CN110724547A - 一种污泥和药渣协同干化热解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥和药渣协同干化热解的方法，包括组分复配、比阻调节、协同脱水、高温热解四个步骤；通过向污泥中加入特定比例中药渣或中药植株非药用器官的方式，降低待处理组分的比阻和待热解组分中的泥沙比例，利用药渣中的杀菌成分促进污泥中微生物细胞破裂，提高待处理组分的脱水效率并降低单位质量原料的热解灰渣产量。本技术方法实现了污泥与药渣的协同热解处理，降低了污泥或药渣单一组分处理的难度，在高含水率有机固废协同热解处理中具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理领域，具体涉及一种污泥和药渣协同干化热解的方法。
背景技术
污泥和中药渣是两种典型的高含水率高比阻有机固废，在有机固废处理过程中长期存在脱水难度大、传统堆肥处理时间长、减量化程度低、资源化利用低、能量回收难度大等问题。
污泥中含有较多的高热值有机成分，但同时夹杂有较多微生物和泥沙。微生物细胞的存在增加了污泥中表面吸附水和内部结合水的含量，从而增加了污泥脱水的难度，一般情况下需要加入絮凝剂并通过复杂工艺进行。泥沙的存在导致污泥组分在热解过程中存在大量灰渣或固化后的黏度、砂石等产物，不仅降低了热解固相产物的热解效率，而且在热解过程中会造成高温热解设备的磨损等，降低设备使用寿命和可靠性。
中药渣一般含水率较高，因其中的木质素、纤维素及其他组分不同程度的吸水性，导致其脱水也存在一定难度。但是，因中药渣中依旧残留部分具有部分多糖类、黄酮类、蛋白质(酶)等杀菌成分的药用功能成分，或部分微生物毒性成分，兼具抑制或杀灭微生物的部分功能。
现有报道中，污泥和中药渣的协同处理方法一般是将污泥和中药渣按照一定比例混合后进行堆肥处理。如专利ZL 201510046168.0公开的一种中药渣生物干化后协同污泥好氧发酵工艺，首先向中药渣中添加特定菌类后发酵、干化、然后与污泥混合发酵，一方面增加了工艺流程的繁琐程度，延长了污泥和药渣协同处理的工艺路线且增加了处理成本，虽然缩短了部分发酵周期，但发酵时间依然需持续12天左右，无法实现污泥和药渣的连续化、大规模处理，且在发酵过程中容易受到环境变化的影响。如何简化污泥药渣的工艺流程，降低处理成本同时缩短处理周期，是亟需解决的技术问题。
发明内容
针对背景技术中所述的污泥和中药渣单独或协同处理过程中存在的不足，本发明设计了一种污泥和药渣协同干化热解的方法，通过在污泥添加药渣，实现污泥和药渣的协同干化热解。本发明包括以下步骤：
(1)组分复配，所述组分复配是将药渣添加入污泥组分中，形成混合组分；所述药渣的添加量根据混合组分复配终点状态的组分比例确定；
(2)比阻调节，所述比阻调节是先通过向所述混合组分中加入絮凝剂降低污泥比阻，并分离出上清液；再加入2-5％炭吸附所述混合组分中残留的高粘度有机物；
(3)协同脱水；所述协同脱水是将混合组分挤压脱水形成滤饼，挤压出滤液；
(4)高温热解；所述高温热解是将所述滤饼置于高温无氧环境中进行热解，获得热解产物可燃气、生物炭和焦油。
进一步地，所述步骤(1)中，组分复配前先调节污泥PH值为6.5-7.5，为药渣中所含酶的酶促反应提供最佳反应条件；一般情况下根据污泥的含水率、含沙率、有机质含量等特征进行PH值调节。
进一步地，所述步骤(1)中，所述混合组分复配终点状态的组分比例为泥沙含量低于4％，有机质含量高于85％。
进一步地，所述步骤(2)的上清液和所述步骤(3)的滤液混合后导入厌氧发酵罐中厌氧发酵处理，生成可燃气为步骤(4)高温热解供热。
进一步地，所述步骤(2)中，加入絮凝剂后搅拌1h以上，再持续曝气2-3h，并充分搅拌，促使混合组分中的多糖、蛋白质等高粘度有机物转移到上清液中。
进一步地，步骤(1)中，所述药渣为常温下将含水率和组分基本稳定的药渣，药渣污泥混合后机械搅拌2h以上，在污泥和药渣充分混合中利用药渣中的残留杀菌功能成分完成污泥的初步灭菌，促使污泥释放内部结合水。
进一步地，所述滤饼在步骤(4)高温热解前先进行洞道式干燥。
进一步地，所述步骤(4)中，所述可燃气经后端净化后为高温热解提供热源；所获生物炭用于炭吸附高粘度有机物或作为滤饼干燥的辅助热能。
进一步的，所述步骤(3)中，所述协同脱水采用板框压滤机。
进一步的，所述步骤(4)中，所述洞道式干燥采用电阻协同生物炭加热。
本发明的有益效果：
本发明本发明通过污泥与药渣的协同处置，利用药渣中的微量杀菌成分杀灭污泥中的部分微生物，促使其细胞内液释放，降低混合组分中的表面吸附水和内部结合水含量，经过后续絮凝、搅拌等系列操作后完成混合组分的高效脱水，通过添加药渣组分的方式提高混合组分中有机质的含量，降低混合组分中泥沙等无机质含量，从而使混合组分更利于热解反应。本发明通过后端发酵及热解燃气的综合利用，可利用混合组分的自身能源完成混合组分的减量化无害化处理，节能环保效益高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种污泥和药渣协同干化热解方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释说明，需要指出的是，本实施方式仅是对本发明所述技术方法的详细阐述，并不对本发明所述的技术方法构成任何形式的限制，凡是在本发明所述领域及相近领域的组分复配预处理方法均应当受到本发明的保护。
实施例1
下面结合图1进行说明。图1为一种污泥和药渣协同干化热解方法的工艺流程图。
本实施例通过污泥和药渣的协同干化热解实现污泥和药渣的干化处理，共分为组分复配、比阻调节、协同脱水、高温热解共四个步骤。
组分复配：根据市政污泥的含水率、含沙量、有机质含量等特征，调节污泥PH为6.5-7.5，提供药渣中所含酶的酶促反应最佳条件，常温下将含水率和组分基本稳定的药渣按照一定比例加入污泥中并充分混合，机械搅拌2-3h，在污泥和药渣充分混合中利用药渣中的残留杀菌功能成分完成污泥的初步灭菌，促使污泥释放内部结合水。所述混合组分专指待处理污泥中添加一定量的待处理药渣后所获的混合待处理有机固废成分。所述组分复配过程中药渣的添加量根据混合组分复配终点状态的组分比例确定。所述混合组分终点状态的组分比例，经过组分复配后，混合组分中泥沙含量低于4％，有机质含量(含污泥、药渣中的有机质)高于85％，
比阻调节：向混合组分中加入絮凝剂并继续搅拌1h，再持续曝气2-3h并充分搅拌，促使混合组分中的多糖、蛋白质等高粘度有机物转移到上清液中。去除上部上清液继续搅拌，并加入2-5％的混合组分热解所获生物炭混合均匀，用于吸附混合组分中残留的少量游离蛋白质、多糖等物质。
协同脱水：完成絮凝处理的混合组分转移至板框压滤机中进行协同脱水处理，板框压滤所获滤液与比阻调节步骤中所分离的上清液混合，并导入厌氧发酵罐进行厌氧发酵处理，所获滤饼经过初步烘干表面水分后进行热解处理。
高温热解：利用热解所获生物炭协同电阻加热的方式对混合组分滤饼进行洞道式干燥，除去滤饼表面吸附的少量水分，再将初步热干燥后的混合组分转移至高温无氧反应釜中加热，使混合组分中的有机质成分在高温无氧环境下裂解成可燃气、生物炭和少量的焦油。所获可燃气经后端净化后返回至裂解炉外及裂解炉内部用于混合组分热解过程的加热，所获生物炭经过浮选和干燥后一部分用作比阻调节步骤的生物炭添加，一部分用作滤饼初步热干燥的辅助热能。
实施例2
根据实施例提供的污泥和药渣协同干化热解处理的方法，取某污水处理厂的污泥4kg，加入NaOH后搅拌均匀，调节其pH约为7.0，然后向污泥中加入1kg黄连药渣并混合搅拌2h，利用黄连药渣中所含的微量杀菌成分完成污泥中微生物的初步杀灭并促使其释放细胞内液。完成搅拌后向混合组分中加入180g聚合硫酸铁继续搅拌均匀并持续曝气2h，完成曝气后置于大型烧杯中静置30min，抽出上清液并将其转移至调理罐中，剩余污泥和药渣混合物中加入100g碳粉并继续搅拌均匀，用于吸附组分中少量残留的多糖、蛋白质等可能影响混合组分比阻的物质。
完成上述处理步骤的混合组分导入板框恒压过滤实验装置中进行板框压滤操作。
所述板框压滤操作所获滤液转移至调理罐中，与静置步骤所获上清液混合，经过调理后转移至厌氧发酵罐中进行厌氧发酵处理。
所述板框压滤操作所获滤饼转移至烘箱中，于60℃鼓风条件下干燥1h，除去表面水分，并将干燥后的混合组分装入敞口瓷舟中，将所述敞口瓷舟转移到管式加热炉中，通入氮气排出空气后于无氧条件下加热至800℃并恒温30min，收集热解反应所获热解燃气，并测量其体积。完成热解反应后取出瓷舟中的热解固相残渣并称重，通过测量其热值的方式测试热解残渣中的炭含量。
实施例3
取某污水处理厂的污泥3kg，加入NaOH后搅拌均匀，调节其pH约为7.0，然后向污泥中加入2kg黄连药渣并混合搅拌2h，。完成搅拌后向污泥中加入180g聚合硫酸铁继续搅拌均匀并持续曝气2h，完成曝气后置于大型烧杯中静置30min，抽出上清液并将其转移至调理罐中，剩余污泥中加入100g碳粉并继续搅拌均匀，用于吸附组分中少量残留的多糖、蛋白质等可能影响污泥比阻的物质。
完成上述处理步骤的污泥导入板框恒压过滤实验装置中进行板框压滤操作。所述板框压滤操作所获滤液转移至调理罐中，与静置步骤所获上清液混合，经过调理后转移至厌氧发酵罐中进行厌氧发酵处理。
所述板框压滤操作所获滤饼转移至烘箱中，于60℃鼓风条件下干燥1h，除去表面水分，并将干燥后的污泥装入敞口瓷舟中，将所述敞口瓷舟转移到管式加热炉中，通入氮气排出空气后于无氧条件下加热至800℃并恒温30min，收集热解反应所获热解燃气，并测量其体积。完成热解反应后取出瓷舟中的热解固相残渣并称重，通过测量其热值的方式测试热解残渣中的炭含量。
本发明通过污泥与药渣的协同处置，利用药渣中的微量杀菌成分杀灭污泥中的部分微生物，促使其细胞内液释放，降低混合组分中的表面吸附水和内部结合水含量，经过后续絮凝、搅拌等系列操作后完成混合组分的高效脱水，通过添加药渣组分的方式提高混合组分中有机质的含量，降低混合组分中泥沙等无机质含量，从而使混合组分更利于热解反应。本发明通过后端发酵及热解燃气的综合利用，可利用混合组分的自身能源完成混合组分的减量化无害化处理，节能环保效益高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)组分复配，所述组分复配是将药渣添加入污泥组分中，形成混合组分；所述药渣的添加量根据混合组分复配终点状态的组分比例确定；
(2)比阻调节，所述比阻调节是先通过向所述混合组分中加入絮凝剂降低污泥比阻，并分离出上清液；再加入炭吸附所述混合组分中残留的高粘度有机物；
(3)协同脱水；所述协同脱水是将混合组分挤压脱水形成滤饼，挤压出滤液；
(4)高温热解；所述高温热解是将所述滤饼置于高温无氧环境中进行热解，获得热解产物可燃气、生物炭和焦油。
2.如权利要求1所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，组分复配前先调节污泥PH值为6.5-7.5。
3.如权利要求1所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合组分复配终点状态的组分比例为泥沙含量低于4％，有机质含量高于85％。
4.如权利要求1所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合组分复配终点状态的组分比例为泥沙含量低于4％，有机质含量高于85％。
5.如权利要求1所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(2)的上清液和所述步骤(3)的滤液混合后导入厌氧发酵罐中厌氧发酵处理，生成可燃气为步骤(4)高温热解供热。
6.如权利要求1所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加入絮凝剂后搅拌1h以上，再持续曝气2-3h，并充分搅拌。
7.如权利要求2或3所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述药渣为常温下将含水率和组分基本稳定的药渣，药渣污泥混合后机械搅拌2h以上。
8.如权利要求1-5任一所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述滤饼在步骤(4)高温热解前先进行洞道式干燥。
9.如权利要求7所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述可燃气经后端净化后为高温热解提供热源；所获生物炭用于炭吸附高粘度有机物或作为滤饼干燥的辅助热能。
10.如权利要求9所述的污泥和药渣协同干化热解的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述协同脱水采用板框压滤机。
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