CN109867428A

CN109867428A - 一种污泥分质处理处置的方法

Info

Publication number: CN109867428A
Application number: CN201910223712.2A
Authority: CN
Inventors: 李欢
Original assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: CN109867428B

Abstract

本发明公开了一种污泥分质处理处置的方法，包括：S1：将原污泥输送至低温热水解反应器中，并向低温热水解反应器中通入步骤S5产生的回流液，进行低温热水解反应后获得水解后的均质污泥；S2：将均质污泥输送至高固体厌氧消化反应器进行高固体厌氧消化反应，排放出消化污泥；S3：将消化污泥输送至湿式催化空气氧化反应器，并加入催化剂，进行湿式催化空气氧化反应，获得矿化污泥；S4：将矿化污泥输送至脱水设备，分离固相和水分，分别获得无机污泥和脱出夜；S5：将脱出液进行脱氨处理，获得回流液，将该回流液输送至步骤S1中的低温热水解反应器。本发明实现物质和能量的协调分配，能够在较低的成本下实现污泥的大幅减量，无机化残渣便于处置。

Description

一种污泥分质处理处置的方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理与资源化领域，尤其涉及一种污泥分质处理处置的方法。

背景技术

市政污水处理厂在污水生物处理过程中会排放初沉污泥和剩余污泥；这些污泥含水率高、体积大、成分复杂，汇集了污水中的多种污染物，需要妥善处理处置。

在多种污泥处理技术中，厌氧消化可以利用功能微生物将污泥中的部分有机质逐步转化为沼气，在实现污泥减量的同时回收能源，因此获得了广泛应用。其中厌氧消化技术种类较多，目前在污泥处理领域普遍采用单相低浓度厌氧消化。为了减少占地面积和加热能耗，可以采用高浓度污泥作为进泥，进行高固体厌氧消化(HSAD)，但该技术存在污泥粘度大、搅拌困难、影响产气的问题；总体上，污泥厌氧消化的有机质降解率在35～50％左右，去除单位有机质(以挥发性固体表示，VS)的沼气产量为750～1200L/kg。这样，厌氧消化后残留的大量消化污泥需要进一步处理。以污泥有机质含量60％、降解率50％计算，消化污泥量仍有原污泥量的70％(假设含水率相同)；因此，大量消化污泥的残留已经成为厌氧消化实践面临的瓶颈问题。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种污泥分质处理处置的方法，有机结合低温热水解预处理、高固体厌氧消化和湿式催化空气氧化技术，实现物质和能量的协调分配，能够在较低的成本下实现污泥的大幅减量，无机化残渣便于处置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种污泥分质处理处置的方法，包括以下步骤：

S1：将原污泥输送至低温热水解反应器中，并向所述低温热水解反应器中通入步骤S5产生的回流液，进行低温热水解反应后获得水解后的均质污泥；

S2：将步骤S1的均质污泥输送至高固体厌氧消化反应器进行高固体厌氧消化反应，排放出消化污泥；

S3：将步骤S2的消化污泥输送至湿式催化空气氧化反应器，并加入催化剂，进行湿式催化空气氧化反应，获得矿化污泥；

S4：将步骤S3的矿化污泥输送至脱水设备，分离固相和水分，分别获得无机污泥和脱出夜；

S5：将步骤S4的脱出液进行脱氨处理，获得回流液，将该回流液输送至步骤S1中的所述低温热水解反应器。

优选地，步骤S1中向所述低温热水解反应器中通入步骤S5产生的回流液后使得混合物的含固率控制在8～12％。

优选地，步骤S1中进行低温热水解反应过程中温度控制在60～90℃，搅拌15～120min。

优选地，步骤S2中具体包括：将步骤S1的均质污泥输送至高固体厌氧消化反应器，固体停留时间为15～22天以进行高固体厌氧消化反应，进一步地，其中的反应温度为33～37℃的中温或50～60℃的高温，以使得可生物降解的有机质转化为沼气。

优选地，步骤S2中还包括将获得的沼气进行产热和发电以分别供给所述低温热水解反应器、所述湿式催化空气氧化反应器和/或所述脱水设备。

优选地，步骤S2还包括将排放出的消化污泥放在第一存储罐中暂存。

优选地，步骤S3中在加入催化剂后，使得消化污泥和催化剂在所述湿式催化空气氧化反应器中以40～200℃、0.1～3.0MPa的条件反应30～240min，获得矿化污泥，进一步地，湿式催化空气氧化反应的反应条件为90～120℃，0.1～1.0Mpa。

优选地，步骤S3还包括将获得的矿化污泥放在第二存储罐中暂存。

优选地，步骤S3中的催化剂为过渡金属盐或过渡金属氧化物；进一步地，步骤S3中的催化剂为铁系催化剂。

优选地，步骤S5中所述脱出液进行脱氨处理时，采用沉淀法、吹脱法或吸附法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的污泥分质处理处置的方法，有机结合低温热水解预处理、高固体厌氧消化和湿式催化空气氧化技术，即通过低温热水解改善污泥形状，高固体厌氧消化易降解有机质，湿式催化空气氧化转化难降解有机质，这三者之间进行物质和能量的有机耦合，低温热水解后的有机质进入高固体厌氧消化生成沼气并解决高固体厌氧消化技术中存在的污泥粘度大、搅拌困难、影响产气等问题，湿式催化空气氧化处理后大部分固相有机质溶出并矿化，小部分转化为难氧化的乙酸、甲酸等富氧小分子羧酸，其得到的的脱出液经过脱氨处理后用于调节、加热进泥(原污泥)，同时使得湿式催化空气氧化处理后得到的富氧小分子羧酸不再需要较高的温度和压力的技术条件来转化为二氧化碳和水，而是通过脱出液脱氨处理后得到的回流液一并进入到高固体厌氧消化系统，利用功能微生物将其转化为沼气(甲烷和二氧化碳)，既去除了小分子羧酸，又获得了能量(沼气燃烧)，用于系统供热或供电；从而在较低的成本下实现污泥的大幅减量，无机化残渣便于处置。其中，高固体厌氧消化可以将可降解有机质转化为沼气，因此去除了大部分有机质，而且高固体条件可以产出高浓度的消化污泥，这两个条件可以减少湿式催化空气氧化的能耗；而且湿式催化空气氧化采用较温和的条件，以可生物降解的小分子有机质为目标产物，这可以进一步降低能耗，同时在厌氧消化阶段收获更多沼气；矿化污泥脱水后，脱出液回流用于稀释并加热进泥，实现低温热水解预处理；经低温热水解后，污泥粘度降低，进入高固体厌氧消化阶段，可以有效降低搅拌能耗并提高消化效率，同时也无需对进泥和罐体进行加热。相对于传统厌氧消化25～30天的处理周期和仅30～50％的有机质转化率，本发明的方法处理周期可以缩短为15～22天，有机质去除率95％以上，最终的产物基本为无机质，便于处置或利用。

在进一步的方案中，高固体厌氧消化产生的沼气可以给各环节供热、供电，进一步节约该方法中的能耗。

附图说明

图1是本发明优选实施例的污泥分质处理处置的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

如图1，本发明的优选实施例提供了一种污泥分质处理处置的方法，包括以下步骤：

S1：将原污泥输送至低温热水解反应器中，并向低温热水解反应器中通入步骤S5产生的回流液，进行低温热水解反应后获得水解后的均质污泥；

具体地，将原污泥(含固率为20％左右的脱水污泥)从进料储仓输送至低温热水解反应器，并向其中加入步骤S5产生的回流液，使混合物的含固率控制在8～12％，温度控制在60～90℃，搅拌15～120min(例如30min)，获得水解后的均质污泥。

通过将步骤S5产生的回流液加入到低温热水解反应器中，使得如“橡皮泥”状的原污泥转化成“流态”状的均质污泥，从而解决进行步骤S2中的高固体厌氧消化处理时存在的污泥粘度大、搅拌困难、影响产气的问题。

具体地，将均质污泥输送至高固体厌氧消化(HSAD)反应器，固体停留时间为15～22天，反应温度为中温(33～37℃)或高温(50～60℃)，使可生物降解的有机质转化为沼气，排放出消化污泥，并在消化污泥储罐中暂存。其中，将消化污泥储存在消化污泥储罐中暂存主要起到缓冲调节作用，便于使用压力泵将消化污泥均匀输送至湿式催化空气氧化反应器中。

另外，在高固体厌氧消化反应器中产生的沼气可以用于产热和发电，供给各步骤使用或外输，例如可以供给低温热水解反应器、湿式催化空气氧化反应器和/或脱水设备。

通过低温热水解预处理后的均质污泥相比原污泥降低了污泥粘度，改善了传质，使得污泥有机质降解率得到了一定程度的下降，但是由于污泥中存在木质纤维素和腐殖酸等难以生物降解的惰性有机质，而在低温热水解预处理和高固体厌氧消化处理后还不能完全转化为可生物降解组分。

具体地，将消化污泥输送至湿式催化空气氧化(CWAO)反应器，可在输送过程中或在反应器中加入催化剂，剂量视催化剂种类而定，然后在40～200℃、0.1～3.0MPa的条件反应30～240min，获得矿化污泥，并在矿化污泥储罐中暂存。进一步地，湿式催化空气氧化的反应条件为90～120℃，0.1～1.0MPa，可以进一步节约能源，更加经济。其中，催化剂可以选用过渡金属盐或过渡金属氧化物，或者是其他具有催化氧化功能的物质；例如铁系催化剂。将矿化污泥储存在矿化污泥储罐中暂存也同样起到缓冲调节作用，便于使用压力泵将矿化污泥均匀输送至脱水设备中。

通过在高温固体厌氧消化处理后进一步采用湿式催化氧化处理，使得大部分固相有机质溶出并矿化，小部分转化为难氧化的乙酸、甲酸等富氧小分子羧酸；也即通常情况下，催化湿式空气氧化(CWAO)在处理污泥时，有机质的转化一般包括两个阶段：第一阶段复杂大分子有机质转化为小分子羧酸，第二阶段小分子羧酸转化为二氧化碳和水，而在第二阶段的转化需要较高的温度和压力(因为富氧小分子羧酸难氧化)，导致催化湿式空气氧化操作难度较大、成本较高，难以投入实际应用。而在本发明优选实施例中，不再需要将该部分富氧小分子羧酸进一步转化成水和二氧化碳，而是将该部分作为脱出液的一部分进行脱氨处理生成回流液流入到低温热水解反应器中和原污泥进行混合，得到的均质污泥中包含该富氧小分子羧酸，进一步进行高固体厌氧消化处理，也即将小分子羧酸等中间产物回流至厌氧消化系统，利用功能微生物将其转化为沼气(甲烷和二氧化碳)，既去除了小分子羧酸，又获得了能量(沼气燃烧)，用于系统供热或供电；从而一方面解决了将小分子羧酸转化为二氧化碳和水需要较高的温度和压力问题，另一方面，还提高了沼气转化量，进一步提高供热或供电能量。

另外，本发明优选实施例中将CWAO放在HSAD之后，第一HSAD会去除大部分可生物降解有机质，这样CWAO步骤所需的氧化剂、催化剂和能耗可以减少；第二HSAD采用高固体条件，这样CWAO处理的是高固体消化污泥，固体浓度高、水分相对少，就可以减少CWAO所需处理的消化污泥体积，减少加热水分的能耗，从而也可以节约氧化剂、催化剂和能耗。

具体地，将矿化污泥输送至重力或机械脱水设备，分离固相和水分，分别获得无机污泥和脱出夜。

S5：将步骤S4的脱出液进行脱氨处理，获得回流液，将该回流液输送至步骤S1中的低温热水解反应器。

具体地，步骤S4获得的无机污泥主要成分为无机质和水分，可进行填埋处置或其他利用；而脱出液输送至脱出液脱氨系统中进行脱氨处理，获得含有小分子羧酸的回流液，回流液部分输送至S1步骤，部分进行生物处理或作为污水厂碳源；其中脱出液进行脱氨处理时，可采用沉淀法、吹脱法或吸附法。

本发明优选实施例首次集成了低温热水解预处理、高固体厌氧消化和湿式催化空气氧化技术三项技术，低温热水解改善污泥性状，高固体厌氧消化去除易降解有机质，湿式催化空气氧化转化难降解有机质，这三者之间有机地结合起来以进行物质和能量的有机耦合，湿式催化空气氧化转化后的有机质可以通过回流液的形式返回至高固体厌氧消化生成沼气，湿式催化空气氧化处理后的脱出液用于调节、加热进泥，高固体厌氧消化产生沼气给各环节供热、供电等；从而克服了各单一技术的缺点，并实现了高效率地、完全的污泥处理技术。

下述以具体实例对本发明的污泥分质处理处置的方法进行进一步说明。

以某脱水污泥(含固率20％的脱水污泥)为例，采用本发明的前述方法进行处理，首先将该污泥泵入低温热水解反应器，同时加入适量回流液，使混合物含固率为10％，控制反应温度为80℃，搅拌30min；到时间则将得到的均质污泥从低温热水解反应器排出，泵入高固体厌氧消化反应器，控制温度为35℃，固体停留时间为22天；获得消化污泥后，将其泵入湿式催化空气氧化反应器，同时加入某复合催化剂，经240min处理后，消化污泥中的残留有机质95％被转化，获得矿化污泥；矿化污泥进行脱水，泥饼含水率40％，经晾晒后含水率降低至20％，作为填埋场覆土，而脱出液采用吹脱法脱氨，获得回流液，回流液部分回流至低温热水解反应器，其余部分输送至污水厂处理。相对于进泥，最终污泥有机质的去除率在95％以上，总体的质量减量达到90％。相比现有的污泥处理技术的去除率和减量都得到了大大提高。

综上所述，本发明优选实施例首创地在高固体厌氧消化(HSAD)之后加入湿式催化空气氧化(CWAO)步骤，CWAO可以将消化污泥中的有机质溶出、降解，转化为溶解的可生化小分子有机质，这些小分子有机质回流至HSAD后转化为沼气，从而达到了很高的有机质的去除率；因此本发明优选实施例提出的污泥分质处理处置的方法可以在水分存在条件下全量去除污泥中的有机质，高效分离无机质和水分，实现污泥的分质处理处置并回收生物质能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种污泥分质处理处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S1中向所述低温热水解反应器中通入步骤S5产生的回流液后使得混合物的含固率控制在8～12％。

3.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S1中进行低温热水解反应过程中温度控制在60～90℃，搅拌15～120min。

4.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：将步骤S1的均质污泥输送至高固体厌氧消化反应器，固体停留时间为15～22天以进行高固体厌氧消化反应，进一步地，其中的反应温度为33～37℃的中温或50～60℃的高温，以使得可生物降解的有机质转化为沼气。

5.根据权利要求4所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S2中还包括将获得的沼气进行产热和发电以分别供给所述低温热水解反应器、所述湿式催化空气氧化反应器和/或所述脱水设备。

6.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S2还包括将排放出的消化污泥放在第一存储罐中暂存。

7.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S3中在加入催化剂后，使得消化污泥和催化剂在所述湿式催化空气氧化反应器中以40～200℃、0.1～3.0MPa的条件反应30～240min，获得矿化污泥，进一步地，湿式催化空气氧化反应的反应条件为90～120℃，0.1～1.0Mpa。

8.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S3还包括将获得的矿化污泥放在第二存储罐中暂存。

9.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S3中的催化剂为过渡金属盐或过渡金属氧化物；进一步地，步骤S3中的催化剂为铁系催化剂。

10.根据权利要求1所述的污泥分质处理处置的方法，其特征在于，步骤S5中所述脱出液进行脱氨处理时，采用沉淀法、吹脱法或吸附法。