CN115477455A - 一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，包括以下步骤：将污泥与渗沥液输送至均质装置中进行均质混合，得到均质混合物。将均质混合物输送至水解处理装置中进行催化热水解，得到水解产物。将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物和液体产物。将固体产物制成颗粒和/或进行焚烧，液体产物用作营养液和/或厌氧消化有机质产沼气。本申请提供的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，使得污泥得到较好的无害化、减量化、资源化处置。

Description

一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法

技术领域

本申请涉及污泥水解与资源化技术领域，尤其涉及一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法。

背景技术

污泥是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。随着我国经济持续快速稳定发展，我国城镇污水处理规模日益提升，污泥产量也相应增加。据统计，2019年我国污泥产量已超过6000万吨（以含水率80%计），预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。但是，由于我国长期以来“重水轻泥”，污泥处理处置没有与污水处理同步提升，污泥处理处置问题未能得到有效解决，形势十分严峻。目前主流的污泥处置方式有填埋、厌氧、焚烧等，都无法较全面的资源化污泥的减量化、无害化、资源化这三个要求。

《城镇污水处理及资源化利用发展规划》中指出东部地区城市、中西部地区大中型城市以及其他地区有条件的城市，加快压减污泥填埋规模，积极推进污泥资源化利用。新增污泥（含水率80%的湿污泥）无害化处置设施规模不少于2万吨/日。在土地资源紧缺的大中型城市推广采用“生物质利用+焚烧”、“干化+土地利用”等模式。推广将污泥焚烧灰渣建材化利用。

发明内容

本申请提供一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，能够实现在催化热水解状态下更加充分、效率更高的对污泥与渗沥液进行水解，同时水解对于污泥的资源化路径有着极大的促进作用。

污泥与渗沥液混合进行催化热水解主要有以下优势：在高温高压条件下，能够同时实现污泥的破壁、有机物的溶出和病原体的杀灭、改善脱水性能、高效脱臭，保证液相部分厌氧消化系统的高效运行。催化热水解使得有机物分子量减小、易于生物降解的部分液化溶解进入液相，使液相COD增加从而提高了甲烷产量。混合水解可提升污泥流动性和改善脱水性能，杀灭病菌、除臭。使得处理后污泥的资源化处置途径趋于多样化。

本申请采用了下列技术方案：

本申请提供了一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，包括以下步骤：将污泥与渗沥液输送至均质装置中进行均质混合，得到均质混合物。将均质混合物输送至水解处理装置中进行催化热水解，得到水解产物。将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物和液体产物。将固体产物制成颗粒和/或进行焚烧，液体产物用作营养液和/或厌氧消化有机质，例如，将液体产物输送至厌氧装置中进行厌氧消化，得到沼气。

进一步地，将均质混合物送至水解处理装置中进行催化热水解，包括：将均质混合物输送至水解处理装置中，并使得水解处理装置的温度达到催化热水解温度，且持续性地搅动水解处理装置中的均质混合物，然后将催化剂以预设输送速度输送至水解处理装置中，并与水解处理装置中的均质混合物混合均匀，接着使得水解处理装置中的气压达到催化热水解气压，并保持预设时长。

进一步地，催化热水解温度为100℃~150℃。

进一步地，催化热水解温度为120℃。

进一步地，催化剂的预设输送速度为1L/min~6L/min。

进一步地，催化热水解气压为0.7Mpa~1.5Mpa。

进一步地，催化热水解的预设时长为0.5小时~5小时。

进一步地，将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离之前，将水解处理装置中的气体以第一预设排出速度排出，直至水解处理装置中的气压降至预设气压0.20MPa，然后将水解处理装置中的气体以大于第一预设排出速度的第二预设排出速度排出，直至水解处理装置中的气压降至常压。

进一步地，经固液分离后得到的固体产物为具有60%~80%含水率的污泥，固体产物的有机物去除率大于30%。

进一步地，经固液分离后得到的固体产物为具有60%~80%含水率的污泥，将所述固体产物送至污泥破碎设备和污泥干化设备进行破碎、干化成3~5cm粒径、40~50%含水率的颗粒，便于后续资源化应用。

进一步地，将所述颗粒与其他原材料、添加剂在烧制设备中进行掺烧制成陶粒，陶粒中的污泥占比大于50%，和/或，将颗粒直接烧成灰渣，使用液相产物厌氧消化产生的沼气作为制成陶粒和烧成灰渣的燃料。将陶粒或灰渣后续可制成陶砖作为建筑基材进行资源化应用。

进一步地，也可将所述颗粒用于道路施工回填。

进一步地，还可以将所述颗粒添加有机营养液平衡酸碱度，同时增加泥质中有机质含量，后续可用于园林绿化或土壤改良。

进一步地，和/或，将所述固体产物输送至园区垃圾焚烧厂焚烧装置进行焚烧处理作为应急处置方式，焚烧发电后的余热蒸汽可作为催化热水解及污泥干化的热源。

进一步地，将所述液体产物作为有机营养液添加至污泥中用于园林绿化或土壤改良，也可将液体产物进行厌氧消化产生沼气，后续经提纯后作为燃料可直接用于污泥制陶粒过程，和/或，将固体产物直接烧成灰渣。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，使得污泥与渗沥液能够高效且充分的水解，并且能够节约能源。另外，本申请提供的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法中液相部分进行厌氧消化相较于以渗沥液单纯厌氧消化的产气收益得到明显提升，同时对固相部分的处置也解决了平时处置困难的污泥的资源化路径问题。此外，本申请提供的污泥与渗沥液混合催化热水解工艺产生的能量足以覆盖水解工艺本身的耗能以及后续污泥的干化耗能，实现资源高效利用。为污泥的资源化利用这一难题提供了合适且可行的路径。

附图说明

图1是本申请一实施例中污泥与渗沥液混合催化热水解及资源化利用技术的流程示意图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的实施例提供了一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，包括以下步骤：

步骤一、将污泥与渗沥液输送至均质装置中进行均质混合，得到均质混合物。

上述步骤中，渗沥液包括厨余垃圾渗沥液及生活垃圾渗沥液，污泥指市政污泥。

将污泥与渗沥液输送至均质装置之前，由于收集到的污泥与渗沥液中会不可避免的存在一些金属、塑料包装盒等硬质物体，其不仅无法水解，还会影响水解处理装置的使用寿命。因此，需要对污泥与渗沥液进行筛检。

步骤二、将均质混合物输送至水解处理装置中进行催化热水解，得到水解产物。需要说明的是，水解产物包括气体、固体和液体。

上述步骤中，将均质混合物输送至水解处理装置中，并使得水解处理装置的温度达到催化热水解温度，且持续性地搅动水解处理装置中的均质混合物，然后将催化剂以预设输送速度输送至水解处理装置中，并与水解处理装置中的均质混合物混合均匀，接着使得水解处理装置中的气压达到催化热水解气压，并保持预设时长。

其中，催化热水解温度为100℃~150℃，以保证污泥与渗沥液在催化剂的作用下充分水解。优选地，催化热水解温度为120℃。

催化剂的预设输送速度为1L/min~6L/min，以保证催化剂和污泥与渗沥液充分混合。优选地，预设输送速度为2.5L/min。

催化热水解气压为0.7Mpa~1.5Mpa，以保证污泥与渗沥液在催化剂的作用下充分水解。优选地，催化热水解气压为0.8Mpa。

催化热水解的预设时长为0.5小时~5小时，以保证污泥与渗沥液在催化剂的作用下充分水解。具体根据污泥与渗沥液的处理量决定。

上述步骤中，在配方量的催化剂全部输送至水解处理装置中之后，使得水解处理装置中的气压达到催化热水解气压，节省了高压下注入催化剂导致的能耗。

此外，对于催化剂的种类和用量，本领域技术人员可以根据情况进行选择，催化剂为含酸的还原性水溶液，其中的酸可以为硫酸、磷酸、硝酸中的一种或几种的混合，含酸的还原性水溶液的浓度可以为30-40wt%，含酸的还原性水溶液的用量可以为渗沥液和污泥的总用量的5-10%。

步骤三、将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物（具有60%~80%含水率的污泥）和液体产物。

上述步骤中，将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离之前，将水解处理装置中的气体以第一预设排出速度排出，直至水解处理装置中的气压降至预设气压，然后将水解处理装置中的气体以大于第一预设排出速度的第二预设排出速度排出，直至水解处理装置中的气压降至常压，以保证水解产物稳定、安全地输送至下一工序。

其中，预设气压为0.20Mpa，此时，水解处理装置的内外气压趋于平衡。

第一预设排出速度通过第一排气阀实现，第二预设排出速度通过第二排气阀实现。第一排气阀为水解处理装置上的小排气阀，第二排气阀为水解处理装置上的大排气阀。小排气阀的作用是：保证在泄压的同时，避免水解处理装置中的液体随同气体一同排出。大排气阀的作用是：使得气压快速的恢复为常压状态。

上述步骤中，将水解产物中的废气输送至除臭系统进行除臭处理。

另外，经固液分离后得到的固体产物为具有60%~80%含水率的污泥，固体产物的有机物去除率大于30%。

步骤四、将固体产物（具有60%~80%含水率的污泥）制成颗粒和/或进行焚烧，液体产物用作营养液和/或厌氧消化有机质产沼气。

上述步骤中，固体产物（如60%含水率污泥）可进行多途径利用，先将污泥送至污泥破碎装置和污泥干化装置进行破碎、干化脱水处理成3~5cm粒径、40~50%含水率的颗粒，后续可用与道路施工回填；和/或，可使用沼气作为燃料在烧制设备中将颗粒与其他原材料、添加剂进行掺烧制成陶粒，然后制砖作为建筑基材；和/或，可使用沼气作为燃料将颗粒直接烧成灰渣；和/或，将干化后污泥颗粒添加有机营养液后用于园林绿化或土壤改良。

当上述资源化路径有一定问题或无法完全消纳污泥时候，该固体污泥的应急处置方式为送入垃圾焚烧厂焚烧装置进行焚烧，焚烧发电后的余热蒸汽用于催化热水解加热以及污泥的干化脱水，并且掺烧制陶粒过程中产生的废气也可送入焚烧装置焚烧。

可将液体产物作为有机营养液添加至污泥中用于园林绿化或土壤改良，也可将液体产物输送至厌氧装置中进行厌氧消化，得到沼气，提纯后作为燃料用于污泥烧制陶粒，和/或，将固体产物直接烧成灰渣。

其中，陶粒烧制设备可以为陶粒窑，焚烧装置可以为生活垃圾焚烧炉，厌氧装置可以为厌氧罐。

具体地，参阅图1，本申请的一实施例提供了一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，包括以下步骤：

步骤一、对污泥与渗沥液进行筛检，然后将污泥与渗沥液输送至均质装置中进行均质混合，得到均质混合物。

步骤二、将均质混合物输送至水解处理装置中，并使得水解处理装置的温度达到120℃，且持续性地搅动水解处理装置中的均质混合物，然后将催化剂以2.5L/min输送至水解处理装置中，并与水解处理装置中的均质混合物混合均匀，接着使得水解处理装置中的气压达到0.8Mpa，并保持1.5小时，得到水解产物。

步骤三、将水解处理装置中的气体从水解处理装置上的小排气阀排出，直至水解处理装置中的气压降至0.20Mpa，然后将水解处理装置中的气体从水解处理装置上的大排气阀排出，直至水解处理装置中的气压降至常压，然后将水解产物中的废气输送至除臭系统进行除臭处理，将水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物和液体产物。

步骤四、将固体产物（具有60%~80%含水率的污泥）可进行多途径利用，先对固体产物（如含水率60%的污泥）进行破碎、干化处理成3~5cm粒径、40~50%含水率的颗粒，后续可用与道路施工回填；和/或，可使用沼气作为燃料将颗粒与其他原材料、添加剂进行掺烧制得陶粒，然后造砖作为建筑基材；和/或，可使用沼气作为燃料将颗粒直接烧成灰渣；和/或，将干化后污泥添加有机营养液再用于园林绿化或土壤改良。当上述资源化措施有一定问题或无法完全消纳污泥时，该固体污泥的应急处置方式为送入垃圾焚烧厂焚烧装置进行焚烧，垃圾焚烧发电后的余热蒸汽用于催化热水解加热以及污泥的干化脱水，并且掺烧制陶粒过程中产生的废气也可送入焚烧装置焚烧，是为能源综合利用和废气协同治理的技术工艺。可将液体产物作为有机营养液添加至污泥中用于园林绿化或土壤改良，也可将液体产物输送至厌氧装置中进行厌氧消化，得到沼气，沼气送入沼气提纯装置，提纯后直接作为燃料用于污泥烧制陶粒，和/或，将固体产物直接烧成灰渣。

本申请提供的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，使得污泥与渗沥液能够高效且充分的水解，并且能够节约能源，为污泥提供了合适且可行的资源化路径。本申请中，均质装置、水解处理装置、除臭系统、固液分离装置、厌氧罐构成催化热水解系统。沼气提纯装置、垃圾焚烧炉、污泥破碎装置、污泥干化装置、污泥制粒装置构成污泥资源化系统，上述催化热水解系统及污泥资源化系统均为可循环工作的系统。

故沼气产生量也有同比例增加，即相较于以渗沥液单纯厌氧消化的产气收益得到明显提升，同时也解决了平时处置困难的污泥的资源化应用问题。

概括地说，本申请公开了一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，包括以下步骤：将污泥与厨余垃圾及生活垃圾渗沥液等混合均质后输送至水解处理装置中进行催化热水解，得到水解产物。将水解产物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物（具有60%~80%含水率的污泥）和液体产物。固体产物可进行多途径利用，先后将固体产物送至污泥破碎装置和污泥干化装置进行破碎、干化脱水处理制成颗粒，后续可用于道路施工回填；和/或，使用液体产物厌氧消化产生的提纯后沼气作为燃料将颗粒与其他原材料、添加剂进行掺烧制成陶粒，然后制砖作为建筑基材；和/或，可使用沼气作为燃料将颗粒直接烧成灰渣；和/或，将颗粒添加有机营养液再用于园林绿化或土壤改良。当上述资源化措施有一定问题时，该固体产物的应急处置方式为送入垃圾焚烧厂焚烧装置进行焚烧，焚烧发电后的余热蒸汽可用于催化热水解及污泥干化，并且掺烧制陶粒过程中产生的废气也可送入焚烧装置焚烧。液体产物可作为有机营养液添加至污泥中作为资源化路径的一种，也可输送至厌氧装置中进行厌氧消化，得到沼气并经提纯后作为燃料用于陶粒烧制，和/或，将固体产物直接烧成灰渣。本申请提供的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，使得污泥得到较好的无害化、减量化、资源化处置。

以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，包括以下步骤：

将污泥与渗沥液输送至均质装置中进行均质混合，得到均质混合物；

将所述均质混合物输送至水解处理装置中进行催化热水解，得到水解产物；

将所述水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离，得到固体产物和液体产物；

将所述固体产物制成颗粒和/或进行焚烧，所述液体产物用作营养液和/或厌氧消化有机质产沼气。

2.如权利要求1所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述均质混合物输送至水解处理装置中进行催化热水解，包括：

将所述均质混合物输送至水解处理装置中，并使得所述水解处理装置的温度达到催化热水解温度，且持续性地搅动所述水解处理装置中的所述均质混合物，然后将催化剂以预设输送速度输送至所述水解处理装置中，并与所述水解处理装置中的所述均质混合物混合均匀，接着使得所述水解处理装置中的气压达到催化热水解气压，并保持预设时长。

3.如权利要求2所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

所述催化热水解温度为100℃~150℃，所述催化剂预设输送速度为1L/min~6L/min，所述催化热水解气压为0.7Mpa~1.5Mpa，所述预设时长为0.5小时~5小时。

4.如权利要求1所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述水解产物中的固液混合物输送至固液分离装置中进行固液分离之前，将所述水解处理装置中的气体以第一预设排出速度排出，直至所述水解处理装置中的气压降至预设气压0.20MPa，然后将所述水解处理装置中的气体以大于所述第一预设排出速度的第二预设排出速度排出，直至所述水解处理装置中的气压降至常压。

5.如权利要求1所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

经固液分离后得到的固体产物为具有60%~80%含水率的污泥，固体产物的有机物去除率大于30%。

6.如权利要求1所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

经固液分离后得到的固体产物为具有60%~80%含水率的污泥，将所述固体产物送至污泥破碎设备和污泥干化设备进行破碎、干化成3~5cm粒径、40~50%含水率的颗粒，便于后续资源化应用；和/或，将所述固体产物输送至垃圾焚烧厂焚烧装置进行焚烧处理作为应急处置方式，利用垃圾焚烧发电的余热蒸汽用于催化热水解加热以及污泥的干化脱水。

7.如权利要求6所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述颗粒与其他原材料、添加剂在烧制设备中进行掺烧制成陶粒，和/或，将所述颗粒直接烧成灰渣，使用所述液相产物厌氧消化产生的沼气作为制成陶粒和烧成灰渣的燃料；将所述陶粒或灰渣后续制成陶砖以作为建筑基材进行资源化利用。

8.如权利要求6所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述颗粒用于道路施工回填。

9.如权利要求6所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述颗粒添加有机营养液后用于园林绿化或土壤改良。

10.如权利要求1所述的基于催化热水解技术的污泥与渗沥液协同全资源化方法，其特征在于，

将所述液体产物作为有机营养液添加至污泥中用于园林绿化或土壤改良，和/或将液体产物进行厌氧消化产生沼气后续提纯后作为燃料直接用于污泥制陶粒，和/或，将所述固体产物直接烧成灰渣。

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