CN109553268A - 一种有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机污泥资源化利用综合处理系统，包括热力破壁工艺段、板框固液分离工艺段、封闭式烘干工艺段、热裂解催化工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段，可以合理利用能量，实现有机污泥低费用、无害化、资源化处理。本发明还公开了一种有机污泥资源化利用综合处理系统的处理方法。

Description

一种有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法，属于有机废水或污水治理过程中产生的有机污泥处理处置技术领域，具体涉及到城市污水处理厂、工业园区综合污水处理厂、一些有机废水处理系统在采用生化降解工艺过程中产生的污泥和其他工艺中产生的有机污泥的处理和处置。

背景技术

目前，随着城市化进程的推进，城市污水厂污泥的处理、处置在比较短的时间内走过了从直接填埋、污泥有机肥资源化利用到各种减量化技术、焚烧技术，呈现了百家争鸣、百花齐放的现象，各种技术都不同程度存在处理处置不彻底、处理过程污染严重或者污染治理复杂、处理费用太高、资源化利用不足等问题，能真正将污泥低费用无害化处理和资源化利用的技术不多，市场需要真正的低费用无害化、资源化处理污泥的技术。

一般城市污水厂污泥通过污泥浓缩池和叠螺机、真空带式脱水机、板框压滤机等方式脱水至含水率80％左右。目前传统处理方法之一为将污泥用化学药剂调理，再用高压板框将污泥含水率控制在60％左右，可实现50％左右的减量率。干化减量后的污泥通过专业焚烧炉或者垃圾焚烧炉或者水泥窑协同焚烧进行处理。过程中存在费用高、资源浪费、焚烧尾气治理难度高、焚烧过程中收集的粉尘是危险废物等问题。

传统处理方法之二是将污泥进行各种方式的发酵，然后制作成有机肥。此类工艺存在污泥中重金属污染无法去除，有机肥应用领域和施用量受限等问题，而且发酵过程周期长、占地大、恶臭污染严重。

传统处理方法之三是对污泥进行低温碱性热水解，一般需要将污泥含水率控制在95％左右，所以需要加入大量的水，然后加入碱性物质如石灰，在120-140度的温度下对污泥进行水解。此方法很好的解决了污泥中重金属污染问题，使得分离液中的重金属含量大幅度降低，因为分离液含有丰富的氨基酸和小分子肽，使得将污泥分离液资源化利用得以实现。但是此方法由于加入了大量的水份(加入量为污泥量的3倍左右)，导致整个工艺需要的热能大幅度提高。获取分离液后的固相污泥的处理还是没有解决，固相污泥中仍然含有大量的有机物，所以工艺完整度不够，污泥并没有完全得到无害化处理。

传统工艺之四是采用污泥碳化技术实现污泥资源化利用，主要存在以下问题：一是碳化工艺对污泥含水率要求较高，所以必须配套污泥烘干技术，工艺完整度不够，且如果配套烘干工艺，因为污泥自身热值不足以支撑污泥烘干需要的热能，所以理费用较高；二是碳化过程是一个有机物裂解和气态化过程，碳化产生的大量有机废气的处理或者焚烧都会形成大量污染物质，特别是二噁英，需要配套复杂的处理系统实现达标排放；三，污泥碳化后的泥炭一般作为焚烧原料利用，污泥中的重金属问题还是没有解决，如果焚烧则带来废气的重金属污染，如果利用与肥料，则带来对土壤的重金属污染。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法，使得有机污泥的处理达到了减量化、无害化、资源化的目的，而且由于污泥本身热能被充分利用，整个处理过程处理费用相对较低。

实现上述目的一种技术方案是：一种有机污泥资源化利用综合处理系统，包括热力破壁工艺段、板框固液分离工艺段、封闭式烘干工艺段、热裂解催化工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段，其中：

所述热力破壁工艺段包括污泥进料仓、污泥输送泵、污泥输送热交换导管、三个自闪蒸压力罐和混合液缓冲储罐，所述污泥输送热交换导管包括冷料管和热料管，所述污泥进料仓的出口通过所述污泥输送泵与所述污泥输送热交换导管的冷料管的进口相连；所述污泥输送热交换导管的冷料管分别与所述三个自闪蒸压力罐相连；每个所述自闪蒸压力罐的出口分别通过出料管与所述污泥输送热交换导管的热料管的进口相连；所述污泥输送热交换导管的热料管的出口与所述混合液缓冲储罐的进口相连；所述三个自闪蒸压力罐相互之间通过闪蒸管道相连；所述三个自闪蒸压力罐分别为第一自闪蒸压力罐、第二自闪蒸压力罐和第三自闪蒸压力罐；每个所述自闪蒸压力罐上设置有搅拌装置和加温装置；

所述板框固液分离工艺段包括板框压滤机和分离液储罐，所述混合液缓冲储罐的出口通过压滤机螺杆泵与所述板框压滤机相连，所述板框压滤机内设置有集水槽，所述集水槽与所述分离液储罐的进口相连；所述板框压滤机的底部设置有出泥履带，所述出泥履带的末端设置有污泥切条机；

所述封闭式烘干工艺段包括第一导热油-水热交换器、空气-热水交换器、冷却塔、冷却水热交换器和封闭式网带烘干机，所述封闭式网带烘干机的进料口设置有布料斗，所述布料斗位于所述污泥切条机的正下方；所述空气-热水交换器设置在所述封闭式网带烘干机内，所述空气-热水交换器与所述第一导热油-水热交换器相连，所述第一导热油-水热交换器外接导热油箱，所述导热油箱分别与所述三个自闪蒸压力罐相连；所述冷却塔、冷却水热交换器和封闭式网带烘干机依次相连；

所述热裂解催化工艺段包括热裂解器、热交换器、高温催化设备、脱硫脱氯设备、二次燃烧室和导热油锅炉，所述封闭式网带烘干机的出口与所述热裂解器的进口相连，所述热裂解器的出口设置有排渣螺杆，所述热裂解器的气体出口通过所述热交换器与所述高温催化设备的进口相连；所述高温催化设备的出口、热交换器、脱硫脱氯设备、二次燃烧室和导热油锅炉依次相连；所述导热油锅炉与所述导热油箱相连；

所述分离液低温分离浓缩工艺段包括第二导热油-水热交换器、真空泵、负压分离腔、冷凝器、空冷塔和浓缩液储罐，所述导热油箱、第二导热油-水热交换器和负压分离腔依次相连；所述真空泵、冷凝器和负压分离腔依次相连；所述冷凝器与所述空冷塔相连；所述分离液储罐的出口通过输送泵与所述负压分离腔的进口相连，所述负压分离腔的出口与所述浓缩液储罐相连。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，所述冷却塔与冷却水热交换器之间、所述冷却水热交换器与封闭式网带烘干机之间、所述空气-热水交换器与第一导热油-水热交换器之间、所述第一导热油-水热交换器与导热油箱之间、所述导热油锅炉与导热油箱之间、所述第二导热油-水热交换器与导热油箱之间、所述第二导热油-水热交换器与负压分离腔之间以及所述冷凝器与空冷塔之间分别设置有循环泵；

所述导热油箱与三个自闪蒸压力罐之间设置有循环泵；

所述热裂解器与热交换器之间以及所述热交换器与脱硫脱氯设备之间分别设置有引风机；

所述二次燃烧室设置有配风风机。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，所述污泥进料仓内设置有含水率为80％的污泥，所述污泥输送泵采用柱塞泵或构造泵。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，每个自闪蒸压力罐的加温装置采用导热油隔套间接加热污泥，导热油的温度为250℃。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，每个自闪蒸压力罐内的温度为160～220℃，保温时间为4～8小时。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，所述负压分离腔内的温度小于80℃。

上述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其中，所述高温催化设备内的催化剂选用Ca-Mg-AL-C型催化剂。

本发明还提供了一种有机污泥资源化利用综合处理系统的处理方法，包括以下步骤：

S1，热力破壁工艺，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液，具体包括如下步骤：

S11，采用所述污泥输送泵将所述污泥进料仓的污泥直接通过所述污泥输送热交换导管的冷料管加入到所述第一自闪蒸压力罐内，并在所述第一自闪蒸压力罐内加入其内污泥总质量1％的催化助剂，开启所述第一自闪蒸压力罐的加温装置对所述第一自闪蒸压力罐内的污泥进行加热，所述加温装置采用导热油隔套间接加热所述第一自闪蒸压力罐内的污泥；同时开启所述第一自闪蒸压力罐的搅拌装置，边搅拌边加热，将所述第一自闪蒸压力罐内的污泥加热至160～220℃，然后停止所述第一自闪蒸压力罐的加温装置；

S12，所述第一自闪蒸压力罐内的污泥在160～220℃温度下保持4～8小时，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液；

S13，在进行步骤S12的同时，采用所述污泥输送泵将所述污泥进料仓的污泥直接通过所述污泥输送热交换导管的冷料管加入到所述第二自闪蒸压力罐内，并在所述第二自闪蒸压力罐内加入其内污泥总质量1％的催化助剂；

S14，步骤S12中的保温结束后，打开所述第一自闪蒸压力罐与第二自闪蒸压力罐之间的闪蒸管道，将所述第一自闪蒸压力罐内的热通过闪蒸管道导入所述第二自闪蒸压力罐，使得所述第二自闪蒸压力罐中的污泥升温至120℃以上；然后开启所述第二自闪蒸压力罐的加温装置对所述第二自闪蒸压力罐内的污泥进行加热，同时开启所述第二自闪蒸压力罐的搅拌装置，边搅拌边加热，将所述第二自闪蒸压力罐内的污泥加热至160～220℃，然后停止所述第二自闪蒸压力罐的加温装置；

S15，完成步骤S14后，将所述第一自闪蒸压力罐中的固液混合液通过所述污泥输送热交换导管的热料管输入到所述混合液缓冲储罐中，同时启动所述污泥输送泵，将污泥通过所述污泥输送热交换导管的冷料管输送至所述第三自闪蒸压力罐，所述污泥输送热交换导管的热料管内的固液混合液与其冷料管内的污泥进行热量交换，将所述第一自闪蒸压力罐中固液混合液的剩余热能传到至冷料管内的污泥中，提升输送到所述第三自闪蒸压力罐内污泥的温度，减少后续加热能耗；

S2，板框固液分离工艺，将所述固液混合液进行固液分离，获取含水率小于40％的污泥和高氨基酸含量的分离液，具体包括如下步骤：

S21，所述混合液缓冲储罐中的固液混合液通过所述压滤机螺杆泵打入所述板框压滤机，通过所述板框压滤分离后，获得含水率小于40％的滤饼；

S22，所述板框压滤机分离出来的分离液通过所述集水槽导入至所述分离液储罐，准备进入所述低温分离浓缩工艺段的负压分离腔；

S23，所述板框压滤机分离出来的滤饼通过所述出泥履带输送至所述污泥切条机，所述污泥切条机将滤饼切成条块状，形成污泥条块；

S3，封闭式烘干工艺，将含水率小于40％的污泥条块烘干至含水率小于15％，具体包括如下步骤：

经过所述污泥切条机切好的污泥条块通过所述布料斗落入所述封闭式网带烘干机内，将污泥条块烘干至含水率小于15％；该步骤中的热能来自于所述导热油箱内的导热油与第一导热油-水热交换器热量交换出来的热水，通过所述空气-热水交换器加热所述封闭式网带烘干机内的空气，热空气与污泥条块接触，带出污泥条块中的水份，产生湿热空气；通过所述冷却塔为所述封闭式网带烘干机内的湿热空气的冷却提供冷水，通过冷却水热交换器为所述封闭式网带烘干机内的湿热空气降温去湿，通过湿气冷凝水的排放将污泥条块中的水份排出所述封闭式网带烘干机；

S4，热裂解催化工艺，将含水率小于15％的污泥条块中的有机物进行氧化和高温分解，达到污泥无害化处理的目的，同时将产生的洁净燃气燃烧产生热能为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段利用，具体包括如下步骤：

S41，热裂解步骤：含水率小于15％的污泥条块通过所述封闭式网带烘干机的出口进入所述热裂解器内，污泥中有机物经过氧气的助燃，将污泥条块中的有机物转化为二氧化碳、一氧化碳和水，并且为污泥条块中有机物裂解提供热能，将大分子有机物裂解为小分子有机物，此为一次燃气；通过热裂解步骤后，污泥中的有机物得以充分氧化和裂解，污泥变成无机残渣被排出；此无机残渣可以用作建筑基材；

S42，所述热裂解步骤中产生的一次燃气包含有二氧化碳、一氧化碳、水份和小分子有机气体，对部分一次燃气进行燃烧，或者用其他方式进行升温，将一次燃气提温至850℃以上再进入所述高温催化设备，经过高温条件下的催化作用，一次燃气可转化为包含一氧化碳、氢气和甲烷的二次燃气，二次燃气为洁净可燃气；

S43，将二次燃气导入所述脱硫脱氯设备，将二次燃气中的硫化物和氯化物去除；

S44，将经过所述脱硫脱氯设备净化后的二次燃气导入所述二次燃烧室，通过两次配风，第一次配风确保将所述二次燃烧室内的燃气加热到850℃以上，且在二燃室停留2秒钟以上，然后进行第二次配风，并将充分燃烧的火焰导入所述导热油锅炉，加热所述导热油箱内的导热油；

S45，所述导热油箱内的导热油为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段提供热能；

S5，分离液低温分离浓缩工艺，在常温下将水从所述分离液中分离出来，以达到浓缩的目的，浓缩的目标是将液体中的氨基酸含量提升至25％以上，具体包括如下步骤：

S51，将所述分离液储罐内的分离液导入至所述负压分离腔；

S52，打开所述冷凝器的循环泵；

S53，采用真空泵将所述负压分离腔内的压力抽至－0.1kPa；

S54，打开所述第二导热油-水热交换器，为所述负压分离腔注入热水，热水温度控制在80℃以下；

S55，分离液可在35～45℃左右进行蒸发，以达到水份从分离液分离出来的目的，同时所述分离液经浓缩后氨基酸含量达到25％以上。

采用本发明的有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法的技术方案，热力破壁工艺段、板框固液分离工艺段、封闭式烘干工艺段、热裂解催化工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段组成了完整的系统，集成了各种工艺，各工艺完成各自的工艺目标，并联合形成一个有机的整体，合理利用能量，实现有机污泥低费用、无害化、资源化处理；与现有技术相比，具体有益效果体现在：

(1)污泥可以实现最大化减量；

(2)可将重金属都留在污泥固相中，分离液可以达到液态有机肥要求；通过浓缩分离液氨基酸含量可以达到氨基酸液态肥对氨基酸浓度的要求，可获得氨基酸液态肥基液；

(3)污泥中的有机物得以充分消除，污泥得到彻底无害化处置变成残渣，残渣通过建材的资源化利用，得到固化，同时其中含有的重金属也得到固化，不会对环境造成污染；

(4)氨基酸液态基液和污泥残渣的利用使得污泥资源化利用成为可能；

(5)污泥中的有机物通过有氧燃烧、高温裂解、高温催化，转化为洁净可燃气体，可燃气体产生的热能为本系统所用，大幅降低了污泥处理处置的热能费用。让低费用处理处置污泥成为可能；

(6)污泥中的有机物通过有氧燃烧、高温裂解、高温催化，转化为洁净可燃气体，可实现清洁燃烧，燃烧废气无须复杂的处理系统即可轻松达标排放。

附图说明

图1为本发明的一种有机污泥资源化利用综合处理系统的结构图；

图2为本发明的一种有机污泥资源化利用综合处理系统的处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，本发明的实施例，一种有机污泥资源化利用综合处理系统，包括热力破壁工艺段、板框固液分离工艺段、封闭式烘干工艺段、热裂解催化工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段。

热力破壁工艺段包括污泥进料仓11、污泥输送泵12、污泥输送热交换导管13、三个自闪蒸压力罐和混合液缓冲储罐14，污泥输送热交换导管13包括冷料管和热料管，污泥进料仓11的出口通过污泥输送泵12与污泥输送热交换导管13的冷料管的进口相连；污泥输送热交换导管13的冷料管分别与三个自闪蒸压力罐相连；每个自闪蒸压力罐的出口分别通过出料管与污泥输送热交换导管13的热料管的进口相连；污泥输送热交换导管13的热料管的出口与混合液缓冲储罐14的进口相连；三个自闪蒸压力罐相互之间通过闪蒸管道相连；三个自闪蒸压力罐分别为第一自闪蒸压力罐151、第二自闪蒸压力罐152和第三自闪蒸压力罐153；每个自闪蒸压力罐上设置有搅拌装置和加温装置。

板框固液分离工艺段包括板框压滤机21和分离液储罐22，混合液缓冲储罐14的出口通过压滤机螺杆泵23与板框压滤机21相连，板框压滤机21内设置有集水槽24，集水槽24与分离液储罐22的进口相连；板框压滤机21的底部设置有出泥履带，出泥履带的末端设置有污泥切条机25。

封闭式烘干工艺段包括第一导热油-水热交换器31、空气-热水交换器(图中未显示)、冷却塔32、冷却水热交换器33和封闭式网带烘干机34，封闭式网带烘干机34的进料口设置有布料斗35，布料斗35位于污泥切条机25的正下方；空气-热水交换器设置在封闭式网带烘干机34内，空气-热水交换器与第一导热油-水热交换器31循环连通，第一导热油-水热交换器31外接导热油箱6，导热油箱6分别与三个自闪蒸压力罐相连；冷却塔32、冷却水热交换器33和封闭式网带烘干机34依次相连。

热裂解催化工艺段包括热裂解器41、热交换器42、高温催化设备43、脱硫脱氯设备44、二次燃烧室45和导热油锅炉46，封闭式网带烘干机34的出口与热裂解器41的进口相连，热裂解器41的出口设置有排渣螺杆49，热裂解器41的气体出口通过热交换器42与高温催化设备43的进口相连；高温催化设备43的出口、热交换器42、脱硫脱氯设备44、二次燃烧室45和导热油锅炉46依次相连；导热油锅炉46与导热油箱6相连；热裂解器41与热交换器42之间以及热交换器42与脱硫脱氯设备44之间分别设置有引风机47；二次燃烧室45设置有配风风机48。

分离液低温分离浓缩工艺段包括第二导热油-水热交换器51、真空泵52、负压分离腔53、冷凝器54、空冷塔55和浓缩液储罐56，导热油箱6、第二导热油-水热交换器51和负压分离腔53依次相连；真空泵52、冷凝器54和负压分离腔53依次相连；冷凝器54与空冷塔55相连；分离液储罐22的出口通过输送泵57与负压分离腔53的进口相连，负压分离腔53的出口通过输送泵58与浓缩液储罐56相连。

冷却塔32与冷却水热交换器33之间、冷却水热交换器33与封闭式网带烘干机34之间、空气-热水交换器与第一导热油-水热交换器31之间、第一导热油-水热交换器31与导热油箱6之间、导热油锅炉46与导热油箱6之间、第二导热油-水热交换器51与导热油箱6之间、第二导热油-水热交换器51与负压分离腔53之间以及冷凝器54与空冷塔55之间分别设置有循环泵7；导热油箱7与三个自闪蒸压力罐之间也设置有循环泵7。

污泥进料仓11中设置有含水率为80％的污泥，污泥输送泵12采用柱塞泵或构造泵。每个自闪蒸压力罐的加温装置采用导热油隔套间接加热污泥，导热油的温度为250℃。每个自闪蒸压力罐内的温度为160～220℃，保温时间为4～8小时。负压分离腔53内的温度小于80℃。高温催化设备43内的催化剂选用Ca-Mg-AL-C型催化剂。压滤机螺杆泵23的压力为0.8MPa。

请参阅图2和图1，一种有机污泥资源化利用综合处理系统的处理方法，包括以下步骤：

S1，热力破壁工艺，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液，具体包括如下步骤：

S11，采用污泥输送泵12将污泥进料仓11中的污泥直接通过污泥输送热交换导管13的冷料管加入到第一自闪蒸压力罐15内，并在第一自闪蒸压力罐15内加入其内污泥总质量1％的催化助剂，催化助剂选用CaO等助剂，开启第一自闪蒸压力罐15的加温装置9(即启动导热油箱6与自闪蒸压力罐15之间的循环泵7)对第一自闪蒸压力罐15内的污泥进行加热，加温装置采用导热油间接加热所述第一自闪蒸压力罐内的污泥，导热油来自导热油箱6，导热油的温度为250℃；同时开启第一自闪蒸压力罐15的搅拌装置，边搅拌边加热，将第一自闪蒸压力罐15内的污泥加热至160～220℃，然后停止第一自闪蒸压力罐15的加温装置；

S12，第一自闪蒸压力罐15内的污泥在160～220℃温度下保持4～8小时，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液；

S13，在进行步骤S12的同时，采用污泥输送泵12将污泥进料仓11的污泥直接通过污泥输送热交换导管13的冷料管加入到第二自闪蒸压力罐16内，并在第二自闪蒸压力罐16内加入其内污泥总质量1％的催化助剂，催化助剂选用CaO等助剂；

S14，步骤S12中的保温结束后，打开第一自闪蒸压力罐15与第二自闪蒸压力罐16之间的闪蒸管道，将第一自闪蒸压力罐15内的热通过闪蒸管道导入第二自闪蒸压力罐16，使得第二自闪蒸压力罐16中的污泥升温至120℃以上；然后开启第二自闪蒸压力罐16的加温装置对第二自闪蒸压力罐16内的污泥进行加热，同时开启第二自闪蒸压力罐16的搅拌装置，边搅拌边加热，将第二自闪蒸压力罐16内的污泥加热至160～220℃，然后停止第二自闪蒸压力罐16的加温装置；

S15，完成步骤S14后，将第一自闪蒸压力罐15中的固液混合液通过污泥输送热交换导管13的热料管输入到混合液缓冲储罐14中，同时启动污泥输送泵12，将污泥通过污泥输送热交换导管13的冷料管输送至第三自闪蒸压力罐17，污泥输送热交换导管13的热料管内的固液混合液与其冷料管内的污泥进行热量交换，将第一自闪蒸压力罐15中固液混合液的剩余热能传到至冷料管内的污泥中，提升输送到第三自闪蒸压力罐17内污泥的温度，减少后续加热能耗。

S2，板框固液分离工艺，将所述固液混合液进行固液分离，获取含水率小于40％的污泥和高氨基酸含量的分离液，具体包括如下步骤：

S21，混合液缓冲储罐14中的固液混合液通过压滤机螺杆泵23打入板框压滤机21，通过板框压滤21分离后，获得含水率36％的滤饼；

S22，板框压滤机21分离出来的分离液通过集水槽24导入至分离液储罐22，准备进入低温分离浓缩工艺段的负压分离腔53；

S23，板框压滤机21分离出来的滤饼通过出泥履带输送至污泥切条机25，污泥切条机25将滤饼切成条块状，形成污泥条块。

S3，封闭式烘干工艺，将含水率36％的污泥条块烘干至含水率10％，具体包括如下步骤：

经过污泥切条机25切好的污泥条块通过布料斗35落入封闭式网带烘干机34内，将污泥条块烘干至含水率10％；该步骤中的热能来自于热裂解催化工艺段产生的燃气燃烧制成的导热油热交换出来的热水，即导热油箱6内的250℃导热油与第一导热油-水热交换器31内的水交换热量后产生90℃热水，90℃热水进入空气-热水交换器，通过空气-热水交换器加热封闭式网带烘干机34内的空气，封闭式网带烘干机34内的空气加热至80℃，热空气与污泥条块接触，带出污泥条块中的水份，产生湿热空气；通过冷却塔32为封闭式网带烘干机34内的湿热空气的冷却提供冷水，通过冷却水热交换器33为封闭式网带烘干机34内的湿热空气降温去湿，通过湿气冷凝水的排放将污泥条块中的水份排出所述封闭式网带烘干机；经过这一热量交换过程，污泥条块烘干至含水率10％。

S4，热裂解催化工艺，将含水率10％的污泥条块中的有机物进行氧化和高温分解，达到污泥无害化处理的目的，同时将产生的洁净燃气燃烧产生热能为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段利用，具体包括如下步骤：

S41，热裂解步骤：含水率10％的污泥条块通过封闭式网带烘干机34的出口进入热裂解器41内，污泥中有机物经过氧气的助燃，将污泥条块中的有机物转化为二氧化碳、一氧化碳和水，并且为污泥条块中有机物裂解提供热能，将大分子有机物裂解为小分子有机物，此为一次燃气；通过热裂解步骤后，污泥中的有机物得以充分氧化和裂解，污泥变成无机残渣被排出；此无机残渣可以用作建筑基材；热裂解器41内的裂解温度为350℃以上，一次燃气的温度为200℃左右；

S42，热裂解步骤中产生的一次燃气包含有二氧化碳、一氧化碳、水份和小分子有机气体，高温催化设备外部设置有富氧器8(空气分离设备)，富氧器8提供的助燃气中的氧气含量为80％，一次燃气经过富氧助燃部分可燃气体或者其他方式升温，根据需要可将整体燃气温度提升至850℃～1200℃，一次燃气进行提温后再进入高温催化设备43，高温催化设备43中的催化剂为Ca-Mg-AL-C型催化剂，通过高温条件下的催化作用，一次燃气可转化为包含一氧化碳、氢气和甲烷的二次燃气，二次燃气为洁净可燃气；二次燃气的出气温度在750℃；通过热交换器42降温至150℃，

S43，将150℃的二次燃气导入脱硫脱氯设备44，将二次燃气中的硫化物和氯化物去除；

S44，将经过脱硫脱氯设备44净化后的二次燃气导入所述二次燃烧室45，通过两次配风，第一次配风确保将二次燃烧室45内的燃气加热到850℃，且在二燃室停留2秒钟，然后进行第二次配风，并将充分燃烧的火焰导入导热油锅炉46，加热导热油箱6内的导热油，将导热油的温度提温至250℃；

S45，导热油箱6内的导热油为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段提供热能；具体地，将250℃的导热油导入自闪蒸压力罐为污泥加热提供热能；将加热至250℃的导热油导入的第一导热油-水热交换器31，将热水加热至90℃；将加热至250℃的导热油导入第二导热油-水热交换器51，将热水加热至80℃。

S5，分离液低温分离浓缩工艺，在常温下将水从分离液中分离出来，以达到浓缩的目的，浓缩的目标是将液体中的氨基酸含量提升至25％，具体包括如下步骤：

S51，将分离液储罐22内的分离液通过输送泵57导入至负压分离腔53；

S52，打开冷凝器54的循环泵7；

S53，采用真空泵52将负压分离腔53内的压力抽至－0.1kPa；

S54，打开第二导热油-水热交换器51，为负压分离腔53注入热水，热水温度控制为80℃；

S55，分离液可在45℃左右进行蒸发，以达到水份从分离液分离出来的目的，同时分离液经浓缩后氨基酸含量达到25％，浓缩液金属指标达到氨基酸水溶肥相关要求。

本发明的有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法，运行过程中，在导热油锅炉46使用了柴油常明火，确保燃气燃烧的安全性。整个工艺的热能基本由二次燃气热交换的热水和二次燃气燃烧提供，摆脱了常规污泥烘干处理工艺对外部能源严重依赖，很好地控制了污泥处理处置成本。

本发明的有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法，整个工艺污染控制分为以下几个方面：

(1)污水

整个系统中有两处产生冷凝液，一个是封闭式网带烘干系统的冷却水热交换器33，一个是低温分离浓缩系统的冷凝器54，由于都是在小于80℃的温度下实施烘干和浓缩，所以冷凝液非但清澈透明，而且其污染指标达到了可直接纳管排放的标准。

(2)恶臭

板框压滤机21是产生恶臭的主要污染源，整个压滤系统应设置在封闭间内，并对整个封闭建抽取负压，抽取的空气用于二次燃气燃烧配气，实现了恶臭的有效控制。

(3)废气和残渣

废气主要是二次燃气和柴油在导热油锅炉46里面燃烧后产生的，残渣主要是污泥进入热裂解器41处理后产生的，残渣量为污泥量的10％左右。对废气检测数据见下表:

表1

综上所述，本发明的有机污泥资源化利用综合处理系统及其处理方法，集成了各种工艺，各工艺完成各自的工艺目标，并联合形成一个有机的整体，合理利用能量，实现有机污泥低费用、无害化、资源化处理。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，包括热力破壁工艺段、板框固液分离工艺段、封闭式烘干工艺段、热裂解催化工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段，其中：

所述热力破壁工艺段包括污泥进料仓、污泥输送泵、污泥输送热交换导管、三个自闪蒸压力罐和混合液缓冲储罐，所述污泥输送热交换导管包括冷料管和热料管，所述污泥进料仓的出口通过所述污泥输送泵与所述污泥输送热交换导管的冷料管的进口相连；所述污泥输送热交换导管的冷料管分别与所述三个自闪蒸压力罐相连；每个所述自闪蒸压力罐的出口分别通过出料管与所述污泥输送热交换导管的热料管的进口相连；所述污泥输送热交换导管的热料管的出口与所述混合液缓冲储罐的进口相连；所述三个自闪蒸压力罐相互之间通过闪蒸管道相连；所述三个自闪蒸压力罐分别为第一自闪蒸压力罐、第二自闪蒸压力罐和第三自闪蒸压力罐；每个所述自闪蒸压力罐上设置有搅拌装置和加温装置；

所述板框固液分离工艺段包括板框压滤机和分离液储罐，所述混合液缓冲储罐的出口通过压滤机螺杆泵与所述板框压滤机相连，所述板框压滤机内设置有集水槽，所述集水槽与所述分离液储罐的进口相连；所述板框压滤机的底部设置有出泥履带，所述出泥履带的末端设置有污泥切条机；

所述封闭式烘干工艺段包括第一导热油-水热交换器、空气-热水交换器、冷却塔、冷却水热交换器和封闭式网带烘干机，所述封闭式网带烘干机的进料口设置有布料斗，所述布料斗位于所述污泥切条机的正下方；所述空气-热水交换器设置在所述封闭式网带烘干机内，所述空气-热水交换器与所述第一导热油-水热交换器相连，所述第一导热油-水热交换器外接导热油箱，所述导热油箱分别与所述三个自闪蒸压力罐相连；所述冷却塔、冷却水热交换器和封闭式网带烘干机依次相连；

所述热裂解催化工艺段包括热裂解器、热交换器、高温催化设备、脱硫脱氯设备、二次燃烧室和导热油锅炉，所述封闭式网带烘干机的出口与所述热裂解器的进口相连，所述热裂解器的出口设置有排渣螺杆，所述热裂解器的气体出口通过所述热交换器与所述高温催化设备的进口相连；所述高温催化设备的出口、热交换器、脱硫脱氯设备、二次燃烧室和导热油锅炉依次相连；所述导热油锅炉与所述导热油箱相连；

所述分离液低温分离浓缩工艺段包括第二导热油-水热交换器、真空泵、负压分离腔、冷凝器、空冷塔和浓缩液储罐，所述导热油箱、第二导热油-水热交换器和负压分离腔依次相连；所述真空泵、冷凝器和负压分离腔依次相连；所述冷凝器与所述空冷塔相连；所述分离液储罐的出口通过输送泵与所述负压分离腔的进口相连，所述负压分离腔的出口与所述浓缩液储罐相连。

2.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，所述冷却塔与冷却水热交换器之间、所述冷却水热交换器与封闭式网带烘干机之间、所述空气-热水交换器与第一导热油-水热交换器之间、所述第一导热油-水热交换器与导热油箱之间、所述导热油锅炉与导热油箱之间、所述第二导热油-水热交换器与导热油箱之间、所述第二导热油-水热交换器与负压分离腔之间以及所述冷凝器与空冷塔之间分别设置有循环泵；

所述导热油箱与三个自闪蒸压力罐之间设置有循环泵；

所述热裂解器与热交换器之间以及所述热交换器与脱硫脱氯设备之间分别设置有引风机；

所述二次燃烧室设置有配风风机。

3.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，所述污泥进料仓内设置有含水率为80％的污泥，所述污泥输送泵采用柱塞泵或构造泵。

4.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，每个自闪蒸压力罐的加温装置采用导热油隔套间接加热污泥，导热油的温度为250℃。

5.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，每个自闪蒸压力罐内的温度为160～220℃，保温时间为4～8小时。

6.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，所述负压分离腔内的温度小于80℃。

7.如权利要求1所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统，其特征在于，所述高温催化设备内的催化剂选用Ca-Mg-AL-C型催化剂。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种有机污泥资源化利用综合处理系统的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，热力破壁工艺，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液，具体包括如下步骤：

S11，采用所述污泥输送泵将所述污泥进料仓的污泥直接通过所述污泥输送热交换导管的冷料管加入到所述第一自闪蒸压力罐内，并在所述第一自闪蒸压力罐内加入其内污泥总质量1％的催化助剂，开启所述第一自闪蒸压力罐的加温装置对所述第一自闪蒸压力罐内的污泥进行加热，所述加温装置采用导热油隔套间接加热所述第一自闪蒸压力罐内的污泥；同时开启所述第一自闪蒸压力罐的搅拌装置，边搅拌边加热，将所述第一自闪蒸压力罐内的污泥加热至160～220℃，然后停止所述第一自闪蒸压力罐的加温装置；

S12，所述第一自闪蒸压力罐内的污泥在160～220℃温度下保持4～8小时，将污泥中的微生物细胞充分破壁，并形成细胞液释放后的固液混合液；

S13，在进行步骤S12的同时，采用所述污泥输送泵将所述污泥进料仓的污泥直接通过所述污泥输送热交换导管的冷料管加入到所述第二自闪蒸压力罐内，并在所述第二自闪蒸压力罐内加入其内污泥总质量1％的催化助剂；

S14，步骤S12中的保温结束后，打开所述第一自闪蒸压力罐与第二自闪蒸压力罐之间的闪蒸管道，将所述第一自闪蒸压力罐内的热通过闪蒸管道导入所述第二自闪蒸压力罐，使得所述第二自闪蒸压力罐中的污泥升温至120℃以上；然后开启所述第二自闪蒸压力罐的加温装置对所述第二自闪蒸压力罐内的污泥进行加热，同时开启所述第二自闪蒸压力罐的搅拌装置，边搅拌边加热，将所述第二自闪蒸压力罐内的污泥加热至160～220℃，然后停止所述第二自闪蒸压力罐的加温装置；

S15，完成步骤S14后，将所述第一自闪蒸压力罐中的固液混合液通过所述污泥输送热交换导管的热料管输入到所述混合液缓冲储罐中，同时启动所述污泥输送泵，将污泥通过所述污泥输送热交换导管的冷料管输送至所述第三自闪蒸压力罐，所述污泥输送热交换导管的热料管内的固液混合液与其冷料管内的污泥进行热量交换，将所述第一自闪蒸压力罐中固液混合液的剩余热能传到至冷料管内的污泥中，提升输送到所述第三自闪蒸压力罐内污泥的温度，减少后续加热能耗；

S2，板框固液分离工艺，将所述固液混合液进行固液分离，获取含水率小于40％的污泥和高氨基酸含量的分离液，具体包括如下步骤：

S21，所述混合液缓冲储罐中的固液混合液通过所述压滤机螺杆泵打入所述板框压滤机，通过所述板框压滤分离后，获得含水率小于40％的滤饼；

S22，所述板框压滤机分离出来的分离液通过所述集水槽导入至所述分离液储罐，准备进入所述低温分离浓缩工艺段的负压分离腔；

S23，所述板框压滤机分离出来的滤饼通过所述出泥履带输送至所述污泥切条机，所述污泥切条机将滤饼切成条块状，形成污泥条块；

S3，封闭式烘干工艺，将含水率小于40％的污泥条块烘干至含水率小于15％，具体包括如下步骤：

经过所述污泥切条机切好的污泥条块通过所述布料斗落入所述封闭式网带烘干机内，将污泥条块烘干至含水率小于15％；该步骤中的热能来自于所述导热油箱内的导热油与第一导热油-水热交换器热量交换出来的热水，通过所述空气-热水交换器加热所述封闭式网带烘干机内的空气，热空气与污泥条块接触，带出污泥条块中的水份，产生湿热空气；通过所述冷却塔为所述封闭式网带烘干机内的湿热空气的冷却提供冷水，通过冷却水热交换器为所述封闭式网带烘干机内的湿热空气降温去湿，通过湿气冷凝水的排放将污泥条块中的水份排出所述封闭式网带烘干机；

S4，热裂解催化工艺，将含水率小于15％的污泥条块中的有机物进行氧化和高温分解，达到污泥无害化处理的目的，同时将产生的洁净燃气燃烧产生热能为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段利用，具体包括如下步骤：

S41，热裂解步骤：含水率小于15％的污泥条块通过所述封闭式网带烘干机的出口进入所述热裂解器内，污泥中有机物经过氧气的助燃，将污泥条块中的有机物转化为二氧化碳、一氧化碳和水，并且为污泥条块中有机物裂解提供热能，将大分子有机物裂解为小分子有机物，此为一次燃气；通过热裂解步骤后，污泥中的有机物得以充分氧化和裂解，污泥变成无机残渣被排出；此无机残渣可以用作建筑基材；

S42，所述热裂解步骤中产生的一次燃气包含有二氧化碳、一氧化碳、水份和小分子有机气体，对部分一次燃气进行燃烧，将一次燃气提温至850℃以上再进入所述高温催化设备，经过高温条件下的催化作用，一次燃气可转化为包含一氧化碳、氢气和甲烷的二次燃气，二次燃气为洁净可燃气；

S43，将二次燃气导入所述脱硫脱氯设备，将二次燃气中的硫化物和氯化物去除；

S44，将经过所述脱硫脱氯设备净化后的二次燃气导入所述二次燃烧室，通过两次配风，第一次配风确保将所述二次燃烧室内的燃气加热到850℃以上，且在二燃室停留2秒钟以上，然后进行第二次配风，并将充分燃烧的火焰导入所述导热油锅炉，加热所述导热油箱内的导热油；

S45，所述导热油箱内的导热油为所述热力破壁工艺段、封闭式烘干工艺段和分离液低温分离浓缩工艺段提供热能；

S5，分离液低温分离浓缩工艺，在常温下将水从所述分离液中分离出来，以达到浓缩的目的，浓缩的目标是将液体中的氨基酸含量提升至25％以上，具体包括如下步骤：

S51，将所述分离液储罐内的分离液导入至所述负压分离腔；

S52，打开所述冷凝器的循环泵；

S53，采用真空泵将所述负压分离腔内的压力抽至-0.1kPa；

S54，打开所述第二导热油-水热交换器，为所述负压分离腔注入热水，热水温度控制在80℃以下；

S55，分离液可在35～45℃左右进行蒸发，以达到水份从分离液分离出来的目的，同时所述分离液经浓缩后氨基酸含量达到25％以上。