CN109652091A - 利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统和方法，系统包括：预处理单元，其具有污泥入口、餐厨垃圾入口和混合物料出口；厌氧发酵装置，其具有混合物料入口、沼液出口和混合浆料出口；压滤装置，其具有混合浆料入口、滤液出口和压滤固体出口；干燥装置，其具有压滤固体入口、壳体干燥热风入口、腔体干燥介质入口、壳体干燥冷风出口、气液混合物出口和干燥后物料出口，壳体干燥冷风出口与腔体干燥介质入口相连；热解装置，其具有物料入口、干馏热风入口、生物炭出口、热解油气出口、干馏冷风出口，物料入口与混合物料出口相连，干馏冷风出口与壳体干燥热风入口相连；筛分装置，其具有生物炭入口、土壤改良剂出口和大颗粒生物炭出口。

Description

利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统和方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统和方法。

背景技术

污泥中含有大量的致病菌、寄生虫卵、病毒、重金属等有害物质，直接堆放或利用会对环境造成较大负担。同时污泥中的有机质成分可通过多种技术进行利用，实现资源化。

污泥热解是在绝氧气氛下，将污泥中的有机物分解产生生物炭、热解气及微量焦油的过程，具有无害化和减量化彻底，环境友好，资源化程度高等优势。生物炭具有较多的微孔和比表面积，同时含有较高的固定炭含量和丰富的N、P、K等养分，具有良好的保水、缓释和增加土壤肥力的功效，土壤资源化利用的潜力巨大。但是，污泥中的高水含量导致污泥热解过程的能耗过高，工业废水中含有的重金属也是限制其大规模应用于土壤的主要因素。因此，污泥热解生物炭用于土壤修复的工艺过程还需进一步改进。

餐厨垃圾的有机质、水分含量高，重金属含量低，非常适合厌氧发酵处理。但是餐厨垃圾的盐含量较高，容易导致微生物的活性降低，也需要进一步寻找更安全的处理方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统和方法，采用该系统不仅可以实现污泥与餐厨垃圾的资源化利用，而且可以制备得到高附加值的土壤改良剂。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：

预处理单元，所述预处理单元具有污泥入口、餐厨垃圾入口和混合物料出口；

厌氧发酵装置，所述厌氧发酵装置具有混合物料入口、沼气出口和混合浆料出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

压滤装置，所述压滤装置具有混合浆料入口、滤液出口和压滤固体出口，所述混合浆料入口与所述混合浆料出口相连；

干燥装置，所述干燥装置具有压滤固体入口、壳体干燥热风入口、腔体干燥介质入口、壳体干燥冷风出口、气液混合物出口和干燥后物料出口，所述压滤固体入口与所述压滤固体出口相连，所述壳体干燥冷风出口与所述干燥介质入口相连；

热解装置，所述热解装置具有物料入口、干馏热风入口、生物炭出口、热解油气出口、干馏冷风出口，所述物料入口与所述混合物料出口相连，所述干馏冷风出口与所述壳体干燥热风入口相连；

筛分装置，所述筛分装置具有生物炭入口、土壤改良剂出口和大颗粒生物炭出口，所述生物炭入口与所述生物炭出口相连。

根据本发明实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统通过将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性，在混合发酵阶段，还有利于互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，然后再经干燥、热解和筛分即可制备得到高品质的土壤改良剂。由此，采用该系统不仅可以实现污泥与餐厨垃圾的资源化利用，而且可以制备得到高附加值的土壤改良剂。

另外，根据本发明上述实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统进一步包括：油气分离净化装置，所述油气分离净化装置具有热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连。

在本发明的一些实施例，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统进一步包括：燃烧室，所述燃烧室具有燃料入口、空气入口和高温烟气出口，所述燃料入口与所述热解气出口和所述沼气出口中的至少之一相连；配风室，所述配风室具有高温烟气入口、壳体干燥冷风入口和干馏热风出口，所述高温烟气入口与所述高温烟气出口相连，所述壳体干燥冷风入口与所述壳体干燥冷风出口相连，所述干馏热风出口与所述干馏热风入口相连。由此，可以实现能源的资源化利用。

在本发明的一些实施例，所述干燥装置包括：内筒，所述压滤固体入口、所述腔体干燥介质入口、所述气液混合物出口和所述干燥后物料出口设在所述内筒上；旋转内轴，所述旋转内轴可旋转地设在所述内筒内且所述旋转内轴上设有间隔分布的抄板和推进板；外筒，所述外筒套设在所述内筒上，并且所述外筒与所述内筒之间形成热风流动空间，所述壳体干燥热风入口和所述壳体干燥冷风出口设在外筒上。由此，可以显著提高压滤固体的干燥效率。

在本发明的一些实施例，所述厌氧发酵装置上设有生物炭入口，所述大颗粒生物炭出口与所述生物炭入口相连。由此，一方面可调节厌氧发酵过程pH，另一方面可吸附溶液中的N、P、K等有机养分，提高生物炭的土壤调节性能。

在本发明的一些实施例，所述预处理单元包括水热处理装置、超声波处理装置、微波处理装置或等离子体处理装置。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，以便得到混合物料；

(2)将所述混合物料进行厌氧发酵处理，以便得到沼气和混合浆液；

(3)将所述混合浆液进行压滤处理，以便得到滤液和压滤固体；

(4)将所述压滤固体与壳体干燥热风间接接触，与腔体干燥介质直接接触快速带走逸出的气液混合物，以便得到壳体干燥冷风和干燥后物料，并将所述壳体干燥冷风的一部分作为所述腔体干燥介质使用；

(5)将所述干燥后物料与干馏热风接触进行热解处理，以便得到生物炭、热解油气和干馏冷风，并将所述干馏冷风返回步骤(4)作为所述壳体干燥热风；

(6)将所述生物炭进行筛分处理，以便得到土壤改良剂和大颗粒生物炭。

根据本发明实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法通过将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性，在混合发酵阶段，还有利于互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，然后再经干燥、热解和筛分即可制备得到高品质的土壤改良剂。由此，采用该方法不仅可以实现污泥与餐厨垃圾的资源化利用，而且可以制备得到高附加值的土壤改良剂。

另外，根据本发明上述实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法进一步包括：(7)将所述热解油气进行分离净化处理，以便得到热解油和热解气。

在本发明的一些实施例中，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法进一步包括：(8)将所述沼气和所述热解气中的至少之一与空气进行混合燃烧，以便得到高温烟气；(9)将所述高温烟气和所述壳体干燥冷风的另一部分进行配风换热，以便得到干馏热风，并将所述干馏热风供给至步骤(5)中。由此，可以实现能源的资源化利用。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述厌氧发酵处理过程的pH小于6.6时，加入生物炭调节pH至7.0～7.5，并将所述步骤(6)得到的大颗粒生物炭供给至步骤(2)中。由此，一方面可调节厌氧发酵过程pH，另一方面可吸附溶液中的N、P、K等有机养分，提高生物炭的土壤调节性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统结构示意图；

图3是根据本发明又一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法流程示意图；

图6是根据本发明再一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法流程示意图；

图7是根据本发明又一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法流程示意图；

图8是根据本发明又一个实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统。根据本发明的实施例，参考图1-4，该系统包括：预处理单元100、厌氧发酵装置200、压滤装置300、干燥装置400、热解装置500和筛分装置600。

根据本发明的实施例，参考图1，预处理单元100具有污泥入口101、餐厨垃圾入口102和混合物料出口103，且适于将污泥和餐厨垃圾混合进行预处理，得到混合物料。根据本发明的一个具体实施例，预处理单元可以包括水热处理装置、超声波处理装置、微波处理装置或等离子体处理装置。发明人发现，通过将污泥与餐厨垃圾混合进行上述预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性。具体的，污泥的含水率为95～97wt％，餐厨垃圾的含水率为80～90wt％。根据本发明的一个具体实施例，污泥干基与餐厨垃圾干基的质量比为(1～4)：1。发明人发现，采用该混合比例可以实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性。

根据本发明的实施例，参考图1，厌氧发酵装置200具有混合物料入口201、沼气出口202和混合浆料出口203，混合物料入口201与混合物料出口103相连，且适于将上述得到的混合物料进行厌氧发酵处理，得到沼气和混合浆料。发明人发现，通过将污泥与餐厨垃圾协同进行厌氧发酵处理，可以互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，进而为污泥与餐厨垃圾的资源化处理提供有效保障。具体的，厌氧发酵装置上设有搅拌装置、加热保温装置、在线温度和pH检测装置，并且在厌氧发酵过程中保持发酵温度30～38℃，pH为7.0～7.5，若pH低于6.6，通过加入生物炭调节发酵过程pH，生物炭加入厌氧发酵系统，一方面可调节发酵过程pH，另一方面可吸附溶液中的N、P、K等有机养分，提高生物炭的土壤调节性能，并且基于每吨混合物料，生物炭的加入量为5～25kg。

根据本发明的实施例，参考图1，压滤装置300具有混合浆料入口301、滤液出口302和压滤固体出口303，混合浆料入口301与混合浆料出口203相连，且适于将上述发酵厌氧处理得到的混合浆液进行压滤处理，得到滤液和压滤固体。由此，通过在上述工序中将污泥与餐厨垃圾混合预处理，实现对污泥的破壁，再经压滤处理即可脱出污泥中的部分水分，从而降低后续热解过程能耗。具体的，压滤装置为板框压滤机，板框压滤机的压力为1.5～2.5MPa，压滤时间为1～5小时，得到的压滤固体中水含量为38～43wt％，并且在厌氧发酵装置和压滤装置之间可以布置缓冲罐，从而保证后续工段的连续进料。

根据本发明的实施例，参考图1，干燥装置400具有压滤固体入口401、壳体干燥热风入口402、腔体干燥介质入口403、壳体干燥冷风出口404、气液混合物出口405和干燥后物料出口406，压滤固体入口401与压滤固体出口303相连，壳体干燥冷风出口404与腔体干燥介质入口403相连，且适于将上述得到的压滤固体与壳体干燥热风进行间接接触且与腔体干燥介质直接接触换热，将所述压滤固体与壳体干燥热风间接接触，与腔体干燥介质直接接触快速带走逸出的气液混合物，以便得到壳体干燥冷风和干燥后物料，并将壳体干燥冷风的一部分作为腔体干燥介质通过腔体干燥介质入口回用与压滤固体直接接触。由此，采用直接加热和间接加热相结合的方式，兼具间接加热热风污染小、无需除水直接回用以及直接加热干燥水蒸气可及时被带出的优势，在保持干燥效率的同时，提高系统热效率，并保证蒸发出蒸汽的低含尘量。

根据本发明的一个具体实施例，参考图1，干燥装置400包括内筒41、旋转内轴42和外筒43，压滤固体入口401、腔体干燥介质入口403、气液混合物出口405和干燥后物料出口406设在内筒41上；旋转内轴42可旋转地设在内筒41内且旋转内轴42上设有间隔分布的抄板(未示出)和推进板(未示出)，其中，抄板可以对内筒内的压滤固体进行搅拌，而推进板推动内筒内的压滤固体前进。需要说明的是，抄板和推进板的设置类型并不受特别限制，只要能实现上述功能即可。外筒43套设在内筒41上，并且外筒43和内筒41之间形成干燥空间热风流动空间40，壳体干燥热风入口402和壳体干燥冷风出口404设在外筒43上。具体的，干燥装置为双筒结构，内筒和外筒保持不动，内筒内的旋转轴旋转，250～450℃的壳体干燥热风供给至外筒和内筒形成的热风流动空间，压滤固体和腔体干燥介质供给至内筒中，在旋转内轴的旋转下搅拌压滤固体和推进其前进，热风流动空间中换热后的壳体干燥冷风(100～250℃)继续供给至内筒中作为腔体干燥介质与压滤固体直接接触换热，干燥时间为45～90min，干燥后物料中水含量为10～20wt％。

根据本发明的实施例，参考图1，热解装置500具有物料入口501、干馏热风入口502、生物炭出口503、热解油气出口504、干馏冷风出口505，物料入口501与干燥后物料出口406相连，干馏冷风出口505与壳体干燥热风入口402相连，且适于将上述得到的干燥后物料与干馏热风间接接触换热，使得混合物料在干馏热风的作用下发生热解反应，得到生物炭、热解油气和干馏冷风，并将干馏冷风返回干燥装置作为壳体干燥热风与压滤固体间接接触换热。具体的，干馏热风的温度为650～950摄氏度，得到的干馏冷风的温度为250～450摄氏度，热解时间为30～90min，热解装置可以为旋转双筒干馏机，干馏热风入口和干馏冷风出口设在干馏的外筒上，物料入口、生物炭、热解油气出口设在干馏机的内筒上，干馏机的进料系统采用活塞推杆密封，设有进料筒体、垂直活塞推杆、水平活塞推杆以及液压控制系统，进料过程中，物料在进料筒内通过堆积形成自身密封，隔绝筒体内部环境与外部联通，实现进料和密封一体化。

根据本发明的实施例，筛分装置600具有生物炭入口601、土壤改良剂出口602和大颗粒生物炭出口603，生物炭入口601与生物炭出口503相连，且适于将热解过程得到的生物炭进行筛分处理，得到土壤改良剂和大颗粒生物质炭。具体的，筛分装置带有冷却系统，从热解装置得到的生物炭经筛分装置冷却和筛分，筛分得到粒径低于5毫米的生物炭作为土壤改良剂，而粒径不低于5毫米生物炭为大颗粒生物炭。

根据本发明实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统通过将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性，在混合发酵阶段，还有利于互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，然后再经干燥、热解和筛分即可制备得到高品质的土壤改良剂。由此，采用该系统不仅可以实现污泥与餐厨垃圾的资源化利用，而且可以制备得到高附加值的土壤改良剂。

根据本发明的实施例，参考图2，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统进一步包括：油气分离净化装置700，油气分离净化装置700具有热解油气入口701、热解油出口702和热解气出口703，热解油气入口701与热解油气出口504相连，且适于将热解装置得到的热解油气进行分离净化，得到热解油和热解气。具体的，油气净化分离装置可以为现有技术中可以实现热解油气分离且净化的任何设备，例如可以包括喷淋塔、油水分离器和旋风分离器，将热解油气经喷淋塔喷淋后，使得热解气得以分离，而得到的油水混合物在油水分离器中静置分离，然后采用旋风分离器等对热解气进行净化。

根据本发明的实施例，参考图3，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统进一步包括：燃烧室800和配风室900。

根据本发明的一个实施例，燃烧室800具有燃料入口801、空气入口802和高温烟气出口803，燃料入口801与热解气出口703和沼气出口203相连，且适于将热解气和沼气中的至少之一与空气混合进行燃烧，得到高温烟气。具体的，可以根据需要补充清洁燃料，例如天然气、合成气、净化后煤气等。

根据本发明的再一个实施例，配风室900具有高温烟气入口901、壳体干燥冷风入口902和干馏热风出口903，高温烟气入口901与高温烟气出口803相连，壳体干燥冷风入口902与壳体干燥冷风出口404相连，干馏热风出口903与干馏热风入口502相连，且适于将干燥装置得到的干燥冷风的另一部分与燃烧室得到的高温烟气进行配风换热，得到干馏热风，并将得到的干馏热风供给至热解装置作为干馏介质使用。

根据本发明的实施例，参考图4，大颗粒生物炭出口603与厌氧发酵装置200相连。由此，通过将粒径不低于5mm的大颗粒生物炭回送到厌氧发酵装置内，一方面可实现充分热解，另一方面可调节厌氧发酵装置的pH，维持系统稳定。

如上所述，根据本发明实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统可具有选自下列的优点至少之一：

(1)高效的预处理：一方面实现污泥的破壁，提高污泥脱水性能，同时促进污泥与餐厨垃圾中有机质的析出，提高厌氧发酵性能；

(2)污泥与生物质协同处置：污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性；同时，在混合发酵阶段，还有利于互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本；

(3)生物炭回用到厌氧发酵系统：生物炭加入厌氧发酵系统，一方面可调节系统pH，另一方面可吸附溶液中的N、P、K等有机养分，提高生物炭的土壤调节性能；

(4)所述干化装置采用直接加热和间接加热相结合的方式，兼具间接加热热风污染小、无需除水直接回用以及直接加热干燥水蒸气可及时被带出的优势，在保持干燥效率的同时，提高系统热效率，并保证蒸发出蒸汽的低含尘量；

(5)本发明采用的干燥机及干馏炉均采用内轴旋转，外筒不动，且在内轴设置间隔交错分布的抄板，在提高热传递效率的同时，增加了物料的搅拌，极大的提高了加热介质与物料的接触面积，提高热解效率。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法。根据本发明的实施例，参考图5-8，该方法包括：

S100：将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理

该步骤中，将污泥和餐厨垃圾混合进行预处理，得到混合物料。根据本发明的一个具体实施例，预处理可以包括水热处理、超声波处理、微波处理或等离子体处理。发明人发现，通过将污泥与餐厨垃圾混合进行上述预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性。具体的，污泥的含水率为95～97wt％，餐厨垃圾的含水率为80～90wt％。根据本发明的一个具体实施例，污泥干基与餐厨垃圾干基的质量比为(1～4)：1。发明人发现，采用该混合比例可以实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性。

S200：将混合物料进行厌氧发酵处理

该步骤中，将上述得到的混合物料进行厌氧发酵处理，得到沼气和混合浆料。发明人发现，通过将污泥与餐厨垃圾协同进行厌氧发酵处理，可以互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，进而为污泥与餐厨垃圾的资源化处理提供有效保障。具体的，厌氧发酵装置上设有搅拌装置、加热保温装置、在线温度和pH检测装置，并且在厌氧发酵过程中保持发酵温度30～38℃，pH为7.0～7.5，若pH低于6.6，通过加入生物炭调节发酵过程pH，生物炭加入厌氧发酵系统，一方面可调节发酵过程pH，另一方面可吸附溶液中的N、P、K等有机养分，提高生物炭的土壤调节性能，并且基于每吨混合物料，生物炭的加入量为5～25kg。

S300：将混合浆液进行压滤处理

该步骤中，将上述发酵厌氧处理得到的混合浆液进行压滤处理，得到滤液和压滤固体。由此，通过在上述工序中将污泥与餐厨垃圾混合预处理，实现对污泥的破壁，再经压滤处理即可脱出污泥中的部分水分，从而降低后续热解过程能耗。具体的，压滤装置为板框压滤机，板框压滤机的压力为1.5～2.5MPa，压滤时间为1～5小时，得到的压滤固体中水含量为38～43wt％。

S400：将压滤固体与壳体干燥热风间接接触且与腔体干燥介质直接接触进行干燥处理，并将壳体干燥冷风的一部分作为腔体干燥介质

该步骤中，将上述得到的压滤固体与壳体干燥热风间接接触，与腔体干燥介质直接接触快速带走逸出的气液混合物，以便得到壳体干燥冷风和干燥后物料，并将壳体干燥冷风的一部分作为腔体干燥介质通过腔体干燥介质入口回用与压滤固体直接接触。由此，采用直接加热和间接加热相结合的方式，兼具间接加热热风污染小、无需除水直接回用以及直接加热干燥水蒸气可及时被带出的优势，在保持干燥效率的同时，提高系统热效率，并保证蒸发出蒸汽的低含尘量。

S500：将干燥后物料与干馏热风接触进行热解处理，并将干馏冷风返回步骤S400作为壳体干燥热风

该步骤中，将上述得到的干燥后物料与干馏热风间接接触换热，使得混合物料在干馏热风的作用下发生热解反应，得到生物炭、热解油气和干馏冷风，并将干馏冷风返回干燥装置作为壳体干燥热风与压滤固体间接接触换热。具体的，干馏热风的温度为650～950摄氏度，得到的干馏冷风的温度为250～450摄氏度，热解时间为30～90min，热解装置可以为旋转双筒干馏机，干馏热风入口和干馏冷风出口设在干馏的外筒上，物料入口、生物炭、热解油气出口设在干馏机的内筒上，干馏机的进料系统采用活塞推杆密封，设有进料筒体、垂直活塞推杆、水平活塞推杆以及液压控制系统，进料过程中，物料在进料筒内通过堆积形成自身密封，隔绝筒体内部环境与外部联通，实现进料和密封一体化。

S600：将生物炭进行筛分处理

该步骤中，将热解过程得到的生物炭进行筛分处理，得到土壤改良剂和大颗粒生物质炭。具体的，筛分装置带有冷却系统，从热解装置得到的生物炭经筛分装置冷却和筛分，筛分得到粒径低于5毫米的生物炭作为土壤改良剂，而粒径不低于5毫米生物炭为大颗粒生物炭。

根据本发明实施例的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法通过将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，一方面，实现污泥的破壁，提高污泥的脱水性能，从而降低污泥的热解能耗，另一方面，可以促进污泥与餐厨垃圾中的有机质析出，实现污泥与餐厨垃圾的完全混合，提高厌氧发酵性能，同时污泥与餐厨垃圾协同处置，可稀释污泥热解生物炭中的重金属含量，提高污泥用于土壤修复的适用性，在混合发酵阶段，还有利于互补污泥和餐厨垃圾单独厌氧消化时碳氮比不合理、盐分高、产气率低等问题，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，然后再经干燥、热解和筛分即可制备得到高品质的土壤改良剂。由此，采用该方法不仅可以实现污泥与餐厨垃圾的资源化利用，而且可以制备得到高附加值的土壤改良剂。

根据本发明的实施例，参考图6，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法进一步包括：

S700：将热解油气进行分离净化处理

该步骤中，于将热解装置得到的热解油气进行分离净化，得到热解油和热解气。具体的，油气净化分离装置可以为现有技术中可以实现热解油气分离且净化的任何设备，例如可以包括喷淋塔、油水分离器和旋风分离器，将热解油气经喷淋塔喷淋后，使得热解气得以分离，而得到的油水混合物在油水分离器中静置分离，然后采用旋风分离器等对热解气进行净化。

根据本发明的实施例，参考图7，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法进一步包括：

S800：将沼气和热解气中的至少之一与空气进行混合燃烧

该步骤中，将热解气和沼气中的至少之一与空气混合进行燃烧，得到高温烟气。具体的，可以根据需要补充清洁燃料，例如天然气、合成气、净化后煤气等。

S900：将高温烟气和壳体干燥冷风的另一部分进行配风换热，并将干馏热风供给至步骤S500

该步骤中，将干燥装置得到的壳体干燥冷风的另一部分与燃烧室得到的高温烟气进行配风换热，得到干馏热风，并将得到的干馏热风供给至步骤S500的热解装置作为干馏介质使用。

根据本发明的实施例，参考图8，上述利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法进一步包括：

S1000：将步骤S600的大颗粒生物炭供给至步骤S200

该步骤中，通过将步骤S600中得到的粒径不低于5mm的大颗粒生物炭回送到步骤S200的厌氧发酵过程，一方面可实现充分热解，另一方面可调节厌氧发酵装置的pH，维持系统稳定。

需要说明的是，本申请的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法可以是采用上述的利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统，因此上述针对利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统所描述的特征和优点同样适用于该利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法，此处不再赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将含水率97wt％的污泥与含水量80％的餐厨垃圾按照绝干量4：1的比例加入水热罐，并在160摄氏度，1.5MPa下处理60min，水热处理后得到的混合物料经泵打入厌氧发酵罐，在30摄氏度下厌氧发酵，保持pH为7.0～7.5，直至发酵完全后出料，得到的混合浆液送入后端连接的缓冲罐，并通过泵打入板框压滤机，在1.5MPa压力下压滤5h获取含水量40wt％的压滤固体，后经破碎至≤5mm后进入干燥装置与450℃壳体干燥热风间接加热及200℃腔体干燥介质直接加热条件下干燥45min，获得含水率10.2wt％的干燥后物料、壳体干燥冷风和换热后干燥介质，换热后干燥介质降至100℃后其中一部分净化后排放，另一部分作为系统配风回用，并将200℃壳体干燥冷风的一部分回用作为腔体干燥介质与压滤固体直接接触；干燥后物料直接送至热解炉，采用900℃干馏热风间接加热30min，产生热解炭、热解油气和干馏冷风(450℃)，并将干馏冷风回用作为壳体干燥热风与压滤固体间接换热；然后对生物炭进行筛分，得到的粒径低于5毫米的生物炭作为土壤改良剂(除Cd、Zn外均远低于绿化种植土壤的二级标准和农用地土壤管控标准，所有指标远低于土地改良用污泥泥质标准和农用地污泥污染物控制标准)，而粒径不低于5毫米的大颗粒生物炭供给至厌氧发酵罐中，得到的热解油气经油水分离净化装置得到热解气及热解油，将热解气和沼气在燃烧室燃烧得到的高温烟气与干燥装置得到的壳体干燥冷风的另一部分进行配风换热，得到900℃的干馏热风供给至热解装置作为干馏热风使用。

表1所列标准分别为标准1：绿化种植土壤标准(CJ/T 340-2001)、标准2：土地改良用污泥泥质标准(CJ/T291-2008)、标准3：农用污泥污染物控制标准(GB4284-2018)以及标准4：农用土壤风险管控标准(GB15618-2018)。

表1实施例1得到的土壤改良剂中的重金属含量(mg/kg)

实施例2

将含水率95wt％的污泥与含水量85％的餐厨垃圾按照绝干量1：1的比例加入超声波处理装置中，并在50kHZ下处理10min，处理后得到的混合物料经泵打入厌氧发酵罐，在38摄氏度下厌氧发酵，保持pH为7.0～7.5，直至发酵完全后出料，得到的混合浆液送入后端连接的缓冲罐，并通过泵打入板框压滤机，在2.0MPa压力下压滤4h获取含水量35wt％的压滤固体，后经破碎至≤5mm后进入干燥装置与250℃壳体干燥热风间接加热及100℃腔体干燥介质直接加热条件下干燥90min，获得含水率15.7wt％的干燥后物料、壳体干燥冷风和换热后干燥介质，换热后干燥介质降至80℃后其中一部分净化后排放，另一部分作为系统配风回用，并将100℃壳体干燥冷风的一部分回用作为腔体干燥介质与压滤固体直接接触；干燥后物料直接送至热解炉，采用750℃干馏热风间接加热50min，产生热解炭、热解油气和干馏冷风(250℃)，并将干馏冷风回用作为壳体干燥热风与压滤固体间接换热；然后对生物炭进行筛分，得到的粒径低于5毫米的生物炭作为土壤改良剂(除Cd、Zn外均远低于绿化种植土壤的二级标准和农用地土壤管控标准，所有指标远低于土地改良用污泥泥质标准和农用地污泥污染物控制标准)，而粒径不低于5毫米的大颗粒生物炭供给至厌氧发酵罐中，得到的热解油气经油水分离净化装置得到热解气及热解油，将热解气和沼气在燃烧室燃烧得到的高温烟气与干燥装置得到的壳体干燥冷风的另一部分进行配风换热，得到750℃的干馏热风供给至热解装置作为干馏热风使用。

表2所列标准分别为标准1：绿化种植土壤标准(CJ/T 340-2001)、标准2：土地改良用污泥泥质标准(CJ/T291-2008)、标准3：农用污泥污染物控制标准(GB4284-2018)以及标准4：农用土壤风险管控标准(GB15618-2018)。

表2实施例得到的土壤改良剂中的重金属含量(mg/kg)

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的系统，其特征在于，包括：

预处理单元，所述预处理单元具有污泥入口、餐厨垃圾入口和混合物料出口；

厌氧发酵装置，所述厌氧发酵装置具有混合物料入口、沼气出口和混合浆料出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

压滤装置，所述压滤装置具有混合浆料入口、滤液出口和压滤固体出口，所述混合浆料入口与所述混合浆料出口相连；

干燥装置，所述干燥装置具有压滤固体入口、壳体干燥热风入口、腔体干燥介质入口、壳体干燥冷风出口、气液混合物出口和干燥后物料出口，所述压滤固体入口与所述压滤固体出口相连，所述壳体干燥冷风出口与所述腔体干燥介质入口相连；

热解装置，所述热解装置具有物料入口、干馏热风入口、生物炭出口、热解油气出口、干馏冷风出口，所述物料入口与所述混合物料出口相连，所述干馏冷风出口与所述壳体干燥热风入口相连；

筛分装置，所述筛分装置具有生物炭入口、土壤改良剂出口和大颗粒生物炭出口，所述生物炭入口与所述生物炭出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

油气分离净化装置，所述油气分离净化装置具有热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括：

燃烧室，所述燃烧室具有燃料入口、空气入口和高温烟气出口，所述燃料入口与所述热解气出口和所述沼气出口中的至少之一相连；

配风室，所述配风室具有高温烟气入口、壳体干燥冷风入口和干馏热风出口，所述高温烟气入口与所述高温烟气出口相连，所述壳体干燥冷风入口与所述壳体干燥冷风出口相连，所述干馏热风出口与所述干馏热风入口相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干燥装置包括：

内筒，所述压滤固体入口、所述腔体干燥介质入口、所述气液混合物出口和所述干燥后物料出口设在所述内筒上；

旋转内轴，所述旋转内轴可旋转地设在所述内筒内，且所述旋转内轴上设有间隔分布的抄板和推进板；

外筒，所述外筒套设在所述内筒上，并且所述外筒与所述内筒之间形成热风流动空间，所述壳体干燥热风入口和所述壳体干燥冷风出口设在外筒上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述大颗粒生物炭出口与所述厌氧发酵装置相连。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理单元包括水热处理装置、超声波处理装置、微波处理装置或等离子体处理装置。

7.一种利用污泥与餐厨垃圾制备土壤改良剂的方法，其特征在于，包括：

(1)将污泥与餐厨垃圾混合进行预处理，以便得到混合物料；

(2)将所述混合物料进行厌氧发酵处理，以便得到沼气和混合浆液；

(3)将所述混合浆液进行压滤处理，以便得到滤液和压滤固体；

(4)将所述压滤固体与壳体干燥热风间接接触，与腔体干燥介质直接接触快速带走逸出的气液混合物，以便得到壳体干燥冷风和干燥后物料，并将所述壳体干燥冷风的一部分作为所述腔体干燥介质使用；

(5)将所述干燥后物料与干馏热风接触进行热解处理，以便得到生物炭、热解油气和干馏冷风，并将所述干馏冷风返回步骤(4)作为所述壳体干燥热风；

(6)将所述生物炭进行筛分处理，以便得到土壤改良剂和大颗粒生物炭。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(7)将所述热解油气进行分离净化处理，以便得到热解油和热解气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(8)将所述沼气和所述热解气中的至少之一与空气进行混合燃烧，以便得到高温烟气；

(9)将所述高温烟气和所述壳体干燥冷风的另一部分进行配风换热，以便得到干馏热风，并将所述干馏热风供给至步骤(5)中。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述厌氧发酵处理过程的pH小于6.6时，加入生物炭调节pH至7.0～7.5，并将所述步骤(6)得到的大颗粒生物炭供给至步骤(2)中。