CN110127975A - 一种污泥处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种污泥处理系统及方法。系统包括热水解装置、冷却器、压滤机、热解装置和蒸汽发生器；热水解装置的水解污泥出口连接冷却器的水解污泥入口；冷却器的冷却污泥出口连接压滤机的冷却污泥入口；压滤机的半干污泥出口连接热解装置的热解料入口；热解装置的热解气出口连接蒸汽发生器的热解气入口，蒸汽发生器的蒸汽出口连接热水解装置的蒸汽入口，蒸汽发生器的烟气出口连接热解装置的烟气入口。本发明的系统及方法，将热水解后的污泥进行热解，获得固体炭土，实现了系统的能源自给，降低处理污泥的能耗。

Description

一种污泥处理系统及方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥处理系统及方法。
背景技术
污泥治理是指将污泥经过一系列的物理、化学或生物处理，降解其中的有机物、杀灭细菌，使污泥减量化、稳定化、无害化和资源化。稳定化，减少污泥中的有机物，避免产生二次污染问题；减量化，降低污泥含水率，减少污泥体积，并减少污泥处置费用；无害化，减少污泥中的有害物质，杀灭病虫卵，达到卫生化的要求；资源化，利于污泥中的可用物质，化害为利。根据以上原则，对污水处理厂污泥的处理，一般分为前处理、中间处理和最终处置三个阶段。
污泥前处理阶段一般有浓缩、消化、脱水等工艺，该段过程一般均在污水处理厂进行。中间处理一般有堆肥、干化、碱性稳定和焚烧热化学处理等工艺。污泥最终处置方式主要有土地利用、卫生填埋、建材利用等。
现有的污泥处理技术包括污泥碳化技术，即热解有机污泥，处理过程是将污泥放置在一个完全密封的炉膛内。在缺氧情况下，污泥中的有机物被分解成固体焦炭和热解气(甲烷/氢气/一氧化碳/二氧化碳混合气)，固体焦炭主要是灰粉、矿物质及碳化物，可直接用于土壤。热解可以避免产生焚烧所致的二噁英问题排放高的问题，还可以固化重金属，减少重金属毒性，并有分解二噁英的机理。但在传统的污泥热解工艺中，加入炉膛的污泥含水往往在80％，而污泥有机质干基含量在50％以下的占绝大多数，而在此污泥条件下，污泥自身的热值不足以支撑污泥热解热能需求，需要添加燃料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种污泥处理的系统及方法，以解决污泥处理系统自身产生的热值不足以支撑污泥处理的问题。
本发明的目的之一是提供一种污泥处理系统，包括热水解装置、冷却器、压滤机、热解装置和蒸汽发生器；
所述热水解装置包括污泥入口、蒸汽入口和水解污泥出口；
所述冷却器包括水解污泥入口和冷却污泥出口，所述热水解装置的水解污泥出口连接所述冷却器的水解污泥入口；
所述压滤机包括冷却污泥入口、清液出口和半干污泥出口，所述冷却器的冷却污泥出口连接所述压滤机的冷却污泥入口；
所述热解装置包括热解料入口、烟气入口、热解气出口和固体炭土出口，所述压滤机的半干污泥出口连接所述热解装置的热解料入口；
所述蒸汽发生器包括热解气入口、空气入口、蒸汽出口和烟气出口，所述热解装置的热解气出口连接所述蒸汽发生器的热解气入口，所述蒸汽发生器的蒸汽出口连接所述热水解装置的蒸汽入口，所述蒸汽发生器的烟气出口连接所述热解装置的烟气入口。
在一些实施例中，污泥处理系统还包括干化器，所述干化器包括半干污泥入口和干化污泥出口，所述压滤机的半干污泥出口连接所述干化器的半干污泥入口，所述干化器的干化污泥出口连接所述热解装置的热解料入口。
在一些实施例中，污泥处理系统还包括余热回收器，所述余热回收器包括高温固体炭土入口、低温固体炭土出口、低温空气入口和高温空气出口，所述热解装置的固体炭土出口连接所述余热回收器的高温固体炭土入口，所述余热回收器的高温空气出口连接所述蒸汽发生器的空气入口。
在一些实施例中，污泥处理系统还包括浆化器，所述浆化器包括污泥入口、水入口和浆化污泥出口，所述浆化器的浆化污泥出口连接所述热水解装置的污泥入口。
作为本发明优选的方案，所述压滤机的清液出口连接所述浆化器的水入口。
本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理污泥的方法，包括以下步骤：
A、将污泥送入热水解装置进行热水解，获得水解污泥；
B、将所述水解污泥送入冷却器进行冷却，获得冷却污泥；
C、将所述冷却污泥送入压滤机进行脱水处理，获得半干污泥和清液；
D、将所述半干污泥作为热解料送入热解装置，通过烟气将热解料加热至500～800℃，进行热解，获得热解气和固体炭土；
E、将所述热解气通入蒸汽发生器，与空气混合进行燃烧，获得烟气，同时对水加热获得蒸汽；
F将步骤E获得的所述蒸汽通入热水解装置，所述烟气通入热解装置。
作为本发明优选的方案，将所述步骤C获得的半干污泥先进行干化处理，获得干化污泥，将所述干化污泥作为热解料送入所述热解装置。
在本发明的一些实施例中，将所述步骤D获得的固体炭土送入余热回收器，与低温空气进行换热，将换热后的高温空气通入所述蒸汽发生器。
优选的，在步骤A之前，将污泥送入浆化器进行浆化处理，获得浆化污泥，将所述浆化污泥送入所述热水解装置。
作为本发明优选的方案，将步骤C获得的清液送入所述浆化器。
本发明提供的污泥处理系统及方法，首先将污泥进行热水解，热水解后的污泥便于脱水，半干污泥中含水量低，在进行干化时可大大降低能量的消耗；热水解后的污泥可产生大量的热解气，通过燃烧热解气可为热水解装置提供所需的蒸汽；产生的烟气温度极高，可为污泥的干化及热解提供热量；整个系统无污染物排出；污泥处理系统自身产生的热值，足以支持系统的能量消耗，无需加入外部能量，从而可大幅降低污泥处理的成本。一般情况下，已有工艺处理一吨污泥需消耗40立方米的天然气，而本发明不需消耗外部能量。
附图说明
图1是本发明实施例污泥处理系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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。
如图1所示，本发明实施例提供一种污泥处理系统，通过各个设备之间的配合，实现系统能源的自给，降低处理污泥的成本。本实施例的污泥处理系统，包括热水解装置1、冷却器2、压滤机3、热解装置4和蒸汽发生器5。
热水解装置1包括热水解罐11和闪蒸器12，设有污泥入口、蒸汽入口和水解污泥出口。污泥进入热水解装置1后，向热水解装置1通入蒸汽，污泥在高温高压下发生热水解反应，获得水解污泥，经闪蒸器12处理后，水解污泥由水解污泥出口排出。热水解后的污泥更容易脱水。
冷却器2包括水解污泥入口和冷却污泥出口，热水解装置1的水解污泥出口连接冷却器2的水解污泥入口。水解污泥由热水解装置1进入冷却器2，在冷却器2中冷却后获得冷却污泥。优选的，冷却器2可选择间接冷却器，用于回收水解污泥的余热。
压滤机3包括冷却污泥入口、清液出口和半干污泥出口，冷却器2的冷却污泥出口连接压滤机3的冷却污泥入口。在压滤机3中对污泥进行脱水处理，大大降低污泥的含水量。优选的，本实施例中压滤机3为高压板框压滤机，可将污泥的含水率降低至40％左右，获得半干污泥和清液。
热解装置4用于污泥的热解，可选择转底炉、环形炉、回转炉等炉型，热解装置4包括热解料入口、烟气入口、热解气出口和固体炭土出口，压滤机3的半干污泥出口连接热解装置4的热解料入口。热解装置4设有一个完全密封的炉膛，在热解装置4中，通过高温的烟气将污泥加热至500～800℃，发生热解反应。污泥中的有机物被分解成固体炭土和热解气，热解气为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等的混合气，固体炭土主要是灰粉、矿物质及碳化物。如果进入热解装置4的为半干污泥，通过烟气先对半干污泥进行干化，之后进行热解反应。固体炭土可用于制作建筑转或陶粒等。
蒸汽发生器5包括热解气入口、空气入口、蒸汽出口和烟气出口，热解装置4的热解气出口连接蒸汽发生器5的热解气入口，蒸汽发生器5的蒸汽出口连接热水解装置1的蒸汽入口，蒸汽发生器5的烟气出口连接热解装置4的烟气入口。蒸汽发生器5可通过燃料的燃烧，将水加热为蒸汽，热解装置4产生的热解气可作为蒸汽发生器5的燃料。蒸汽发生器5的产生的蒸汽可通入热水解装置1，用于污泥的热水解。热解气燃烧后产生的高温烟气，可通入热解装置4，用于污泥的干化和热解。
蒸汽发生器5可连接补水罐，当蒸汽发生器5内的水量不足时，可通过补水罐对其进行补水。
另外一种实施方式，污泥处理系统还包括干化器7，干化器7包括半干污泥入口和干化污泥出口，压滤机3的半干污泥出口连接干化器7的半干污泥入口，干化器7的干化污泥出口连接热解装置4的热解料入口。压滤机3排出的半干污泥在干化器7中进行干化，获得干化污泥，之后在进入热解装置4进行热解。干化器7可选择气流干化器，冷却器2回收的水解污泥的余热，可加热空气，热空气作为热源通入干化器7为半干污泥进行干化，实现水解污泥的余热利用。
干化器7排出的干化污泥还可送入破碎机71，经破碎机71破碎为污泥颗粒后再送入热解装置4，破碎后的污泥更易进行热解。
为了回收固体炭土的余热，污泥处理系统还可包括余热回收器8，余热回收器8包括高温固体炭土入口、低温固体炭土出口、低温空气入口和高温空气出口，热解装置4的固体炭土出口连接余热回收器8的高温固体炭土入口，余热回收器8的高温空气出口连接蒸汽发生器5的空气入口。在余热回收器8中，高温的固体炭土与空气进行换热，被加热后的高温空气可通入蒸汽发生器5助燃。
在热水解装置1的前端可设置浆化器6，浆化器6包括污泥入口、水入口和浆化污泥出口，浆化器6的浆化污泥出口连接热水解装置1的污泥入口。通过浆化器6先对污泥进行浆化后再送入热水解装置1，更有利于污泥的热水解。通过污泥泵61可将污泥送入浆化器6。
热水解装置1还包括闪蒸蒸汽出口，浆化器6还包括闪蒸蒸汽入口，热水解装置1的闪蒸蒸汽出口连接浆化器6的闪蒸蒸汽入口。热水解装置1排出的闪蒸蒸汽可用于对浆化污泥加热，使得污泥更好的浆化，同时节省后续热水解装置1的蒸汽消耗。
压滤机3的清液出口连接浆化器6的水入口。压滤机3排出的清液可送入浆化器6，用于污泥的稀释。
污泥处理系统还可包括厌氧反应器9，厌氧反应器9包括清液入口和厌氧液出口，压滤机3的清液入口连接厌氧反应器9的清液入口，厌氧反应器9的厌氧液出口连接浆化器6的水入口。清液首先通入厌氧反应器9进行厌氧处理，厌氧处理后的部分清液再送入浆化器6。对清液进行厌氧处理，可获得厌氧沼气，补充蒸汽发生器5的燃料，同时降低后端处理清液的成本和时间。厌氧反应器优选IC厌氧反应器，次选EGSB厌氧反应器、UASB厌氧反应器。
另一方面，本发明实施例提供一种利用上述系统处理污泥的方法，包括以下步骤：
1、将污泥送入浆化器进行浆化处理，获得浆化污泥。
2、将浆化后的污泥送入热水解装置进行热水解，获得水解污泥。
3、将水解污泥送入冷却器进行冷却，获得冷却污泥。
4、将冷却污泥送入压滤机进行脱水处理，获得半干污泥和清液。
5、将半干污泥作为热解料送入热解装置，通过烟气将热解料加热至500～800℃，进行热解，获得热解气和固体炭土。
6、将热解气通入蒸汽发生器，与空气混合进行燃烧，获得烟气，同时对水加热获得蒸汽。
7、将步骤6获得的蒸汽通入热水解装置，烟气通入热解装置。
8、将获得的固体炭土送入余热回收器，与低温空气进行换热，将换热后的高温空气通入蒸汽发生器。
9、将清液送入浆化器，用于污泥的稀释。或将清液进行厌氧处理后送入浆化器。
还可将获得的半干污泥先进行干化处理，获得干化污泥，将干化污泥破碎后作为热解料送入热解装置。
本实施例的污泥处理系统及方法，可用于低有机物含量的污泥(有机质干基含量在50％以下)的处理。在处理污泥时，不需外部提供热量，系统自身的能量即可满足处理污泥的需要。在系统启动时，需要启动燃气燃料送入蒸汽发生器，用于产生蒸汽和烟气，当热解装置提供的热解气足够蒸汽发生器消耗时，即可停止使用外部的启动燃料。而且整个系统除了少量烟气没有污染物排出，烟气经处理满足环保标准达标排放，实现了节能减排。
实施例1
1、将含水率80％左右的污泥送入浆化器进行浆化处理，获得浆化污泥，污泥含水率为85％左右。
2、将浆化后的污泥送入热水解装置进行热水解，获得水解污泥，热水解温度170℃，压力0.6～1.0MPa。
3、将水解污泥送入冷却器进行冷却，获得冷却污泥。
4、将冷却污泥送入压滤机进行脱水处理，获得半干污泥和清液，半干污泥含水率为38％左右。
5、将半干污泥作为热解料送入热解装置，通过烟气将热解料加热至800℃，进行热解，获得热解气和固体炭土。
6、将热解气通入蒸汽发生器，与空气混合进行燃烧，获得烟气，同时对水加热获得蒸汽。
7、将步骤6获得的蒸汽通入热水解装置，烟气通入热解装置。
8、将获得的固体炭土送入余热回收器，与低温空气进行换热，将换热后的高温空气通入蒸汽发生器。
9、将清液送入浆化器，用于污泥的稀释。
实施例2
1、将含水率为80％左右的污泥送入浆化器进行浆化处理，获得浆化污泥，污泥含水率为85％左右。
2、将浆化后的污泥送入热水解装置进行热水解，获得水解污泥，热水解温度170℃左右，压力0.6～1.0MPa。
3、将水解污泥送入冷却器进行冷却，获得冷却污泥。
4、将冷却污泥送入压滤机进行脱水处理，获得半干污泥和清液，半干污泥含水率为40％左右。
5、将半干污泥进行干化处理，获得含水率为5％的干化污泥，破碎后作为热解料送入热解装置，通过烟气将热解料加热至500℃，进行热解，获得热解气和固体炭土。
6、将热解气通入蒸汽发生器，与空气混合进行燃烧，获得烟气，同时对水加热获得蒸汽。
7、将步骤6获得的蒸汽通入热水解装置，烟气通入热解装置。
8、将获得的固体炭土送入余热回收器，与低温空气进行换热，将换热后的高温空气通入蒸汽发生器。
9、将清液进行厌氧处理后送入浆化器。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种污泥处理系统，其特征在于，包括热水解装置、冷却器、压滤机、热解装置和蒸汽发生器；
所述热水解装置包括污泥入口、蒸汽入口和水解污泥出口；
所述冷却器包括水解污泥入口和冷却污泥出口，所述热水解装置的水解污泥出口连接所述冷却器的水解污泥入口；
所述压滤机包括冷却污泥入口、清液出口和半干污泥出口，所述冷却器的冷却污泥出口连接所述压滤机的冷却污泥入口；
所述热解装置包括热解料入口、烟气入口、热解气出口和固体炭土出口，所述压滤机的半干污泥出口连接所述热解装置的热解料入口；
所述蒸汽发生器包括热解气入口、空气入口、蒸汽出口和烟气出口，所述热解装置的热解气出口连接所述蒸汽发生器的热解气入口，所述蒸汽发生器的蒸汽出口连接所述热水解装置的蒸汽入口，所述蒸汽发生器的烟气出口连接所述热解装置的烟气入口。
2.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，还包括干化器，所述干化器包括半干污泥入口和干化污泥出口，所述压滤机的半干污泥出口连接所述干化器的半干污泥入口，所述干化器的干化污泥出口连接所述热解装置的热解料入口。
3.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，还包括余热回收器，所述余热回收器包括高温固体炭土入口、低温固体炭土出口、低温空气入口和高温空气出口，所述热解装置的固体炭土出口连接所述余热回收器的高温固体炭土入口，所述余热回收器的高温空气出口连接所述蒸汽发生器的空气入口。
4.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，还包括浆化器，所述浆化器包括污泥入口、水入口和浆化污泥出口，所述浆化器的浆化污泥出口连接所述热水解装置的污泥入口。
5.根据权利要求4所述的污泥处理系统，其特征在于，所述压滤机的清液出口连接所述浆化器的水入口。
6.一种利用权利要求1～5任一所述系统处理污泥的方法，其特征在于，包括步骤：
A、将污泥送入热水解装置进行热水解，获得水解污泥；
B、将所述水解污泥送入冷却器进行冷却，获得冷却污泥；
C、将所述冷却污泥送入压滤机进行脱水处理，获得半干污泥和清液；
D、将所述半干污泥作为热解料送入热解装置，通过烟气将热解料加热至500～800℃，进行热解，获得热解气和固体炭土；
E、将所述热解气通入蒸汽发生器，与空气混合进行燃烧，获得烟气，同时对水加热获得蒸汽；
F将步骤E获得的所述蒸汽通入热水解装置，所述烟气通入热解装置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述步骤C获得的半干污泥先进行干化处理，获得干化污泥，将所述干化污泥作为热解料送入所述热解装置。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述步骤D获得的固体炭土送入余热回收器，与低温空气进行换热，将换热后的高温空气通入所述蒸汽发生器。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤A之前，将污泥送入浆化器进行浆化处理，获得浆化污泥，将所述浆化污泥送入所述热水解装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将步骤C获得的清液送入所述浆化器。
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