CN108423961A

CN108423961A - 一种污泥处置方法

Info

Publication number: CN108423961A
Application number: CN201810255784.0A
Authority: CN
Inventors: 刘军; 张二杨; 常邦华; 戴昕; 袁建海
Original assignee: Nanjing Wondux Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Wondux Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-08-21

Abstract

本发明公开一种污泥处置方法，包括以下步骤：将污泥注入反应釜后在反应釜内通入饱和蒸汽使污泥发生热水解反应，并得到热水解后的泥浆；将得到的泥浆注入到压滤机中进行机械压滤脱水，得到泥饼和滤液；将得到的泥饼置入碳化炉中进行碳化，得到生物炭、热解气、焦油；将得到的生物炭中的一部分作为热水解反应的催化剂返混至反应釜中；将得到的热解气和焦油经除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，并将产生的高温蒸汽再返回至反应釜中。通过该方法以生物炭为原料催化热水解反应，不仅能实现污泥水解效率的提高，还能实现污泥高干脱水过程中无药剂添加，进一步拓展了污泥处理处置的新思路。

Description

一种污泥处置方法

技术领域

本发明涉及污泥处置领域，特别是涉及一种污泥资源化再利用的技术。

背景技术

城市污泥含有较高的含水率和丰富的有机质，同时污泥中又含有一定量的重金属、病原菌、寄生虫卵等，若不妥当处置，势必会造成二次污染，严重影响周边生态环境。城市污泥是由大量的细胞性有机物组成，这些细胞被纤维素和肽聚糖等组成的细胞所保护，细胞内的水分和有机物不易被分离水解，使得污泥很难脱水。

目前市场上已开发出一些污泥处理方法和装置，以期降低污泥含水率和有害成分，同时对形成的污泥产物实现资源化的利用。其中包括热水解、高干脱水、碳化等污泥处理处置技术，但现有的技术存在如下不足：1)现有的污泥热水解技术通常采用190℃、1.5MPa以上的高压高温下进行长时间的水解反应，蒸汽的消耗量大、能耗较高，并且使用耐高温高压的压力容器，因此设备的投资成本也较大；2)目前污泥高干脱水主要采用化学药剂调理，不仅增加了污泥的干重，同时也降低了污泥的热值，不利于污泥后端的处置，而且化学调理药剂中大多含有氯离子，对设备具有腐蚀性；3)目前碳化技术过程中产生的生物炭，市场上大多采用焚烧和填埋等，造成了资源的浪费。

发明内容

针对现有技术中污泥机械脱水困难，且污泥产物难以资源化的利用的缺陷，本发明将污泥热水解技术和碳化技术相结合，提供一种能耗低、污泥可资源化利用的污泥处置方法。

本发明公开一种基于污泥热水解耦合碳化技术的污泥处置方法，包括以下步骤：

将污泥注入反应釜后在反应釜内通入饱和蒸汽使污泥发生热水解反应，并得到热水解后的泥浆；

将得到的泥浆注入到压滤机中进行机械压滤脱水，得到泥饼和滤液；

将得到的泥饼置入碳化炉中进行碳化，得到生物炭、热解气、焦油；

将得到的生物炭中的一部分作为热水解反应的催化剂返混至反应釜中；将得到的热解气和焦油经除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，并将产生的高温蒸汽再返回至反应釜中。

上述过程中，在高温高压条件下，污泥絮状结构被破坏，污泥细胞中的有机物和水分透过细胞壁释放出来，污泥由粘稠状态转化为流动性更强的泥浆，污泥经热水解后，污泥细胞中的水分被释放出来，脱水性能大大改善。进一步的，由于污泥中含有大量的重金属和碱金属，经高温热解碳化后变成生物炭，污泥生物炭中的有机物形成了稳定的碳环结构，在高温下不易水解，生物炭中的重金属和碱金属被固定在碳中，以金属氧化物和盐类形式存在，而生物炭中含有的碱金属盐类经热水解后可产生OH^-，促进污泥细胞破壁，因此，污泥中的金属氧化物对污泥热水解过程具有催化作用，促进污泥进行热水解，无需添加任何化学药剂，为污泥后端资源化利用创造了新的条件，同时还能降低热水解反应的温度和压力。经压滤机压滤后可进一步降低污泥含水率至30％～45％，从而降低后端污泥碳化所需能耗。

作为一种优选方案，在上述步骤中，当有生物炭返混至反应釜后，将通入反应釜的饱和蒸汽的压力由P1Mpa调整为P2Mpa，反应釜内的热水解反应的温度由T1调整为T2，其中，T1大于T2，P1大于P2。

作为一种优选方案，T1为160～190℃，T2为120～160℃；P1取值范围为0.8～2.0Mpa，P2取值范围为0.5～0.8Mpa。

作为一种优选方案，在上述步骤中，始终将通入反应釜的饱和蒸汽的压力控制在0.5-0.8Mpa，反应釜内热水解反应的温度控制在120～160℃。

作为一种优选方案，向反应釜中注入的污泥含水率为85％～95％。

作为一种优选方案，将碳化得到的生物炭总量的35％～70％返混至反应釜中参与热水解反应。

作为一种优选方案，将碳化得到焦油和热解气采用旋风除尘、布袋除尘、水幕除尘、静电除尘、重力除尘中的一种或几种。

作为一种优选方案，反应釜的顶部设有搅拌装置，在注入所述污泥后启动所述搅拌装置，且转速为50～300rpm。

作为一种优选方案，将泥浆采用柱塞泵、螺杆泵或转子泵注入到压滤机中。泥浆温度越高，泥浆粘性越小，流动性越好，经泵注入至压滤机中阻力较小，此时污泥不易粘附于泵中，因此，热水解反应后，在泥浆未完全冷却下来前将泥浆注入到压滤机中效果比较好。

作为一种优选方案，压滤机为隔膜压滤机、带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机中的一种。

作为一种优选方案，还包括对机械压滤脱水后的滤液投加镁盐，控制n(P):n(Mg)＝1:1.2～1.6，并通过pH值酸碱自动调节系统调节pH＝9～11后进行固液分离。经过热水解后污泥细胞破壁，污泥细胞内的有机质溶出细胞，污泥液相中含有大量的COD、N和P，若不进行预处理去除液相中的氮磷，直接投加到污水厂中势必会增加污水厂的处理负荷，本发明通过鸟粪石(MgNH₄PO₄)沉淀法回收液相中的氮磷，即将Mg²⁺加入到含有磷酸盐和氨氮的污水厂中反应生成难溶的磷酸氨镁沉淀。理论上n(Mg²⁺)：n(NH₄ ⁺)：n(PO₄ ^3-)＝1:1:1，但为了提高氮磷的回收率，通常投加过量的镁盐，另外，pH也影响磷酸氨镁的溶解度，在碱性条件下磷酸氨镁的溶解度随着pH的升高而降低，本发明选用n(P):n(Mg²⁺)＝1.2～1.6，pH＝9～11,能较好地去除污水中的磷酸盐和氨氮，去除氮磷后的滤液可作为污水厂脱氮除磷的碳源。

作为一种优选方案，采用回转式碳化炉进行碳化，向碳化炉内部通入氮气，保持绝氧的气氛，转速控制在50～300rpm，温度设为600～800℃，碳化时间为20～40min。

有益效果：

(1)炭化步骤制得的污泥碳化产物生物炭中含有重金属和碱金属氧化物，具有催化热水解反应的作用，能大大提高污泥水解效率；并且以生物炭为原料，使污泥产物得到资源化利用，不仅能实现污泥水解效率的提高，还能实现污泥高干脱水过程中无药剂添加，进一步拓展了污泥处理处置的新思路。

(2)污泥碳化过程中产生的热解气通入热解气锅炉，并将产生的高温蒸汽再通入至反应釜中，实现了能量的循环利用，降低了总体运行成本。

(3)通过生物炭对热水解反应的催化作用，提升热水解效率，保证污泥更容易进行压榨脱水，使脱水后的泥饼含水率降至30％～45％，同时污泥的可生化性也大幅度提高。

(4)较与传统的热水解反应，本发明将热水解与污泥碳化结合在一起，利用污泥碳化过程产生的生物炭催化热水解反应，可降低反应釜的所需压力和温度，从而降低热水解反应运行能耗和成本，减少设备投资；此外，污泥水解效率的提高也有利于后端污泥压滤脱水，还能进一步降低热解碳化的能耗。

附图说明

图1是本发明一种污泥生物干化耦合污泥碳化的工艺流程图。

具体实施方式

本发明更加详细的描述内容如下：本发明将热水解和污泥碳化结合在一起，既很大程度上降低了干化的能耗，又实现了污泥产物的无害化、稳定化、资源化。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

将含水率85％-95％污泥通过转子泵注入反应釜中，关闭反应釜进料口后将0.8Mpa的饱和蒸汽通入到反应釜中，待泥浆的温度达到160℃，停止注入蒸汽，将反应釜泄压到0.2～0.4Mpa，保持15～30min得到热水解后的污泥；

将得到的热水解后未完全冷却的泥浆迅速经螺杆泵输送到隔膜压滤机中进行机械压滤脱水，进料压力为0.1Mpa，压榨压力为3Mpa，压榨时间90min，得到泥饼和滤液，滤液中添加氯化镁，控制n(P):n(Mg)＝1:1.2～1.6，通过pH值酸碱自动调节系统控制pH＝9～11，得到的固体作为农业上的缓释肥，得到的液体作为污水厂脱氮除磷的碳源；

将得到的泥饼通过螺旋输送机置入碳化炉中进行碳化，碳化炉的温度控制在600～800℃，保持20～40min，得到生物炭、热解气、焦油，将得到的热解气和焦油经旋风除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，产生的高温蒸汽再返回至反应釜中，将得到的生物炭总量的70％返混至反应釜中进行热水解反应；

当反应釜中有生物炭催化热水解反应后，将通入反应釜的蒸汽压力通过蒸汽减压阀调整为0.5Mpa，待泥浆的温度达到120后即可停止注入蒸汽。

经实验所得，经压滤后的泥饼含水率约为45％，滤液BOD＝20000mg/L，COD＝34500mg/L，BOD/COD＝0.57，可生化性大幅度提高。

实施例2：

将含水率85％-95％污泥通过转子泵注入反应釜中，关闭反应釜进料口后将1.5Mpa的饱和蒸汽通入到反应釜中，待泥浆的温度达到175℃，后停止注入蒸汽，将反应釜泄压到0.2～0.4Mpa，保持15～30min，从而得到热水解后的污泥；

将得到的热水解后未完全冷却的泥浆迅速经螺杆泵输送到隔膜压滤机中进行机械压滤脱水，进料压力为0.1Mpa，压榨压力为3Mpa，压榨时间90min，得到泥饼和滤液，滤液中添加硫酸镁，控制n(P):n(Mg)＝1:1.2～1.6，通过pH值酸碱自动调节系统控制pH＝9～11得到的固体作为农业上的缓释肥，得到的液体作为污水厂脱氮除磷的碳源；

将得到的泥饼通过螺旋输送机置入碳化炉中进行碳化，碳化炉的温度控制在600～800℃保持20～40min，得到生物炭、热解气、焦油，将得到的热解气和焦油经旋风除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，产生的高温蒸汽再返回至反应釜中，将得到的生物炭总量的50％返混至反应釜中进行热水解反应；

当反应釜中有生物炭催化热水解反应后，将通入反应釜的蒸汽压力通过蒸汽减压阀调整为0.7Mpa，后待泥浆的温度达到150℃后即可停止注入蒸汽。

经实验所得，经压滤后的泥饼含水率约为38％，滤液BOD＝15000mg/L，COD＝30600mg/L，BOD/COD＝0.49，可生化性大幅度提高。

实施例3：

将含水率85％-95％污泥通过转子泵注入反应釜中，关闭反应釜进料口后将2Mpa的饱和蒸汽通入到反应釜中，待泥浆的温度达到190℃，后停止注入蒸汽，将反应釜泄压到0.2～0.4Mpa，保持15～30min，从而得到热水解后的污泥；

将得到的泥饼通过螺旋输送机置入碳化炉中进行碳化，碳化炉的温度控制在600～800℃保持20～40min，得到生物炭、热解气、焦油，将得到的热解气和焦油经旋风除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，产生的高温蒸汽再返回至反应釜中，将得到的生物炭总量的35％返混至反应釜中进行热水解反应；

当反应釜中有生物炭催化热水解反应后，将通入反应釜的蒸汽压力通过蒸汽减压阀调整为0.8Mpa，后待泥浆的温度达到160℃后即可停止注入蒸汽。

经实验所得，经压滤后的泥饼含水率约为30％，滤液BOD＝12500mg/L，COD＝30000mg/L，BOD/COD＝0.42，可生化性大幅度提高。

实施例4：

为降低能耗，也考虑降低设备成本，减小工艺复杂度，实施例4在工艺过程中，反应釜始终保持相对的低温低压。将含水率85％-95％污泥通过转子泵注入反应釜中，关闭反应釜进料口后将0.7Mpa的饱和蒸汽通入到反应釜中，待泥浆的温度达到150℃，停止注入蒸汽，将反应釜泄压到0.2～0.4Mpa，保持15～30min得到热水解后的污泥；

将得到的泥饼通过螺旋输送机置入碳化炉中进行碳化，碳化炉的温度控制在600～800℃，保持20～40min，得到生物炭、热解气、焦油，将得到的热解气和焦油经旋风除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，产生的高温蒸汽再返回至反应釜中，将得到的生物炭总量的50％返混至反应釜中进行热水解反应；

当反应釜中有生物炭催化热水解反应后，反应釜的蒸汽压力仍然控制在0.7Mpa，泥浆的温度达到150℃后即停止注入蒸汽。

在实施例4中，热水解反应釜初始压力低于0.8Mpa，在还没有生物炭返混时，经压滤后初始泥饼含水率约为60％，滤液BOD＝8600mg/L，COD＝23000mg/L，BOD/COD＝0.37。将生物炭返混至热水解反应釜中进行催化热水解反应后，压滤后的泥饼含水率可控制在45％以内，得到的滤液BOD＝12500mg/L，COD＝30000mg/L，BOD/COD＝0.42，可生化性较好。可见，热水解反应釜初始压力和温度在不满足高温高压热水解条件，即160～190℃，0.82Mpa时，初次压滤后的泥饼含水率也达不到30～45％，但随时工艺的进行，生物炭返混至热水解反应釜，降低了热水解反应所需的压力和温度，趋于稳定后，压滤后泥饼含水率可控制在45％以内，这说明了生物炭对热水解反应有催化作用，并且通过降低热水解反应的温度和压力，对反应釜设备的要求也相应降低，因此，不仅能降低能耗，也能降低设备成本。

综上所述，热水解可保证污泥更容易进行压榨脱水，经再利用的生物炭催化作用后，热水解效果大大提升，滤液的可生化性也越好，经压滤后泥饼的含水率也越低。与现有技术相比，本发明将污泥热水解后的泥浆输入压滤机中，可得到含水率为30％～45％的泥饼，将泥饼进行碳化得到生物炭、热解气、焦油、余热废气，后将生物炭部分返混至污泥反应釜中，同时产生的热解气经除尘后通入至热解气锅炉中产生高温蒸汽，将高温蒸汽再通入到反应釜中。整个过程将热水解与污泥碳化结合在一起，既提高了污泥水解效率，实现污泥高干脱水过程中无药剂添加，同时碳化过程中产生的生物炭可作为热水解反应中的催化剂，提高了污泥热水解的效率，进一步降低压滤后污泥的含水率，还能降低反应釜所需的压力和设备的投资运行成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种污泥处置方法，其特征在于，包括以下步骤：

将得到的生物炭中的一部分作为热水解反应的催化剂返混至反应釜中；

将得到的热解气和焦油经除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，并将产生的高温蒸汽再返回至反应釜中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤中，当有生物炭返混至反应釜后，将通入反应釜的饱和蒸汽的压力由P1Mpa调整为P2Mpa，反应釜内热水解反应的温度由T1调整为T2，其中，T1大于T2，P1大于P2。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，T1为160～190℃，T2为120～160℃；P1取值范围为0.8～2.0Mpa，P2取值范围为0.5-0.8Mpa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤中，始终将通入反应釜的饱和蒸汽的压力控制在0.5-0.8Mpa，反应釜内热水解反应的温度控制在120～160℃。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，将碳化得到的生物炭的总量的35％-70％返混至反应釜中参与热水解反应。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，还包括对机械压滤脱水后的滤液投加镁盐，控制n(P):n(Mg)＝1:1.2～1.6，并通过pH值酸碱自动调节系统调节pH＝9～11后再进行固液分离。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，向反应釜中注入的污泥含水率为85％-95％。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，在反应釜中有生物炭返混后，经压滤得到的泥饼的含水率为30～45％。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，反应釜的顶部设有搅拌装置，在注入所述污泥后启动所述搅拌装置，且转速为50～300rpm。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，采用回转式碳化炉进行碳化，向碳化炉内部通入氮气，保持绝氧的气氛，转速控制在50～300rpm，温度控制在600～800℃，碳化时间控制在20～40min。