CN112573798A - 一种污泥微波调理深度脱水方法、热解碳化方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥微波调理深度脱水方法、热解碳化方法以及系统，涉及污泥处理技术领域。该污泥微波调理深度脱水方法，以特定的微波与少量不增固、不减热值、无毒无害、无高温腐蚀性的绿色微波催化剂(微波耦合剂)协同，对经浓缩的污泥进行调理，使污泥的机械脱水性能得到显著改善；再进一步压滤脱水，污泥含水率从99％直接降至40％左右，脱水效果显著；且出水清亮透明，COD低于200，可直接排入污水处理厂。污泥热解碳化方法，热效率高，可达到污泥减量最大化的效果。污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，结合了污泥深度脱水和热解的特点，可在污水厂内就地完成污泥的处理与处置，是环保效益和经济效益俱佳的资源化利用方案。

Description

一种污泥微波调理深度脱水方法、热解碳化方法以及系统

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥微波调理深度脱水方法、热解碳化方法以及系统。

背景技术

据住建部统计，2020年全国城镇污水处理厂的污泥产生量将突破6000万吨/年，包括填埋在内的合规市政污泥处置率约25％，减量化、稳定化、无害化、资源化的处置原则未得到贯彻，影响国家污染减排战略实施的积极效果。

污泥的处理处置技术可分为污泥处理及污泥最终处置。一般认为，污泥处理主要包括污泥调理、污泥浓缩、污泥脱水、污泥干化，污泥处理过程是为末端处置做准备；污泥处置主要包括污泥焚烧、污泥热解、厌氧/好氧消化、堆肥等；污泥处理路线的选择要与末端处置路径充分匹配。堆肥处置缺点明显，如费用低、处理周期长，对周边环境影响大未实现污泥中有害物质真正无害化，有一定风险；污泥卫生填埋主要问题是大量占用填埋场库容，随着城市化进程不断发展，用地条件逐渐收紧，目前国家已不鼓励新建填埋项目；污泥建材利用消纳能力有限，同时部分产品不宜用于人居及公共建筑。与污泥焚烧不同，污泥热解主要是利用有机物的热不稳定性，在无氧/缺氧条件下对其加热，使有机物产生热裂解，形成利用价值较高的气相(热解气)和固体残渣，是污泥处置的减量化、稳定化、资源化的有效途径。而污泥焚烧是在富氧、一定的温度条件下污泥中的水分蒸发，有机物与氧气反应生成水、二氧化碳等气相和固相残渣，是污泥减量化处置的一种主要工艺。目前主流污泥热解设备炉型主要包括多段炉、旋转窑、流化床热解炉。回转窑热解系统温度及气氛模糊分层控制、动力需求较高、占地面积大；流化床系统温度气氛较难区分控制同时控氧操作困难、炉体结构复杂；竖式多段炉具有动力需求低，温度及气氛易分层控制等优势，最适宜作为污泥热解设备。

对于进入热解系统的污泥，极为重要的一点是对入炉污泥的深度脱水前处理。传统的石灰、PAC药剂调理+板框压滤技术存在增加含固量、腐蚀锅炉、降低污泥热值、脱水效果一般(60％左右)等问题；圆盘干化等热干化技术能耗高、气味大；热泵低温干化同样存在投资大、稳定性差等问题。寻找适用于污泥热解碳化的污泥深度脱水技术十分重要。

目前对于污泥热解设备的研究主要集中于传统的卧式回转炉(如专利CN102211844B、专利CN108249720B)，此类炉型由于结构闲限制，在污泥热解领域工业化效果不佳，国内没有成功稳定运行案例，而本发明所采用的多段炉(MHF)有较多实际应用案例。此外，目前关于适用于污泥热解的深度脱水前处理工艺极少有重点研究，如专利CN108249720B采用机械挤压+热力干化工艺，成本很高；专利CN102211844B采用非主流工艺的电渗透脱水技术，脱水效果一般(含水率65％)会增加末端热解过程的能耗；专利CN211078842U采用机械脱水+真空干化+外加填料造粒的预处理方式，流程繁琐且需要外购填料，不具有经济可行性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的污泥处理方法流程繁琐，设备复杂，提供一种可在污水厂内就地完成污泥处理与处置的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种污泥微波调理深度脱水方法，包括以下步骤：

S1，将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为95-97％，得到浓缩污泥；

S2，向浓缩污泥中加入微波耦合剂，在微波条件下调理，微波耦合剂用量为浓缩污泥质量的1.5-3％，微波功率≤30kw，微波频率为2-3GHz；

S3，将微波调理后的污泥进行压滤，使含水率≤45％，得到干化泥饼；

S4，对所述干化泥饼灭菌除臭，即得到深度脱水的污泥泥饼。

其进一步地技术方案为，所述微波耦合剂选自Fenton药剂或类Fenton药剂。

需要说明的是，Fenton药剂或类Fenton药剂包括双氧水、硫酸亚铁溶液、PAM(聚丙烯酰胺)。

其进一步地技术方案为，所述步骤S2中，微波调理的时间为1-15min。

其进一步地技术方案为，所述步骤S3中，将微波调理后的污泥进行压滤，还包括对压滤后的污泥进行隔膜压榨，以使干化泥饼的含水率≤40％。

其进一步地技术方案为，所述步骤S4中，灭菌除臭的具体操作为，将干化泥饼用微波灭菌除臭，微波频率为2-3GHz，时间为5-15min。

第二方面，本发明提供一种污泥热解碳化方法，包括第一方面所述的污泥微波调理深度脱水方法，还包括，将深度脱水的污泥泥饼用多段热解碳化炉进行热解碳化处理。

第三方面，本发明提供一种污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，包括依次连接的重力浓缩罐、缓冲池、微波调理器、均化池、压滤系统、灭菌系统、污泥进料系统、多段热解碳化炉以及尾气处理系统；

所述重力浓缩罐用于将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为95-97％；

所述微波调理器用于将浓缩污泥在微波条件下调理；

所述压滤系统用于将调理后的污泥进行压滤，使污泥含水率≤45％；

所述灭菌系统用于对压滤后的污泥灭菌除臭；

所述多段热解碳化炉用于对灭菌除臭后的污泥进行热解碳化处理。

其进一步地技术方案为，所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，还包括给药系统，所述给药系统与微波调理器连接，用于向微波调理器输送微波耦合剂。

其进一步地技术方案为，所述尾气处理系统包括依次连接的多管旋风除尘器、预冷器、第一洗涤塔、第二洗涤塔、RTO、布袋除尘器和尾气吸附装置；所述多管旋风除尘器与多段热解碳化炉连接。

其进一步地技术方案为，所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，还包括除渣系统，所述除渣系统与多段热解碳化炉连接。

与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

本发明提供的污泥微波调理深度脱水方法，以特定的微波与少量不增固、不减热值、无毒无害、无高温腐蚀性的绿色微波催化剂(微波耦合剂)协同，对经浓缩的污泥进行调理，使污泥的机械脱水性能得到显著改善；再进一步压滤脱水，污泥含水率从99％直接降至40％左右，脱水效果显著；且出水清亮透明，COD低于200，可直接排入污水处理厂。本方案可实现低成本的污泥脱水，同时保证不影响热值、不影响后端热解处置、压滤出水易处理等效果。本方案可以在保证污泥效果且不减少热值的基础上，作为污泥热解等工艺的前处理方法。

本发明提供的污泥热解碳化方法，预先用所述的污泥微波调理深度脱水方法对污泥深度脱水，可使污泥含水率降至40％左右，再进一步与多段炉污泥热解碳化炉系统耦合，从而可获得一套可在污水厂内就地完成污泥处理与处置，环保效益、经济效益俱佳的资源化利用的污泥热解碳化工艺方案。多段热解碳化炉炉内温度及气氛可轻易分层控制，因此，污泥的热解、焚烧模式在多段炉内一并实现。例如，(1)热解模式：大部分的挥发性有机物被分解释放，裂解气热值较高，固体产物焦炭碳化程度高，底渣具有活性炭的特征，可作为生物炭等产品，底渣焦炭还具有将重金属吸附固定的特性。(2)焚烧模式：利用多段炉易于分段控制的特性，在炉体下段设置燃烧段，通入空气，过氧燃烧使焦炭在下段烧尽，产出的固体为不燃物的灰分，达到污泥减量最大化的效果。

本发明提供的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，利用重力浓缩罐初步浓缩污泥，采用微波调理器对浓缩污泥进行调理，改善污泥脱水性能，再用压滤系统对污泥进行深度脱水，使污泥的含水率降至约40％，最后做用多段热解碳化炉进行处理；本发明的整个系统从源头到终端构建出了一个较为完善的价值链，可实现污水厂就地解决，工艺突出了污泥处理首先要实现减量化和稳定化的目标，同时，又充分体现了无害化和资源化的污泥处置原则，符合国家提倡的发展循环经济要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明提供的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统的具体操作流程示意图；

图2为本发明提供的多段热解碳化炉结构示意图。

附图标记

物料入口10、物料出口20、排烟口30、烧嘴50、搅拌机构60，炉床层70。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将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作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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

实施例1，本实施例提供一种污泥微波调理深度脱水方法，包括以下步骤：

S1，将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为96％，得到浓缩污泥；

S2，向浓缩污泥中加入微波耦合剂，在微波条件下调理，微波耦合剂用量为浓缩污泥质量的2％，微波功率≤15kw，微波频率为2.45GHz，微波调理的时间为10min；

在其他实施例中，可通过提高微波功率、频率来减少微波调理的时间。

例如，在一实施例中，选择微波功率为28kw，微波频率为2.9GHz，微波调理的时间为5min。

在一实施例中，选择微波功率为20kw，微波频率为2.0GHz，微波调理的时间为7min。

S3，将微波调理后的污泥进行压滤，使含水率≤40％，得到干化泥饼；

需要说明的是，在其他实施例中，压滤后的污泥含水率在45％以内均可以得到干化泥饼。

S4，对所述干化泥饼灭菌除臭，即得到深度脱水的污泥泥饼。

具体实施中，所述微波耦合剂选自Fenton药剂或类Fenton药剂。

需要说明的是，Fenton药剂或类Fenton药剂包括双氧水、硫酸亚铁溶液、PAM(聚丙烯酰胺)。

为了确保污泥的脱水效果，所述步骤S3中，将微波调理后的污泥进行压滤，还包括对压滤后的污泥进行隔膜压榨，以使干化泥饼的含水率≤40％。

例如，在一实施例中，过滤压力为1.6Mpa，压榨压力为3.0Mpa。

具体实施中，所述步骤S4中，灭菌除臭的具体操作为，将干化泥饼用微波灭菌除臭，微波频率为2.45GHz，时间为5-15min。

在一实施例中，所述步骤S4中，微波除臭的频率为2.0GHz。

在一实施例中，所述步骤S4中，微波除臭的频率为2.8GHz。

本实施例通过特定的微波对干化泥饼进行灭菌除臭改性处理，杀灭污泥中的杂菌，通过控制储存的温湿度、通风状态以使泥饼在污泥料仓内也能处于良好储存状态，不发臭，不返湿，确保出厂时的干化泥饼的含水率在45％(优选含水率在40％以下)以下无臭运输出厂。

本发明提供的污泥微波调理深度脱水技术原理如下：

污泥微波调理原理：

城镇污泥中通常含有自由水(间隙水)、毛细水、表面吸附水和内部结合水等四种形态的水分，后三种都是束缚水。采用常规机械方式(如离心、带式等)对污泥进行脱水处理时，只能使其含水率降至80％左右，因其剩余水分主要为结合能较高的束缚水，无法继续进行机械脱除。

微波是一种超高频电磁波，其频率范围一般在300MHz-300GHz的电磁波，微波辐射的特点是加热块，其加热原理是：当有极分子电介质和污迹分子介质置于微波电磁场中，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动，分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须克服分子原有的热运动和分子互相间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，实现分子水平的“搅拌”，从而产生大量的热。

微波调理污泥相比于常规的加热调理，微波调理的特点是加热速度快，操作简单，节能。微波加热具有选择性、瞬时性、穿透性和高效率，能提高污泥脱水性能，并通过控制合适的微波条件来实现。主要原理如下：

热效应：微波加热具有选择性。不同的材料具有不同的介电性质，并且微波场中吸收的微波能量变化很大。水能够快速吸收微波以实现快速升温，而污泥中的EPS(胞外聚合物)等有机物只能吸收较少的微波能量，从而在污泥中产生温度梯度。温度梯度具有两方面作用：一是降低结合水/EPS界面的表面张力的稳定性，使得污泥的稳定结构遭到破坏，同时EPS与水结合的能力也相应的降低很多；二是降低污泥中EPS及其结合水的含量，因为污泥中的蛋白质及脂类在受热的条件下容易分解，而分解产物易溶于水。

非热效应：微波辐射时产生的环境为高频电磁场，污泥在高频电磁场中时，带负电荷的污泥和呈极性分子的水会随着微波频率的变化而不断运动，运动过程中污泥颗粒、EPS和水分子之间会产生剪切力，降低他们之间的结合力从而使水分从污泥中脱除出来；另一方面高频电场会破坏污泥双电层稳定结构，使污泥脱稳、絮凝。在大量研究中发现：微波辐射时间和微波功率是微波调理污泥的主要影响因素：微波功率越大越有利于污泥污水性能的改善，且微波功率越大改善污泥所用时间越短；适宜的微波辐射可改善污泥结构及脱水性；微波对于稀污泥的影响更大；微波辐射后的稀污泥脱水效果比干污泥要好；辐射时间是微波调理污泥的最重要影响因素。

Fenton药剂或类Fenton药剂及微波耦合剂氧化处理污泥原理

改善污泥脱水性能：目前用来表征污泥脱水性能的主要指标有二个:污泥比阻(SRF)和污泥毛细吸水时间(CST)。污泥减量和污泥脱水性有直接的关系，脱水程度提高，即污泥含水率下降(含固率上升)，则污泥产量减少。有学者研究了Fenton药剂、光Fenton药剂反应对城市污泥脱水性能的影响，结果表明：在pH为3的条件下，CST由69.6s下降至20.6s，滤饼含水率由88.52％下降至76.36％，脱水性能明显改善。有学者采用Fe²⁺/H₂O₂(Fenton)和Fe³⁺/H₂O₂(Fenton)(类Fenton)调理剩余污泥以提高污泥脱水性能，结果显示：在一定反应条件下，污泥SRF下降90％，泥饼含水率从85.7％下降至75.2％，此外实验表明对于提高污泥脱水性能，Fe³⁺/H₂O₂同样具有与Fe²⁺/H₂O₂类似的效果。

提高污泥稳定性：Fenton反应因其强氧化性和酸性反应条件，在调理污泥时能够氧化降解部分有机物、杀灭病原菌、除掉污泥的恶臭，从而提高污泥的稳定性。

改善污泥沉降性能：用Fenton氧化后，部分EPS被提取出来，污泥絮体被破碎成小颗粒，颗粒平均粒径和中值粒径均明显减小圈，污泥的无机化程度和疏水性提高，其结合水得以释放，从而小颗粒污泥的比重增加，均匀性提高，有利于污泥沉降。

在特殊调理药剂和微波调理器协同作用下，可最大程度释放污泥中自由水(间隙水)、毛细水以及表面结合水，同时将内部水(多为胞内水，高COD)锁定在胞内，从而减少臭气来源，同时压滤出水清亮透明，COD低于200，处理成本低。

本实施例提供的污泥微波调理深度脱水方法，具有以下优点：

(1)深度干化、减量效果显著，产出含水率低于40％，较原离心机/板框压滤机脱水系统可分别减量70％/40％以上，大幅节省污泥外运及处置费用；

(2)微波灭菌模块可杀灭虫卵、有害微生物(去除率可达90％以上)和固化重金属，以及灭菌、除臭(臭度可控制在10(无量纲)左右)，确保外运污泥不发臭、不返水，符合当下国家公共卫生防控需要；

(3)污泥经本实施例步骤S2的微波调理后，污泥压滤出水COD低于200，滤液透明清亮，处理成本低；压滤液同时可作为工艺前端稀释用水(若进厂污泥含水率低于90％)；

(4)本实施例的微波耦合剂选自Fenton药剂或类Fenton药剂，不使用石灰、三氯化铁等易致臭、增加固含量、降低热值、带高温腐蚀性的常规脱水调理剂，为污泥热解资源化的利用奠定良好基础；

(5)操作环境友好，无扬尘，臭气控制良好，无废气排放。

本发明另一实施例提供一种污泥热解碳化方法，包括第一方面所述的污泥微波调理深度脱水方法，还包括，将深度脱水的污泥泥饼用多段热解碳化炉进行热解碳化处理。

本发明提供的污泥热解碳化方法中，将深度脱水的污泥泥饼用多段热解碳化炉进行热解碳化处理的原理如下：

请参见图2，由图可知，可控温多段热解碳化炉(CTMHF)主要包括本体钢质外壳，钢质外壳的内部设有耐火材料衬层，设置在钢质外壳内部的多个炉床层70，设置于外壳顶部物料入口10及排烟口30；设置于外壳底部的物料出口20，烧嘴50设置于炉床层。耐火材料衬层是由耐火砖砌筑的球面形成支撑结构；炉体内部设有炉耙，包括物料搅拌机构60(含有中轴、耙臂、耙齿及电机驱动单元部件等)；燃烧机；还包括附属的管线、仪器仪表和传感器。

使用时，脱水后的污泥自多段炉顶端进料后，将耙臂的旋转耙拨下，在炉床表面被均匀分布料层一次次耙开，增加料层与较高温气体的接触面积，以促进热能传递与质量传递速率；多段炉的中心下料与壁侧下料相间设计，使物料能在炉中有最佳的炉床利用效率，固定在炉中由上而下移动并依次经历了干燥、热解及碳化过程。其中，干燥段(100℃至250℃)主要是污泥水分蒸发；热解段(250℃至800℃)有机质和污泥温度升高发生复杂化学反应，大量挥发份析出。温度继续升高，深层挥发性物质继续向外层扩散，残炭重量下降并趋于稳定，通过严格控制各炉层温度及通风量，确保还原性的热裂解-气化反应实现；冷却段(400℃至300℃)主要为热解之后的残炭在炉层内冷却。整个过程所产生的高温气体则由下而上由炉顶排出，这一上一下的流动过程有效利用了高温气体的热能，利用自身气体热能在干燥段进行干燥。多段炉侧面设计有多层多台燃烧器，根据处理物料的不同，由补充燃料燃烧热来控制各床层的温度，从而有效实现各床层温度的“可控”。

因此，基于多段炉炉内温度及气氛可轻易分层控制的特点，可实现热解、焚烧模式在多段炉内一并实现。(1)热解模式：大部分的挥发性有机物被分解释放，裂解气热值较高，固体产物焦炭碳化程度高，底渣具有活性炭的特征，可作为生物炭等产品，底渣焦炭还具有将重金属吸附固定的特性。(2)焚烧模式：利用多膛炉易于分段控制的特性，在炉体下段设置燃烧段，通入空气，过氧燃烧使焦炭在下段烧尽，产出的固体为不燃物的灰分，从而达到污泥减量最大化的目的。

请参见图1，本发明提供的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，包括依次连接的重力浓缩罐、缓冲池、微波调理器、均化池、压滤系统、灭菌系统、污泥进料系统、多段热解碳化炉以及尾气处理系统。

所述重力浓缩罐用于将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为95-97％。

具体实施中，99％含水率的污泥进入高效污泥重力浓缩罐，使污泥的含水率降至96％左右。在实际生产时，使污泥浓缩的主要设备包含撇水池、污泥浓缩泵、浓缩污泥泵、PAM制备装置、PAM投加泵等。

所述微波调理器用于将浓缩污泥在微波条件下调理。

具体实施中，所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，还包括给药系统，所述给药系统与微波调理器连接，用于向微波调理器输送微波耦合剂。

具体实施中，采用“微波调理器”，以特定的微波与少量不增固、不减热值、无毒无害、无高温腐蚀性的绿色微波催化剂(微波耦合剂)协同，对污泥进行调理，使污泥的机械脱水性能得到显著改善。在实际生产时，执行微波调理工序的设备主要包括均化池及缓冲池、均化池搅拌机、缓冲池搅拌机、污泥输送泵、一体化微波调理装置、A药剂储罐、A药剂隔膜计量泵、B药剂储罐、B药剂隔膜计量泵。

所述压滤系统用于将调理后的污泥进行压滤，使污泥含水率≤45％(优选40％)。

具体实施中，经微波调理均化后的污泥进入高压隔膜压滤机进行深度脱水，使污泥的含水率降至约40％。在实际生产时，执行压滤系统的设备主要包括深度脱水厂房、高压隔膜板框压滤机、压榨水箱、压榨泵、清洗水箱、洗布泵、空压机、反吹/角吹储气罐、仪表储气罐、冷干机等。

在其他实施例中，污泥浓缩脱水前主要通过污泥泵输送，而脱水后污泥的转运则主要通过输送螺旋实现。例如，可使用板框螺旋、汇总螺旋、倾斜螺旋。

所述灭菌系统用于对压滤后的污泥灭菌除臭。

具体实施中，深度脱水干化的泥饼送入密闭式污泥料仓暂存，借助微波消毒灭菌、温湿度控制、良好通风、循环除湿等一系列措施，使泥饼在密闭式污泥料仓内处于良好储存状态，不发臭，不返湿，确保出厂污泥的含水率在45％(优选40％)以下无臭运输出厂。生产时，灭菌系统的设备主要包括斗式提升机、水平螺旋、智能灭菌抑臭干化设施、上料螺旋等。

灭菌系统会产生臭气，生产时还可利用臭气收集系统来收集并处理臭气。臭气收集系统均为封闭空间臭气，采用点式抽风，所有吸风口由支管汇入干管后(采用斜三通汇入)，再经后置式除臭风机负压一并吸入到除臭设备。在预湿洗涤+UV光解催化作用下，臭气组分最终被降解成无害无臭气体排放。

所述多段热解碳化炉用于对灭菌除臭后的污泥进行热解碳化处理。

具体实施中，在将污泥进行热解碳化处理之前，还会设置污泥进料系统，以将干化污泥输送进入多段热解碳化炉中。

污泥进料系统由污泥储槽、刮板输送机及密封双螺旋组成。进料储槽中设有搅拌机，对污泥进行预破碎，可防止污泥在污泥储槽中出现架桥现象，影响进料过程。进料储槽下部设置有双螺旋输送，将污泥由储槽送入刮板输送机，S型刮板输送机将污泥送入热解碳化炉中进行处理。为防止热解碳化炉与外界形成连通，在刮板输送机与热解碳化炉之间安装有密封双螺旋以确保热解碳化炉的密封性。

污泥进入多段热解炭化炉后，污泥在热解碳化炉中的处理过程可分为三个阶段：1.干燥期；2.热解期；3.炭化期。本实施例为物料直接接触加热方式(天然气)。

具体地，在干燥期，污泥中的水分以蒸汽形态脱离污泥相，根据所采用的炭化装置类型的不同，在干燥阶段中干污泥的产率从85％到93％(占绝干污泥的比率)不等(资料来源：FurnessandHoggett,2000)。本实施例采用热解碳化炉对污泥进行处理，在整个处理过程中，下落的污泥在耙齿的搅拌作用下被层层拨开，与上升的热烟气进行充分的热交换。干燥期也可分为三个阶段：物料预热期、恒速干燥阶段和物料加热阶段。第一阶段为污泥预热，同时部分水份得到气化；第二阶段为恒温干燥，烟气提供的热量绝大部分用于汽化水分，污泥表面的温度并未发生明显变化；第三阶段为物料加热阶段，污泥表面温度升高，污水中水分减少缓慢。干燥期的操作温度约为：150℃～300℃，研究表明，在200℃以下，污泥干燥主要是自由水和化学结合水析出阶段，如果干燥温度超过200℃，污泥的挥发份将会析出，挥发份在蓄热式燃烧炉中被充分破坏为CO₂和H₂O，并同时回收能量。

在热解期，本实施例有三种操作模式：低温炭化操作模式、高温炭化操作模式及炭燃烧操作模式。低温炭化模式(LTC)，操作温度约为450℃～720℃，大部分的挥发性有机物被分解释放；固体产物为焦炭，是一种热值较低的，黑色的，木炭样式的，具有流动特性的粉状和颗粒状的混合物，其具有将重金属吸附固定的特性；灰分约占75％左右，产品可作为生物炭基肥。高温炭化过程(HTC)，操作温度875℃以上，裂解气热值较高，固体产物焦炭炭化程度高，具有活性炭的特性，相比于低温炭化模式，污泥中更多的能量在热解气中得以释放，残留在炭渣中的能量减少。炭燃烧操作模式：操作温度750-900℃，空气量为理论通气量150％-200％，此模式可利用热解碳化炉易于分段控制的特性，使焦炭在炉体中段产出，而炉体下段通入空气使焦炭在下段烧尽，产出的固体为不燃物的灰分，此模式产出的固体量最少，可直接掩埋。在运行过程中，可以根据污泥的性质和业主的要求来选择相应的热解炭化模式。污泥在热解过程中产生可燃性气体(CO，H₂和低分子量的碳氢化合物)，热解气的热值在178～713kcal/Nm³(资料来源：Frank C.Sapienza，Sewage Sludge Incineration atthe Manchester)。热解后的固体产物为炭化物，随后热解气在较小的过量空气(10％～15％)条件下被燃烧以释放热量。

所述尾气处理系统包括依次连接的多管旋风除尘器、预冷器、第一洗涤塔、第二洗涤塔、RTO、布袋除尘器和尾气吸附装置；所述多管旋风除尘器与多段热解碳化炉连接。

从热解碳化炉中出来的烟气温度为200～300℃左右，此时烟气温度高，波动大且含水率较高，因此选用多管旋风除尘器对烟气进行预除尘，除尘效率为85％～90％，对粒径大于5mm的灰尘颗粒可以有效收集。收集的飞灰由飞灰输送螺旋送至热解碳化炉中燃烧。经过预除尘后的烟气温度约为200℃，而后被送入预冷器中预冷，被喷洒的预冷水降温，温度由200℃降低至60℃，并且其中含有的饱和水蒸汽冷凝析出，析出的水份随预冷水一起流入循环水槽中，并由溢流口排出到指定污水处理装置中处理。循环水与烟气完成换热，烟气温度降低，循环水温度升高，为保证烟气的预冷效果，从循环水槽中流出的循环水需经过冷却塔冷却降温后，送至预冷器中继续冷却烟气。

经过预冷后的烟气进入一/二级洗涤塔，一级洗涤塔为碱洗塔，具有烟气脱酸的作用；二级洗涤塔是清洗烟气的作用，在脱硫除酸的同时，利用水滴表面吸附作用，可清洗烟气中的微小颗粒。由洗涤塔排出的烟气带有大量的水滴，湿度较大，因此在送入RTO燃烧之前，需先采用高效除雾器进行除雾，经过除雾后的烟气由诱引风机鼓入RTO。RTO的设计是为防止烟气中的有机物排放超标，烟气中有机物热能不能充分利用。在RTO中通入足量空气及辅助燃料将合成气加热至850℃并停留2秒，使有机物完全转化为无害的CO₂及H₂O。高温烟气热能被储存在烟道中的蓄热体中，通过换风阀的切换用于预热进气，从而达到高效回收烟气热能，节省燃料目的。

为确保烟气中污染物排放达标，在RTO后设置活性炭喷加装置，利用活性炭的强吸附作用将烟气中的污染物气体进一步吸附，然后采用布袋除尘器捕捉烟气中夹带的活性炭粉末，捕捉的活性碳粉末作为危废处理。经过除尘后的达标气体由诱引风机引入烟囱中排放。

具体实施中，所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，还包括除渣系统，所述除渣系统与多段热解碳化炉连接。

污泥经热解碳化后的不燃物残渣经热解炉底部输出，进入滚筒冷却机冷却后由出料螺旋输送机送至污泥出料储槽暂存。

本实施例的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，对污水进行深度度脱水的系统，占地低，通常可利用原污泥脱水机房及周边少许空地进行改造；总用电量＜15kWh/吨污泥(含水率40％)，较常规离心机&低温干化组合工艺节电率超80％，较常规板框压滤&低温干化组合工艺节电率超50％，通常无需新增用电容量，可保证污泥处理效果且不减少热值。

本实施例的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，采用的多段热解碳化炉具有如下特点：

1、密封性好：采取完全密封式设计，可以有效阻止外界空气非控制性进入炉膛，避免炉子运行效率下降；可以有效控制炉内氧含量1％以下，有利于热解/气化反应或氧化/还原反应的有效进行。

2、温度可控性：每一层炉膛的温度可调节性能优异，能够获得与预期的理想炉温分布曲线相当接近的温度分布效果，提高产品收率，降低产品和热能的损失率，削减运营成本。

3、停留时间可控：可通过灵活调节中轴转速、和/或调整耙臂和耙齿的数量等措施，从而调节物料在炉床上的机械移动速度，精确地控制物料在炉膛内的停留时间。既可实现物料在每个温度区段(由几段炉膛共同组成一个温度控制区段)内的停留时间，又可控制其在每个炉膛内的停留时间。

4、自动化程度高：可在炉体内不同炉膛位置引入燃烧反应和热解/气化反应，在炉体内不同炉膛可有效地控制反应速度，并且整个设备为完全自动化控制和运行，无需人员值守。

5、热效率高：在炉床上对物料进行温和的搅拌及翻面，减少产品的磨损，并且可以确保成品的统一均匀性；同时这种温和搅拌行为可以将物料自带热量进行传递，有利于整个炉膛内温度的均匀分布及热量辐射传递。

6、占地面积小：多段炉为立式结构，高高瘦瘦。处理能力的大小由炉床层数或炉床面积决定，极少占地昂贵的土地资源。

7、给料适应性强：对给料粒度的适应性高，给料粒度允许范围是0.01毫米至40毫米，且允许投入非常细小的物料或者滤饼类物料。

8、尾气量小：与其它大多数工业炉装置相比，多段炉中轴转速慢，尾气排放量小且流量稳定，尾气净化处理的规模相应地缩减；并且可以在炉内自身实现余热的回收利用。

9、使用寿命长：设计使用寿命长通常均在15年以上，现存应用的多段炉使用寿命最长时限记录超过了50年。设备维修维护费用低，可按照既定计划安排日常及年度维护。

综上，本实施例的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，属于“微波调理板框压滤污泥深度脱水+多段炉热解”结合的系统，从污泥含水的赋存状况入手，根据污泥物化特性，从源头到终端构建一个较为完善的价值链。突出了污泥处理首先要实现减量化和稳定化的目标，同时，又充分体现了无害化和资源化的污泥处置原则，符合国家提倡的发展循环经济要求。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种污泥微波调理深度脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为95-97％，得到浓缩污泥；

S2，向浓缩污泥中加入微波耦合剂，在微波条件下调理，微波耦合剂用量为浓缩污泥质量的1.5-3％，微波功率≤30kw，微波频率为2～3GHz；

S3，将微波调理后的污泥进行压滤，使含水率≤45％，得到干化泥饼；

S4，对所述干化泥饼灭菌除臭，即得到深度脱水的污泥泥饼。

2.如权利要求1所述的污泥微波调理深度脱水方法，其特征在于，所述微波耦合剂选自Fenton药剂或类Fenton药剂。

3.如权利要求1所述的污泥微波调理深度脱水方法，其特征在于，所述步骤S2中，微波调理的时间为1-15min。

4.如权利要求1所述的污泥微波调理深度脱水方法，其特征在于，所述步骤S3中，将微波调理后的污泥进行压滤，还包括对压滤后的污泥进行隔膜压榨，以使干化泥饼的含水率≤45％。

5.如权利要求1所述的污泥微波调理深度脱水方法，其特征在于，所述步骤S4中，灭菌除臭的具体操作为，将干化泥饼用微波灭菌除臭，微波频率为2～3GHz，时间为5-15min。

6.一种污泥热解碳化方法，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的污泥微波调理深度脱水方法，还包括，将深度脱水的污泥泥饼用多段热解碳化炉进行热解碳化处理。

7.一种污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，其特征在于，包括依次连接的重力浓缩罐、缓冲池、微波调理器、均化池、压滤系统、灭菌系统、污泥进料系统、多段热解碳化炉以及尾气处理系统；

所述重力浓缩罐用于将含水率99％以上的污泥浓缩至含水率为95-97％；

所述微波调理器用于将浓缩污泥在微波条件下调理；

所述压滤系统用于将调理后的污泥进行压滤，使污泥含水率≤45％；

所述灭菌系统用于对压滤后的污泥灭菌除臭；

所述多段热解碳化炉用于对灭菌除臭后的污泥进行热解碳化处理。

8.如权利要求7所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，其特征在于，还包括给药系统，所述给药系统与微波调理器连接，用于向微波调理器输送微波耦合剂。

9.如权利要求7所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括依次连接的多管旋风除尘器、预冷器、第一洗涤塔、第二洗涤塔、RTO、布袋除尘器和尾气吸附装置；所述多管旋风除尘器与多段热解碳化炉连接。

10.如权利要求9所述的污泥微波调理深度脱水热解碳化系统，其特征在于，还包括除渣系统，所述除渣系统与多段热解碳化炉连接。

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