CN111410394A - 污泥多级热水解处理装置、处理方法及全资源化利用方法 - Google Patents

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CN111410394A CN202010254871.1A CN202010254871A CN111410394A CN 111410394 A CN111410394 A CN 111410394A CN 202010254871 A CN202010254871 A CN 202010254871A CN 111410394 A CN111410394 A CN 111410394A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/10Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08Reclamation of contaminated soil chemically

Abstract

本发明提供了一种污泥多级热水解处理装置、处理方法及全资源化利用方法,其中,污泥多级热水解处理装置,包括调制罐、至少一个多级反应单元、缓冲罐、固液分离器、浓缩单元和蒸汽源;每个多级反应单元均包括依次连通的一级反应器、二级反应器、三级反应器和四级反应器;同一个多级反应单元内,前一级反应器的污泥出口连通后一级反应器的污泥入口;四级反应器的污泥出口依次连通缓冲罐、固液分离器和浓缩单元;浓缩单元蒸汽入口连通蒸汽源的出口。本发明所述的污泥多级热水解处理装置,通过设置多级反应器,可以实现后续预热的梯级回用,同时方便在多个反应器分别反应,控制物料的反应程度。

Description

污泥多级热水解处理装置、处理方法及全资源化利用方法
技术领域
本发明属于有机固废处理领域,尤其是涉及一种污泥多级热水解处理装 置、处理方法及全资源化利用方法。
背景技术
污泥本身是一种可以利用的资源,污泥处理处置就是要借助先进可行的 技术手段,将污泥作为一种资源加以利用,在解决对环境影响问题的基础上 并能产生一定的经济效益。
随着国家对环保要求越来越严格,污泥的处理处置将会更加严峻。污泥 的处理和处置是有所区别的。污泥处理:为满足污泥最终处置方式的要求, 对污泥进行的以“减量化、稳定化、无害化”为目的的全过程。污泥处置: 处理后的污泥,弃置于自然环境中(地面、地下、水中)或再利用,能够达 到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。污泥的处理与处置是 相互影响的。不论采用什么样的污泥处置方法,都需要有适当的污泥处理措 施,因此必须根据污泥的性质,综合考虑污泥处理与处置方法,从而确定污 泥处理方案,以满足污泥处置的要求。
尽管世界各地对污泥的处理处置和管理措施不尽相同,但最终的目的都 是使污泥经过减量、稳定和无害化处理后作为资源加以综合利用。结合全球 普遍倡导的可持续发展理念,可以预见:污泥的资源化将是未来对污泥处理 处置的目标,根据污泥处理技术发展的趋势和我国相关政策的导向,资源化 技术将成为我国未来污泥处理技术的主流。
我国污泥处置起步相对较晚,主要以填埋为主,大部分污泥经简单稳定 化后堆弃,全国各地均尝试过污泥厌氧消化、好氧堆肥等工艺,但污泥减量 化不彻底,运行稳定性不佳。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种污泥多级热水解处理装置,以克服现有 技术的缺陷,通过设置多级反应器,可以实现后续余热的梯级回用,同时方 便在多个反应器分别反应或控制每个反应器的反应条件,控制物料的反应程 度。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
污泥多级热水解处理装置,包括调制罐、至少一个多级反应单元、缓冲 罐、固液分离器、浓缩单元和蒸汽源;
每个多级反应单元均包括依次连通的一级反应器、二级反应器、三级反 应器和四级反应器;每个一级反应器上均设有调制污泥入口,该调制污泥入 口均与调制罐的污泥出口连通;同一个多级反应单元内,前一级反应器的污 泥出口连通后一级反应器的污泥入口;三级反应器的蒸汽/冷凝水出口和/或 四级反应器的蒸汽/冷凝水出口均连通调制罐的蒸汽/冷凝水入口和/或一级 反应器的蒸汽/冷凝水入口;一级反应器上加热部位的蒸汽入口和二级反应 器上加热部位的蒸汽入口均连通蒸汽源的出口;四级反应器的污泥出口依次 连通缓冲罐、固液分离器和浓缩单元;浓缩单元蒸汽入口连通蒸汽源的出口。
进一步的,缓冲罐的数量、固液分离器的数量均与多级反应单元的数量 相当,浓缩单元的数量为一个;每一个多级反应单元中的四级反应器的污泥 出口分别依次连通一个独立设置的缓冲罐和固液分离器。
进一步的,多级反应单元的数量为2-4个。
进一步的,蒸汽源为蒸汽锅炉,或者采用电厂余热蒸汽、垃圾焚烧厂余 热蒸汽或其他余热蒸汽。
进一步的,一级反应器、二级反应器均采用带有加热和搅拌功能的化工 反应釜。三级反应器和四级反应器均采用闪蒸罐或带有冷却功能的化工反应 釜。
进一步的,所述的污泥多级热水解处理装置,还包括药剂仓和污泥储存 仓;所述药剂仓的出口与调制罐的药剂入口连通;所述污泥储存仓的出口与 调制罐的污泥入口连通。
进一步的,所述固液分离器为板框压滤机或离心机;所述浓缩单元为膜 过滤浓缩设备或/和蒸发器,当同时使用膜过滤浓缩设备和蒸发器时,可以 将两者串联。
进一步的,浓缩单元的冷凝水出口连通调制罐及每个多级反应单元中的 一级反应器。
进一步的,所有涉及从低位向高位传输物料的管线上均安装有泵或气压 输送设备,比如空气压缩机。
进一步的,当需要将冷凝水从三级反应器蒸汽/冷凝水出口和/或四级蒸 发器的蒸汽/冷凝水出口进管线输送至一级反应器的蒸汽/冷凝水出口和/或 调制罐的蒸汽/冷凝水出口时,该管线上安装有冷凝器和提升泵;所述冷凝 器靠近三级反应器或四级反应器设置,提升泵位于冷凝器和一级反应器或调 制罐之间。
本发明的另一目的在于提出一种采用如上所述的污泥多级热水解处理 装置进行污泥碱性热水解处理的方法,以对污泥进行多级碱性热水解处理。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种污泥碱性热水解处理的方法,该方法包括对依次进入每个多级反应 单元的一级反应器、二级反应器、三级反应器和四级反应器中的污泥控制不 同的反应温度和停留时间进行处理的步骤。
优选的,一级反应器内反应温度为50-70℃,停留时间为0.5-1h;二级 反应器内反应温度100-140℃,反应时间1-3h;三级反应器内反应温度为 90-110℃,停留时间10-30min;四级反应器内反应温度50-70℃,反应时间 10-30min。
优选的,一级反应器内反应温度的控制依靠蒸汽源的一次蒸汽间接加热 和/或三级反应器和/或四级反应器释放的二次蒸汽直接加热实现。
优选的,二级反应器内反应温度的维持需要依靠蒸汽源的一次蒸汽间接 加热实现。
优选的,来自三级反应器的冷凝水和/或四级反应器的蒸汽/冷凝水可参 与一级反应器内物料混合。
优选的,所述的污泥碱性热水解处理方法,还包括将四级反应器内完成 反应的物料进入缓冲罐,再输送至固液分离器,分离得到氨基酸钙液体和固 体蛋白基料,并将分离得到的氨基酸钙蛋白液体经浓缩单元浓缩后得到蛋白 浓缩液的步骤。
优选的,所述的污泥热水解处理方法,还包括在污泥进入一级反应器之 前,先在调制罐中对来自污泥储存仓的污泥投加来自药剂仓的水解药剂进行 调制的步骤。
优选的,进入调制罐的污泥和水解药剂的重量比为100:(3-10)。
优选的,水解药剂为氧化钙或氢氧化钙,进入调制罐的污泥的含水率为 76-83%,污泥调制处理后含水率为82-86%。
优选的,污泥调制过程中用的水为三级反应器和/或四级反应器释放的 蒸汽或者冷凝水,和/或为浓缩单元排出的冷凝水。
需要说明的是,污泥是污水处理过程中产生的废弃物,主要由微生物、 微生物氧化残余物以及吸附在污泥表面的其他的不易分解的有机物和无机 物组成。其中微生物包括细菌,真菌,原生动物和后生动物等。微生物的细 胞壁比细胞膜的强度大很多,所以细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。本发 明所述的污泥热水解处理的方法是以提取回收污泥中微生物细胞内的蛋白 质为目的。但蛋白质在碱性浓度过高或者温度较高时易发生美拉德反应且同 时氨基酸之间有可能发生脱水缩合反应。
温度和碱的综合作用可以有效避免以上问题。在不同的温度下,细胞被 破坏的部位不同,在45-65℃时,细胞膜被破坏RNA被破坏。65-90℃时, 细胞壁被破坏。但同时蛋白质会发生变性。
由于污泥中大部分菌体为革兰氏阴性菌,其细胞壁中脂肪的含量较大,
蛋白质的水解反应是吸热反应,高温有利于反应的进行,但当温度过高 时,易发生美拉德反应。美拉德反应的褐变速度受温度影响较大,温度越高, 褐变速度越快,温度每提高10℃,反应速度大约增加3-5倍。
本发明还涉及一种污泥全资源化利用方法,其具体是将如上所述的污泥 碱性热水解处理方法所获得的蛋白浓缩液作为土壤调理剂或钙蛋白液体有 机肥组分利用,将固体蛋白基料作为固体有机钙蛋白基土壤调理剂使用。
优选的,所述固体蛋白基料中:有机质含量为20-40wt%,速效氮含量 为7500-9000mg/kg,速效钾含量为2000-4000mg/kg,速效磷含量为 5-15mg/kg,全钙含量为7-15wt%;所述固体蛋白基料的pH为8.5-10。
相对于现有技术,本发明所述的污泥多级热水解处理装置具有以下优 势:
(1)通过多级反应,可以实现后续余热的阶梯回用,降低能耗约为15%。
(2)通过多级反应,在不同温度条件下,破坏微生物细胞的不同部位, 逐步释放出微生物细胞内的物质,使蛋白质的提取回收率提高10-15%。
(3)通过多级反应,在不同的反应条件下破坏污泥的不同结构,使整 个反应过程在可控范围内。同时通过多级反应,充分利用每级反应器的时间 间隔,可将多个反应器之间形成连续反应过程,减少设备空置率,提高工作 效率从而提高产能。
(4)根据不同污泥的性质,通过多级反应,可精准控制微生物蛋白的 分子链结构及长度,保障能够得到要求范围内的多肽或蛋白。
(5)通过多级反应,随时监控反应过程,可有效选择物料的出料阶段, 保障物料的反应程度,控制提取蛋白的品质。
(6)多级反应结束后,再通过分级降温的方式,使物料逐步冷却,并 去掉物料中的水分(可去除11%左右的水分),可降低后续蒸发浓缩的成本。
(7)通过多级反应,可以灵活控制不同反应阶段的反应温度和停留时 间,以获得对应的产品。例子:当想获取分子量大的产品时可以通过减少后 续高温反应阶段的停留时间和反应温度控制产品质量。反之要生产小分子量 的产品时,可增加后续反应阶段的停留时间和反应温度。便于根据产品质量 调整反应条件。
(8)适用于污泥热水解处理,尤其是污泥碱性热水解处理。
所述污泥碱性热水解处理的方法与上述污泥多级热水解处理装置相对 于现有技术所具有的优势相同,在此不再赘述。
本发明所述污泥碱性热水解处理的方法所获得的蛋白浓缩液及固体基 料作为土壤调理剂,具有以下优势:
1、含有甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、色氨酸、苏氨酸、胱氨酸等16种氨 基酸,每种氨基酸都有其独特的作用,,所以该产品可以同时发挥多种氨基 酸的协同作用,激活植物的免疫系统、激发作物抗逆的潜能;修复植物受损 细胞和土壤微生物菌群,达到系统修复改良土壤,消除土壤障碍的目的。该 产品和尿素、碳铵后其他无机肥料混合使用后,可将作物对无机肥料的吸收 了提高20%,将作物对碳铵的释放的氮元素的吸收周期从20天提升值60天 以上。
2、pH偏碱性,螯合钙含量大于8%。在本方法提取过程中将无机钙离子 与氨基酸,多肽螯合生成氨基酸钙,使无机钙变为有机钙。通过施用效果对 比发现,在水果莲雾上,可以使莲雾中的钙含量从12.5mg/100g,提升至 34.9mg/100g,提升近3倍。从而实现将无机钙变为有机钙被作物吸收,并 最终被人体吸收的效果。
3、施用在镉污染土壤中,使土壤pH值提高,重金属活性减弱,增加土 壤Ca2+浓度,提高Ca2+/Cd2+降低Cd2+浓度,利于重金属钝化和消除其活性。 在湖南长沙县镉大米种植实验中,施用本产品后,大米中的镉含量比未施用 的大米中镉的含量降低了57%,使大米中镉含量满足国家标准。
4、针对酸性土壤的主要障碍因子:低pH值、土壤铝毒、锰毒以及磷、 钾、钙、镁等营养元素的缺失。本产品施用在酸性土壤中,使可以通过碱性 与酸性的中和反应,将酸性土壤的pH值提高0.5-1,产品中的有机螯合钙是 作物生长必须的第四大营养元素,施用后可代换酸性土壤中的Al3+、Mn2+, 降低以上两种离子对作物的危害。在盐碱性土壤中有机钙离子替代钠离子, 被作物吸收,降低钠盐对作物的危害。
附图说明
图1为本发明所述污泥多级热水解处理装置的结构示意图。
附图标记:
1-调制罐;2-缓冲罐;3-固液分离器;4-浓缩单元;5-蒸汽源;6-污泥 储存仓;7-一级反应器;8-二级反应器;9-三级反应器;10-四级反应器; 11-药剂仓。
具体实施方式
除有定义外,以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术 人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂,如无特殊说明, 均为常规生化试剂;所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
污泥多级热水解处理装置,包括调制罐1、至少一个多级反应单元、缓 冲罐2、固液分离器3、浓缩单元4和蒸汽源5。
多级反应单元的数量可以根据需要进行设置,一般选择1-4个,优选为 2-4个。每个多级反应单元均包括依次连通的一级反应器7、二级反应器8、 三级反应器9和四级反应器10;每个多级反应单元中的一级反应器7上均设 有调制污泥入口,该调制污泥入口均通过管线与调制罐1的污泥出口连通, 如果一级反应器7的污泥入口位于顶部,而调制罐1的污泥出口位于底部, 则二者的连通管线上需要安装污泥泵。同一个多级反应单元内,前一级反应 器的污泥出口通过管线连通后一级反应器的污泥入口,例如,如图1所示, 当采用2个多级反应单元时,每一个反应单元中,一级反应器7底部的污泥 出口连通二级反应器8顶部的污泥入口,二级反应器8底部的污泥出口连通 三级反应器9顶部的污泥入口,三级反应器9底部的污泥出口连通四级反应 器10顶部的污泥入口,需要说明的是,相邻两个反应器中,前一个反应器 的污泥出口通过管线与后一个反应器的污泥入口连通,由于污泥是从低位输 送至高位,因此,在没有反应器内压力的作用下,需要在各管线上安装污泥 泵(图中未画出),比如在一级反应器和二级反应器之间的管线上、三级反 应器和四级反应器的管线上安装污泥泵,或者,根据需要,三级反应器和四 级反应器的管线上也可不安装污泥泵。三级反应器9的蒸汽/冷凝水出口和/ 或四级反应器10的蒸汽/冷凝水出口均通过管线连通调制罐1的蒸汽/冷凝 水入口和/或一级反应器7的蒸汽/冷凝水入口;一级反应器7上加热部位的 蒸汽入口和二级反应器8上加热部位的蒸汽入口均连通蒸汽源5的出口。这 里需要解释的是,调制罐的蒸汽/冷凝水入口设在顶部,每个多级反应单元 中的一级反应器7上的蒸汽/冷凝水入口设在顶部,来自同一个多级反应单 元中三级反应器9和/或四级反应器10的蒸汽/冷凝水出口的蒸汽均调制罐 的蒸汽/冷凝水入口和一级反应器的蒸汽/冷凝水入口进入调制罐和一级反 应器,可对调制罐或反应器内直接加热,而一级反应器7上加热部位通常可 以为盘管加热、管壳加热结构形式,设在一级反应器7的外表面,因此其加 热部位的蒸汽入口可通过来自蒸汽源5的蒸汽对一级反应器7内进行间接加 热。一般来说,三级反应器9和四级反应器10的蒸汽/冷凝水出口均设在各 自反应器的顶部,当需要将它们内部的蒸汽经蒸汽/冷凝水入口导入一级反 应器或调制罐时,可通过管线直接通入,而当需要将它们内部的冷凝水经蒸 汽/冷凝水入口导入一级反应器或调制罐时,通常需要在连通管线上安装冷 凝器和提升泵,冷凝器靠近三级反应器或四级反应器,提升泵位于冷凝器和一级反应器或调制罐之间,使用时先将来自三级反应器9和/或四级反应器 10的蒸汽通过冷凝器换热获得冷凝水后,再通过提升泵将冷凝水输送至一级 反应器或调制罐。四级反应器10的污泥出口位于底部,其通过管线依次连 通缓冲罐2、固液分离器3和浓缩单元4,当相邻两个构件的物料从低位向 高位运输时,该管线上需要安装物料运输泵,比如污泥泵等。浓缩单元4蒸 汽入口连通蒸汽源5的出口。
作为本发明一种可选的实施方式,缓冲罐2的数量、固液分离器3的数 量均与多级反应单元的数量相当,浓缩单元4的数量为一个。这样,每一个 多级反应单元中的四级反应器10的污泥出口分别依次连通一个独立设置的 缓冲罐2和固液分离器3,最后统一连通污泥浓缩单元4。
其中,蒸汽源5可以是蒸汽锅炉,也可以是电厂余热蒸汽、垃圾焚烧厂 余热蒸汽等其它余热蒸汽中的一种,但通常会优选蒸汽锅炉。
作为本发明一种可选的实施方式,一级反应器7、二级反应器8采用带 有加热和搅拌功能的化工反应釜。如前所述的一级反应器加热部位,这些反 应器均可采用带有加热管盘或加热管壳且同时带有电机、搅拌轴和搅拌桨的 反应釜,现实当中,这类化工反应釜比较常见,在现有技术中均有市售成品, 故其结构在此不再赘述。
作为本发明一种可选的实施方式,三级反应器9和四级反应器10均采 用闪蒸罐或带有冷却功能的化工反应釜,一般优选闪蒸罐。当采用带有冷却 功能的化工反应釜时,该反应釜可以是釜体外表面带有换热盘管的反应釜, 只是换热盘管里边通入会是冷凝水等低温液体,这种类型的反应釜在现有技 术中可以通过购买市售获得,也可以自己改装实现。
作为本发明一种可选的实施方式,所述固液分离器3为板框压滤机或离 心机,优选为板框压滤机;所述污泥浓缩单元4可以采用膜过滤浓缩设备, 也可以采用蒸发器,还可以采用两者的结合。当采用两者的结合时,可以将 膜过滤浓缩设备和蒸发器串联使用。需要说明的是,现有市售膜过滤浓缩设 备均可采用,比如陶瓷膜过滤器等;蒸发器可以选用市售的多款蒸发器中的 一种,比如多效蒸发器。浓缩单元的冷凝水出口可以分别通过管线连通调制 罐及每个多级反应单元中的一级反应器,具体来说是,为了引入来自浓缩单 元的冷凝水,可以在调制罐和每个多级反应单元的一级反应器上均增设除各 自的蒸汽/冷凝水入口以外的第二冷凝水入口,这样就可以实现浓缩单元的 冷凝水输送的一级反应器和调制罐的目的。
需要说明的,为了给调制罐1提供物料,污泥多级热水解处理装置中还 可以增设药剂仓11和污泥储存仓6。所述药剂仓11的出口与调制罐1的药 剂入口通过管线连通;所述污泥储存仓6的出口与调制罐1的污泥入口通过 管线连通。当药剂或污泥自低位向高位输送至调制罐1时,需要在相应管线 上安装提升泵或螺杆泵,如果是将污泥自低位输送到高位,还可以安装螺旋 输送机。
还需要补充说明的是,所有涉及从低位向高位传输物料的管线上除了安 装有上述泵,还可以安装气压输送设备,比如空气压缩机。
此外,本污泥多级热水解处理装置中,无论是蒸汽管线,还是污泥、药 剂输送管线上均可根据需要安装阀门,以根据需要,对各种物料的走向及通 入量进行适时的调整。
可以利用上述污泥多级热水解处理装置进行污泥碱性热水解处理,具体 的,使用时,将污泥储存在污泥储存仓6内,通过螺杆泵或者螺旋输送机将 污泥输送至调制罐1内,同时将存储在药剂罐11中的水解药剂按照一定比 例(水解药剂与污泥的重量比为100:(3-10)添加到调制罐1内,在调制罐 1内完成污泥的调制,调制后物料含水率在82-86%;物料调制用的水主要来 源于工艺水,包括:三级反应器9、四级反应器10释放的蒸汽或者冷凝水, 浓缩单元4排出的冷凝水。
调制罐1内的物料通过泵送进入一级反应器7内,一台调制罐1可以对 应最多4台一级反应器7。在一级反应器7内物料升温至50-70℃,并停留 0.5-1小时,在该反应器内,首先将污泥絮体及菌胶团破坏。升温用蒸汽源 5产生一次蒸汽,三级反应器9和四级反应器10释放的二次蒸汽。
一级反应器7内的物料泵送进入二级反应器8,在二级反应器8内物料 继续升温至100-140℃,并停留1-3小时,在该反应器内将污泥中微生物细 胞破坏,使蛋白质等胞内物质溶出,并与钙离子发生螯合反应,生产氨基酸 钙,同时改变污泥的性状。
二级反应器8内的物料通过气压输送至三级反应器9。在三级反应器9 内物料温度保持在90-110℃,并停留10-30min,产生的二次蒸汽或冷凝水 回用到调制罐或者一级反应器7内。
三级反应器9内的物料通过压力输送至四级反应器10内。四级反应器 10内物料温度保持在50-70℃,并停留10-30min,产生的二次蒸汽或冷凝水 回用到调制罐1或一级反应器7内。
四级反应器10内完成反应的物料,泵送进入缓冲罐2,再通过气压或泵 送进入缓冲罐2内,再通过泵输送至固液分离器3,分离得到氨基酸钙液体 和固体蛋白基料。
分离得到的氨基酸钙蛋白液体经过浓缩后得到蛋白浓缩液可作为液体 土壤调理剂或者进一步加工为钙蛋白液体有机肥进行资源化利用。分离得到 的固体(也即固体蛋白基)可作为固体有机钙蛋白基土壤调理剂使用。优选 的,所述固体蛋白基料中:有机质含量为20-40wt%,速效氮含量为7500-9000 mg/kg,速效钾含量为2000-4000mg/kg,速效磷含量为5-15mg/kg,全钙含 量为7-15wt%;所述固体蛋白基料的pH为8.5-10。
下面以实施例2和实施例3对污泥碱性热水解的方法进行具体说明。
实施例2
78%含水率的城镇污水处理厂污泥暂存在污泥储存仓6中,通过螺杆泵/ 柱塞泵输送至调制罐1内,水解药剂(氧化钙)(污泥量与水解药剂量质量 比为100:6)从药剂仓11输送至调制罐1内,与来自四级反应器10的工艺 水以及来自蒸汽源5的工艺水调节物料含水率至84%,混合后的物料泵送至 一级反应器7内,通过一次蒸汽(间接加热)及来自三级反应器9的二次蒸 汽(直接通入物料内)加热至60℃,并停留20min;
一级反应器7内的物料泵送进入二级反应器8,二级反应器8通过一次 蒸汽加热(间接加热)升温至120℃,并停留90min,反应结束后通过反应 器内自身压力将物料输送至三级反应器9内,在三级反应器9内物料降温至 100℃,并停留10min;降温时产生的额二次蒸汽直接输送至一级反应器7。 三级反应器9内的物料通过压差输送至四级反应器10内,并降温至60℃, 停留10min。降温产生的二次蒸汽冷凝成水后回用至调制罐1内。四级反应 器10内的物料通过泵送进入缓冲罐2,再通过气压输送至板框压滤机进行固 液分离得到蛋白滤液和固体蛋白基土壤调理剂。蛋白滤液进一步通过多效蒸 发浓缩后得到蛋白浓缩液作为液体土壤调理剂使用。
将本实施例所述的液体土壤调理剂用于在水果莲雾上,通过施用效果对 比发现,在水果莲雾上,可以使莲雾中的钙含量从12.5mg/100g,提升值34.9mg/100g,提升近3倍。从而实现将污泥中的无机钙变为液体土壤调理 剂中的有机钙,再被作物吸收,并最终被人体吸收的效果。
此外,将本实施例所述的液体土壤调理剂和固体有机钙蛋白土壤调理剂 相结合施用在镉污染土壤中,施用量为:固体700-1000kg/亩,液体:20-40kg/ 亩,可将土壤pH值提高0.5-2。将施用本产品土地和未施用本产品土地种植 出的大米进行分析,施用后种植的大米中的镉含量较未施用种植的大米降低 了57%,大米产量增收约5%。
实施例3
80%含水率的城镇污水处理厂污泥暂存在污泥储存仓6中,通过螺杆泵/ 柱塞泵输送至调制罐1内,水解药剂(氢氧化钙)(污泥与水解药剂的质量 比为:100:4)从药剂仓11输送至调制罐1内,与来自三级反应器、四级反 应器10的工艺水以及来自蒸发源的工艺水调节物料含水率至84%,混合后的 物料泵送至一级反应器7内,通过一次蒸汽(间接加热)及来自三级反应器 9的二次蒸汽(直接通入物料内)加热至65℃,并停留30min;
一级反应器7内的物料泵送进入二级反应器8,二级反应器8通过一次 蒸汽加热(间接加热)升温至130℃,并停留120min,反应结束后通过反应 器内自身压力将物料输送至三级反应器9内,在三级反应器9内物料降温至 100℃,并停留20min;降温时产生的二次蒸汽直接输送至一级反应器7。三 级反应器9内的物料通过泵输送至四级反应器10内,并降温至60℃,停留 30min。降温产生的二次蒸汽冷凝成水后回用至调制罐1内。四级反应器10内的物料通过泵送进入缓冲罐2,再通过气压输送至板框压滤机进行固液分 离得到蛋白滤液和固体有机钙蛋白基土壤调理剂。蛋白滤液进一步通过多效 蒸发浓缩后得到蛋白浓缩液作为液体有机钙蛋白肥料使用。
将本方法获得的固体有机钙蛋白土壤调理剂与农业上经常用于改良酸 性土壤的几种产品做对比分析,本产品在各指标方面均有明显的优势,具体 见表1:
表1本实施例获得的固体有机钙蛋白基土壤调理剂和现有常用土壤调理剂碱渣各项指标对比
将本实施例获得的固体有机钙蛋白土壤调理剂与现有常用土壤调理剂 碱渣应用于酸性土壤种植玉米的进行对比试验,固体有机钙蛋白土壤调理剂 和碱渣的使用量均为每亩地800公斤,结果如表2所示:
表2固体有机钙蛋白土壤调理剂与现有常用土壤调理剂碱渣应用于酸性土壤种植玉米对比试验
从表2可以看出,使用本实施例方法获得的固体有机钙蛋白土壤调理剂 后,土壤中速效氮、速效磷、速效钾和交换性钙等均有不同程度的提高,而 土壤中有害的交换性铝盐也有大幅度降低。同时pH值的提高,增加了土壤 中微生物的活性,促进了土壤中养分的分解释放。
使用了本实施例方法所获得的固体有机钙蛋白土壤调理剂与现有常用 土壤调理剂碱渣后,上述酸性土壤种植的玉米在种植收获期调查对照结果见 表3:
表3固体有机钙蛋白土壤调理剂与碱渣应用于酸性土壤种植玉米在种植收获期调查对照
从表3可以看出,使用了本实施例的方法所获得的固体有机钙蛋白土壤 调理剂调理后,上述酸性土壤种植的玉米在种植收获期无论是株高、穗长、 穗粗方面,还是在百粒重、产量还是增产比方面,均优于现有的碱渣土壤调 理剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本 发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.污泥多级热水解处理装置,其特征在于:包括调制罐、至少一个多级反应单元、缓冲罐、固液分离器、浓缩单元和蒸汽源;
每个多级反应单元均包括依次连通的一级反应器、二级反应器、三级反应器和四级反应器;每个一级反应器上均设有调制污泥入口,该调制污泥入口均与调制罐的污泥出口连通;同一个多级反应单元内,前一级反应器的污泥出口连通后一级反应器的污泥入口;三级反应器的蒸汽/冷凝水出口和/或四级反应器的蒸汽/冷凝水出口连通调制罐的蒸汽/冷凝水入口和/或一级反应器的蒸汽/冷凝水入口;一级反应器上加热部位的蒸汽入口和二级反应器上加热部位的蒸汽入口均连通蒸汽源的出口;四级反应器的污泥出口依次连通缓冲罐、固液分离器和浓缩单元;浓缩单元蒸汽入口连通蒸汽源的出口。
2.根据权利要求1所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:缓冲罐的数量、固液分离器的数量均与多级反应单元的数量相当,浓缩单元的数量为一个;每一个多级反应单元中的四级反应器的污泥出口分别依次连通一个独立设置的缓冲罐和固液分离器。
3.根据权利要求1或2所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:多级反应单元的数量为2-4个;
和/或,蒸汽源为蒸汽锅炉、电厂余热蒸汽、垃圾焚烧厂余热蒸汽中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:一级反应器、二级反应器均采用带有加热和搅拌功能的化工反应釜;三级反应器和四级反应器均采用闪蒸罐或带有冷却功能的化工反应釜。
5.根据权利要求1或2所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:还包括药剂仓和污泥储存仓;所述药剂仓的出口与调制罐的药剂入口连通;所述污泥储存仓的出口与调制罐的污泥入口连通。
6.根据权利要求5所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:所述固液分离器为板框压滤机或离心机;所述浓缩单元为膜过滤浓缩设备或/和蒸发器;
和/或,浓缩单元的冷凝水出口连通调制罐及每个多级反应单元中的一级反应器。
7.根据权利要求1所述的污泥多级热水解处理装置,其特征在于:所有涉及从低位向高位传输物料的管线上均安装有泵或气压输送设备;
和/或,当需要将冷凝水从三级反应器蒸汽/冷凝水出口和/或四级蒸发器的蒸汽/冷凝水出口进管线输送至一级反应器的蒸汽/冷凝水出口和/或调制罐的蒸汽/冷凝水出口时,该管线上安装有冷凝器和提升泵;所述冷凝器靠近三级反应器或四级反应器设置,提升泵位于冷凝器和一级反应器或调制罐之间。
8.一种采用如权利要求1至7任意一项所述的污泥多级热水解处理装置进行污泥碱性热水解处理的方法,其特征在于:包括对依次进入每个多级反应单元的一级反应器、二级反应器、三级反应器和四级反应器中的污泥控制不同的反应温度和停留时间进行处理的步骤;
优选的,一级反应器内反应温度为50-70℃,停留时间为0.5-1h;二级反应器内反应温度100-140℃,反应时间1-3h;三级反应器内反应温度为90-110℃,停留时间10-30min;四级反应器内反应温度50-70℃,反应时间10-30min;
优选的,一级反应器内反应温度的控制依靠蒸汽源的一次蒸汽间接加热和/或三级反应器和/或四级反应器释放的二次蒸汽直接加热实现;
优选的,二级反应器内反应温度的维持需要依靠蒸汽源的一次蒸汽间接加热实现;
优选的,来自三级反应器的冷凝水和/或四级反应器的蒸汽/冷凝水可参与一级反应器内物料混合。
9.根据权利要求8所述的污泥碱性热水解处理方法,其特征在于:还包括将四级反应器内完成反应的物料进入缓冲罐,再输送至固液分离器,分离得到氨基酸钙液体和固体蛋白基料,并将分离得到的氨基酸钙蛋白液体经浓缩单元浓缩后得到蛋白浓缩液的步骤;
和/或,还包括在污泥进入一级反应器之前,先在调制罐中对来自污泥储存仓的污泥投加来自药剂仓的水解药剂进行调制的步骤;
优选的,进入调制罐的污泥和水解药剂的重量比为100:(3-10);
优选的,水解药剂为氧化钙或氢氧化钙,进入调制罐的污泥的含水率为76-83%,污泥调制处理后含水率为82-86%;
优选的,污泥调制过程中用的水为三级反应器和/或四级反应器释放的蒸汽或者冷凝水,和/或浓缩单元排出的冷凝水。
10.一种污泥全资源化利用方法,其特征在于:将如权利要求9所述的污泥碱性热水解处理方法所获得的蛋白浓缩液作为土壤调理剂或钙蛋白液体有机肥组分利用,将固体蛋白基料作为固体有机钙蛋白土壤调理剂使用;
优选的,所述固体有机钙蛋白土壤调理剂中:有机质含量为20-40wt%,速效氮含量为7500-9000mg/kg,速效钾含量为2000-4000mg/kg,速效磷含量为5-15mg/kg,全钙含量为7-15wt%;所述固体蛋白基料的pH为8.5-10。
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CN112723945A (zh) * 2021-01-27 2021-04-30 河南心连心化学工业集团股份有限公司 一种促进果蔬发根壮苗的腐植酸水溶肥、制备方法及应用
CN112759229A (zh) * 2021-01-18 2021-05-07 轻工业环境保护研究所 一种物料混合的梯级换热热水解反应装置及运行方法

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