CN110358541A - 一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污泥土壤改良剂及其制备方法和应用，属于污泥处理技术领域。本发明提供的污泥土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：污泥进行预脱水，得到第一污泥；将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥；将所述第二污泥依次进行压滤脱水、粉碎和干燥，得到污泥颗粒；将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。本发明提供的制备方法对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化原则，且成本低、效率高；通过添加生物质辅料，增加了物料中有机质含量，可产生大量的热解气体，实现系统热量自平衡，减少对外部燃料的依赖，大幅度降低运行成本；提高了固态碳渣中的含碳量，符合林业用土壤改良剂的要求。

Description

一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置。
背景技术
随着我国社会经济的发展，对环保的要求日益增强，城镇污水处理规模迅速扩大，处理标准日趋严格。市政污水处理厂每天产生的大量污泥如何处置已成为污水处理领域和固体废弃物领域共同关注的热点。污泥处置要求满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则。目前，市政污水厂污泥的主要处置方式为卫生填埋、厌氧消化、好氧堆肥、焚烧、水泥窑协同处置等。
其中，卫生填埋技术成熟，成本较低，但不能满足污泥处置四化原则，且需要占用大量的土地资源、有产生二次污染的风险；厌氧消化工艺技术成熟，符合污泥处置四化原则，但技术和管理要求高，一次性投资大，更适合在大城市实施，在资金和技术能力相对薄弱的中小城市，尤其是乡镇中使用该工艺路线存在很大困难；好氧堆肥处理方法污泥堆肥资源化程度高，但由于污泥中含有大量重金属，堆肥产品不能农用导致堆肥市场不乐观，且堆肥占地面积大，产生恶臭气体，存在二次污染风险；污泥焚烧可实现污泥的减量化和资源化利用，但焚烧设备单体处理能力大，只适合大中城市的污泥处置中心建设，而对于中小城市和乡镇的污水处理厂，无论从一次性投资还是运行成本考虑都不适合采用焚烧方法；水泥窑协同处置是污泥处置的良好方法，但是只有周边有水泥窑的污水厂才能选用此工艺路线，受环境限制无法广泛推广。
因此，上述污泥处理方法除卫生填埋外，虽然都能够实现资源化，但是成本高昂、二次污染严重，实现污泥的资源化受到环境条件限制，而且普遍存在对污泥中含有的碳渣利用率低甚至不能实现碳渣再利用的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置，本发明提供的污泥土壤改良剂的制备方法对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高，经处理的污泥和生物质辅料为原料制备的土壤改良剂符合林业用地土壤改良剂的需求，显著提高了污泥的资源化利用率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种污泥土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将污泥进行预脱水，得到第一污泥；
将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥；
将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒；
将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
优选的，所述第一污泥的含水率为80～90％。
优选的，所述热水解反应的温度为160～260℃，压力为1.5～4.5MPa，时间为0.5～2h；
所述第二污泥的含水率为70～80％。
优选的，所述压滤脱水的压力为1.5～2.5MPa，时间为2～4h；
所述压滤脱水后所得污泥饼的含水率为35～50％。
优选的，所述污泥颗粒和生物质辅料的质量比为1:(0.15～0.50)；
所述热解反应的温度为450～750℃，时间为20～40min。
本发明提供了一种污泥土壤改良剂，由上述技术方案所述制备方法制备得到。
本发明提供了一种制备污泥土壤改良剂的装置，包括：脱水单元1、热水解单元2、压滤单元3、干化单元4、热解单元5、燃烧单元6、滤液处理单元7和烟气处理单元8；
所述脱水单元1、所述热水解单元2、所述压滤单元3、所述干化单元4和所述热解单元5顺次连接；
所述热解单元5与所述燃烧单元6形成闭合系统；
所述滤液处理单元7分别与所述脱水单元1、所述热水解单元2和所述压滤单元3的出液口相连；
所述烟气处理单元8与所述热水解单元2的出气口连接。
优选的，所述脱水单元1包括污泥预脱水机1-1和加药装置1-2；所述加药装置1-2的出口与所述污泥预脱水机1-1相连；
所述热水解单元2包括热水解反应器2-1、污泥预热罐2-2、闪蒸罐2-3和换热器2-4；
所述压滤单元3包括压滤机3-1和破碎机3-2；
所述干化单元4包括带打碎轴的滚筒干燥机4-1、辅料仓4-2和旋风除尘器4-3；
所述污泥预脱水机1-1、污泥预热罐2-2、热水解反应器2-1、闪蒸罐2-3、压滤机3-1、破碎机3-2、带打碎轴的滚筒干燥机4-1和热解单元5顺次连接；
所述换热器2-4的烟气入口241与所述旋风除尘器4-3相连，所述换热器2-4的水蒸气出口243与所述热水解反应器2-1相连；所述换热器2-4的烟气出口245与所述燃烧单元6相连；
所述破碎机3-2和所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1之间设置有输送机；
所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1的干料出口413处设置有物料密封装置；
所述辅料仓4-2的出口与所述热水解反应器2-1相连；
所述旋风除尘器4-3的烟气入口431与所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1相连，所述所述旋风除尘器4-3的泥灰出口433与所述污泥预热罐2-2相连。
优选的，所述烟气处理单元8包括洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3和活性炭吸附塔8-4及配套风机8-5；所述洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3和活性炭吸附塔8-4及配套风机8-5顺次连接；
所述烟气处理单元8的入口分别与所述污泥预热罐2-2、所述闪蒸罐2-3和所述换热器2-4的烟气出口242相连。
优选的，所述燃烧单元6包括双气燃烧机6-1和热解气净化器6-2；
所述双气燃烧机6-1、热解单元5和热解气净化器6-2顺次连接，形成闭合系统。
本发明提供了一种污泥土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：将污泥进行预脱水，得到第一污泥；将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥；将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒；将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。本发明提供的制备方法污泥经过预脱水后大幅度减量，减少了热水解反应的负荷，降低了热水解对热能的需求；通过热水解反应实现污泥破壁，在不添加任何药剂时，大幅度提高了污泥的脱水效率；对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高；通过添加生物质辅料，增加了物料中有机质含量，可产生更多的热解气体，从而达到系统热量自平衡，减少对外部燃料的依赖，大幅度降低运行成本；同时，提高了固态碳渣中的含碳量，符合林业用地用土壤改良剂的要求。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括脱水单元1、热水解单元2、压滤单元3、干化单元4、热解单元5、燃烧单元6、滤液处理单元7和烟气处理单元8；所述脱水单元1、所述热水解单元2、所述压滤单元3、所述干化单元4和所述热解单元5顺次连接；所述热解单元5与所述燃烧单元6形成闭合系统；所述滤液处理单元7分别与所述脱水单元1、所述热水解单元2和所述压滤单元3的出液口相连；所述烟气处理单元8与所述热水解单元2的出气口连接。采用本发明提供的装置对污泥进行处理满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高；系统的热利用率高：热烟气首先供热解单元5使用，排出后供干化单元4使用，再排出后经热水解单元2换热产生水蒸气供热水解反应使用，排出的水蒸气供污热水解反应前污泥的预热使用；换热后的烟气大部分又回到燃烧单元6使用；在这样的循环体系中，系统热能得到了充分的利用。
附图说明
图1为污泥土壤改良剂的工艺流程图；
图2为制备污泥土壤改良剂的装置图；其中，1为脱水单元，1-1为污泥预脱水机，111为污泥入口，112为加药入口，113为滤液出口，114为污泥出口；1-2为加药装置，121为药剂入口，122为药液出口；
2为热水解单元，2-1为热水解反应器，211为污泥入口、212为污泥出口、213为蒸汽入口、214为蒸汽出口、215为滤液出口；2-2为污泥预热罐，221为污泥入口，222为污泥出口，223为水蒸气入口，224为烟气出口，225为泥灰入口；2-3为闪蒸罐，231为污泥入口，232为污泥出口，233为上清液出口，234为蒸汽出口；2-4为换热器，241为烟气入口、242为烟气出口、243为水蒸气出口，244为冷水入口，245为烟气出口；
3为压滤单元，3-1为压滤机，311为污泥入口，312为泥饼出口，313为滤液出口；3-2为破碎机，321为泥饼入口，322为污泥出口；
4为干化单元，4-1为带打碎轴的滚筒干燥机，411污为泥入口，412为辅料入口，413为干料出口，414为热烟气入口，415为热烟气出口；4-2为辅料仓，421为进料口，422为出料口；4-3为旋风除尘器，431为烟气入口，432为烟气出口，433为泥灰出口；
5为热解单元，511为污泥进口，512为碳渣出口，513为热烟气入口，514为热烟气出口；
6为燃烧单元，6-1为双气燃烧机，611为热烟气出口，612为热解气入口，613为外部燃料入口，614为烟气入口；6-2为热解气净化器，621为热解气入口，622为热解气出口；
7为滤液处理单元，711～714为滤液入口，715为排污口；
8为烟气处理单元，811～813为烟气入口，852为烟气排放口；
图3为烟气处理单元8的装置图，其中，8-1为洗涤塔，811～813为烟气入口，814为烟气出口；8-2为吸收塔，821为烟气入口，822为烟气出口；8-3为气液分离器，831为烟气入口，832为烟气出口；8-4为活性炭吸附塔，841为烟气入口，842为烟气出口；8-5为配套风机，851为烟气入口，852为烟气排放口。
具体实施方式
本发明提供了一种污泥土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
污泥进行预脱水，得到第一污泥；
将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥；
将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒；
将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
本发明将污泥进行预脱水，得到第一污泥。
在本发明中，所述污泥的来源优选为市政污水厂污泥浓缩池；所述污泥的含水率优选为97～99％。本发明对于所述与脱水的时间没有特殊限定，能够保证所述第一污泥的含水率为80～90％即可。
得到第一污泥后，本发明将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥。
在本发明中，所述热水解反应进行前，优选还包括将所述第一污泥进行预热。在本发明中，所述预热后的第一污泥的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃。
在本发明中，所述热水解反应的加热介质优选为饱和蒸汽。在本发明中，所述热水解反应的温度优选为160～260℃，更优选为180～240℃，最优选为200～220℃。在本发明中，所述热水解反应的压力优选为1.5～4.5MPa，更优选为2～4MPa，最优选为2.5～3.5MPa。在本发明中，所述热水解反应的时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h，最优选为1.2～1.5h。在本发明中，所述热水解过程中污泥破壁，利于更充分的去除污泥中含有的水分。
完成所述热水解反应后，本发明优选还包括将热水解反应所得体系进行二级干燥，得到第二污泥。在本发明中，所述二级干燥的方式优选为蒸馏。在本发明中，所述二级干燥能够去除大量蒸汽。在本发明中，所述第二污泥的含水率优选为70～80％，更优选为70～75％，最优选为70～72％。本发明对于所述二级干燥的时间没有特殊限定，能够保证所述第二污泥的含水率符合要求即可。在本发明中，所述二级干燥去除的大量水蒸气能够用于对第一污泥进行预热过程中，提高了能源利用率。
在本发明中，所述热水解反应和二级干燥过程中产生的滤液优选经过滤处理后排放到污水处理厂进水渠道。
得到第二污泥后，本发明将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒。
在本发明中，所述压滤脱水的方式优选为采用高压隔膜进行过滤脱水。在本发明中，所述压滤脱水的压力优选为1.5～2.5MPa，更优选为2～2.5MPa；所述压滤脱水的时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h，最优选为3h。
在本发明中，所述压滤脱水后所得泥饼的含水率优选为35～50％，更优选为30～45％，最优选为30～40％。
本发明对于所述破碎采用的设备没有特殊限定，采用本领域熟知的破碎设备即可。在本发明中，所述破碎后的污泥物料的粒度优选为20～50mm，更优选为25～40mm，最优选为30～35mm。
得到污泥颗粒后，本发明将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
在本发明中，所述生物质辅料优选包括园林废弃物、碎木片和秸秆中的一种或几种，更优选为秸秆，最优选为玉米秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆、大米秸秆或豆类植物秸秆。
在本发明中，所述污泥颗粒和生物质辅料的质量比优选为1:(0.15～0.50)，更优选为1:(0.2～0.40)，最优选为1:(0.25～0.30)。
在本发明中，所述带打碎轴的滚筒干燥机的打碎轴转速优选为50～150r/min；所述带打碎轴的滚筒干燥机的滚筒的转速优选为2～6r/min。在本发明中，所述打碎轴打碎后的混合物料的粒度优选为2～5mm，更优选为3～4mm。在本发明中，所述干燥的介质优选为干燥热烟气。在本发明中，所述干燥热烟气的温度优选为250～450℃，更优选为300～400℃，最优选为320～350℃。在本发明中，所述干燥用的热烟气在滚筒干燥机内的风速优选为2～6m/s，更优选为3～5m/s。在本发明中，所述干燥的时间优选为15～60min，更优选为20～50min，最优选30～40min。在本发明中，经过干燥后的混合物料的含水率优选低于20％。
在本发明中，所述热解反应的加热方式优选为间接加热，所述热解反应的介质优选为热烟气。在本发明中，所述热烟气的温度优选为500～800℃，热解反应完成后的热烟气的温度优选为350～550℃。在本发明中，所述热解反应的温度为450～750℃，更优选为500～700℃，最优选为500～700℃；所述热解反应的时间优选为20～40min，更优选为25～35min。在本发明中，所述热解反应优选在带有搅拌轴的立式热解机中进行，相对于传统的卧式热解机，具有热解更完全，物料停留时间短，单机处理量大，造价低的优点。在本发明中，所述热解反应过程中，所述污泥颗粒和生物质辅料在高温和无氧环境下产生固态炭渣、可燃热解气及微量焦油。
完成所述热解反应后，本发明优选将所得固态炭渣降至室温后包装，得到土壤改良剂。
在本发明中，所得可燃热解气及微量焦油经过热解气净化器净化后可作为双气燃烧机的燃料；所述双气燃烧机以经过净化后的可燃热解气作为主燃料，外部燃料作为补充燃料。在本发明中，所述补充燃料优选包括天然气、液化石油气或甲醇。在本发明中，所述热解气主要成分为H2、CO和可燃性烷烃。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的污泥土壤改良剂。本发明提供的污泥土壤改良剂符合林业用地土壤改良剂的需求，显著提高了污泥的资源化利用率。
本发明提供了一种制备污泥土壤改良剂的装置，包括脱水单元1、热水解单元2、压滤单元3、干化单元4、热解单元5、燃烧单元6、滤液处理单元7和烟气处理单元8；
所述脱水单元1、所述热水解单元2、所述压滤单元3、所述干化单元4和所述热解单元5顺次连接；
所述热解单元5与所述燃烧单元6形成闭合系统；
所述滤液处理单元7分别与所述脱水单元1、所述热水解单元2和所述压滤单元3的出液口相连；
所述烟气处理单元8与所述热水解单元2的出气口连接。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括脱水单元1。作为本发明的一个实施例，所述脱水单元1包括污泥预脱水机1-1和加药装置1-2。在本发明中，所述污泥预脱水机1-1设置有污泥入口111、加药入口112、滤液出口113和污泥出口114。在本发明中，所述污泥预脱水机优选包括带式压滤机或叠螺机。在本发明中，所述污泥预脱水机的作用是对污泥进行预脱水，以减小后续的热水解反应系统的负荷。作为本发明的一个实施例，所述加药装置1-2设置有药剂入口121和药液出口122，所述药液出口122与所述加药入口112连接。在本发明中，所述加药装置中装的药包括聚丙烯酰胺(PAM)或聚合氯化铝(PAC)。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括热水解单元2。作为本发明的一个实施例，所述热水解单元2包括热水解反应器2-1、污泥预热罐2-2、闪蒸罐2-3和换热器2-4，所述污泥预热罐2-2、热水解反应器2-1和闪蒸罐2-3顺次连接；所述换热器2-4的水蒸气出口243与所述热水解反应器2-1相连。
作为本发明的一个实施例，所述热水解反应器2-1设置有污泥入口211、污泥出口212、蒸汽入口213、蒸汽出口214和滤液出口215。在本发明中，所述热水解反应器2-1用于污泥发生热水解反应，实现了污泥的破壁，大幅度提高了后续的压滤机3-1的脱水效率。
作为本发明的一个实施例，所述污泥预热罐2-2设置有污泥入口221、污泥出口222、水蒸气入口223、烟气出口224和泥灰入口225；所述污泥入口221与所述污泥预脱水1-1的污泥出口114相连；所述污泥出口222与所述热水解反应器2-1的污泥入口211相连；所述水蒸气入口223与所述热水解反应器2-1的水蒸汽出口214相连。在本发明中，所述污泥预热罐的作用是对污泥进行预热，以利于后续的热水解反应。
作为本发明的一个实施例，所述闪蒸罐2-3设置有污泥入口231、污泥出口232、上清液出口233和蒸汽出口234；所述污泥入口231与所述热水解反应器2-1的污泥出口212相连。在本发明中，污泥中的水分在闪蒸罐2-3中被大量蒸发，得到的热水蒸气用作污泥预热罐2-2的加热介质，提高了能源利用率，另一方面大大降低了污泥的含水率。
作为本发明的一个实施例，所述换热器2-4设置有烟气入口241、烟气出口242、水蒸气出口243、冷水入口244和烟气出口245；所述水蒸气出口243与所述热解反应釜2-1的水蒸气入口213相连。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括压滤单元3。作为本发明的一个实施例，所述压滤单元3包括压滤机3-1和破碎机3-2；所述压滤机3-1的出口与所述破碎机3-2相连。
作为本发明的一个实施例，所述压滤机3-1设置有污泥入口321、泥饼出口312和滤液出口313；所述污泥入口321与所述闪蒸罐2-3的污泥出口232相连。在本发明中，所述压滤机优选包括高压隔膜压滤机或叠螺机。在本发明中，所述压滤机的作用是对污泥进行进一步脱水。
作为本发明的一个实施例，所述破碎机3-2设置有泥饼入口321和污泥出口322；所述泥饼入口321与所述压滤机3-1的泥饼出口312相连。在本发明中，所述破碎机的作用是对压滤机所得泥饼进行破碎。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括干化单元4；所述干化单元4包括带打碎轴的滚筒干燥机4-1、辅料仓4-2和旋风除尘器4-3；所述辅料仓4-2的出口和所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1相连；所述旋风除尘器4-3分别与所述所述污泥预热罐2-2、所述换热器2-4和所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1相连。
作为本发明的一个实施例，所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1设置有污泥入口411、辅料入口412、干料出口413、热烟气入口414和热烟气出口415，所述污泥入口411与所述破碎机3-2的污泥出口322相连。在本发明中，所述污泥入口411和辅料入口412处分别设置有输送机(图2中未画出)，用于调节污泥颗粒和生物质辅料的配比。在本发明中，所述干料出口413处设置有物料密封装置，用于保证所述带打碎轴的圆筒干燥机4-1的内部处于微负压状态，防止粉尘溢出。本发明采用带打碎轴的圆筒干燥机，打碎轴可以快速打碎泥饼，增加物料的比表面积，大幅度加快干燥速度，从而提高了单机处理量，最终减少了系统的设备数量，降低一次性投资成本。
作为本发明的一个实施例，所述辅料仓4-2设置有进料口421和出料口422；所述出料口422与所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1的辅料入口412相连。在本发明中，所述辅料仓的作用是储存生物质辅料。
作为本发明的一个实施例，所述旋风除尘器4-3设置有烟气入口431、烟气出口432和泥灰出口433；所述烟气入口431与所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1的烟气出口415相连；所述烟气出口432与所述换热器2-4的烟气入口241相连；所述泥灰出口433与所述污泥预热罐2-2的泥灰入口225相连。在本发明中，所述旋风除尘器的作用是去除从带打碎轴的滚筒干燥机4-1排出的烟气中含有的粉尘，防止后续管道和设备堵塞。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括热解单元5，所述热解单元5优选为热解反应釜。
作为本发明的一个实施例，所述热解单元5设置有污泥进口511、碳渣出口512、热烟气入口513、热烟气出口514；所述污泥进口511与所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1的干料出口413相连；所述热解气出口514与所述带打碎轴的滚筒干燥机的烟气入口414相连。在本发明中，所述热解反应釜优选为立式反应釜，内部带有搅拌轴，高温烟气作为加热介质对物料进行间接加热。作为本发明的一个实施例，所述污泥进料口511和碳渣出口512分别带有物料密封装置，保证物料在热解反应釜内处于绝氧状态条件下发生热解反应。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括燃烧单元，所述燃烧单元包括双气燃烧机6-1和热解气净化器6-2。
作为本发明的一个实施例，所述双气燃烧机6-1设置有热烟气出口611、热解气入口612、外部燃料入口613和烟气入口614；所述热烟气出口611与所述热解单元5的热烟气入口513相连；所述烟气入口614与所述换热器2-4的烟气出口245相连。
作为本发明的一个实施例，所述热解气净化器6-2设置有热解气入口621和热解气出口622；所述热解气入口621与所述热解单元5的热解气出口514相连；所述热解气出口622与双气燃烧机6-1的热解气入口612相连。
在本发明中，所述双气燃烧机6-1用的燃料优选包括热解气和外部燃气，所述外部燃气优选包括天然气、甲醇或液化气。
在本发明中，所述双气燃烧机6-1以热解气为主燃料，天然气为辅助燃料，产生的热烟气被输送至所述热解单元5对物料加热，所述热解单元5排出的热烟气经配风降温后被输送至所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1对物料进行干燥；所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1排出的烟气被输送至换热器2-4中产生高温水蒸气。换热后的热烟气温度降低，一部分送入双气燃烧机6-1进行配风，另一部分经过烟气处理单元8净化后排放。所述换热器2-4产生的水蒸气被输送至所述热水解反应器2-1进行加热，热水解反应器2-1排出的热水蒸气被输送至送入污泥预热罐2-2对污泥进行预热。在制备过程中，产生的热量的利用率高，极大的节约了能源，避免了能源的浪费，降低了生成成本。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括滤液处理单元7，所述滤液处理单元7优选为滤液净化器。
作为本发明的一个实施例，所述滤液处理单元7优选为滤液净化器。作为本发明的一个实施例，滤液处理单元7设置有四个滤液入口711～714和排污口715；所述滤液入口分别与所述预脱水设备1-1的滤液出口113相连、所述闪蒸罐2-3的上清液出口233、所述热解反应釜2-1的滤液出口215相连和所述压滤机3-1的滤液出口313相连。在本发明中，所述滤液单元的作用是对所述预脱水设备1-1、热解反应釜2-1和压滤机3-1产生的滤液，以及闪蒸罐2-3产生的上清液进行净化处理，经处理后的滤液或上清液符合排放标准，可直接排放到环境中。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括烟气处理单元8。作为本发明的一个实施例，所述烟气处理单元8包括洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3、活性炭吸附塔8-4和配套风机8-5(如图3所示)，所述洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3、活性炭吸附塔8-4和配套风机8-5顺次连接。作为本发明的一个实施例，所述所述洗涤塔8-1设置有三个烟气入口811～813和烟气出口814；所述烟气入口分别与所述换热器2-4的烟气出口242、所述闪蒸罐2-3的蒸汽出口234和所述污泥预热罐2-2的烟气出口224相连；所述洗涤塔8-1的烟气出口814与所述吸收塔8-2的烟气入口821相连，所述8-2的烟气出口822与所述液分离器8-3的烟气入口831相连，所述液分离器8-3的烟气出口832与所述活性炭吸附塔8-4的烟气入口841相连，所述活性炭吸附塔8-4的烟气出口842与所述配套风机8-5的烟气入口851相连。
在本发明中，所述换热器2-4排出的多余烟气、闪蒸罐2-3排出的蒸汽以及污泥预热罐2-2排出的烟气同时被输送至洗涤塔8-1去除混合气体中的粉尘和水蒸气，洗涤塔8-1排出的混合气体被输送至吸收塔8-2，通过吸收塔8-2喷洒的碱性药液中和混合气体中的酸性气体，经吸收塔8-2处理后的气体被输送至气液分离器8-3中去除气体中携带的水，之后进入活性炭吸附塔8-4去除气体中的少量粉尘、重金属、二噁英等有害物质，位于所述吸收塔8-2后端的配套风机8-5用于抽吸气体以克服洗涤塔8-1、吸收塔8-2、活性炭吸附塔8-4以及连接管道的阻力；配套风机8-5从活性炭吸附塔8-4中抽吸气体后经过烟道将净化后符合排放标准，可直接排放到大气中。
下面结合图1(污泥土壤改良剂的工艺流程图)和图2(制备污泥土壤改良剂的装置图)说明采用本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置制备污泥土壤改良剂的具体方法，包括以下步骤：
将市政污水厂浓缩池的污泥由污泥泵输送至带式脱水机1-1中，加入适量药剂后脱水，得到第一污泥；污泥预脱水机1-1产生的滤液经滤液处理单元7净化后排放；
将所述第一污泥经污泥泵输送至污泥预热罐2-2中加热，经污泥泵输送至热水解反应器2-1中进行热水解反应，处理后污泥经泵输送至闪蒸罐2-3去除大量水蒸气，得到第二污泥；污泥预热罐2-2和闪蒸罐2-3产生的滤液经滤液处理单元7净化后排放；
将所述第二污泥经污泥泵输送至高压隔膜压滤机3-1中进行压滤，得到污泥饼，将所述污泥饼输送至破碎机3-2中进行破碎，得到污泥颗粒；
将所述污泥颗粒和与秸秆输送至带打碎轴的滚筒干燥机4-1中进行干燥，将所得混合物料通过进料密封机输送至热解单元5中，进行热解反应，混合物料中的有机质被分解为可燃气体、焦油及固态碳渣，热解气和少量焦油经过净化后送入双气燃烧机6-1中作为燃料利用，固态碳渣经降温后包装，即得污泥土壤改良剂；
其中，双气燃烧机6-1以净化后的热解气为主燃料，天然气为辅助燃料，产生的热烟气送入热解单元5对混合物料加热；热解单元5排出的烟气温度经配风降温(即与具有室温的空气混合)后送入干燥机4-1中对物料进行干燥；干燥机4-1排出的热烟气经旋风除尘器4-3除尘后输送至换热器2-4，高温烟气对进入到换热器2-4中的冷水进行加热，产生的高温水蒸气被输送至热水解反应器中供污泥进行热水解，污泥热水解后排出的热水蒸气被输送至污泥预热罐2-2中供污泥预热；换热后的烟气作为燃料部分送入双气燃烧机6-1进行配风；另一部分烟气(换热器2-4排出的多余烟气)、闪蒸罐2-3排出的蒸汽以及污泥预热罐2-2排出的烟气同时被输送至洗涤塔8-1去除混合气体中的粉尘和水蒸气，洗涤塔8-1排出的混合气体被输送至吸收塔8-2，通过吸收塔8-2喷洒的碱性药液中和混合气体中的酸性气体，经吸收塔8-2处理后的气体被输送至气液分离器8-3中去除气体中携带的水，之后进入活性炭吸附塔8-4去除气体中的少量粉尘、重金属、二噁英等有害物质，位于所述吸收塔8-2后端的配套风机8-5用于抽吸气体以克服洗涤塔8-1、吸收塔8-2、活性炭吸附塔8-4以及连接管道的阻力；配套风机8-5从活性炭吸附塔8-4中抽吸气体后经过烟道将净化后符合排放标准，可直接排放到大气中。
采用本发明提供的装置制备污泥土壤改良剂，具有以下优势：
(1)污泥经过预脱水后大幅度减量，减少了热水解单元的负荷，降低了热水解对热能的需求；
(2)通过热水解单元实现污泥破壁，大幅度提高了压滤机的脱水效率，在不添加任何药剂时可获得含水率低的泥饼；
(3)通过添加生物质辅料，增加了物料中有机质含量，可产生更多的热解气体，从而达到系统热量自平衡，减少对外部燃料的依赖，大幅度降低运行成本；同时，提高了固态碳渣中的含碳量，符合林业用地土壤改良剂的要求；
(4)干化单元中选用带打碎轴的滚筒干燥机，打碎轴可以快速打碎泥饼，增加物料的比表面积，大幅度加快干燥速度，从而提高了单机处理量，最终减少了系统的设备数量，降低了一次性投资成本；
(5)热解单元中采用带搅拌轴的立式热解机，比较现有的卧式热解机，具有热解更完全、物料停留时间短、单机处理量大和造价低的优点；
(6)系统的热利用率高：热烟气首先供热解反应釜使用，排出后供干燥机使用，再排出后换热产生水蒸气供热水解使用，排出的水蒸气供污泥预热试验；换热后的烟气大部分又回到双气燃烧机配风使用；在这样的循环体系中，系统热能得到了充分的利用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将市政污水厂浓缩池含水率97％的污泥由污泥泵输送至带式脱水机1-1中，加入适量药剂后脱水至含水率85％，得到第一污泥；
将所述第一污泥经污泥泵输送至污泥预热罐2-2中加热到70℃后，经污泥泵输送至热水解反应器2-1中，在220℃，4MPa条件下热水解反应40min，处理后污泥经泵输送至闪蒸罐2-3去除大量水蒸气，含水率降低到75％，得到第二污泥污泥；
将所述第二污泥经污泥泵输送至高压隔膜压滤机3-1中，在1.5MPa条件下压滤2h，得到含水率为45％的污泥饼，将所述污泥饼输送至破碎机3-2中破碎至颗粒≤100mm，得到污泥颗粒；
将所述污泥颗粒和与秸秆按照质量比为5:1的比例输送至带打碎轴的滚筒干燥机4-1中，在300℃热烟气作用下干燥至含水率为20％，将所得混合物料通过进料密封机输送至热解单元5中，在500℃及绝氧状态下，混合物料中的有机质被分解为可燃气体、焦油及固态碳渣，热解气和少量焦油经过净化后送入双气燃烧机6-1中作为燃料利用，固态碳渣经降温后包装，即林业用地用的污泥土壤改良剂。
所述混合物料由双气燃烧机6-1提供热烟气，双气燃烧机6-1以热解气为主燃料，天然气为辅助燃料，产生800℃的热烟气送入热解单元5对物料加热；热解单元5排出的烟气温度为500℃，经配风降温至350℃后送入干燥机4-1中对物料进行干燥；干燥机4-1排出的烟气温度为300℃，送入换热器2-4中产生高温水蒸气；换热后的烟气温度降低到100℃，部分送入双气燃烧机6-1进行配风，另一部分烟气(换热器2-4排出的多余烟气)、闪蒸罐2-3排出的蒸汽以及污泥预热罐2-2排出的烟气同时被输送至洗涤塔8-1去除混合气体中的粉尘和水蒸气，洗涤塔8-1排出的混合气体被输送至吸收塔8-2，通过吸收塔8-2喷洒的碱性药液中和混合气体中的酸性气体，经吸收塔8-2处理后的气体被输送至气液分离器8-3中去除气体中携带的水，之后进入活性炭吸附塔8-4去除气体中的少量粉尘、重金属、二噁英等有害物质，位于所述吸收塔8-2后端的配套风机8-5用于抽吸气体以克服洗涤塔8-1、吸收塔8-2、活性炭吸附塔8-4以及连接管道的阻力；配套风机8-5从活性炭吸附塔8-4中抽吸气体后经过烟道将净化后符合排放标准，可直接排放到大气中。换热器2-4产生的水蒸气送入热水解反应器5-1进行加热，热水解反应器5-1排出的水蒸气送入污泥预热罐2-2中对污泥进行预热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污泥土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将污泥进行预脱水，得到第一污泥；
将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥；
将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒；
将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一污泥的含水率为80～90％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热水解反应的温度为160～260℃，压力为1.5～4.5MPa，时间为0.5～2h；
所述第二污泥的含水率为70～80％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压滤脱水的压力为1.5～2.5MPa，时间为2～4h；
所述压滤脱水后所得污泥饼的含水率为35～50％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述污泥颗粒和生物质辅料的质量比为1:(0.15～0.50)；
所述热解反应的温度为450～750℃，时间为20～40min。
6.一种污泥土壤改良剂，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述制备方法制备得到。
7.一种制备污泥土壤改良剂的装置，其特征在于，包括：脱水单元(1)、热水解单元(2)、压滤单元(3)、干化单元(4)、热解单元(5)、燃烧单元(6)、滤液处理单元(7)和烟气处理单元(8)；
所述脱水单元(1)、所述热水解单元(2)、所述压滤单元(3)、所述干化单元(4)和所述热解单元(5)顺次连接；
所述热解单元(5)与所述燃烧单元(6)形成闭合系统；
所述滤液处理单元(7)分别与所述脱水单元(1)、所述热水解单元(2)和所述压滤单元(3)的出液口相连；
所述烟气处理单元(8)与所述热水解单元(2)的出气口连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脱水单元(1)包括污泥预脱水机(1-1)和加药装置(1-2)；所述加药装置(1-2)的出口与所述污泥预脱水机(1-1)相连；
所述热水解单元(2)包括热水解反应器(2-1)、污泥预热罐(2-2)、闪蒸罐(2-3)和换热器(2-4)；
所述压滤单元(3)包括压滤机(3-1)和破碎机(3-2)；
所述干化单元(4)包括带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)、辅料仓(4-2)和旋风除尘器(4-3)；
所述污泥预脱水机(1-1)、污泥预热罐(2-2)、热水解反应器(2-1)、闪蒸罐(2-3)、压滤机(3-1)、破碎机(3-2)、带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)和热解单元(5)顺次连接；
所述换热器(2-4)的烟气入口(241)与所述旋风除尘器(4-3)相连，所述换热器(2-4)的水蒸气出口(243)与所述热水解反应器(2-1)相连；所述换热器(2-4)的烟气出口(245)与所述燃烧单元(6)相连；
所述破碎机(3-2)和所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)之间设置有输送机；
所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)的干料出口(413)处设置有物料密封装置；
所述辅料仓(4-2)的出口与所述热水解反应器(2-1)相连；
所述旋风除尘器(4-3)的烟气入口(431)与所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)相连，所述所述旋风除尘器(4-3)的泥灰出口(433)与所述污泥预热罐(2-2)相连。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述烟气处理单元(8)包括洗涤塔(8-1)、吸收塔(8-2)、气液分离器(8-3)和活性炭吸附塔(8-4)及配套风机(8-5)；所述洗涤塔(8-1)、吸收塔(8-2)、气液分离器(8-3)和活性炭吸附塔(8-4)及配套风机(8-5)顺次连接；
所述烟气处理单元(8)的入口分别与所述污泥预热罐(2-2)、所述闪蒸罐(2-3)和所述换热器(2-4)的烟气出口(242)相连。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述燃烧单元(6)包括双气燃烧机(6-1)和热解气净化器(6-2)；
所述双气燃烧机(6-1)、热解单元(5)和热解气净化器(6-2)顺次连接，形成闭合系统。
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