CN115403239A - 一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，涉及市政污泥、工业污泥和水体底泥绿色低碳干化处理领域，该工艺技术在市政给水、污水、工业废水或水体底泥处理厂内实施，该工艺在污泥低温非相变干化过程中，在30‑95℃的条件进行低温干化，干化至5‑40％含水率污泥。污泥低温干化所需热量通过一种或多种可再生或低品位可利用能源的耦合提供干燥所需热量；污泥干燥工艺中安装光电或风电系统，污泥干燥过程中所需电能通过工业供电系统和风电或太阳能光电能源中的一种或几种组合供应完成。污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统收集，收集后臭气通过淋洗吸收‑生物过滤‑活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。

Description

一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺
技术领域
本发明涉及污泥绿色低碳干化处理领域，具体涉及一种市政污泥、工业污泥和水体底泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺。
背景技术
污泥是水处理过程中生物质、无机物和污染物富集的产物。
污泥中水的去除是污泥处理处置的重要问题之一，是处理过程中能耗最高的部分。污泥处理后无论是焚烧、热解、土地利用等处理处置，都需要脱除很大一部分水，这部分水的脱除能耗非常高，降低能耗解决污泥处理处置过程中关键技术之一具有非常重要意义。
现阶段污泥干化技术很大一部分采用超过100℃高温的蒸汽或其它方式进行干化，不仅消耗了大量的水分蒸发的相变热，同时使有机物和臭气大量挥发到空气中，造成严重的空气污染，同时，造成了大量低沸点有机物的流失，不利于后续污泥资源化包括热化学能源化和土地利用，如何实现污泥绿色低碳干化是污泥干化的关键技术之一。
非相变低温干化(小于100℃)对于节约能耗，减少污泥干化过程中相变热的能量消耗，减少有机物和臭气的挥发和对环境的伤害，实现绿色低碳化的目标，具有重要意义。
利用好可利用能源包括城市和工业污(废)水处理厂的污水中污水低品位热源、污泥热化学处理(包括焚烧、热解、气化)产生的热源，风电能源和太阳能光电能源具有重要意义。
现有常规污泥干化技术主要为高温热干化，干化温度在100℃以上，加热介质多为100℃以上的燃烧后的热空气、导热油、高温高压蒸汽等，能耗高且干化过程中污泥中大量有机挥发性污染物释放到气相，废气处理量大；有机物大量损失，不利于后续资源化处理利用；干化过程中产生大量粉尘，操作不当易发生爆炸危险。现有的污泥热干化能源主要采用天然气、重油、煤炭等化石能源，碳排放量高，环境污染重，存在的问题多。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有污泥高温干化处理能耗高、环境污染重、可利用能源利用率低的问题，提供一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，具体地，实现污泥非相变低温干化，在此工艺中可利用低品位热源和污泥热化学产生的能源耦合集成进行高效的利用，实现了污泥绿色低碳干化，为污泥安全资源化利用打好基础，提升污泥资源化利用技术水平，是一种污泥高效低碳环境友好的脱水干化的处理工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，所述工艺具体步骤为：
步骤一：本工艺实施在市政给水、污水或工业废水处理厂内实施，将含水率为50％-85％的脱水污泥在干化机箱体内进行非相变干燥，在气流温度30-95℃的条件下干化至5-40％含水率污泥；
通过一种或多种可再生或低品位可利用能源耦合，建立可利用能源中心，提供污泥干燥所需热量，具体地，利用这些热量加热干燥用空气，使其升至30-95℃，进行污泥干燥；
在此过程中，污泥干燥过程中所消耗电能通过供电系统供电，所述供电系统为工业供电系统、风电能源和太阳能光电能源中的一种或多种组合供应完成；
步骤二：干燥臭气处理：针对污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤一种或几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
进一步地，所述步骤一具体为：1.在污泥干燥前，先进行污泥调理；在含水率95-99％的污泥中，加入10-1000微米的污泥基生物炭污泥脱水调理剂，控制污泥基生物炭调理剂的浓度为10-1000mg/L，加速污泥压缩脱水至含水率50-85％的脱水污泥，在此过程中，加入污泥基生物炭后，脱水时间相较于不进行污泥基生物炭调理的时间减少20-30％；脱水过程中阳离子铁盐或铝盐脱水药剂的投加量减少20-50％；2.将含水率50-85％的脱水污泥输送至成型装置经成型后，均匀掉落平铺于带式干化机输送带上；3.成型后污泥在输送带上水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处；4.干燥热风由下至上穿透输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；5.带式干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干污泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
进一步地，步骤1中，所述污泥基生物炭调理剂由污泥热解产生的生物炭制成，粒径为1微米-1000微米。实际工程中，需要通过试验得出最佳粒径范围，粒径减小可以增大调理反应过程中物料接触面积，有利于调理脱水，粒径过小在脱水过程中污泥基生物炭容易漏出，不利于污泥脱水工艺稳定运行。
进一步地，步骤2中，成型后的脱水污泥为条状或颗粒；所述带式干化机输送带采用 2-5层耐腐蚀网带，耐腐蚀网带包括但不限于不锈钢或有机高分子网带。干化网带层数越多，干燥空气与污泥物料接触面积越大，干燥效果越好。干燥要求不高时，可以减少层数。
进一步地，步骤一中，在干燥含水率要求高时气流温度为75～95℃(高温)。
进一步地，步骤一中，在干燥含水率要求不高时气流温度为50-75℃(中温)。
进一步地，步骤一中，在干燥含水率要求较低时气流温度为30～50℃(低温)。
进一步地，步骤一中，所述可再生或低品位可利用能源具体为下述一种或二种的耦合： 1.市政给水、污水、工业废水或水体(河、湖等)中低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用；2.污泥(包括生物质)热化学处理(包括焚烧、热解或气化)产生的热能回收利用。
进一步地，步骤一中，所述供电系统具体为：1.在没有风能和光电的条件下，只提供工业供电作为电源；2.在有光电情况下，通过光电转化单独光电供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的光电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有光电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供污泥干燥机供电使用；3.在有风电情况下，通过风电转化单独供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的风电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有风电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供干燥机使用；4.在有光电和风电一种或两种存在条件下，产生的多余电量，在没有储能装置的情况下，可以上网出售，获得收益，用于购买工业供电系统的电量供干燥机使用。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)本发明采用非相变低温干化技术，干化温度为30-95℃，减少污染物释放量，实现了绿色低碳干化目标。
(2)本发明将污泥非相变低温干化工艺中的温度控制在30-95℃，同时利用一种或几种可利用能源组合包括城市给水处理厂、城市污水处理厂或工业废水处理厂的水中的低品位热源、污泥(包括生物质)热化学处理(包括焚烧、热解、气化)产生的热源作为 30-95℃干燥空气的热源，可节约大量化石能源，减少碳排放。
同时，在污泥干化工艺中的电能供应通过工业供电系统、风电能源和太阳能光电能源中的一种或多种组合供应完成，大幅度降低化石能源的使用量，实现污泥干化工艺碳减排的目标。
综上所述，本发明研发的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，将污泥非相变低温干化技术和可利用绿色能源包括热化学废热、水源热泵提取低品位热能、风电与光电等可利用能源耦合，有效解决了污泥干化工艺能耗高、高碳排放和环境污染重问题，大幅度降低干化成本，实现污泥绿色低碳的干化目标。具有良好的环境、经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式披露了一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：本工艺技术在市政污水内实施，含水率为80％的脱水污泥在带式干化机箱体内干燥，在气流温度70℃的条件下干化至10％含水率污泥。其步骤为：1.在污泥调理阶段加入后续污泥热解产生的污泥基生物炭制成的100-200微米的污泥基生物炭的污泥调理脱水剂，加速污泥压缩脱水至含水率80％湿污泥，在此过程中污泥脱水时间缩短30％，脱水过程中阳离子铁盐或铝盐脱水药剂的投加量减少40％；2.含水率80％湿污泥输送至挤条成型装置经成型后，均匀掉落平铺于干化机输送带；3.干化机输送带采用5层耐腐蚀有机高分子网带，成型后污泥在输送带水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处； 4.干燥机箱体内干燥热风温度为70℃，干燥热风由下至上穿透5层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；5.干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
在此过程中，低温带式干燥机干燥所需热空气的热能提供通过1.污泥干燥所在市政污水的污水低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用；2.污泥干燥后进行热解处理所产生的热能，通过热能回收利用技术，耦合市政污水低温热泵技术提取污水源低品位热能，二种低品位热能相加，共同加热干燥用空气，使其升至70℃，进行污泥干燥。
在此过程中，污泥干燥过程中所消耗的电能通过市政污水厂内工业供电系统和太阳能光电能源中的一种或二种组合供应完成。1.在没有光电的条件下，只提供工业供电作为电源；2.在有光电情况下，通过光电转化单独供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的光电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有光电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供干燥系统使用。3.在市政污水处理厂内项目现场安装光电条件下，产生的多余电量，在没有储能装置的情况下，可以上网出售，获得收益，用于购买没有光电时工业供电系统电量供干燥系统使用。
步骤二：干燥臭气处理：针对污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式披露了一种工业污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：含水率为70％的工业脱水污泥在带式干化机箱体内干燥，在气流温度65-70℃的条件下干化至20％含水率污泥。其步骤为：1.在工业污泥调理阶段加入后续工业污泥热解产生的污泥基生物炭制成的100-300微米的污泥基生物炭的污泥调理脱水剂，加速污泥压缩脱水至含水率70％湿污泥，在此过程中污泥脱水时间缩短30％，脱水过程中阳离子铁盐或铝盐脱水药剂的投加量减少50％；2.含水率70％湿污泥输送至挤条成型装置经成型后，均匀掉落平铺于干化机输送带；3.干化机输送带采用3层耐腐蚀不锈钢网带，成型后污泥在输送带水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处；4.干燥机箱体内干燥热风温度为65-70℃，干燥热风由下至上穿透3层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；5.干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
在此过程中，低温干燥机的干燥所需热空气的热能提供通过污泥干燥所在工业废水处理厂内的污水低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用加热干燥用空气，使其升至 65-70℃，进行污泥干燥。
在此过程中，在没有安装光电和风电情况下，工业污泥干燥过程中所消耗的电能通过工业废水处理厂内工业供电系统供应完成。
步骤二：干燥臭气处理：针对工业污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式披露了一种市政给水污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：含水率为60-80％的给水脱水污泥在带式干化机箱体内干燥，在气流温度65-70℃的条件下干化至20％含水率污泥。其步骤为：1.含水率60-80％湿污泥输送至挤条成型装置经成型后，均匀掉落平铺于干化机输送带；2.干化机输送带采用3层耐腐蚀高分子网带，成型后污泥在输送带水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处；3.干燥机箱体内干燥热风温度为65-70℃，干燥热风由下至上穿透3层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；4.干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
在此过程中，低温干燥机的干燥所需热空气的热能提供通过污泥干燥所在给水处理厂内的水源低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用加热干燥用空气，使其升至65-70℃，进行污泥干燥。
在此过程中，在没有安装光电和风电情况下，给水污泥干燥过程中所消耗的电能通过给水处理厂内工业供电系统供应完成。
步骤二：干燥臭气处理：针对给水污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式披露了一种水体底泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：含水率为60-80％的水体底泥污泥在带式干化机箱体内干燥，在气流温度65-70℃的条件下干化至20％含水率污泥。其步骤为：1.含水率60-80％湿污泥输送至挤条成型装置经成型后，均匀掉落平铺于干化机输送带；2.干化机输送带采用3层耐腐蚀不锈钢网带，成型后污泥在输送带水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处；3.干燥机箱体内干燥热风温度为65-70℃，干燥热风由下至上穿透3层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；5.干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
在此过程中，低温干燥机的干燥所需热空气的热能提供通过水体底泥干燥所在水体底泥处理厂附近的水体(河、湖等)的水源低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用加热干燥用空气，使其升至65-70℃，进行污泥干燥。
在此过程中，在没有安装光电和风电情况下，水体底泥干燥过程中所消耗的电能通过水体底泥处理厂内工业供电系统供应完成。
步骤二：干燥臭气处理：针对水体底泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
实施例1：
在“污泥干化-热解”工艺中，在污泥调理阶段加入后续污泥热解产生的污泥基生物炭制成的200-300微米左右的污泥基生物炭的污泥调理脱水剂，加速污泥压缩脱水至含水率 80％湿污泥，在此过程中污泥脱水时间缩短30％，脱水过程中阳离子铁盐或铝盐脱水药剂的投加量减少40％；含水率为80％的脱水污泥在干化机箱体内在气流温度70℃的条件下进行低温干燥，干化至10％含水率污泥。干燥机箱体内干燥热风温度为70℃，干燥热风由下至上穿透5层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
在此过程中，带式低温干燥机的干燥所需热空气的热能提供通过污泥干燥所在污水处理厂内的污水低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用；污水处理厂内污泥干燥后进行热解处理所产生的热能，通过热能回收技术，耦合污水处理厂污水低温热泵技术提取的污水源低品位热能，二种低品位热能相加，共同加热干燥用空气，使其升至70℃，进行污泥干燥。
在此过程中，在污水处理厂内实施的污泥干燥项目中安装光电系统，污泥干燥过程中所消耗的电能通过工业供电系统和太阳能光电能源中的一种或组合供应完成：1.在没有光电的条件下，只提供工业供电作为电源；2.在有光电产生情况下，通过光电转化单独供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的光电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有光电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供干燥系统使用。3.光电产生的多余电量，在没有储能装置的情况下，可以上网出售，获得收益，用于在无光电情况下购买工业供电系统的电量供干燥系统使用。
污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统收集，收集后臭气通过淋洗吸收-生物过滤-活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
实施例2：
在“污泥干化-焚烧”工艺中，含水率为60％的脱水污泥在带式干化机箱体内在气流温度65-70℃的条件下进行低温干燥，干化至30％含水率污泥。干燥机箱体内干燥热风温度为65-70℃，干燥热风由下至上穿透3层输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
低温干燥机的干燥所需热空气的热能提供通过污泥干燥所在污水处理厂内的污水低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用，加热干燥用空气，使其升至65-70℃，进行污泥低温干燥。
在没有安装光电和风电情况下，污泥干燥过程中的所消耗的电能通过工业供电系统供应完成。
污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统收集，收集后臭气通过淋洗吸收-生物过滤-活性炭过滤几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。

Claims (8)

1.一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：所述工艺具体步骤为：
步骤一：将含水率为50％-85％的脱水污泥在污泥带式干化机箱体内干燥，在气流温度30-95℃的条件下，在非相变情况下，把污泥干化至5-40％含水率污泥；
其中，通过一种或多种可再生或低品位可利用能源的耦合，建立可利用能源中心，提供干燥所需能量，具体地，利用这些热量加热干燥用空气，使其升至30-95℃，进行污泥干燥；污泥干燥过程中所消耗电能通过供电系统供电，所述供电系统为污泥处理厂内工业供电系统、风电能源和太阳能光电能源中的一种或多种组合供应完成；
步骤二：干燥臭气处理：针对污泥低温干化过程中产生的臭气，通过密闭系统集中密闭收集，收集后臭气通过淋洗吸收、生物过滤、活性炭过滤一种或几种组合式工艺进行处理，臭气排放符合国家相关排放标准。
2.根据权利要求1所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：所述步骤一具体为：
(1)在污泥干燥前，先进行污泥调理；在污泥调理阶段，向含水率95-99％的污泥中，加入10-1000微米的污泥基生物炭调理剂，控制污泥基生物炭调理剂的浓度为10-1000mg/L，加速污泥脱水至含水率50-85％的脱水污泥；(2)将含水率50-85％的脱水污泥输送至成型装置成型后，均匀掉落至平铺于带式干化机输送带上；(3)成型后污泥在输送带水平往复输送，直至输送至最底层输送带出料口处；(4)干燥热风由下至上穿透输送带，形成干燥和输送同步进行的工艺生产过程；(5)带式干化机箱体最底部设置粉尘和细小颗粒输送装置，将干燥过程中产生的细小干污泥颗粒和粉尘收集并自动送至出料装置，一同排出干燥机箱体，实现自动免维护在线清理干燥过程产生的粉尘和细小颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述污泥基生物炭调理剂由污泥热解产生的污泥基生物炭制成，粒径1-1000微米。
4.根据权利要求2所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤(2)中，成型后的脱水污泥为条状或颗粒；所述带式干化机输送带采用2-5层耐腐蚀网带，耐腐蚀网带包括但不限于不锈钢或有机高分子网带。
5.根据权利要求1所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤一中，污泥干化工艺为非相变式干化，干化气体温度为30-95℃。
6.根据权利要求1所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述工艺在市政给水、市政污水、工业废水处理厂或水体底泥处理厂内实施。
7.根据权利要求1所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述可再生或低品位可利用能源具体为下述一种或二种的耦合：1.市政给水、污水或工业废水处理厂的给水、污水、废水或水体中低品位热源通过低温热泵技术进行热能回收利用；2.污泥(包括生物质)热化学处理产生的热能回收利用，所述热化学处理是指焚烧、热解或气化。
8.根据权利要求1所述的一种污泥可利用能源绿色低碳干化处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述供电系统具体为：1.在没有风能和光电的条件下，只提供工业供电作为电源；2.在有光电情况下，通过光电转化，单独光电供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的光电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有光电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供污泥干燥机使用；3.在有风电情况下，通过风电转化单独供电或和工业供电系统一起提供电能，同时，多余的风电转换产生的电能通过储能装置储存，在没有风电产生的情况下，释放储能装置中的电能，供干燥机使用；4.在有光电和风电一种或两种存在条件下，产生的多余电量，在没有储能装置的情况下，可以上网出售，获得收益，用于在无光电或风电供电情况下，购买工业供电系统的电量供干燥机使用。
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