险大。

发明内容

针对现有的处理城镇污泥的技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能有效实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理的方法，该方法处理污泥过程不需要添加其他任何辅助燃料，运行成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种城镇污泥处理工艺，该工艺包括以下步骤：

1)将污泥脱水后，与调理剂及干化返料混合均匀，得到含水率为60％～65％的混合物料；

2)所述混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵；所述高温好氧发酵的条件为：氧气体积浓度为20～30％，温度为55～65℃，时间为3～4天；

3)发酵物料通过带式干燥机干燥；所述干燥采用80～90℃的低温热空气进行换热干燥，干燥物料含水率为40～50％；

4)干燥物料采用流化床焚烧炉进行焚烧处理。

传统的处理污泥过程为单纯处理过程，而本发明的技术方案实现了污泥的资源化综合利用。本发明的技术方案将污泥进行初步脱水后，进行高温好氧发酵。在高温好氧发酵过程中，利用微生物代谢作用来分解污泥中的有机质，在升温过程中可有效杀灭病原菌，同时可使水分蒸发，因此污泥的高温好氧发酵既可以作为污泥利用的前处理手段，又可以降低污泥含水率、提高污泥热值；污泥高温好氧发酵完成后，其含水率可降低到55％左右；好氧发酵后的污泥可直接进行热干化将其含水率降低到45％左右；通过高温好氧发酵处理过的污泥在焚烧炉内能实现自持燃烧，不需要添加其他辅助燃料，污泥焚烧后减量化达90％左右，焚烧后的残渣用于生产建筑材料；以达到污泥处理减量化、稳定化、无害化和资源化的目的。

优选的方案，所述污泥脱水至含水率为75％～80％后，与调理剂及干化返料按质量比100：5～15：10～20混合，得到含水率为60％～65％的混合物料。

较优选的方案，所述干化返料为带式干燥机干燥后的干燥物料。干燥物料返回一部分进行配料。

优选的方案，调理剂包括谷壳和/或桔梗。

优选的方案，脱水通过隔膜压滤机或卧式离心机实现。

优选的方案，混合通过梨刀式污泥混合机实现。

优选的方案，所述多层立式混翻发酵塔的塔体顶部设有布料门，塔体内部由上至下设有三层可翻转的发酵床，将塔体内部分隔成四个发酵室，塔体底部设有受料斗；每个发酵室的塔体外壁分别连接有用于排出氧化产物水的接水管和用于通入含氧空气的进风管，相邻两层发酵室的进风管进风方向相互垂直。

较优选的方案，所述混合物料由多层立式混翻发酵塔塔顶进入，依次经过三层发酵床连续高温好氧发酵后，从多层立式混翻发酵塔塔底排出。

优选的方案，所述干燥物料从流化床焚烧炉的下部进入，在流化床焚烧炉底部喷入的高压空气作用下，呈悬浮状态进行焚烧；当流化床焚烧炉内温度高达820～870℃时，将焚烧混合产物从流化床焚烧炉的顶部排出，进入旋风分离器进行气固分离；分离出的高温烟气经一级空气换热器换热，温度降至570～630℃，再进入二级空气换热器换热，温度降至150～170℃；一级空气换热器产生的热空气作为流化床焚烧炉的助燃空气，二级空气换热器产生的低温热空气作为带式干燥机的干燥热源。

较优选的方案，流化床焚烧炉采用分级送风技术，一次风通过流化床焚烧炉炉体底部的布风板送入流化床焚烧炉内，二次风通过流化床焚烧炉内流化床稀相区的下部送入流化床焚烧炉内。

较优选的方案，干燥物料在流化床焚烧炉内停留时间大于2秒以上。

较优选的方案，所述流化床焚烧炉产生的高温烟气依次经过旋风除尘器回收粉尘、换热器回收热量、烟气净化系统净化处理后排空；所述烟气净化系统采用旋风除尘、活性炭吸附、布袋除尘器和碱溶液洗涤相结合的尾气净化方式。

优选的方案，多层立式混翻发酵塔内排出的发酵尾气和带式干燥机产生的尾气，进入生物除臭系统；所述生物除臭系统通过含微生物的固体填料对臭味物质进行吸收、分解。

本发明的技术方案中在高温好氧发酵过程中，达到55～65℃高温阶段的升温时间为3～5h。

本发明的技术方案主要用于处理城镇污泥，特别是污水处理厂的污泥。污泥经过初步脱水至含水率在75％～80％后，置于特殊的多层立式混翻发酵塔中进行高温好氧发酵，使污泥含水率降低到55％左右，然后用低温热空气对污泥进行热干化，使污泥含水率降低到45％左右，最后将污泥进行焚烧处置，彻底达到无害化、稳定化、减量化和资源化的治理目标，经过处理的污泥减量化程度达到90％以上。

本发明的技术方案中的采用的多层立式混翻发酵塔参见(CN 205420210U)公开的“一种多层立式混翻发酵塔”。采用多层立式混翻发酵塔，使其不受空间环境限制，灵活组合，完成污泥的好氧发酵；优化设计供氧装置，本装置采用环绕式供氧。污泥在好氧发酵过程中，经常会出现堆体中心区域缺氧，导致臭气的产生，使发酵不充分且效率低下，本装置的供氧系统，刚好处于堆体中心的位置，由中心向周围供氧，克服供氧不足的问题，同时，对发酵塔内部温度进行在线监测，并与发酵塔供风系统进行连锁，确保发酵塔内温度能长时间稳定在高温区55～65℃。

本发明的技术方案对污泥调理工艺包括脱水及配入辅料。将污水处理厂产生的污泥先采用隔膜压滤机或卧式离心机进行浓缩脱水，使其含水率降到75％～80％左右；然后将脱水污泥与有机调理剂和干化返料混合，采用梨刀式污泥混合机进行混合，一方面确保物料混合均匀，还可以在混合过程中对团状物料进行破碎，以确保污泥发酵均匀，物料配比控制为100：10：15(污泥：调理剂：干化返料)左右，控制混合料含水率为60％～65％进入好氧发酵塔进行发酵。

本发明的技术方案在高温好氧发酵完成后的污泥(含水率﹤55％)送热干化装置，采用80～90℃的低温热空气作为干燥热源，确保污泥在干燥过程中有机质不会分解，同时不产生臭味气体，将污泥含水率进一步降低到45％以下。

本发明的技术方案采用先进的流化床焚烧炉进行污泥的焚烧，确保物料在焚烧炉内停留时间大于2秒以上，避免二噁英类有害气体的产生。焚烧炉产生的高温烟气先经过旋风除尘器回收粉尘、然后通过换热器回收热量后进入尾气处理系统，经处理达标后排放。

本发明的技术方案中高温好氧发酵过程及热干化过程产生的尾气进入生物除臭系统。生物除臭收集到的废气，在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料)，臭味物质被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程，彻底消除尾气对周边环境的影响，使尾气达标排放。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

本发明技术方案关键在于采用“高温好氧发酵+污泥低温热干化+污泥焚烧”相结合处理污泥的工艺，实现了污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化处理，本发明处理污泥的过程不需要添加其他任何辅助燃料，运行成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制。

1、污泥好氧发酵解决了现有污泥堆肥系统中微生物发酵效率低及臭气产生等问题。通过采用多层立式混翻发酵塔，可根据干化场地空间及污泥处理量等条件自由组合、布置，完成污泥的高温好氧发酵过程，通过控制合理的发酵条件，以达到升温速度快、发酵温度高、发酵时间短、发酵彻底的目的；通过高温好氧发酵控制温度为55～65℃，升温时间为4h左右即达到高温阶段，维持氧气浓度在25％左右，发酵时间为3～4天，有机物的降解率为50％左右，污泥最终含水率可降低到55％左右；高温好氧发酵的发酵效率高，从源头消除臭气的产生。

2、污泥的低温热干化采用带式干燥机来实现，将空气与污泥焚烧产生的高温烟气进行间接换热后80～90℃的低温热空气作为带式干燥机的热源，热空气与好氧发酵后的污泥在带式干燥机中进行接触换热，污泥得到干燥，其含水率可降低到45％以下。采用80～90℃的低温热空气作为干燥热源，确保污泥在干燥过程中有机质不会分解，同时不产生臭味气体，为后续尾气的治理创造较好的条件。

3、污泥的焚烧采用流化床焚烧炉来实现，低温热干化完成后的污泥其含水率为45％左右，通过输送机械由热干化系统送入焚烧系统，流化床焚烧炉采用分级送风技术，一次风通过炉体底部的布风板送入炉内，在保证床料良好流化的同时为污泥充分燃烧提供足够的空气；二次风布置在流化床稀相区的下部，保证了稀相区挥发分的充分燃尽和飞离密相区的细灰的进一步燃烧。同时，确保物料在焚烧炉内停留时间大于2秒以上，避免二噁英类有害气体的产生。焚烧产生的烟气经过换热器回收热量后进入烟气净化系统，采用“旋风除尘+活性炭吸附+高效布袋除尘器+碱溶液洗涤”相结合的尾气净化方式，使尾气排放达到国家相应的排放标准。

附图说明

【图1】为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

某城镇污水处理厂浓缩池产生的污泥经过离心机脱水后含水率为78％～80％，送到污泥处理装置进行处理，先将脱水污泥与调理剂(谷壳或桔梗)、干化返料按100:10:15)进行配比，并通过犁刀混合机进行混合，使其含水率控制在60％～65％，并控制适当的自由空域(40％～45％)和C/N(25:1～35:1)，通过输送设备送入多层立式混翻发酵塔进行好氧发酵，发酵过程中定时进行送风和抽风以控制塔内的氧含量(为20％～30％)，并确保蒸发产生的水分能及时的排出。一般物料在每一发酵床停留一天，维持发酵温度为55～65℃，经过三天发酵后，物料含水率降低到55％左右，高温好氧发酵结束。

发酵完成后的物料通过塔底的输送设备排出并输送到低温热干化单元，在带式干燥机中与低温热空气(温度为90℃)进行接触换热，污泥得以干燥，干燥后污泥含水率可降低到45％左右。干燥产生的尾气与发酵尾气一并送往生物除臭装置处理达标后排放。

经过带式干燥机干燥后的污泥通过斗提机进入焚烧炉料仓，料仓污泥采用螺旋输送机送入流化床焚烧炉进行焚烧。

污泥从下端进入焚烧炉中，高压空气从炉底部的鼓风口喷射而上，使得污泥呈悬浮状态进行焚烧。当温度高达850℃左右时，焚烧灰与气体一起从炉顶部排出，进入旋风分离器进行气固分离。分离出的高温烟气经一级空气换热器回收热量，温度降至600℃左右；然后进入二级空气换热器将温度降至160℃左右。一级空气换热器产生的热空气作为流化床焚烧炉的助燃空气，二级空气换热器产生的低温热空气(90℃)送往热干化系统作为带式干燥机的加热空气。

焚烧产生的烧渣经过冷却后包装出厂，作为建筑材料使用；焚烧产生的高温烟气先通过旋风除尘器脱除粉尘，然后通过换热器降温后送往烟气处理系统，采用“旋风除尘+活性炭吸附+高效布袋除尘器+碱溶液洗涤”相结合的尾气净化方式，使尾气排放达到国家相应的排放标准。

污泥经过该工艺处理后减量化程度达到90％以上，彻底实现了污泥处理处置的稳定化、无害化、减量化和资源化，该技术不需要添加其他任何辅助燃料，运行成本低，装置占地面积小，能实现过程的全自动控制。

对比例1

某污水处理厂浓缩池产生的污泥经过带式压滤机脱水后含水率为85％～88％，送到污泥处理装置进行处理，先将脱水污泥与调理剂(谷壳或桔梗)、干化返料按100:15:15)进行配比，未通过犁刀混合机进行混合，直接采用螺旋输送机进行混合，使其含水率控制在68％～70％，通过输送设备送入直筒式发酵塔进行好氧发酵，发酵过程中定时进行送风和抽风，并将蒸发产生的水分及时的排出。发酵三天后测得发酵温度为58℃，物料含水率为66.8％，发酵五天后测得发酵温度为49℃，物料含水率为65.2％，发酵八天后测得发酵温度为40℃，物料含水率为63.5％，发酵十天后测得发酵温度为35℃，物料含水率为62.5％，到此我们认为好氧发酵结束，后面物料含水率无明显的变化。

由于发酵后物料含水率比较高(62.5％)，采用带式干燥机进行低温干燥存在两方面的问题：一个是物料结块严重，影响带干机的干燥效率；另外物料进料含水率高，导致带式干燥机出料含水率高(52％～55％)。

低温干燥后的物料(含水率52％～55％)送到流化床焚烧炉内焚烧，由于物料含水率高而无法实现自持燃烧，导致炉温不断下降，实际运行中炉温由850℃下降到550℃，此时需要添加其它燃料来维持炉温，否则炉内会熄火。同时由于炉温波动较大，对后面尾气的处理造成不利的影响，导致尾气经常超标排放。

由于焚烧炉内需添加其它辅助燃料(柴油、煤等)来维持炉温，导致污泥的处理成本大幅上升，生产单位无法承受，不得不停产去寻求其它的处理方法。

Claims (5)

1.一种城镇污泥处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)将污泥脱水后，与调理剂及干化返料混合均匀，得到含水率为60％～65％的混合物料；

2)所述混合物料采用多层立式混翻发酵塔进行高温好氧发酵；所述高温好氧发酵的条件为：氧气体积浓度为20～30％，温度为55～65℃，时间为3～4天；

3)发酵物料通过带式干燥机干燥；所述干燥采用80～90℃的低温热空气进行换热干燥，干燥物料含水率为40～50％；

4)干燥物料采用流化床焚烧炉进行焚烧处理；

所述干燥物料从流化床焚烧炉的下部进入，在流化床焚烧炉底部喷入的高压空气作用下，呈悬浮状态进行焚烧；当流化床焚烧炉内温度高达820～870℃时，将焚烧混合产物从流化床焚烧炉的顶部排出，进入旋风分离器进行气固分离；分离出的高温烟气经一级空气换热器换热，温度降至570～630℃，再进入二级空气换热器换热，温度降至150～170℃；一级空气换热器产生的热空气作为流化床焚烧炉的助燃空气，二级空气换热器产生的低温热空气作为带式干燥机的干燥热源；所述的流化床焚烧炉采用分级送风技术，一次风通过流化床焚烧炉炉体底部的布风板送入流化床焚烧炉内，二次风通过流化床焚烧炉内流化床稀相区的下部送入流化床焚烧炉内；

所述流化床焚烧炉产生的高温烟气依次经过旋风除尘器回收粉尘、换热器回收热量、烟气净化系统净化处理后排空；所述烟气净化系统采用旋风除尘、活性炭吸附、布袋除尘器和碱溶液洗涤相结合的尾气净化方式；

多层立式混翻发酵塔内排出的发酵尾气和带式干燥机产生的尾气，进入生物除臭系统；所述生物除臭系统通过含微生物的固体填料对臭味物质进行吸收、分解；所述污泥脱水至含水率为75％～80％后，与调理剂及干化返料按质量比100：5～15：10～20混合，得到含水率为60％～65％的混合物料；所述的调理剂包括谷壳和/或桔梗。

2.根据权利要求1所述的城镇污泥处理工艺，其特征在于：

所述的脱水通过隔膜压滤机或卧式离心机实现；

所述的混合通过梨刀式污泥混合机实现。

3.根据权利要求1所述的城镇污泥处理工艺，其特征在于：

所述多层立式混翻发酵塔的塔体顶部设有布料门，塔体内部由上至下设有三层可翻转的发酵床，将塔体内部分隔成四个发酵室，塔体底部设有受料斗；每个发酵室的塔体外壁分别连接有用于排出氧化产物水的接水管和用于通入含氧空气的进风管，相邻两层发酵室的进风管进风方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的城镇污泥处理工艺，其特征在于：

所述混合物料由多层立式混翻发酵塔塔顶进入，依次经过三层发酵床连续高温好氧发酵后，从多层立式混翻发酵塔塔底排出。

5.根据权利要求1所述的城镇污泥处理工艺，其特征在于：干燥物料在流化床焚烧炉内停留时间大于2秒以上。