CN111718095A - 一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺，本系统包括污泥处理装置，烟气处理装置，热解气净化装置，供热装置，鼓风机，换热器和混风罐，湿污泥经竖式压滤机压榨、内加热回转干燥窑烘干后，送入立式热解机内热解碳化；除污泥基生物炭产物输出系统外，产物热解气进入喷淋塔进行分离、净化，净化后的可燃气全部送入燃烧器中作为回用热源，净化分离出的重组分与污泥混拌进行二次热解，整个系统产生的多余烟气经处理后达标排放，本系统通过化学反应改变了污泥的性质，达到了污泥最终处理要求，具有生产工艺简单、产出物状态稳定、无二次污染等优点，实现了污泥处理的减量化、稳定化、无害化、资源化要求，符合污泥处置“四化”原则。

Description

一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺

技术领域

本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺。

背景技术

市政污泥作为污水处理的副产品，可以说是污水处理的最后一公里。但一直以来，由于价费机制、技术、上下游管理等因素，致使污泥处理处置成为目前环境产业较为突出的问题领域之一，“重水轻泥”的现象普遍存在，污泥缺乏规范有效的处理。2015年“水十条”发布，明确推进污泥处理处置，规定污水处理设施产生的污泥应进行减量化、稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。

污泥一般来自废水处理系统中初沉池、二沉池以及深度处理构筑物底部的残留物。污泥的主要结构为复杂的絮状体，主要由大量微生物、有机物、无机物絮凝聚合形成的菌胶团组成。这就导致污泥不仅具有较高的含水量，还包含大量的有机物。污泥中的水分包括间隙水、吸附水、毛细水和内部水。虽然污泥经脱水后，大部分间隙水和毛细水可被去除，但是污泥中细胞的吸附水与内部水较难去除，因此脱水污泥含水率仍然较高(一般为78-82％)。污泥中的有机物大都来自菌胶团吸附的未经微生物处理的有机物，以及微生物的胞内有机物。其中碳水化合物含量较高，而蛋白质、脂肪等物质的含量相对较低；此外污泥中还含有大量可被植物利用的营养元素，如氮、磷、钾等，这都将是污泥处理的限制性因素，使传统的污泥处理方法受到挑战，已经无法满足环境要求。同时，污泥处理处置的投资和运行费较高，如处置不当，将造成“二次污染”，这已成为环境保护领域难题，备受关注。

近几年来，新兴的污泥处理技术快速发展，其中热化学处理技术在产热、发电、生产可再生燃料和环保材料等方面均体现出其独特的优势，同时在减少温室气体排放和缓解气候变化等环境问题上也具有重要意义。热化学处理是利用高温将固体物质中的有机成分转化成不同形式的高品位能源和产品的过程，主要包括热解技术、水热技术、气化技术。其中，热解技术根据加热温度不同主要分为慢速热解、常规热解、快速热解等，是指在没有氧或氧化剂存在的情况下(理论上在惰性气氛中进行)，将热解原料加热至500-1000℃所进行的热化学反应。热解过程极为复杂，包括热量传递、物质扩散等物理过程，以及许多平行发生的化学反应，如分子内(间)脱水、大分子裂化、分子异构化、脱氢、芳构化、焦化、冷凝和官能团重排等。热解反应最终生成污泥基生物炭、焦油、水蒸气和可燃性气体(热解气)，各产物的产量和成分受诸多因素的影响，如热解温度、升温速率和停留时间等。由于热解技术不同其热解产物有差异，但共同之处均是将原料致密化，获得更稳定和更清洁的能量载体，并减少了储存空间和运输成本。污泥热解则因能促进其资源化而成为近年研究的热点。由于目前市政污泥的传统处理方法仍存在诸多缺陷：如易造成二次污染，对环境影响大，运行成本高等，因此，针对污泥热解处理关键技术，亟需开发一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺以解决上述技术问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺，在密闭微正压、绝氧燃烧的条件下通过化学反应改变污泥的性质，从而实现市政污泥的资源化利用及“以废治废”的循环发展，使得运行费用大为降低并得到控制，减少外接能源，避免传统污泥处理方法对环境的二次污染，产生的烟气和热解气通过烟气处理装置和热解气净化装置处理后回用系统，符合污泥处置减量化、稳定化、无害化、资源化的“四化”原则，应用前景广阔，有利于推广应用。

为了实现上述目的，本发明提供的一种市政污泥热解碳化处理系统，包括污泥处理装置，烟气处理装置，热解气净化装置，供热装置，鼓风机Ⅰ，换热器和混风罐；

所述污泥处理装置包括柱塞泵及传送装置，储料仓Ⅰ，竖式压滤机，粉碎机，螺旋给料机，一级内加热回转干燥窑，二级内加热回转干燥窑，储料仓Ⅱ，螺旋输送机，进料密封机Ⅰ，一级立式热解机，出料密封机Ⅰ，进料密封机Ⅱ，二级立式热解机和出料密封机Ⅱ，按照上述顺序将出料口与进料口依次连接形成污泥流通管路；

所述烟气处理装置包括一级旋风除尘器，二级旋风除尘器和洗涤塔，所述一级内加热回转干燥窑，二级内加热回转干燥窑，一级旋风除尘器，二级旋风除尘器，鼓风机Ⅰ、混风罐之间形成烟气回用管路，所述鼓风机Ⅰ的烟气出口还通过换热器与洗涤塔连接，由洗涤塔将多余废气排放；

所述热解气净化装置包括泄压水箱和喷淋塔，所述一级立式热解机，二级立式热解机，喷淋塔，燃烧器的热解气出口与热解气进口依次连接形成热解气回用管路，所述二级立式热解机的热解气出口还与泄压水箱连接；

所述供热装置包括燃烧器，热风炉和鼓风机Ⅱ，所述燃烧器，热风炉，一级立式热解机，二级立式热解机，混风罐的热风出口与热风进口依次连接形成热风回用管路，所述换热器的热风出口通过鼓风机Ⅱ与热风炉连接。

优选地，还包括生物质仓，其内容物为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，所述生物质仓的出料口与螺旋输送机连接。

优选地，所述一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑的内部设有滚筒，所述滚筒转速在2-10r/min区间可变频调节，所述滚筒内设有打碎装置，所述滚筒外设有保温层，所述打碎装置包括打碎轴和若干沿滚筒长度方向设置于打碎轴上的螺旋叶片，所述打碎轴的转速可变频调节。

优选地，所述一级立式热解机和二级立式热解机均为外加热式，其反应釜外部设有供热装置，通过燃烧器提供热风对反应釜加温，维持反应釜内温度，外加燃烧器使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器配风燃烧。

优选地，所述一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑内均为微负压环境。

优选地，所述一级立式热解机和二级立式热解机内均为绝氧、微正压环境。

一种市政污泥热解碳化处理工艺，包括以下工序：

S1：减量工序，利用柱塞泵及传送装置将湿污泥送至竖式压滤机中进行挤压脱水，脱水后的污泥进入储料仓Ⅰ中储存；

S2：干燥工序，储料仓Ⅰ中的污泥经粉碎机破碎后，通过螺旋给料机依次进入一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为130-250℃，干燥后的污泥进入储料仓Ⅱ中储存，一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑内均为微负压环境，其使用的加热气体由热风炉经一级立式热解机和二级立式热解机使用后与回用烟气经混风罐混合降温后提供；

S3：热解碳化工序，储料仓Ⅱ中的污泥通过螺旋输送机、进料密封机Ⅰ进入一级立式热解机内进行一级热解碳化，一级热解碳化后的污泥通过出料密封机Ⅰ、进料密封机Ⅱ进入二级立式热解机内进行二级热解碳化，热解碳化温度为500-800℃，一级立式热解机和二级立式热解机内均为绝氧、微正压环境，且均为外加热式，由反应釜外部的供热装置进行供热，通过燃烧器提供热风对反应釜加温，以维持反应釜内温度，外加燃烧器使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器配风燃烧；

S4：尾气处理工序，包括烟气处理工序和热解气净化工序；

烟气处理工序：一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑所产生的烟气进入一级旋风除尘器、二级旋风除尘器除尘干燥后，不凝气经过鼓风机Ⅰ返回作为配风送入混风罐，降温后的气体回用给一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑重复利用，多余的气体送入换热器中降温去除水蒸气再经洗涤塔常规处理后达标排放，水蒸气冷凝后收集排入污水处理厂前端处理，对环境不产生污染；

热解气净化工序：热解碳化工序中产生的气态产物经过喷淋塔去除大部分焦油及灰尘后，气体输送至供热装置的燃烧器进行二次烧蚀后全部回用，气态产物中分离出的重组分将被收集回收，与污泥混拌进行二次热解。

优选地，在热解碳化工序中，由生物质仓向螺旋输送机中添加混拌廉价的生物质，所述生物质可以为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，其添加量为污泥重量的0-10％。

优选地，所述二级立式热解机内最终生成稳定的固态产物污泥基生物炭混合物，污泥中的重金属被烧结在其中，通过出料密封机Ⅱ排出反应釜，经冷却后收集排出系统外，可作为生物炭产品外销。

优选地，所述竖式压滤机的出泥含水率≤60％，所述一级内加热回转干燥窑的出泥含水率≤30％，所述二级内加热回转干燥窑的出泥含水率≤20％。

本发明提供的一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺，具有如下有益效果。

本系统采用竖式压滤机将含水率约为80％的污泥挤压脱水形成含水率≤60％的泥饼，而后送至一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑中进行干燥，形成含水率≤20％的物料，最终通过一级立式热解机和二级立式热解机热解，经热解后可以将1吨80％的污泥最终得到170-180公斤含水率3％左右性质稳定的炭渣，不仅满足了“四化”要求，而且还将污泥变废为宝，同时，还具有固化重金属、高能量利用率和低能量损失等特点，效率高，造价低，是当之无愧的节能环保系统。本系统具有以下特点：

(1)通过两台立式热解机联用进行二次裂解，减少了焦油量，增加了热解气产量，提高了热解气热值。

(2)通过在湿污泥中添加廉价的秸秆、谷壳、木屑等生物质，降低了污泥含水率、提高了进料物料的热值，提高了热解气的产量，降低了外供燃料的消耗，大幅度降低了运行成本。

(3)通过热能综合利用，实现循环经济，进一步降低运行成本。

(4)干燥工序和热解碳化工序采用分离的水蒸汽和热解气通道，具有以下优势：

1)热解气中水蒸汽含量低，热值高，可直接回收利用；

2)水蒸汽不进入高温热解碳化工序，而是在干燥工序提前分离，分离温度低，降低了热解碳化工序的能源消耗；

3)水蒸汽在干燥工序低温排出，不含焦油，避免了环境污染；

4)干燥工序排出的过热水蒸汽可以向外供热。

(5)污泥在封闭的设备中完成干燥、热解碳化过程，产生的不凝气和热解气通过微正压送入燃烧系统中燃烧，环境友好。

附图说明

图1为本发明提供的一种市政污泥热解碳化处理系统的结构示意图。

图中：

1.柱塞泵及传送装置 2.竖式压滤机 3.储料仓Ⅰ 4.粉碎机 5.螺旋给料机 6.一级内加热回转干燥窑 7.二级内加热回转干燥窑 8.储料仓Ⅱ 9.生物质仓 10.螺旋输送机11.进料密封机Ⅰ 12.出料密封机Ⅰ 13.一级立式热解机 14.二级立式热解机 15.混风罐16.换热器 17.供热装置 18.烟气处理装置 19.热解气净化装置 20.鼓风机Ⅰ 21.二级旋风除尘器 22.一级旋风除尘器 23.洗涤塔 24.燃烧器 25.热风炉 26.鼓风机Ⅱ 27.喷淋塔 28.泄压水箱 29.进料密封机Ⅱ 30.出料密封机Ⅱ。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如图1所示，为本发明提供的一种市政污泥热解碳化处理系统的结构示意图。该市政污泥热解碳化处理系统包括污泥处理装置，烟气处理装置18，热解气净化装置19，供热装置17，鼓风机Ⅰ20，换热器16和混风罐15；

所述污泥处理装置包括柱塞泵及传送装置1，储料仓Ⅰ3，竖式压滤机2，粉碎机4，螺旋给料机5，一级内加热回转干燥窑6，二级内加热回转干燥窑7，储料仓Ⅱ8，螺旋输送机10，进料密封机Ⅰ11，一级立式热解机13，出料密封机Ⅰ12，进料密封机Ⅱ29，二级立式热解机14和出料密封机Ⅱ30，按照上述顺序将出料口与进料口依次连接形成污泥流通管路；

所述烟气处理装置18包括一级旋风除尘器22，二级旋风除尘器21和洗涤塔23，所述一级内加热回转干燥窑6，二级内加热回转干燥窑7，一级旋风除尘器22，二级旋风除尘器21，鼓风机Ⅰ20、混风罐15之间形成烟气回用管路，所述鼓风机Ⅰ20的烟气出口还通过换热器16与洗涤塔23连接，由洗涤塔23将多余废气排放；

所述热解气净化装置19包括泄压水箱28和喷淋塔27，所述一级立式热解机13，二级立式热解机14，喷淋塔27，燃烧器24的热解气出口与热解气进口依次连接形成热解气回用管路，所述二级立式热解机14的热解气出口还与泄压水箱28连接；

所述供热装置17包括燃烧器24，热风炉25和鼓风机Ⅱ26，所述燃烧器24，热风炉25，一级立式热解机13，二级立式热解机14，混风罐15的热风出口与热风进口依次连接形成热风回用管路，所述换热器16的热风出口通过鼓风机Ⅱ26与热风炉25连接。

优选地，还包括生物质仓9，其内容物为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，所述生物质仓9的出料口与螺旋输送机10连接。所述一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7的内部设有滚筒，所述滚筒转速在2-10r/min区间可变频调节，所述滚筒内设有打碎装置，所述滚筒外设有保温层。所述打碎装置包括打碎轴和若干沿滚筒长度方向设置于打碎轴上的螺旋叶片，所述打碎轴的转速可变频调节。所述一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7内均为微负压环境，以防止粉尘、异味外泄。所述一级立式热解机13和二级立式热解机14内均为绝氧、微正压环境，且均为外加热式，其反应釜外部设有供热装置17，通过燃烧器24提供热风对反应釜加温，维持反应釜内温度，外加燃烧器24使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器24配风燃烧。

本发明还提供了一种市政污泥热解碳化处理工艺，包括以下工序：

S1：减量工序，利用柱塞泵及传送装置1将湿污泥送至竖式压滤机2中进行挤压脱水，脱水后的污泥进入储料仓Ⅰ3中储存；

S2：干燥工序，储料仓Ⅰ3中的污泥经粉碎机4破碎后，通过螺旋给料机5依次进入一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7中进行干燥处理，干燥温度为130-250℃，干燥后的污泥进入储料仓Ⅱ8中储存，一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7内均为微负压环境，其使用的加热气体由热风炉25经一级立式热解机13和二级立式热解机14使用后与回用烟气经混风罐15混合降温后提供；

S3：热解碳化工序，储料仓Ⅱ8中的污泥通过螺旋输送机10、进料密封机Ⅰ11进入一级立式热解机13内进行一级热解碳化，一级热解碳化后的污泥通过出料密封机Ⅰ12、进料密封机Ⅱ29进入二级立式热解机14内进行二级热解碳化，热解碳化温度为500-800℃，一级立式热解机13和二级立式热解机14内均为绝氧、微正压环境，且均为外加热式，由反应釜外部的供热装置17进行供热，通过燃烧器24提供热风对反应釜加温，以维持反应釜内温度，外加燃烧器24使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器24配风燃烧；

S4：尾气处理工序，包括烟气处理工序和热解气净化工序；

烟气处理工序：一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7所产生的烟气进入一级旋风除尘器22、二级旋风除尘器21除尘干燥后，不凝气经过鼓风机Ⅰ20返回作为配风送入混风罐15，降温后的气体回用给一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7重复利用，多余的气体送入换热器16中降温去除水蒸气再经洗涤塔23常规处理后达标排放，水蒸气冷凝后收集排入污水处理厂前端处理，对环境不产生污染；

热解气净化工序：热解碳化工序中产生的气态产物经过喷淋塔27去除大部分焦油及灰尘后，气体输送至供热装置17的燃烧器24进行二次烧蚀后全部回用，气态产物中分离出的重组分将被收集回收，与污泥混拌进行二次热解。

优选地，在热解碳化工序中，由生物质仓9向螺旋输送机10中添加混拌廉价的生物质，所述生物质可以为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，其添加量为污泥重量的0-10％。所述二级立式热解机14内最终生成稳定的固态产物污泥基生物炭混合物，污泥中的重金属被烧结在其中，通过出料密封机Ⅱ30排出反应釜，经冷却后收集排出系统外，可作为生物炭产品外销。所述竖式压滤机2的出泥含水率≤60％，所述一级内加热回转干燥窑6的出泥含水率≤30％，所述二级内加热回转干燥窑7的出泥含水率≤20％。

实施例：

实施地点为北方某市政污水处理厂内，核心工序(从干燥工序计起)设计进泥量为25吨/天污泥(含水率60％污泥计)，年处理含水率60％市政污泥量约8000吨。本实施例中，竖式压滤机2出泥含水率≤60％，立式热解机进泥含水率≤20％，干燥温度为130-250℃，热解碳化温度为500-800℃，内加热回转干燥窑内呈微负压，立式热解机内绝氧、微正压。

工艺流程为：

含水率约为80％的污泥经柱塞泵送至污泥减量车间，污泥减量处理采用新型竖式压滤机2将污泥挤压脱水形成含水率≤60％的泥饼，而后送至干燥工序。污泥干燥工序由两台串联使用的带打碎装置的内加热回转干燥窑，以及配套的烟气处理装置18、烟气回用管路构成。通过两级深度干燥装置将含水率≤60％的污泥干燥至含水率≤20％，后进入热解碳化工序。污泥热解碳化工序由两台串联使用的立式热解机，以及配套的供热装置17、进(出)料密封机、热解气净化装置19、热解气回用管路构成。传统卧室热解机填充率低(填充率小于25％)，导致单机设备体量大，造价高；而立式热解机填充率大于65％，生产成本相比卧室热解机降低一半。同时，还解决了由于卧室热解机物料堆积在料仓下方，导致料仓在圆周方向受热不均匀，热变形易为椭圆形，从而导致抄板剐蹭筒壁或抄板与筒壁间隙过大的问题。

在减量工序中，经过浓缩的污泥与一定浓度的铁盐絮凝剂进行充分混拌，所述铁盐添加量约为污泥重量的5％。污泥中的微小固体颗粒聚凝成体积较大的絮状团块，同时分离出部分自由水，絮凝后的污泥被输送到浓缩重力脱水的滤带上，在重力的作用下自由水被分离，形成不流动状态的污泥，然后送往脱水转盘预压区(第一格)，污泥首先被夹持在折叠滤布中间进行预压，后经过脱水转盘低压区(第二格)和高压区(第三格)由小到大的垂直压力作用下，逐步挤压污泥，以达到最大程度的泥、水分离，最后在第四格以滤饼形式排出。在排出过程中由于重力跌落，泥饼破碎形成15-40mm左右小团块，然后送至储料仓Ⅰ3中。

在干燥工序中，内加热回转干燥窑两级串联、上下放置，螺旋给料机5按照设定进料速率将污泥推入一级内加热回转干燥窑6内，经过一级干燥后，其出料进入二级内加热回转干燥窑7内进行二级干燥。具体干燥过程为：污泥在一级内加热回转干燥窑6和二级内加热回转干燥窑7内不停翻转，通过炉壁被热烟气加热，与热烟气接触去除水分；最终经二级内加热回转干燥窑7的下出料口将含水率≤20％的烘干混合产物输送至储料仓Ⅱ8中储存。整个干燥过程是在密闭的环境下进行，干燥温度为130-250℃，干燥时间为45-60min。

在热解碳化工序中，储料仓Ⅱ8中的污泥通过螺旋输送机10、进料密封机Ⅰ11进入一级立式热解机13内进行一级热解碳化。螺旋输送机10具有输送、密封、均化、搅拌作用，可以把黏性小的粉状、粒状及小颗粒含水率≤20％的烘干混合产物从储料仓Ⅱ8中均匀地输送至螺旋输送机10内。生物质仓9用来储存生物质，在输送过程中，同时向螺旋输送机10中添加混拌廉价的秸秆、谷壳、木屑或煤粉等生物质，其添加量为粉碎后污泥重量的0-10％。储料仓Ⅱ8的设置不仅可以用来储存干燥后的污泥，还可以对污泥进入一级立式热解机13之前起到一个缓冲和料封的作用。进(出)料密封机的设置，一是用来输入或输出污泥，二是起到密封的作用，以防止空气进入反应釜，影响热解反应。使用时，将半干污泥送入进料密封机或出料密封机的料斗内，其在外力作用下持续旋转，在转筒的顶部增加螺旋抓手，通过螺旋转速可控制进料速度，不停地将污泥抓进(出)旋转转筒内，进而实现强迫进(出)料，改善了进(出)料能力。

热解碳化工序包括两台串联立式热解机，其保温层与中轴之间设置有热解碳化反应釜导热腔，热解碳化反应釜导热腔上连接有燃烧器24。半干污泥在一级立式热解机13的反应釜内经中轴在高温隔氧状态下，搅拌后均匀受热升温发生热解碳化，产生热解气、焦油、碳渣，全部进入二级立式热解机14中，污泥进行二次裂解。热解过程中，污泥中的有机成分在高温隔氧状态下生成高温气体(热解气、少量水蒸气)，通过热解气净化装置19处理后，经热解气回用管路送入供热装置17，与辅助燃料(液化石油气、天然气或生物质等)混合燃烧，燃烧产生的高温气体用于加热立式热解机，为立式热解机提供热源。所述供热装置17中的燃烧器24是一种与热风炉25一同使用的组合式燃烧器。它可以单独使用天然气或热解气，也可以同时使用天然气和热解气：装置升温时用天然气；加料后有热解气产生后，天然气和热解气同时使用；或当热解气够量时，关闭天然气，单独使用热解气。所述供热装置17中的热风炉25用来烧蚀装置中产生的有害气体，同时将产生的热量直接供给立式热解机使用，消除污染，节省能源。

本实施例阶段性运行表明：本工艺系统热效率≥70％，污泥减量化≥80％(以含水率80％计)，100％实现资源化。

本工艺实施例中产生的二次污染物为废水、废气：(1)废气为干燥工序内排出的多余烟气，经除尘、冷却、洗涤后等工艺处理后达标排放。达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)中的相关指标要求。(2)废水主要为干燥工序的水蒸气冷凝水和废气处理过程产生的喷淋废水，冷凝水和喷淋水中pH、COD、悬浮物、动植物油、氨氮及各重金属检测浓度均满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的三级标准要求，其水质满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)中的相关指标要求，排入污水处理厂的前端处理。

本工艺解决的技术问题是：针对污泥脱水是污泥处理的瓶颈问题，提供一种能实现污泥处理的液相、气相、固相的三相相对分离，析出三相物的处理过程无害化的市政污泥热解处理成套工艺，以克服市政污泥传统处理方法易造成二次污染的缺陷。热解碳化一方面能改善污泥的脱水性能，另一方面，污泥热解方法可以制得有利用价值的气体和固体(具有较高芳香结构和介孔结构的生物炭材料)，操作系统封闭，无污染气体排放，几乎所有的重金属被固定在固体剩余物中，对环境影响小，运行成本低。值得注意的是，由于本工艺在污泥减量前使用含水率80％的污泥，因此，污水厂在进行改建时不会造成原有设备(例如带式浓缩压滤机)的浪费。

本工艺实施例与传统的污泥处理方法相比，真正实现了污泥的“减量化、稳定化、无害化、资源化”，解决了环境安全性等难题，具有如下优点和积极效果：

(1)减量化：每10吨污泥(含水率80％计)经碳化可减量为1.7～1.8吨污泥基生物炭；

(2)稳定化：热解最终产品污泥基生物炭几乎不含可降解的有机物，彻底实现了稳定化；

(3)无害化：由于污泥在完全封闭的设备中隔氧完成热解碳化，重金属被高温固化，最大程度避免了对环境的二次污染。经本工艺处理的污泥固体产物(污泥基生物炭)，重金属浸出性较原污泥有明显降低，毒性浸出检测结果表明：镍未检出，铅检测值为14.1mg/kg、镉检测值为0.41mg/kg、铬检测值为10.3mg/kg，铜检测值为106mg/kg，砷检测值为12.4mg/kg，锌检测值为678mg/kg，其污染物指标均满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)要求；

(4)资源化：污泥本身系有机物的组合，经过无害化处理后产生的生物质能源及生物炭产品可销售给园林绿化、园艺等单位，作为园林绿化基肥原料、土壤改良材料，用于园林绿化、苗圃栽培，实现市政污泥的资源化利用；

(5)经济性：热解碳化法处理污泥是在全封闭状态下进行，热损失小，耗能低；

(6)可控性：热解工艺应用于污水处理厂内对污泥进行处理，政府及污水处理厂对污泥处理的全过程具有可控能力。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，包括污泥处理装置，烟气处理装置，热解气净化装置，供热装置，鼓风机Ⅰ，换热器和混风罐；

所述污泥处理装置包括柱塞泵及传送装置，储料仓Ⅰ，竖式压滤机，粉碎机，螺旋给料机，一级内加热回转干燥窑，二级内加热回转干燥窑，储料仓Ⅱ，螺旋输送机，进料密封机Ⅰ，一级立式热解机，出料密封机Ⅰ，进料密封机Ⅱ，二级立式热解机和出料密封机Ⅱ，按照上述顺序将出料口与进料口依次连接形成污泥流通管路；

所述烟气处理装置包括一级旋风除尘器，二级旋风除尘器和洗涤塔，所述一级内加热回转干燥窑，二级内加热回转干燥窑，一级旋风除尘器，二级旋风除尘器，鼓风机Ⅰ、混风罐之间形成烟气回用管路，所述鼓风机Ⅰ的烟气出口还通过换热器与洗涤塔连接，由洗涤塔将多余废气排放；

所述热解气净化装置包括泄压水箱和喷淋塔，所述一级立式热解机，二级立式热解机，喷淋塔，燃烧器的热解气出口与热解气进口依次连接形成热解气回用管路，所述二级立式热解机的热解气出口还与泄压水箱连接；

所述供热装置包括燃烧器，热风炉和鼓风机Ⅱ，所述燃烧器，热风炉，一级立式热解机，二级立式热解机，混风罐的热风出口与热风进口依次连接形成热风回用管路，所述换热器的热风出口通过鼓风机Ⅱ与热风炉连接。

2.根据权利要求1所述的一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，还包括生物质仓，其内容物为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，所述生物质仓的出料口与螺旋输送机连接。

3.根据权利要求2所述的一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，所述一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑的内部设有滚筒，所述滚筒转速在2-10r/min区间可变频调节，所述滚筒内设有打碎装置，所述滚筒外设有保温层，所述打碎装置包括打碎轴和若干沿滚筒长度方向设置于打碎轴上的螺旋叶片，所述打碎轴的转速可变频调节。

4.根据权利要求3所述的一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，所述一级立式热解机和二级立式热解机均为外加热式，其反应釜外部设有供热装置，通过热风对反应釜加温，维持反应釜内温度，外加燃烧器使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器配风燃烧。

5.根据权利要求4所述的一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，所述一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑内均为微负压环境。

6.根据权利要求5所述的一种市政污泥热解碳化处理系统，其特征在于，所述一级立式热解机和二级立式热解机内均为绝氧、微正压环境。

7.一种市政污泥热解碳化处理工艺，其特征在于，包括以下工序：

S1：减量工序，利用柱塞泵及传送装置将湿污泥送至竖式压滤机中进行挤压脱水，脱水后的污泥进入储料仓Ⅰ中储存；

S2：干燥工序，储料仓Ⅰ中的污泥经粉碎机破碎后，通过螺旋给料机依次进入一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为130-250℃，干燥后的污泥进入储料仓Ⅱ中储存，一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑内均为微负压环境，其使用的加热气体由热风炉经一级立式热解机和二级立式热解机使用后与回用烟气经混风罐混合降温后提供；

S3：热解碳化工序，储料仓Ⅱ中的污泥通过螺旋输送机、进料密封机Ⅰ进入一级立式热解机内进行一级热解碳化，一级热解碳化后的污泥通过出料密封机Ⅰ、进料密封机Ⅱ进入二级立式热解机内进行二级热解碳化，热解碳化温度为500-800℃，一级立式热解机和二级立式热解机内均为绝氧、微正压环境，且均为外加热式，由反应釜外部的供热装置进行供热，通过热风对反应釜加温，以维持反应釜内温度，外加燃烧器使用天然气作为燃料，天然气经减压装置减压后，经燃烧器配风燃烧；

S4：尾气处理工序，包括烟气处理工序和热解气净化工序；

烟气处理工序：一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑所产生的烟气进入一级旋风除尘器、二级旋风除尘器除尘干燥后，不凝气经过鼓风机Ⅰ返回作为配风送入混风罐，降温后的气体回用给一级内加热回转干燥窑和二级内加热回转干燥窑重复利用，多余的气体送入换热器中降温去除水蒸气再经洗涤塔常规处理后达标排放，水蒸气冷凝后收集排入污水处理厂前端处理，对环境不产生污染；

热解气净化工序：热解碳化工序中产生的气态产物经过喷淋塔去除大部分焦油及灰尘后，气体输送至供热装置的燃烧器进行二次烧蚀后全部回用，气态产物中分离出的重组分将被收集回收，与污泥混拌进行二次热解。

8.根据权利要求7所述的一种市政污泥热解碳化处理工艺，其特征在于，在热解碳化工序中，由生物质仓向螺旋输送机中添加混拌廉价的生物质，所述生物质可以为秸秆、谷壳、木屑或煤粉，其添加量为污泥重量的0-10％。

9.根据权利要求8所述的一种市政污泥热解碳化处理工艺，其特征在于，所述二级立式热解机内最终生成稳定的固态产物污泥基生物炭混合物，污泥中的重金属被烧结在其中，通过出料密封机Ⅱ排出反应釜，经冷却后收集排出系统外，可作为生物炭产品外销。

10.根据权利要求9所述的一种市政污泥热解碳化处理工艺，其特征在于，所述竖式压滤机的出泥含水率≤60％，所述一级内加热回转干燥窑的出泥含水率≤30％，所述二级内加热回转干燥窑的出泥含水率≤20％。

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