CN112520963A - 一种降低污泥基生物炭重金属含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污水处理厂污泥资源化处理方法,特别是涉及一种降低污泥基生物炭重金属含量的方法。本发明包括以下步骤:(1)将市政污水处理厂产生的剩余污泥,浓缩至含水率95‑98%;(2)浓缩污泥进入污泥生物淋滤池内停留48小时,污泥pH值降低至4.5以下;(3)调理完成的污泥泵入高压隔膜板框内压滤脱水,得到含水率≤50%的脱水泥饼;(4)脱水泥饼输送至污泥干化机内,进行破碎加热干化,得到含水率15‑22%的干化污泥;(5)干化污泥于经热解炭化设备内,加热炭化温度500‑650℃,高温炭化为污泥基生物炭。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理厂污泥资源化处理方法,特别是涉及一种降低污泥基生物炭重金属含量的方法。
背景技术
污水处理厂废水处理过程中分离或截留的固体物质统称为污泥,根据工艺不同分为初沉污泥、剩余污泥和化学污泥等。污泥成分复杂,如多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物,容易腐烂,散发出臭气毒气;含有的病菌、病毒、寄生虫卵等致病物质和汞、铬、铅、铜等重金属、二噁英、放射性核素等有害且难降解物质,污泥的处理处置方式不合理,给人类健康和环境将带来潜在风险,造成大量的二次污染,成为了新的污染源。
截至2019年6月底,全国设市城市累计建成城市污水处理厂5000多座(不含乡镇污水处理厂和工业),污水处理能力达2.1亿立方米/日,数据预测2020年我国污泥产生量将超7000万吨(含水率80%)。因此,我国长期以来的“重水轻泥”现象尚未得到根本改变,其主要原因是污泥未经过减量化、无害化和稳定化处理,导致污泥的最终资源化利用与处置受到诸多限制。
污泥基生物炭是指污水处理厂污泥在高温条件下加热炭化所产生的产品。污泥基生物炭在制作过程中,体积大量缩小,可全部去除污泥中病毒、寄生生物和有毒污染物等,高效实现污泥的减量化、无害化和稳定化,且污泥基生物炭具有比表面积大和多孔结构丰富、资源化利用途径广等特点。如污泥基生物炭常作为土壤改良剂或土壤肥料,具有解决土壤板结透气问题、提高土壤保肥保水能力、降低土壤中重金属毒性等作用。
污泥中的重金属含量是制约污泥大规模土地利用和其他资源化利用方式的关键因素之一。污泥基生物炭在作为土壤改良剂使用时,其含有的重金属等污染物可通过植物吸收进入食物链,存在一定的潜在风险,因此国家要求严格控制污泥农用,出台了GB4284-2018《农用污泥污染物控制标准》。污泥基生物炭在土地利用方面缺乏安全风险性评价,且还未出台国家标准,出于对污泥基生物炭可能造成的二次污染问题,污泥基生物炭的资源化应用暂未得到大规模的推广。
目前关于污泥基生物炭的研究技术已有相关报道,大多是对污泥基生物炭热解炭化工艺的研究,但对于如何降低污泥基生物炭自身含有的重金属浓度的研究缺乏关注。中国专利申请CN201822224982.9 公开了一种污泥生物炭环保型加工系统及其环保型回转式污泥干化机,利用含水率95-96%浓缩污泥高压脱水,得到含水率48-52%的脱水污泥,加入一定量腐殖酸,采用双轴强制式污泥搅拌机混合干化,得到含水率23~38%的半干化混合污泥;再采用环保型回转式污泥干化机将含水率23~38%的半干化混合污泥加热干化;采用环保型回转式污泥炭化机将粉碎后含水率7~10%的干化污泥加热炭化。
中国专利申请CN201910750844.0公开了一种污泥干化炭化干化炉供热控制系统,包括有上下分层设置的处理系统和供热系统,该处理系统内包括有干化炉一、干化炉二和炭化炉,其中供热系统包括有二燃室和生物质燃烧器。
CN201410442329.3公开了一种提高污泥生物炭比表面积的方法及系统,将干燥后的污泥与破碎后的聚苯乙烯废塑料按比例进行搅拌混合并加热,使聚苯乙烯废塑料在污泥中实现熔融缩体并相对均匀附着在污泥颗粒表面,然后直接压制成型;将压制成型后的污泥颗粒送入热解炭化系统进行炭化处理,可获得良好孔隙结构的污泥热解生物炭。
中国专利申请CN201910457124.5公开了一种污泥基生物炭制备方法,涉及污泥基生物炭制备技术领域。本发明包括如下步骤:将市政污泥依次经浓缩、调理改性、高干脱水成为脱水泥饼;将脱水泥饼经过破碎,干化、热解炭化后,得到污泥基生物炭;其中,在调理改性中添加的药剂为无机混凝剂、有机混凝剂、添加剂中的一种或几种;其中,无机混凝剂为硫酸铝、硫酸铝钾、铝酸钠、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝、聚硅铁中的至少一种;其中,添加剂为粉煤灰、草木灰、锯木屑、稻壳糠中的至少一种。上述专利均是关于污泥基生物炭的制备方法和制备装置,污泥基生物炭在制作过程中,多采用外加物质与污泥混合,从而改善生物炭成型和提高生物炭品质,上述专利均没有涉及如何降低污泥基生物炭自身含有的重金属浓度的相关报告。
污泥基生物炭制备通过不同的炭化设备和炭化工艺,可得到满足品质要求的污泥基生物炭。但污水处理厂污泥成分复杂,污泥基生物炭制备没有统一的方法和标准,且重金属超标的污泥在炭化过程中是一种重金属的固化和富集过程,导致污泥基生物炭自身重金属超标,土地利用的方式受到限制。因此,开发一种普遍适用于污水处理厂污泥基生物炭制备的安全途径,对于实现污泥处理的稳定化、无害化和减量化处理,最终实现污泥资源化利用具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有污泥基生物炭因重金属超标而难以进行资源化利用的困境,提供一种可普遍应用于污水处理厂污泥基生物炭制备的、降低污泥基生物炭中重金属含量的污水处理厂污泥资源化处理方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特点在于:包括以下步骤:
(1)将市政污水处理厂产生的剩余污泥,浓缩至含水率95-98%;
(2)浓缩污泥进入污泥生物淋滤池内停留48小时,污泥pH值降低至4.5以下;
(3)调理完成的污泥泵入高压隔膜板框内压滤脱水,得到含水率≤50%的脱水泥饼;
(4)脱水泥饼输送至污泥干化机内,进行破碎加热干化,得到含水率15-22%的干化污泥;
(5)干化污泥于经热解炭化设备内,加热炭化温度500-650℃,高温炭化为污泥基生物炭。
进一步地,步骤(1),污泥浓缩不添加PAM等絮凝剂,仅采用浓缩池重力浓缩,污泥浓缩后泥水分离,上清液排至污水处理前端进水,浓缩污泥通过提升泵泵至污泥调理单元。
进一步地,步骤(2),通过污泥调理单元实现,采用污泥生物淋滤调理工艺,包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤,调理时间为36~48小时。
进一步地,所述污泥生物淋滤调理工艺在浓缩污泥进泥时,需按量投加专用淋滤微生物营养剂,主要成份为二硫化铁、葡萄糖、还原铁和敷料等,投加量为绝干污泥量的5-15%。
进一步地,所述污泥经生物淋滤调理完成后,一方面可改善污泥的脱水性能,降低污泥比阻,另一方面淋滤系统呈弱酸状态,可改变污泥重金属积累影响,使污泥中重金属转至液相,从而降低污泥中吸附的重金属含量。
进一步地,步骤(3),调理完成的浓缩污泥经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水,高压进料泵压力1.6-2.0Mpa,待污泥填充满压力腔室,切换为压榨泵二次压榨脱水,压榨泵压力6.0-7.0Mpa,污泥经二次高压压榨脱水后,脱水污泥含水率可直接降至50%以下。
进一步地,步骤(4),污泥干化采用节能型干化机,污泥进干化机前利用粉碎机粉碎至5-10mm,利于污泥吸收热量快速干化,污泥于干化机腔体内通过带式输送分散均匀,收集加热尾气,冷凝换热后余热返回至干化机持续利用。
进一步地,步骤(4),干化污泥热解炭化温度为500-650℃,炭化过程中温度保持恒定,炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
相比现有技术,本发明具有以下优点:
1、恶臭废气有效削减。污泥处于缺氧状态时极易产生恶臭废气,在常规污泥炭化处理工艺中,从浓缩、干化和炭化过程大多处在无氧供应状态,现场臭气严重。本发明采用的污泥生物淋滤工艺为好氧工艺,在好氧条件下硫化氢等还原性恶臭物质被彻底分解,因此可显著改善污泥臭气,且污泥经超高压脱水后,含污泥含水率降低,更能改善污泥的臭气产生。
2、工业应用的实用性好。目前污泥基生物炭处理和制备工艺,大都仍局限在中小试等科研开发阶段,推广性差。本发明采用的污泥生物淋滤深度脱水工艺已有工程实施案例,项目运行稳定,反馈好。
3、污泥脱水效率高。本发明污泥采用生物淋滤调理+超高压板框压滤脱水后,污泥含水率直接降至50%以下,比常规污泥脱水至80%的脱水效率提高了250%,为后端污泥干化工艺节约了大量的能耗输出,降低了整体设备投资及运行成本;
4、污泥含碳量高,炭化品质高。本发明污泥基生物炭制备工艺中,污泥生物淋滤工艺不添加氧化钙等无机物,不新增污泥干物质量,完整保存了污泥热值,污泥炭化过程无需另添加物质提高含碳量,炭化质量好。
5、经济效益高。本发明污泥处理处置工艺干化设备投资少,整体加工费用低,产生的污泥基生物炭销售获利大,即可为污水处理厂自身产生效益,也具有一定的外部投资价值。
6、资源化利用不受限制。本发明污泥基生物炭自身重金属可全部脱毒,且在生物淋滤、炭化过程中,卫生学指标上全部达标,特别适用于污泥农用等资源化途径。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
须知,本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例中的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,包括以下步骤:
(1)将市政污水处理厂产生的剩余污泥,浓缩至含水率95-98%;
(2)浓缩污泥进入污泥生物淋滤池内停留48小时,污泥pH值降低至4.5以下;
(3)调理完成的污泥泵入高压隔膜板框内压滤脱水,得到含水率≤50%的脱水泥饼;
(4)脱水泥饼输送至污泥干化机内,进行破碎加热干化,得到含水率15-22%的干化污泥;
(5)干化污泥于经热解炭化设备内,加热炭化温度500-650℃,高温炭化为污泥基生物炭。
本实施例中的步骤(1),污泥浓缩不添加PAM等絮凝剂,仅采用浓缩池重力浓缩,污泥浓缩后泥水分离,上清液排至污水处理前端进水,浓缩污泥通过提升泵泵至污泥调理单元。
本实施例中的步骤(2),通过污泥调理单元实现,采用污泥生物淋滤调理工艺,包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤,调理时间为36~48小时。
本实施例中的所述污泥生物淋滤调理工艺在浓缩污泥进泥时,需按量投加专用淋滤微生物营养剂,主要成份为二硫化铁、葡萄糖、还原铁和敷料等,投加量为绝干污泥量的5-15%。
本实施例中的所述污泥经生物淋滤调理完成后,一方面可改善污泥的脱水性能,降低污泥比阻,另一方面淋滤系统呈弱酸状态,可改变污泥重金属积累影响,使污泥中重金属转至液相,从而降低污泥中吸附的重金属含量。
本实施例中的步骤(3),调理完成的浓缩污泥经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水,高压进料泵压力1.6-2.0Mpa,待污泥填充满压力腔室,切换为压榨泵二次压榨脱水,压榨泵压力6.0-7.0Mpa,污泥经二次高压压榨脱水后,脱水污泥含水率可直接降至50%以下。
本实施例中的步骤(4),污泥干化采用节能型干化机,污泥进干化机前利用粉碎机粉碎至5-10mm,利于污泥吸收热量快速干化,污泥于干化机腔体内通过带式输送分散均匀,收集加热尾气,冷凝换热后余热返回至干化机持续利用。
本实施例中的步骤(4),干化污泥热解炭化温度为500-650℃,炭化过程中温度保持恒定,炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
以下案例是采用该降低污泥基生物炭重金属含量的方法实现的。
案例1。
某市政污水处理厂剩余污泥,具体情况如下表。
该污水处理厂污泥浓缩采用辐流式连续重力浓缩,二沉池剩余污泥排入浓缩池,污泥在不添加浓缩药剂情况下重力浓缩至含水率95%左右。污泥浓缩后泥水分离,上清液排至污水处理前端进水,浓缩污泥通过提升泵泵至污泥调理单元。
污泥采用生物淋滤调理工艺,包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤,与CN201410010263.0中公开的具体实施方式相同。污泥进泥至淋滤调理池后,需按量投加专用淋滤微生物营养剂,投加量为绝干污泥量的5-10%,24小时持续曝气培养,调理时间为36小时。
所述污泥经生物淋滤调理完成后,一方面可改善污泥的脱水性能,降低污泥比阻,另一方面淋滤系统呈弱酸状态,可改变污泥重金属积累影响,污泥中重金属转至液相,污泥重金属脱毒。
生物淋滤调理完成的浓缩污泥经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水,高压进料泵压力1.6-2.0Mpa,待污泥填充满压滤腔室,切换为压榨泵二次压榨脱水,压榨泵压力6.0-7.0Mpa。污泥经二次高压压榨脱水后,脱水污泥含水率可直接降至50%以下。
脱水污泥试验时采用自然风干,风干后污泥含水率约20%,破碎过筛,控制干化污泥粒径5-10mm。
干化污泥送至热解炭化装置内,温度为550-650℃,炭化过程中温度保持恒定,炭化腔体内为密闭空间,炭化过程处于无氧或缺氧状态。
该市政污泥经处理处置后制成污泥基生物炭,处理前后相关参数见下表。
案例2。
某印染污水处理厂剩余污泥,具体情况如下表。
该印染污水处理厂污泥浓缩采用辐流式连续重力浓缩,二沉池剩余污泥排入浓缩池,污泥在不添加浓缩药剂情况下重力浓缩至含水率96.5%左右。污泥浓缩后泥水分离,上清液排至污水处理前端进水,浓缩污泥通过提升泵泵至污泥调理单元。
污泥采用生物淋滤调理工艺,包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤,与CN201410010263.0中公开的具体实施方式相同。污泥进泥至淋滤调理池后,需按量投加专用淋滤微生物营养剂,投加量为绝干污泥量的10-15%,24小时持续曝气培养,调理时间为48小时。
生物淋滤调理完成的浓缩污泥经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水,高压进料泵压力1.6-2.0Mpa,待污泥填充满压滤腔室,切换为压榨泵二次压榨脱水,压榨泵压力6.0-7.0Mpa。污泥经二次高压压榨脱水后,脱水污泥含水率可直接降至50%以下。
脱水泥饼输送至污泥干化机内,污泥干化采用节能环保型干化机,污泥进干化机前利用粉碎机粉碎至5-10mm,利于污泥吸收热量快速干化。污泥于干化机腔体内通过带式输送分散均匀,收集加热尾气,冷凝换热后余热返回至干化机持续利用。
干化污泥送至热解炭化装置内,迅速升温至500-600℃,保持2-3小时温度恒定不变,炭化过程处于无氧或缺氧状态。冷却至常温后获得污泥基生物炭产品。
该印染污泥经处理处置后制成污泥基生物炭,处理前后相关参数见下表。
该降低污泥基生物炭重金属含量的方法还适用于肉类加工废水污泥、食品工业废水污泥、酒类工业废水污泥、制药类废水污泥等等含生化处理工艺的废水污泥。
采用污泥生物淋滤调理工艺生产污泥基生物炭可有效的去除污泥中的重金属积累,在低投资和低运行成本的双经济优势下,打开污泥资源化利用市场,具有重要的经济性、环保性和社会性。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将市政污水处理厂产生的剩余污泥,浓缩至含水率95-98%;
(2)浓缩污泥进入污泥生物淋滤池内停留48小时,污泥pH值降低至4.5以下;
(3)调理完成的污泥泵入高压隔膜板框内压滤脱水,得到含水率≤50%的脱水泥饼;
(4)脱水泥饼输送至污泥干化机内,进行破碎加热干化,得到含水率15-22%的干化污泥;
(5)干化污泥于经热解炭化设备内,加热炭化温度500-650℃,高温炭化为污泥基生物炭。
2.根据权利要求1所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:步骤(1),污泥浓缩采用浓缩池重力浓缩,污泥浓缩后泥水分离,上清液排至污水处理前端进水,浓缩污泥通过提升泵泵至污泥调理单元。
3.根据权利要求1所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:步骤(2),通过污泥调理单元实现,采用污泥生物淋滤调理工艺,包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤,调理时间为36~48小时。
4.根据权利要求3所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:所述污泥生物淋滤调理工艺在浓缩污泥进泥时,需按量投加专用淋滤微生物营养剂,主要成份为二硫化铁、葡萄糖、还原铁和敷料,投加量为绝干污泥量的5-15%。
5.根据权利要求4所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:所述污泥经生物淋滤调理完成后,一方面可改善污泥的脱水性能,降低污泥比阻,另一方面淋滤系统呈弱酸状态,可改变污泥重金属积累影响,使污泥中重金属转至液相,从而降低污泥中吸附的重金属含量。
6.根据权利要求1所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:步骤(3),调理完成的浓缩污泥经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水,高压进料泵压力1.6-2.0Mpa,待污泥填充满压力腔室,切换为压榨泵二次压榨脱水,压榨泵压力6.0-7.0Mpa,污泥经二次高压压榨脱水后,脱水污泥含水率可直接降至50%以下。
7.根据权利要求1所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:步骤(4),污泥干化采用节能型干化机,污泥进干化机前利用粉碎机粉碎至5-10mm,利于污泥吸收热量快速干化,污泥于干化机腔体内通过带式输送分散均匀,收集加热尾气,冷凝换热后余热返回至干化机持续利用。
8.根据权利要求7所述的降低污泥基生物炭重金属含量的方法,其特征在于:步骤(4),干化污泥热解炭化温度为500-650℃,炭化过程中温度保持恒定,炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210319 |
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