CN112679055A - 一种污泥资源化处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥资源化处理系统，包括污泥调节池、污泥灭菌装置、菌胶团破碎反应装器、液相处理系统和固相处理系统，污泥调节池与污泥灭菌装置连接，污泥灭菌装置与菌胶团破碎反应装器连接，液相处理系统和固相处理系统均与菌胶团破碎反应装器连接。还包括一种污泥资源化处理方法。本发明在生物泥组分原位分离的基础上，进行上清液和固相物质原位处理，并原位回用分离出的含铝铁上清液和脱水滤液；本发明将含水率降至20％的含磷无机污泥运至农业肥料厂再加工及应用，将含水率降至30％以下的有机污泥单独焚烧或作为燃煤火电厂或生物质电厂的掺烧物料，从而实现污泥成分的精准资源化。

Description

一种污泥资源化处理方法及系统

技术领域

本发明涉及一种污泥资源化处理方法及系统，属于固体废物处理领域。

背景技术

目前我国城镇污水处理厂5464座，年总污泥产量约4000万吨，万吨污水产泥量在8.5-9吨，污泥随意排放，相当于经污水厂处理后分离出的污染物同处理干净的污水一同进入环境，减排效果大打折扣。长期以来污水处理存在“重水轻泥”问题，污泥处置设施严重不足，无害化处置率低，污泥重金属含量高、有机质含量低，污泥农用未达成共识，土地利用范围有限，填埋逐步被禁止，而污泥焚烧消耗量大、减量彻底，逐渐成为处理污泥的首选方式。污泥具有污染和资源的双重属性，已实施的污泥焚烧项目中，污泥单独焚烧和燃煤掺烧项目有如下弊端：污泥自身热值低，无法自持燃烧；高含水率污泥运输量大、运距长，易造成二次污染；仅利用污泥自身热值并进行减量，不能实现污泥成分的精准资源化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种污泥资源化处理方法及系统，其实现污水处理厂所排污泥的原位处理、原位分离和原位回用的目的，能够实现污泥成分的精准资源化，无二次污染。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种污泥资源化处理方法，包括如下步骤：

步骤S01：调质处理生物泥，静置得到上清液和固相物质；

步骤S02：将上清液与高密度沉淀池中的化学污泥混合，得到混合污泥，分离、回收混合污泥中的无机金属盐，向分离出无机金属盐的混合污泥中加入调理剂，得到含铝铁上清液和磷沉淀，含铝铁上清液作为除磷剂在污水处理厂的进水侧回用；

步骤S03：通过旋流分离器将固相物质分离为有机污泥和无机砂；

步骤S04：混合磷沉淀和无机砂，得到含磷无机污泥；或者分别脱水处理无机砂与磷沉淀，脱水处理无机砂的产物用作建材，脱水处理磷沉淀的产物用作园林绿化磷肥；

步骤S05：分别脱水处理含磷无机污泥和有机污泥，得到含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率为65％的有机污泥；将脱水处理所得的脱水滤液输送至污水处理厂的进水端处理；

步骤S06：自氧化风干处理含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率降至20％的含磷无机污泥；干化处理含水率为65％的有机污泥，得到含水率降至30％以下的有机污泥；

步骤S07：将含水率降至20％的含磷无机污泥运至农业肥料厂再加工及应用；单独焚烧处理含水率降至30％以下的有机污泥，或将含水率降至30％以下的有机污泥作为生物质电厂或燃煤火电厂的掺烧物料，以资源化处理通过本发明方法所得的含水率降至30％以下的有机污泥，实现污泥成分的精准资源化，避免二次污染。

前述的这种污泥资源化处理方法中，所述调质处理剩余活性污泥包括向活性污泥中加入灭菌剂进行菌团破碎，所述生物泥为来自污水处理厂的含水率为95％～99％的剩余活性污泥，所述固相物质包括有机质和砂。

前述的这种污泥资源化处理方法中，所述步骤S06中干化处理含水率65％的有机污泥包括利用低温带式干化机对含水率65％的有机物污泥进行干化处理。

一种污泥资源化处理系统，包括污泥调节池、污泥灭菌装置、菌胶团破碎反应装器、液相处理系统和固相处理系统，污泥调节池与污泥灭菌装置连接，污泥灭菌装置与菌胶团破碎反应装器连接，液相处理系统和固相处理系统均与菌胶团破碎反应装器连接；污泥调节池与污泥灭菌装置之间设置有污泥灭菌泵，污泥灭菌装置与菌胶团破碎反应装器之间设置有污泥破碎泵。

前述的这种污泥资源化处理系统中，所述液相处理系统包括储液池、除磷剂回用储池、磷回收储池和第一脱水装置，除磷剂回用储池和磷回收储池均与储液池连接，储液池与菌胶团破碎反应装器连接，储液池和菌胶团破碎反应装器之间设置有第一输送泵，除磷剂回用储池通过管道与污水处理厂的进水端连接。

前述的这种污泥资源化处理系统中，所述固相处理系统包括旋流分离器、有机污泥储池、第二脱水装置、低温干化机、第一料仓和无机砂储池，无机砂储池和有机污泥储池均与旋流分离器连接，旋流分离器与菌胶团破碎反应装器连接，有机污泥储池与第二脱水装置连接，第二脱水装置与低温干化机连接，低温干化机与第一料仓连接。

前述的这种污泥资源化处理系统中还包括高密度沉淀池，高密度沉淀池与储液池连接。

前述的这种污泥资源化处理系统中，所述第一脱水装置和第二脱水装置均为高压脱水机。

前述的这种污泥资源化处理系统中，所述无机砂储池与磷回收储池连接。

前述的这种污泥资源化处理系统中，所述第一脱水装置和第二脱水装置均与滤液收集管连接，滤液收集管与污水处理厂的进水端连接。通过滤液收集管将第一脱水装置和第二脱水装置脱出的滤液输送至污水处理厂进水端处理。

与现有技术相比，本发明污泥资源化处理方法在调质预处理基础上对生物泥进行固液分离。对上清液中的铁铝除磷剂进行污水处理厂原位回用；固相中有机无机组分利用比重差进一步原位分离，其中无机砂与磷沉淀混合形成含磷无机污泥，经脱水、风干处理后含水率降至20％，运至农业肥料厂再加工及应用，有机污泥含水率降至30％，单独焚烧或作为生物质电厂或燃煤火电厂的掺烧物料，从而达到污泥成分的精准资源化的目的。各组分脱水及冲洗水回至污水处理厂前端进行原位处理。

本发明污泥资源化处理系统通过污泥调节池、污泥灭菌装置、菌胶团破碎反应装器、液相处理系统和固相处理系统，对生物泥(污水处理厂的剩余活性污泥)进行改性分离、灭菌、脱水等一系列处理，最终得到含水率降至20％的含磷无机污泥，并将其外运至农业肥料厂再加工及应用，及含水率降至30％以下的有机污泥将其单独焚烧或作为生物质电厂的掺烧物料，从而实现污泥成分的精准资源化。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：

图1是本发明污泥资源化处理方法的流程图；

图2是本发明污泥资源化处理系统的结构简图；

图3是剩余活性污泥直接干化、剩余活性污泥深度脱水+干化、改性分离+深度脱水+干化三种工艺路线比对图。

附图标记：1-污泥调节池，2-污泥灭菌装置，3-菌胶团破碎反应装器，4-液相处理系统，5-固相处理系统，6-污泥灭菌泵，7-污泥破碎泵，8-储液池，9-除磷剂回用储池，10-磷回收储池，11-第一脱水装置，12-第一输送泵，13-旋流分离器，14-有机污泥储池，15-第二脱水装置，16-低温干化机，17-第一料仓，18-无机砂储池，19-滤液收集管，20-高密度沉淀池，21-第二料仓，22-第二输送泵。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的实施例1：一种污泥资源化处理方法，包括如下步骤：

步骤S01：调质处理生物泥(来自污水处理厂的剩余活性污泥)，静置得到上清液和固相物质；

步骤S02：将上清液与污水处理厂的高密度沉淀池中的化学污泥混合，得到混合污泥，分离、回收混合污泥中的无机金属盐，向分离出无机金属盐的混合污泥中加入调理剂，得到含铝铁上清液和磷沉淀，含铝铁上清液作为除磷剂在污水处理厂的进水侧回用，可减少污水处理过程中PAC(聚合氯化铝)的投加量50％～70％，如按照常规PAC投加量50ppm计，折算为万吨污水减少PAC投加量为300公斤，按照PAC市场价格1700元/吨计算，万吨污水处理可节省费用510元，折算到污泥中可回补污泥处理费用50～60元/吨。本例中调理剂为碱性复配药剂，主要成分包括氢氧化钙等。

步骤S03：通过旋流分离器将固相物质分离为有机污泥和无机砂；

步骤S04：混合磷沉淀和无机砂，得到含磷无机污泥；或者分别脱水处理无机砂与磷沉淀，脱水处理无机砂的产物用作建材，脱水处理磷沉淀的产物用作园林绿化磷肥；

步骤S05：脱水处理含磷无机污泥和有机污泥，得到含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率为65％的有机污泥；将脱水处理所得的脱水滤液输送至污水处理厂的进水端处理；

步骤S06：自氧化风干处理含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率降至20％的含磷无机污泥；干化处理含水率为65％的有机污泥，得到含水率降至30％以下的有机污泥；

步骤S07：将含水率降至20％的含磷无机污泥运至农业肥料厂再加工及应用；单独焚烧处理含水率降至30％以下的有机污泥，或将含水率降至30％以下的有机污泥作为燃煤火电厂或生物质电厂的掺烧物料。

其中调质处理剩余活性污泥包括向活性污泥中加入灭菌剂进行菌团破碎，所述生物泥为来自污水处理厂的含水率为95％～99％的剩余活性污泥，所述固相物质包括有机质和砂。

其中，步骤S06中干化处理含水率65％的有机污泥包括利用低温带式干化机对含水率65％的有机物污泥进行干化处理。

本发明实施例2：一种污泥资源化处理系统，包括污泥调节池1、污泥灭菌装置2、菌胶团破碎反应装器3、液相处理系统4和固相处理系统5，污泥调节池1与污泥灭菌装置2连接，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3连接，液相处理系统4和固相处理系统5均与菌胶团破碎反应装器3连接；污泥调节池1与污泥灭菌装置2之间设置有污泥灭菌泵6，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3之间设置有污泥破碎泵7。

本发明实施例3：一种污泥资源化处理系统，包括污泥调节池1、污泥灭菌装置2、菌胶团破碎反应装器3、液相处理系统4和固相处理系统5，污泥调节池1与污泥灭菌装置2连接，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3连接，液相处理系统4和固相处理系统5均与菌胶团破碎反应装器3连接；污泥调节池1与污泥灭菌装置2之间设置有污泥灭菌泵6，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3之间设置有污泥破碎泵7。

液相处理系统4包括储液池8、除磷剂回用储池9、磷回收储池10和第一脱水装置11，除磷剂回用储池9和磷回收储池10均与储液池8连接，储液池8与菌胶团破碎反应装器3连接，储液池8和菌胶团破碎反应装器3之间设置有第一输送泵12，除磷剂回用储池9通过管道与污水处理厂的进水端连接。

本发明实施例4：一种污泥资源化处理系统，包括污泥调节池1、污泥灭菌装置2、菌胶团破碎反应装器3、液相处理系统4和固相处理系统5，污泥调节池1与污泥灭菌装置2连接，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3连接，液相处理系统4和固相处理系统5均与菌胶团破碎反应装器3连接；污泥调节池1与污泥灭菌装置2之间设置有污泥灭菌泵6，污泥灭菌装置2与菌胶团破碎反应装器3之间设置有污泥破碎泵7。液相处理系统4包括储液池8、除磷剂回用储池9、磷回收储池10和第一脱水装置11，除磷剂回用储池9和磷回收储池10均与储液池8连接，储液池8与菌胶团破碎反应装器3连接，储液池8和菌胶团破碎反应装器3之间设置有第一输送泵12，除磷剂回用储池9通过管道与污水处理厂的进水端连接。固相处理系统5包括旋流分离器13、有机污泥储池14、第二脱水装置15、低温干化机16、第一料仓17和无机砂储池18，无机砂储池18和有机污泥储池14均与旋流分离器13连接，旋流分离器13与菌胶团破碎反应装器3连接，有机污泥储池14与第二脱水装置15连接，第二脱水装置15与低温干化机16连接，低温干化机16与第一料仓17连接。本例中还包括高密度沉淀池，高密度沉淀池与储液池8连接。第一脱水装置11和第二脱水装置15均为高压脱水机。无机砂储池18与磷回收储池10连接。第一脱水装置11和第二脱水装置15均与滤液收集管19连接，滤液收集管19与污水处理厂的进水端连接。

本发明污泥资源化处理系统的工作原理：

生物泥通过第二输送泵22将生物泥送至污泥调节池1，通过污泥调节池1将生物泥的含水率调质至95％～99％，将含水率调至95％～99％的生物泥通过污泥灭菌泵6送至污泥灭菌装置2中，向污泥灭菌装置2中加入灭菌剂以破碎掉生物泥中的菌胶团，然后静置一段时间，得到上清液和固相物质；

将得到的上清液通过第一输送泵12输送至储液池8，同时向储液池8中加入来自污水处理厂的高密度沉淀池的化学污泥，并加入调理剂，得到含铝铁上清液和磷沉淀。将含铝铁上清液输送至除磷剂回用储池9中暂存，将暂存在除磷剂回用储池9中的含铝铁上清液通过管道输送至污水处理厂的进水端，回用含铝铁上清液作为污水处理厂的除磷剂。磷沉淀送至磷回收储池10中。调理剂为碱性复配药剂，主要成分包括氢氧化钙等。

将得到的固相物质通过旋流分离器13利用比重差分离出有机污泥和无机砂，有机污泥被输送至有机污泥储池14暂存，无机砂被输送至无机砂储池18暂存；

将暂存在无机砂储池18中的无机砂送至磷回收储池10中与磷沉淀混合，得到含磷无机污泥，将混合后的含磷无机污泥送至第一脱水装置11进行高压脱水，得到含水率为50％～60％的含磷无机污泥，然后对含水率为50％～60％的含磷无机污泥进行自氧化风干处理，得到含水率降至20％的含磷无机污泥，将含水率降至20％的含磷无机污泥送至第二料仓21存储。此种含水率降至20％的含磷无机污泥可外运至农业肥料厂再加工及应用。

将暂存在有机污泥储池14中的有机污泥送至第二脱水装置15进行高压脱水，得到含水率为65％的有机污泥，将含水率为65％的有机污泥送至低温干化机16进行干化处理，得到含水率降至30％以下的有机污泥，将含水率降至30％以下的有机污泥送至第一料仓17存储。含水率降至30％以下的有机污泥送可单独焚烧或作为燃煤火电厂或生物质电厂的掺烧物料。

生物泥干化蒸发水量比对分析：

以20吨含水率80％的市政污水处理厂剩余活性污泥为例，干化有机污泥含水率30％。分别对比了污泥直接干化、污泥深度脱水+干化、改性分离+深度脱水+干化三种工艺路线(如图3所示工艺路线对比图)的蒸发水量，(改性分离+深度脱水+干化工艺路线采用的是本发明污泥资源化处理方法及系统)。

(1)市政污水处理厂剩余活性污泥直接干化，蒸发水量为14.3吨。

(2)污泥深度脱水至含水率65％，干化至含水率30％，蒸发水量为5.73吨。

(3)污泥改性分离，脱出无机泥及压滤水13.2吨，65％含水率的脱水泥饼6.9吨，干化至含水率30％，蒸发水量3.5吨。

干物质计算分离比例为有机污泥60％，无机污泥40％。1吨80％含水率污泥(干物质200kg)，可分离出无机干物质80kg，折合为含水率60％的无机污泥200kg；可分离出有机干物质120kg，折合含水率65％的有机污泥342.9kg。此处有机污泥为有机组分(进入深度脱水及低温干化系统的有机泥)，其中有机质含量＞60％。无机污泥指无机组分，主要包括含磷无机污泥(占37.5％左右)、铁铝盐(占62.5％左右)等，砂粒中的有机质含量＜8％。铁铝盐回用的情况下，含水率20％的含磷无机泥饼为0.75吨)

20吨含水率80％的污泥干物质4吨，有机组分60％，为2.4吨，折合含水率65％脱水泥饼6.9吨，其余为污泥及压滤水13.2吨(其中20％含水率含磷无机泥饼0.75吨，压滤水及铁铝盐12.45吨)

表1

由表1可知，采用本发明方法和系统，在能源消耗方面，剩余活性污泥干化蒸发水量显著降低，大幅降低了污泥干化的能源消耗量，按照每蒸发吨水需热能60万kcal，且热能转换效率0.75计算，则污泥干化段，总需要热能仅为280万kcal。在热值水平方面，未经分离预处理的干化污泥的热值一般为1000-2000kcal，经组分分离预处理后，干化污泥热值能够提高50％～70％。实测某污水处理厂分离预处理后污泥干基低位发热量从1471kcal/kg提高到2398kcal/kg。

Claims (10)

1.一种污泥资源化处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S01：调质处理生物泥，静置得到上清液和固相物质；

步骤S02：将上清液与高密度沉淀池中的化学污泥混合，得到混合污泥，分离、回收混合污泥中的无机金属盐，向分离出无机金属盐的混合污泥中加入调理剂，得到含铝铁上清液和磷沉淀，含铝铁上清液作为除磷剂在污水处理厂的进水侧回用；

步骤SO3：通过旋流分离器将固相物质分离为有机污泥和无机砂；

步骤S04：混合磷沉淀和无机砂，得到含磷无机污泥；或者分别脱水处理无机砂与磷沉淀，脱水处理无机砂的产物用作建材，脱水处理磷沉淀的产物用作园林绿化磷肥；

步骤S05：分别脱水处理含磷无机污泥和有机污泥，得到含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率为65％的有机污泥；将脱水处理所得的脱水滤液输送至污水处理厂的进水端处理；

步骤S06：自氧化风干处理含水率为50％～60％的含磷无机污泥，得到含水率降至20％的含磷无机污泥；干化处理含水率为65％的有机污泥，得到含水率降至30％以下的有机污泥；

步骤S07：将含水率降至20％的含磷无机污泥，运至农业肥料厂再加工及应用作为建材原料或园林绿化土使用；单独焚烧处理含水率降至30％以下的有机污泥，或将含水率降至30％以下的有机污泥作为生物质电厂或燃煤火电厂的掺烧物料。

2.根据权利要求1所述的一种污泥资源化处理方法，其特征在于：所述调质处理剩余活性污泥包括向活性污泥中加入灭菌剂进行菌团破碎，所述生物泥为来自污水处理厂的含水率为95％～99％的剩余活性污泥，所述固相物质包括有机质和砂。

3.根据权利要求2所述的一种污泥资源化处理方法，其特征在于：所述步骤S06中干化处理含水率65％的有机污泥包括利用低温带式干化机对含水率65％的有机物污泥进行干化处理。

4.实施权利要求1至3中任一权利要求所述方法的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：包括污泥调节池(1)、污泥灭菌装置(2)、菌胶团破碎反应装器(3)、液相处理系统(4)和固相处理系统(5)，所述污泥调节池(1)与污泥灭菌装置(2)连接，污泥灭菌装置(2)与菌胶团破碎反应装器(3)连接，所述液相处理系统(4)和固相处理系统(5)均与菌胶团破碎反应装器(3)连接；所述污泥调节池(1)与污泥灭菌装置(2)之间设置有污泥灭菌泵(6)，污泥灭菌装置(2)与菌胶团破碎反应装器(3)之间设置有污泥破碎泵(7)。

5.根据权利要求4所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：所述液相处理系统(4)包括储液池(8)、除磷剂回用储池(9)、磷回收储池(10)和第一脱水装置(11)，所述除磷剂回用储池(9)和磷回收储池(10)均与储液池(8)连接，所述储液池(8)与所述菌胶团破碎反应装器(3)连接，所述储液池(8)和菌胶团破碎反应装器(3)之间设置有第一输送泵(12)，除磷剂回用储池(9)通过管道与污水处理厂的进水端连接。

6.根据权利要求5所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：所述固相处理系统(5)包括旋流分离器(13)、有机污泥储池(14)、第二脱水装置(15)、低温干化机(16)、第一料仓(17)和无机砂储池(18)，所述无机砂储池(18)和有机污泥储池(14)均与旋流分离器(13)连接，所述旋流分离器(13)与菌胶团破碎反应装器(3)连接，所述有机污泥储池(14)与第二脱水装置(15)连接，第二脱水装置(15)与低温干化机(16)连接，所述低温干化机(16)与第一料仓(17)连接。

7.根据权利要求6所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：还包括高密度沉淀池(20)，所述高密度沉淀池(20)与储液池(8)连接。

8.根据权利要求7所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：第一脱水装置(11)和第二脱水装置(15)均为高压脱水机。

9.根据权利要求8所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：所述无机砂储池(18)与磷回收储池(10)连接。

10.根据权利要求9所述的一种污泥资源化处理系统，其特征在于：所述第一脱水装置(11)和第二脱水装置(15)均与滤液收集管(19)连接，滤液收集管(19)与污水处理厂的进水端连接。

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