CN110002712A - 污泥能源化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种污泥能源化处理工艺，包括：对污泥进行预处理；对预处理后的污泥进行热调质处理；热调质后的污泥进行污泥脱水，分别收集污泥脱水液和脱水污泥；对污泥脱水液进行厌氧生物处理，产生沼气。所述工艺中节省了工程投资，此外与常规污泥厌氧消化相比，有机物的降解程度也得到了明显提升。

Description

污泥能源化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种基于污泥能源化的新处理工艺，属于污泥处理技术领域。
背景技术
污泥是一种固液混合的物质，在城镇市政、环保设施运行和维护过程中产生的污泥，称为城市污泥。从某种意义上来讲，污泥包含了原污水中几乎一半的COD(ChemicalOxygen Demand化学需氧量)，简单弃置，不经过规范的管理和无害化处置，势必造成二次污染，严重影响环境综合整治的实际效果。因此，城市污泥的处理必须以“减量化、稳定化、无害化和资源化”为目标。
“污泥资源化”是实现污泥处理低成本的必要条件。由于污泥中包含的巨大有机碳源，使得污泥能源化占到了污泥资源化处理的较大份额，目前常采用的污泥能源化技术有污泥消化和污泥焚烧。
污泥消化是通过微生物技术，把污泥中的有机固体进行分解，从而获得能源型气体沼气。对于污泥厌氧消化，微生物利用的有机物蕴藏在固体中，因此，受传质速率所限，一般污泥厌氧消化的时间较长，导致相应工程的投资较大。此外，消化后的污泥通常还需要进行污泥脱水处理，但消化后的污泥由于性状发生了改变，与原污泥相比，消化污泥的脱水性能会降低，影响了后续处理。
污泥焚烧是最彻底的减量化技术，在污泥热值富裕的条件下可实现余热回收。但由于污泥热值的不稳定性，难以单独燃烧，需要添加辅助燃料，此外，一般污泥焚烧后烟气处理的技术要求高，费用不菲，最终使得污泥焚烧的价格居高不下，大众接受度很低。
因此，有必要提供一种污泥处理工艺，在实现污泥稳定化处置的同时达到污泥的最大能源利用。
发明内容
本发明主要是针对现有污泥处理工艺中固体厌氧消化时间长、有机物降解程度低、消化污泥脱水性能差等问题，提供改进的污泥能源化处理工艺。
本发明提供一种污泥能源化处理工艺，包括：对污泥进行预处理；对预处理后的污泥进行热调质处理；热调质后的污泥进行污泥脱水，分别收集污泥脱水液和脱水污泥；对污泥脱水液进行厌氧生物处理，产生沼气。
可选的，所述污泥能源化处理工艺，还包括对脱水污泥进行焚烧的工艺步骤。
可选的，污泥进行预处理后污泥的含固率为4％～6％。
可选的，脱水污泥的含固率为30％～60％。
可选的，热调质处理的工艺条件为温度140～260℃、压力10～26bar、反应时间30～120min。
可选的，还包括利用热调质处理后污泥的余热，加热待预处理的污泥的工艺。
可选的，污泥脱水液中COD浓度为2000～30000mg/L。
可选的，污泥脱水液中的有机物在厌氧条件下，通过厌氧微生物的代谢反应生成沼气。
相对现有技术，本发明提供的污泥能源化处理工艺，对污泥进行预处理和热调制处理后，先进行污泥脱水，然后对污泥脱水液进行厌氧生物处理。常规的污泥厌氧消化过程中有机物来自固体物质，受传质所限，该反应过程的时间较长(一般在20天左右)，需要较大体积的反应构筑物，使得相应的工程投资过大。而本发明提供的工艺中，多数可利用的有机物已转移到水中，传质简单，厌氧生物反应时间较短(一般1～3天)，大大节省了工程投资。此外由于有机物分散在水中，也利于厌氧微生物的利用，因此，与常规污泥厌氧消化相比，有机物的降解程度也得到了明显提升。
进一步的，本发明提供的污泥能源化处理工艺，对污泥进行高度脱水后，与普通脱水污泥相比，污泥含水量大大降低，污泥的热值有显著的提高，可达到污泥单独焚烧的要求，也可做成固废衍生燃料，与其它燃料共焚烧。通过焚烧，既实现了污泥的完全处置，也最大程度的利用了污泥中蕴含的能源。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
结合附图1，本实施例详细说明一种污泥能源化处理工艺，包括如下步骤：
步骤S10，对污泥进行预处理；本实施例中所述的预处理，指对污泥进行的浓缩或者稀释的工艺，使其含固率为4％～6％。
例如来自污水处理厂的城市污泥，其含固率较低，通常小于2％，首先对其进行浓缩，提高其含固率至5％。本实施例所述浓缩指采用重力浓缩池、带式浓缩机、和离心浓缩机等常规手段进行的普通浓缩，以使浓缩污泥的含固率为4％～6％。污泥经浓缩后，体积显著减小，也相应减少了后续热调质处理过程所需的热量。
若处理的污泥为来自其它污水处理厂的脱水污泥(含固率一般为20％左右)，则须首先通过稀释液将脱水污泥稀释至含固率为4％～6％，稀释液根据脱水污泥的含固率高低，可采用污水厂处理后的出水，也可采用污水处理厂浓缩前的污泥等。
步骤S11，对预处理后的污泥进行热调质处理；
热调质处理目的在于提高污泥的脱水性能及将待降解的有机物从固相中转移至液相。常规的污泥热调质方法有Porteous、Zimpro、Cambi等工艺，所述热调质工艺改变了污泥性状，提高了污泥的脱水性能，同时也产生了含高浓度有机物的脱水废液。
本实施例中，浓缩后的污泥通过污泥泵进入热调质反应器进行热调质处理，热调质阶段的运行条件为温度140～260℃、压力10～26bar、反应时间30～120min。
从热调质反应器排出的污泥温度较高，一般都高于85℃，后续处理对温度有一定的要求，如厌氧生物处理脱水液时，脱水液的温度不能超过58℃，而且过高的温度对脱水设备本身也不利，为了提升含固率有时脱水时需要加入丙烯酰胺等聚合物，过高的温度会影响聚合物的功效，因此，需要对热调质反应器排出的污泥降温。降温可采用自然冷却和强制冷却两种方式。自然冷却即提供足够的储泥空间，让热调质后污泥自然冷却到后续处理所需温度。强制冷却即采用换热器的形式，通过强制对流，将热调质污泥冷却到后续处理所需温度，换热介质可为浓缩后的待处理污泥，也可采用普通冷水。
热调质后的污泥余热可用于加热待预处理的污泥，加热可采用泥-泥换热形式，也可采用以水为介质的多次泥-水换热；
步骤S12，热调质后的污泥进行污泥脱水，分别收集污泥脱水液和脱水污泥；
所述的污泥脱水可以通过压滤机、板框脱水机等方式实现，脱水之后，脱水污泥的含固率为30％～60％，污泥脱水液颜色较深，有一定的黏性，COD浓度为2000～30000mg/L。
步骤S13，污泥脱水液中的有机物在厌氧条件下，通过厌氧微生物的代谢反应生成沼气。
污泥脱水液的处理在高效厌氧反应器中进行，如厌氧复合反应器(UBF，UpflowAnaerobic Bed-Filter)、升流式固体厌氧反应器(USR，Upflow Solid Reactor)、上流式厌氧污泥层反应器(UASB，Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB，Expanded Granular Sludge Bed)和内循环厌氧反应器(IC，InternalCirculation)等。
经厌氧生物处理的污泥脱水液可根据相关要求作进一步的处理。例如对污泥脱水液进行厌氧消化处理后产生的废水经处理后，可直接进行排放。
可选的，所述污泥能源化处理工艺，还可以包括S14：对脱水污泥进行焚烧的工艺步骤。所述步骤S13和步骤S14可分别单独进行。
高度脱水后的污泥热值较高，可直接投入焚烧炉中单独焚烧，也可做成固废衍生燃料，与其它燃料共焚烧。
实施例1
某污水处理厂处理生活污水，日产剩余污泥约20t/d(20吨/天干泥)，经重力浓缩池浓缩后，含固率为5％；浓缩污泥通过污泥泵进入热调质反应器进行预处理，反应温度为200℃，反应压力为16bar，反应时间为30～60min；热调质的污泥通过压滤机进行脱水，脱水后的污泥含固率平均约为53％，热值约为7.3MJ/kg，通过焚烧炉单独焚烧并回收余热；每天160m3污泥脱水液中COD浓度平均约为30000mg/L，经UASB反应器高温处理后，COD降解率约为85％，产生沼气2800m3，UASB反应器出水返回至污水厂前端做达标处理。
实施例2
某污水处理厂处理生活污水和工业污水的混合废水，日产初沉污泥和剩余污泥约6t/d(干泥)，经带式浓缩机浓缩后，含固率为5％；浓缩污泥通过污泥泵进入热调质反应器进行预处理，反应温度为180℃，反应压力为10bar，反应时间为60～120min；热调质的污泥通过板框脱水机进行脱水，脱水后的污泥含固率平均约为60％，热值约为8.2MJ/kg，通过焚烧炉单独焚烧并回收余热；每天60m3污泥脱水液中COD浓度平均约为17000mg/L，经EGSB反应器中温处理后，COD降解率约为90％，产生沼气500m3，EGSB反应器出水返回至污水厂前端做达标处理。
实施例3
某污泥处理厂集中处理3个市政污水厂产生的污泥，污泥厂的来泥为预脱水污泥，总干固体量为18t/d(干泥)，含固率约为20％，来泥经水稀释后含固率降为6％，然后通过污泥泵进入热调质反应器进行预处理，反应温度为220℃，反应压力为24bar，反应时间为30～45min；热调质的污泥通过板框脱水机进行脱水，脱水后的污泥含固率平均约为48％，热值约为6.8MJ/kg，脱水污泥制成固废衍生燃料外运；每天110m3污泥脱水液中COD浓度平均约为35000mg/L，经IC反应器中温处理后，COD降解率约为90％，产生沼气2000m3，部分沼气用于燃烧蒸汽锅炉供热调质反应器使用，IC反应器出水经后续膜生物反应器、化学除磷等方法处理后达标排放。
实施例4
某污水处理厂除处理本厂产生的初沉污泥和剩余污泥外，还处理其它2个市政污水处理厂运送的预脱水污泥，所有污泥的总干固体量为35t/d(干泥)，本厂污泥与外厂预脱水污泥混合后污泥含固率约为3％，经带式浓缩机污泥含固率上升至5％；浓缩污泥通过污泥泵进入热调质反应器进行预处理，反应温度为170℃，反应压力为8bar，反应时间为90～120min；热调质的污泥通过板框脱水机进行脱水，脱水后的污泥含固率平均约为58％，热值约为11.7MJ/kg，通过焚烧炉焚烧发电并回收余热；每天230m3污泥脱水液中COD浓度平均约为15000mg/L，经UASB反应器中温处理后，COD降解率约为85％，产生沼气1600m3，UASB反应器出水返回至污水厂前端做达标处理。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种污泥能源化处理工艺，其特征在于，包括：
对污泥进行预处理；
对预处理后的污泥进行热调质处理；
热调质后的污泥进行污泥脱水，分别收集污泥脱水液和脱水污泥；
对污泥脱水液进行厌氧生物处理，产生沼气。
2.如权利要求1所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，还包括对脱水污泥进行焚烧的工艺。
3.如权利要求1所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，污泥进行预处理后污泥的含固率为4％～6％。
4.如权利要求1或者2或者3所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，脱水污泥的含固率为30％～60％。
5.如权利要求1所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，热调质处理的工艺条件为温度140～260℃、压力10～26bar、反应时间30～120min。
6.如权利要求1所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，还包括利用热调质处理后污泥的余热，加热待预处理的污泥。
7.如权利要求1所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，污泥脱水液中COD浓度为2000～30000mg/L。
8.如权利要求7所述污泥能源化处理工艺，其特征在于，污泥脱水液中的有机物在厌氧条件下，通过厌氧微生物的代谢反应生成沼气。
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