CN109160503A

CN109160503A - 一种污泥炭调理剂及其在堆肥中的应用

Info

Publication number: CN109160503A
Application number: CN201810873365.3A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 谭学军; 王逸贤; 段妮娜
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2019-01-08

Abstract

本发明提供了一种污泥炭调理剂，其制备工艺包括如下步骤：（1）对城镇污水处理厂污泥进行脱水处理；（2）对步骤（1）中脱水污泥进行造粒；（3）对步骤（2）中污泥颗粒进行热干化；（4）对步骤（3）中干化污泥进行热解处理，产生污泥炭。本发明的优点：①以污泥炭为目标产物对污泥进行热解处理，通过控制工艺参数可得到疏松、多孔、轻质、比表面加大、吸附能力强的污泥炭；②利用污泥炭作为堆肥辅料，可防止物料压实，改善通风供氧效果；③利用污泥炭作为堆体覆盖材料，既可以提高堆体保温效果，又不影响水分逸出，还能够从源头吸附堆肥过程产生的部分臭气；④污泥炭为生物炭土，堆肥结束后无需从堆肥产品中筛分回收，有利于简化堆肥流程。

Description

一种污泥炭调理剂及其在堆肥中的应用

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种污泥炭调理剂及其在堆肥中的应用。

背景技术

随着我国城镇污水处理事业的快速发展，污水处理厂数量不断增多，污水处理过程中伴随产生的污泥量也日益增加。据统计，目前我国城镇污水处理厂污泥年产生量已达到5000万吨左右。污泥主要成分包括：灰分（含N、P、K等养分）、固定碳、可挥发性有机物以及水分，可采用热解、堆肥等方式进行处理。

污泥热解是指在高温、无氧条件下使污泥中有机物裂解，产生热解气和污泥炭（固体残渣）的过程。目前国内外污泥热解技术的目标产物主要为高热值热解气，例如中国实用新型专利CN204138601U公开了“一种污泥热解气化处理系统”，最终目标产物为甲烷、乙炔和乙烷等可燃气体。为提高热解气产率，通常采用较高的热解温度，中国发明专利CN103145307B公开了“一种污泥高温碳化系统及碳化工艺”，热解温度高达600℃~800℃；中国发明专利CN205443020U公开了“一种污泥热解碳化处理的工艺装置”，热解温度为700℃~900℃。由于高温条件下大部分有机物转移到了气相或者液相，导致剩余污泥残渣的固定碳含量低、灰分含量高、比表面积小、吸附能力差，用途较为有限。中国发明专利CN104150743B公开了“一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法”，在高温高压条件下利用微波辅助进行水热碳化反应，虽然其目标产物是污泥炭，但是反应条件较为复杂，不利于工程化应用。

污泥堆肥是指微生物在有氧条件下进行好氧呼吸作用，产生较高温度使污泥中有机物生物降解，生成性质稳定熟化污泥的过程，堆肥后的腐熟产物可作为有机肥料用于土地改良、园林绿化等。目前国内外污泥堆肥技术主要存在以下问题：（1）辅料消耗量大：由于污泥含水率高、密度大，堆肥过程中极易压实，因此需要添加大量秸秆粉、花生壳粉、锯末等辅料，而上述辅料密度小、体积大，且产量具有季节性，不易储存运输。中国发明专利（CN201310077278.4）利用木炭作为辅料，中国发明专利（CN 200810137214.8）利用沸石作为辅料，堆肥后通过筛分对辅料进行回收，但是回收率难以保证。（2）臭气收集处理困难。污泥堆肥过程中会产生大量臭气，而堆肥车间通常占地面积大、难以完全密封，臭气收集处理较为困难，极易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污泥炭调理剂，该污泥炭调理剂作为调理剂用于污泥堆肥，能实现污泥炭的资源化利用，并解决污泥堆肥中所存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种污泥炭调理剂，其特征在于所述污泥炭调理剂由干化污泥进行热解处理而成，所述污泥炭调理剂含水率为15%以下，颗粒粒径为2mm~10mm，比表面积为500㎡/g以上。

所述污泥炭调理剂的制备工艺步骤如下：

步骤（1）：对城镇污水处理厂沉淀池产生的污泥进行脱水处理，脱水污泥含水率为70%~85%；

步骤（2）：对步骤（1）中脱水污泥进行造粒，污泥颗粒粒径为5mm~10mm；

步骤（3）：对步骤（2）中污泥颗粒进行热干化，干化污泥含水率为10%~30%；

步骤（4）：对步骤（3）中干化污泥进行热解处理，产生污泥炭调理剂。

优选地，步骤（4）所述污泥热解处理在无氧条件下进行，热解过程升温速率为10℃/min~30℃/min，热解终温为300℃~550℃，终温持续时间为30min~120min。升温速率、热解终温以及终温持续时间可根据污泥有机物含量、含水率、产物要求等因素确定，升温速率越快、终温越高、持续时间越长，污泥中有机物转化成热解气的比例越高，污泥炭的产量越低；但是温度过低，或者反应时间不足，则可能会导致所产生的污泥炭孔隙率偏低，影响后续堆肥效果。

本发明的另一目的是提供一种污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法，以实现污泥炭的资源化利用，并解决污泥堆肥中所存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法，其特征在于所述应用方法包括：用作堆肥辅料和用作堆体覆盖材料。

所述污泥炭调理剂作为堆肥辅料的应用方法，其特征在于，将污泥、返混料、污泥炭调理剂按照质量比100：（50~60）：（10~20）混合均匀，得到含水率为55 %~65 %、容重为0.6g/cm³~0.7g/cm³、孔隙率为30 %~40 %、颗粒粒径不大于20mm的混合物料；将所述混合物料放入发酵仓或者发酵反应器内，在强制通风供氧和定期翻堆条件下堆肥20d~50d，可产生腐熟堆肥产物。

所述污泥炭调理剂作为堆体覆盖材料的应用方法，其特征在于，将污泥炭调理剂均匀覆盖在堆肥堆体上表面，覆盖厚度为5cm~20cm，可起到保温和除臭作用。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、以污泥炭为目标产物对污泥进行热解处理，通过控制升温速率、终温和持续时间，提高污泥炭产量和吸附性能，得到疏松、多孔、轻质、比表面加大、吸附能力强的污泥炭。

2、利用污泥炭作为堆肥辅料，可防止物料压实，改善通风供氧效果，并从源头吸附堆肥过程产生的部分臭气，有利于提高堆肥效果、改善堆肥环境。

3、利用污泥炭作为堆体覆盖材料，既可以提高堆体保温效果，又不影响堆体内水分逸出，还能够从源头吸附堆肥过程产生的部分臭气。

4、污泥炭为生物炭土，可作为土壤改良剂，堆肥结束后无需从堆肥产品中筛分回收，有利于简化堆肥流程。

附图说明

图1是本发明实施例1中污泥炭调理剂的制备工艺流程图。

图2是本发明实施例2中污泥堆肥过程温度变化曲线。

图3是本发明实施例3中污泥炭作为堆肥堆体覆盖材料的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1：

一种污泥炭调理剂，其制备工艺步骤如下：

步骤（4）：对步骤（3）中干化污泥进行热解处理，产生污泥炭。

具体来说，步骤（1）中污泥来自城镇污水处理厂初沉池和二沉池的混合污泥，含水率有机质含量为97.5%~99.5%，有机质含量为50%~60%。

具体来说，步骤（2）采用造粒机对污泥进行造粒，并调节颗粒粒径。

具体来说，步骤（3）中污泥干化采用圆盘干化机、薄层干化机、带式干化机等设备，采用高温饱和蒸汽或者导热油作为热源，干化过程中产生的臭气经过生物除臭后达标排放。

具体来说，步骤（4）所述污泥热解处理在无氧条件下进行，热解过程升温速率为10℃/min~30℃/min，热解终温为300℃~550℃，终温持续时间为30min~120min，热解过程中产生的少量热解气可作为燃料资源化利用。

经过步骤（4）处理后，所产生的污泥炭含水率为15%以下，颗粒粒径为2mm~10mm，比表面积为500㎡/g以上，具有疏松、多孔、轻质、比表面积大、吸附能力强等特点。

实施例2：

污泥炭调理剂作为辅料在堆肥中的应用，包括以下主要步骤：

步骤（1）：将污泥、返混料和污泥炭调理剂按一定质量比混合均匀，得到混合物料；

步骤（2）：将步骤（1）中混合物料放入发酵仓或者发酵反应器内，通过静态强制通风方式向堆体供氧，并定期进行人工或者机械翻堆以控制堆体温度、防止物料压实；

步骤（3）：堆肥时间达到设计发酵周期后，将堆肥产物移出发酵仓或者发酵反应器，一部分可作为返混料用于步骤（1），其余部分可作为有机肥料用于土地改良、园林绿化等。

具体来说，步骤（1）所述的污泥含水率为80%~85%，有机物含量为50%~65%。

具体来说，步骤（1）所述的返混料含水率为35%~40%，颗粒粒径不大于20mm。

具体来说，步骤（1）所述的污泥炭含水率为10%~15%，颗粒粒径为5mm~8mm。

具体来说，步骤（1）所述的污泥、返混料、污泥炭的质量比为6：3：1，混合物料含水率为60 %~65 %，有机物含量为40 %以上，碳氮比为20~30，pH值为6~9，容重为0.6 g/cm³~0.7g/cm³，孔隙率为30 %~40 %，颗粒粒径不大于20mm。

具体来说，步骤（2）所述发酵仓形式为槽式，堆体高度为1.5m~2.0m。

具体来说，步骤（2）所述静态强制通风强度为0.05（m³/（min•m³）~0.20（m³/（min•m³）。

具体来说，步骤（2）所述人工或者机械翻堆频次为：发酵升温期，堆体温度首次上升至55℃～60℃，翻堆一次；发酵高温期，堆体温度保持在55℃～65℃，每2d～5d翻堆一次；发酵降温期，堆体温度低于55℃以后，每7d～12d翻堆一次；当堆体温度下降至35℃以下，且连续两天温度差不超过±2℃时，停止翻堆。

具体来说，步骤（3）所述发酵周期为20d。

需要进一步说明的是，在步骤（1）中最开始是仅仅将污泥和污泥炭调理剂混合均匀，得到混合物料，接着经过步骤（2）和步骤（3）后得到堆肥产物，将堆肥产物部分作为返混料加入步骤1中，在初期，返混料的比例可从0逐步提高，而污泥炭的比例逐步减小，直至最后形成稳定状态，稳定状态时污泥、返混料、污泥炭的质量比100：（50~60）：（10~20）。

堆肥过程中臭气集中收集后采用生物除臭处理，满足《恶臭污染物排放标准》GB14554的有关要求后集中排放。堆肥过程中堆体温度变化如图2所示，堆肥20d后，产物含水率降低到35%~38%，耗氧速率达到0.1（O₂%）/min以下，种子发芽指数达到70%以上，可满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009）和《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》（GB/T24600-2009）标准要求，可进行资源化利用。

实施例3：

污泥炭调理剂作为堆体覆盖材料在堆肥中的应用如图3所示。堆肥过程在发酵仓1中进行，通过鼓风机2对空气进行加压，并通过连接管3将空气导入气室4中。气室4中的空气通过布气孔5扩散进入混合物料6中，为堆肥过程中微生物的代谢提供氧气，并产生高温促进物料中的水分蒸发。物料6上表面均匀覆盖有一层厚度约5cm~20cm的污泥炭7，污泥炭7可以起到保温作用，有利于提高堆体温度、加快堆肥进程，堆肥过程产生的水蒸气透过疏水的污泥炭7扩散到堆体外，臭气被疏松、多孔的污泥炭7吸附，有利于改善堆肥环境卫生条件。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种污泥炭调理剂，其特征在于，所述污泥炭调理剂由干化污泥进行热解处理而成，所述污泥炭调理剂含水率为15%以下，颗粒粒径为2mm~10mm，比表面积为500㎡/g以上。

2.如权利要求1所述污泥炭调理剂，其特征在于，所述污泥炭调理剂的制备工艺包括如下步骤：

3.如权利要求1所述污泥炭调理剂，其特征在于，步骤（4）中，热解在无氧条件下进行，热解过程升温速率为10℃/min~30℃/min，热解终温为300℃~550℃，终温持续时间为30min~120min。

4.一种污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法，其特征在于所述污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法包括：用作堆肥辅料和用作堆体覆盖材料。

5.如权利要求/4的污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法，其特征在于，将污泥、返混料、污泥炭按照质量比100：（50~60）：（10~20）混合均匀，得到含水率为55 %~65 %、容重为0.6 g/cm3~0.7g/cm3、孔隙率为30 %~40 %、颗粒粒径不大于20mm的混合物料；将所述混合物料放入发酵仓或者发酵反应器内，在强制通风供氧和定期翻堆条件下堆肥20d~50d，可产生腐熟堆肥产物。

6.如权利要求4的污泥炭调理剂在污泥堆肥中的应用方法，其特征在于，将污泥炭均匀覆盖在堆肥堆体上表面，覆盖厚度为5cm~20cm，可起到保温和除臭作用。