CN109485234A - 污泥综合处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥综合处理系统及方法，该系统包括：电渗透污泥高干脱水设备、造粒干燥设备和高温热解气化设备；其中，电渗透污泥高干脱水设备设有干化污泥出口，该干化污泥出口与造粒干燥设备连接；造粒干燥设备设有污泥粒出口，该污泥粒出口与高温热解气化设备连接；高温热解气化设备设有热气出口和余热出口，热气出口和余热出口分别回连至造粒干燥设备。该处理系统运行可靠，使用寿命长，处理1吨80％含水率污泥，能耗低至90kwh，能够快速实现污泥含水率降低到30％以下，污泥造粒处置，实现污泥资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处置领域，尤其涉及一种污泥综合处理系统及方法。
背景技术
目前的污泥处置方法，有填埋、好氧发酵、干化焚烧、热解等处理方法，但这些方法往往存在需要加入药剂、辅料、能耗高处理不彻底，处理后仍存在二次污染邻避效应等问题。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种污泥综合处理系统及方法，能实现干化、造粒和热解综合方式处理污泥，提升污泥的处理效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种污泥综合处理系统，其特征在于，包括：
电渗透污泥高干脱水设备、造粒干燥设备和高温热解气化设备；其中，
所述电渗透污泥高干脱水设备设有干化污泥出口，该干化污泥出口与所述造粒干燥设备连接；
所述造粒干燥设备设有污泥粒出口，该污泥粒出口与所述高温热解气化设备连接；
所述高温热解气化设备设有热气出口和余热出口，所述热气出口和余热出口分别回连至所述造粒干燥设备。
本发明实施方式还提供一种污泥综合处理方法，采用本发明所述的污泥综合处理系统，包括以下步骤：
步骤1，将暂存的含水率为80～83％的污泥，输送入电渗透高干脱水装置经电渗透耦合与压榨处理后，使污泥的含水率80～83％降低至含水率45～50％形成干化污泥泥饼；然后将干化后污泥饼破碎后，再加入生物质废弃物改性形成改性完的干化污泥；
步骤2，所述步骤1改性完的干化污泥通过输送入所述造粒干燥设备烘干，直至改性完的干化污泥含水率低于20％；之后将烘干后的干化污泥进行造粒制成燃料棒；
步骤3，所述步骤2制成的燃料棒输送加入到高温热解气化设备中，在缺氧燃烧的状态下，燃料棒发生热解产生可燃气，可燃气经过水洗除杂处理后点燃，产生的热气和余热分别回用至所述造粒干燥设备作为热源气；所述高温热解气化设备热解产生的残渣外排。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的污泥综合处理系统及方法，其有益效果为：
通过设置有机连接的电渗透污泥高干脱水设备、造粒干燥设备和高温热解气化设备，能实现对污泥进行干化、造粒和热解气化的综合处理，不需要添加化学药剂，运行可靠，使用寿命长，处理1吨80％含水率污泥，能耗低至90kwh，能够快速实现污泥含水率降低到30％以下，污泥造粒处置，实现污泥资源化利用，且由于热解气能点燃产生热量回用至造粒干燥设备，实现了低能高效且无污染的处理污泥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的污泥综合处理系统的构成示意图；
图2为本发明实施例提供的污泥综合处理方法的流程图；
图中各标号为：100-电渗透高干脱水设备；110-污泥暂存仓；120-电渗透高干脱水装置；130-污泥破碎和输送装置；200-造粒干燥设备；210-泥饼颗粒暂存仓；220-造粒机；230-回转窑；240-第一水洗装置；250-第一碱洗装置；260-除尘装置；270-第二引风机；300-高温热解气化设备；310-提升装置；320-热解气化炉；330-第二水洗装置；340-高压风机；350-第二碱洗装置；360-第二除尘装置；370-可燃气储罐；380-二燃室；390-补风风机；391-炉渣外运装置。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1所示，本发明实施例提供一种污泥综合处理系统，包括：
电渗透污泥高干脱水设备、造粒干燥设备和高温热解气化设备；其中，
所述电渗透污泥高干脱水设备设有干化污泥出口，该干化污泥出口与所述造粒干燥设备连接；
所述造粒干燥设备设有污泥粒出口，该污泥粒出口与所述高温热解气化设备连接；
所述高温热解气化设备设有热气出口和余热出口，所述热气出口和余热出口分别回连至所述造粒干燥设备。
上述系统中，电渗透污泥高干脱水设备包括：
污泥暂存仓、电渗透高干脱水装置和污泥破碎输送装置；其中，
所述污泥暂存仓与所述电渗透高干脱水装置连接；
所述电渗透高干脱水装置设有干化污泥外排口，所述干化污泥外排口与所述污泥破碎输送装置连接；
所述污泥破碎输送装置设置连接所述造粒干燥设备的干化污泥出口。
上述系统中，污泥破碎输送装置包括：
破碎机和无轴螺旋输送机；其中，
所述破碎机与所述电渗透高干脱水装置的干化污泥外排口连接，所述破碎机的出口上设有生物质入口，该破碎机的出口与无轴螺旋输送机连接，该无轴螺旋输送机与所述造粒干燥设备连接。
上述系统中，造粒干燥设备包括：
回转窑、第一水洗装置、第二碱洗装置、第二引风机、除尘装置、泥饼颗粒暂存仓和造粒机；其中，
所述回转窑设有干化污泥入口、干燥污泥出口、热气入口和水洗口，所述干化污泥入口与所述电渗透高干脱水设备的干化污泥出口连接，所述干燥污泥出口顺次与所述泥饼颗粒暂存仓和造粒机连接，所述造粒机设有与所述高温热解气化设备连接的污泥粒出口；
所述回转窑的热气入口经管路与所述高温热解气化设备的热气出口连接；
所述第一水洗装置与所述回转窑设置的水洗口连接，该第一水洗装置与第二碱洗装置、第二引风机和除尘装置顺次连接；
所述泥饼颗粒暂存仓设有余热入口，该余热入口经管路与所述高温热解气化设备的余热出口连接。
上述系统中，高温热解气化设备包括：
提升装置、热解气化炉、第二水洗装置、高压风机、第二碱洗装置、除尘装置、可燃气储罐、二燃室和补风风机；其中，
所述提升装置与所述造粒干燥设备的污泥粒出口连接，该提升装置的出口与所述热解气化炉连接；
所述热解气化炉设置的水洗口与第二水洗装置连接；
所述热解气化炉设置的热解气出口顺次经第二碱洗装置、第二除尘装置和高压风机与所述二燃室连接；
所述二燃室设置所述热气出口和余热出口，所述热气出口经管路连接至所述造粒干燥设备，所述余热出口经补风风机和管路连接至所述造粒干燥设备。
上述系统中，高温热解气化设备还包括：
炉渣外运装置，与所述热解气化炉设置的炉渣出口连接。
上述系统中，由于采用电渗透污泥高干脱水设备，能以电渗透和挤压法将物料直接挤压成成品的造料过程，可实现干料加蒸汽进行无化学反应的造粒，可有效降低能耗，简化工艺流程，不存在排放物污染环境的问题，特别适合于热敏物料的造粒。
本发明实施例提供一种污泥综合处理方法，采用上述的污泥综合处理系统，包括以下步骤：
步骤1，将暂存的含水率为80～83％的污泥，输送入电渗透高干脱水装置经电渗透耦合与压榨处理后，使污泥的含水率80～83％降低至含水率45～50％形成干化污泥泥饼；然后将干化后污泥饼破碎后，再加入生物质废弃物改性形成改性完的干化污泥；
步骤2，上述步骤1改性完的干化污泥通过输送入所述造粒干燥设备烘干，直至改性完的干化污泥含水率低于20％；之后将烘干后的干化污泥进行造粒制成燃料棒；
步骤3，上述步骤2制成的燃料棒输送加入到高温热解气化设备中，在缺氧燃烧的状态下，燃料棒发生热解产生可燃气，可燃气经过水洗除杂处理后点燃，产生的热气和余热分别回用至所述造粒干燥设备作为热源气；所述高温热解气化设备热解产生的残渣外排。
上述方法还包括：炉渣外运步骤，将外排的残渣经过破碎后通过炉渣外运装置外运。外运的残渣可以资源化利用，如作为园林绿化基质改良土壤等。
为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供的污泥综合处理系统，是一种将电渗透高干脱水+造粒+高温热解气化有机结合的处理系统，该系统包括(参见图1)：
电渗透污泥高干脱水设备100、造粒干燥设备200和高温热解气化设备300；其中各设备的构成及作用如下：
(10)电渗透污泥高干脱水设备：
电渗透污泥高干脱水设备是将“电渗透”与“板框压滤”进行耦合，将固液分离技术和污泥自身具有的电化学性质有机结合起来，利用“电力”进行脱水。通过给污泥施加一定的直流电压，利用污泥粒子和水分子向相反的极性方向分离移动的现象进行脱水，同时又施加一定的高压力，使脱水效果更好，时间缩短。
这种电渗透污泥高干脱水的最大的优点在于不用投加任何化学调理剂，实现减量化，工艺系统简单。能够脱除污泥中间隙水、毛细水、吸附水和部分结合水，泥饼含水率小于40％，其次是无害化，通过摧毁微生物细胞膜，杀灭污泥中的蛔虫卵和病原微生物。最后是能源化，污泥水分的深度脱除，使泥饼的低位热值提升，不仅能自持焚烧，而且可回收热能。该设备总电耗80～120千瓦时/吨污泥，能够将含水率80％的污泥处理为含水率约为50％的泥饼。
污泥破碎的主要作用是用来破碎电渗透干化系统生成的污泥泥饼，将泥饼破碎为较细的颗粒，便于后续的烘干处理。另外加入生物质废弃物(木屑)进行改性造粒，改性污泥脱水后，通过造粒机制成燃料棒销，是为了提高污泥的产气量，便于后续热解。
(20)造粒干燥设备：
造粒干燥设备分为两部分：回转窑烘干+二燃室燃烧的热气利用；其中，该设备利用回转窑作为烘干容器，可采用现有的成熟回转窑技术；回转窑的烘干温度控制在200℃左右；；将污泥从窑头输送入回转窑，当回转窑转动时，窑内烟气与污泥充分的混合及接触，使污泥有较好的烘干效果；
在回转窑烘干污泥热源气从高温热解气化设备的二燃室进入窑尾，可燃气在二燃室点燃，通过补风风机补充空气，保证可燃气在二燃室内充分燃烧。让可燃气在二燃室中点燃，可以避免可燃气直喷点燃时，存在的火焰进入回转窑点燃污泥的问题。
(30)高温热解气化设备：
(301)高温热解：
第一步，经过前面的处理污泥的含水率降到15％，通过提升装置直接加入热解气化炉中，干燥后的污泥燃烧棒，从炉顶部加入热解气化炉中，在下降的过程中与温度在80-120℃的热解燃气接触，在1-2小时内不断脱去附着水，水变成蒸汽和热解燃气一起排出炉外，污泥逐步变干燥。
第二步，干燥后的污泥可燃物，在部分反应层上升过来的温度高达200-450℃的灼热燃气的烘烤下，发生干馏反应，生成烷类(CmHn)、一氧化碳(CO)、焦油等可燃气体和水蒸气(H2O)，氯(Cl)元素生成氯化氢(HCl)气体，硫(S)元素生成(H2S)气体，以上所有气体一起从炉体上部排出。
第三步，经过干馏后的污泥，主要残留物是焦炭和少数粘土等不可燃物，在800-1000℃高温下，通过水蒸气的作用，发生氧化还原反应产生一氧化碳(CO)、氢(H2)等可燃气体，从炉体中部排出。主要反应如下：
C+O2＝CO2；
C+1/2O2＝CO；
CO2+C＝CO；
C+H2O＝CO+H2；
C+2H2O＝CO2+2H2；
第四步，污泥可燃物气化完成变成含少量固定碳的无机熔渣，通过特制出渣机构从反应炉底部排除。
(302)可燃气处理：
热解产生的可燃气中含有一些杂质，要将这部分这部分杂质去除，经检测含有的主要的杂质：HCl、HCN、H2S、NH3、焦油等。所以该尾气处理系统采用组合形式为：“水洗+碱洗+除尘”。设置第二水洗装置，使可燃气温度降至150℃。除去可燃气中的焦油及其他杂质；两级洗涤后的气体，再通过除尘装置除去除去可燃气中的烟尘。从而得到较为纯净的可燃气体。
(303)烟气处理：
对于污泥烘干的烟气，在经过水洗、碱洗和除尘处理后，通过引风机将烟气吸入烟囱；引风机前设置消音装置减少排放噪音；引风机后烟囱的高度符合GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》相关规定，并按要求设置取样孔。
本发明的污泥综合处理系统，相比现有的污泥处置技术至少具有以下优点：
(1)使用电渗透高压干化脱水来对含水率80％市政污泥进行初步干化到含水率50％。在整个运转过程中，不需另外添加任何化学药剂，在实现污泥减量同时又杜绝了二次污染。然后干化后污泥饼破碎，再加入生物质废弃物改性。
(2)运用了“造粒+回转窑烘干+高温热解气化”技术，利用污泥热解系统300产生的可燃气，来为回转窑污泥烘干系统200提供热量，节省了能量消耗，节能减排；通过烘干技术来杀灭污泥中有害菌种和病原体，并进一步降低到污泥含水率20％以下。之后再将烘干后的改性污泥通过造粒机制造成燃料棒；
(3)燃料棒再通过提升装置加入到热解气化炉中，在缺氧燃烧的状态下，燃料棒发生热解，其中的有机物分子结构发生全面裂解，生成大面积的低分子有机物，从而产生可燃气。热解剩余残渣可作为园林绿化基质来使用，实现了污泥无害化目标、资源化利用。
本发明的处理系统，运行可靠，使用寿命长，处理1吨80％含水率污泥，能耗低至90kwh，能够快速实现污泥含水率降低到30％以下，污泥造粒处置，实现污泥资源化利用。通过挤压法将物料直接挤压成成品的造料过程，可以看做是干料加蒸汽进行无化学反应的造粒过程，具有降低能耗，简化工艺流程，不存在排放物污染环境的问题，特别适合于热敏物料的造粒，实现了污泥减量及资源化利用目标。
本实施例提供的污泥综合处理系统，能以电渗透高干脱水+造粒+高温热解气化有机结合的方式，实现污泥减量化和资源化处理处置，其处理方法包括以下步骤(参见图2)：
1)首先是将污泥暂存仓110暂存的含水率80～83％的污泥，通过泵输送送到电渗透高干脱水装置100，通过提高该电渗透高干脱水装置100的电渗透耦合泵送压力与压榨压力，使污泥由含水率80～83％降低至含水率45～50％形成干化污泥饼；
2)然后将上述干化后的干化污泥饼经污泥破碎和输送装置130的破碎机破碎后，再加入生物质废弃物改性形成改性干化污泥，经污泥破碎和输送装置130的无轴螺旋输送机输送至造粒干燥设备200；
3)改性完的干化污泥通过输送入造粒干燥设备200的回转窑230内烘干，直至改性的干化污泥含水率低于20％；
4)之后再将烘干后的改性污泥通过造粒机220制造成燃料棒；
5)上述制得的燃料棒再通过高温热解气化设备300的提升装置310加入到热解气化炉320中，在缺氧燃烧的状态下，燃料棒发生热解，其中的有机物分子结构发生全面裂解，生成大面积的低分子有机物，从而产生可燃气；
6)可燃气经过第二水洗装置330水洗、高压风机340输送，第二碱洗装置350碱洗一系列处理后，去除其中的杂质后进入二燃室380点燃，回用作为造粒干燥设备200的回转窑230烘干改性污泥的热源气，以及作为泥饼颗粒暂存仓的干燥热气；
7)另外高温热解气化设备300的热解气化炉320裂解后的残渣经过破碎后，通过炉渣外运装置391外排，可以资源化利用，如作为园林绿化基质改良土壤等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种污泥综合处理系统，其特征在于，包括：
电渗透污泥高干脱水设备、造粒干燥设备和高温热解气化设备；其中，
所述电渗透污泥高干脱水设备设有干化污泥出口，该干化污泥出口与所述造粒干燥设备连接；
所述造粒干燥设备设有污泥粒出口，该污泥粒出口与所述高温热解气化设备连接；
所述高温热解气化设备设有热气出口和余热出口，所述热气出口和余热出口分别回连至所述造粒干燥设备。
2.根据权利要求1所述的污泥综合处理系统，其特征在于，所述电渗透污泥高干脱水设备包括：
污泥暂存仓、电渗透高干脱水装置和污泥破碎输送装置；其中，
所述污泥暂存仓与所述电渗透高干脱水装置连接；
所述电渗透高干脱水装置设有干化污泥外排口，所述干化污泥外排口与所述污泥破碎输送装置连接；
所述污泥破碎输送装置设置连接所述造粒干燥设备的干化污泥出口。
3.根据权利要求2所述的污泥综合处理系统，其特征在于，所述污泥破碎输送装置包括：
破碎机和无轴螺旋输送机；其中，
所述破碎机与所述电渗透高干脱水装置的干化污泥外排口连接，所述破碎机的出口上设有生物质入口，该破碎机的出口与无轴螺旋输送机连接，该无轴螺旋输送机与所述造粒干燥设备连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的污泥综合处理系统，其特征在于，所述造粒干燥设备包括：
回转窑、第一水洗装置、第二碱洗装置、第二引风机、除尘装置、泥饼颗粒暂存仓和造粒机；其中，
所述回转窑设有干化污泥入口、干燥污泥出口、热气入口和水洗口，所述干化污泥入口与所述电渗透高干脱水设备的干化污泥出口连接，所述干燥污泥出口顺次与所述泥饼颗粒暂存仓和造粒机连接，所述造粒机设有与所述高温热解气化设备连接的污泥粒出口；
所述回转窑的热气入口经管路与所述高温热解气化设备的热气出口连接；
所述第一水洗装置与所述回转窑设置的水洗口连接，该第一水洗装置与第二碱洗装置、第二引风机和除尘装置顺次连接；
所述泥饼颗粒暂存仓设有余热入口，该余热入口经管路与所述高温热解气化设备的余热出口连接。
5.根据权利要求4所述的污泥综合处理系统，其特征在于，所述高温热解气化设备包括：
提升装置、热解气化炉、第二水洗装置、高压风机、第二碱洗装置、除尘装置、可燃气储罐、二燃室和补风风机；其中，
所述提升装置与所述造粒干燥设备的污泥粒出口连接，该提升装置的出口与所述热解气化炉连接；
所述热解气化炉设置的水洗口与第二水洗装置连接；
所述热解气化炉设置的热解气出口顺次经第二碱洗装置、第二除尘装置和高压风机与所述二燃室连接；
所述二燃室设置所述热气出口和余热出口，所述热气出口经管路连接至所述造粒干燥设备，所述余热出口经补风风机和管路连接至所述造粒干燥设备。
6.根据权利要求5所述的污泥综合处理系统，其特征在于，所述高温热解气化设备还包括：
炉渣外运装置，与所述热解气化炉设置的炉渣出口连接。
7.一种污泥综合处理方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的污泥综合处理系统，包括以下步骤：
步骤1，将暂存的含水率为80～83％的污泥，输送入电渗透高干脱水装置经电渗透耦合与压榨处理后，使污泥的含水率80～83％降低至含水率45～50％形成干化污泥泥饼；然后将干化后污泥饼破碎后，再加入生物质废弃物改性形成改性完的干化污泥；
步骤2，所述步骤1改性完的干化污泥通过输送入所述造粒干燥设备烘干，直至改性完的干化污泥含水率低于20％；之后将烘干后的干化污泥进行造粒制成燃料棒；
步骤3，所述步骤2制成的燃料棒输送加入到高温热解气化设备中，在缺氧燃烧的状态下，燃料棒发生热解产生可燃气，可燃气经过水洗除杂处理后点燃，产生的热气和余热分别回用至所述造粒干燥设备作为热源气；所述高温热解气化设备热解产生的残渣外排。
8.根据权利要求7所述的污泥综合处理方法，其特征在于，所述方法还包括:
炉渣外运步骤，将外排的残渣经过破碎后通过炉渣外运装置外运。
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