CN116332392A - 一种市政污泥热解水的资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种市政污泥热解水的资源化处理方法，属于废水处理技术领域。一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：S1.油水分离处理：对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；S2.预处理；S3.脱氨处理：得到硫酸铵；S4.机械式蒸汽再压缩处理：得到生物碳源；S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理。本发明通过资源化利用市政污泥热解水，有效利用市政污泥热解水中的油、氨氮、COD、盐分，从市政污泥热解水中分离油品、氨氮及生物碳源，资源化处置市政污泥热解液，附加值远远高于投入。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，更具体地，涉及一种市政污泥热解水的资源化处理方法。
背景技术
市政污泥中含有大量的有机物及其有机代谢废物，如有机氮、磷、钾等，市政污泥中还含有大量的微生物和一定量的重金属，一旦排入环境，除了会影响生物体的正常生命代谢外，还会诱导“三致效应”的产生。市政污泥热解碳化制备市政污泥炭的处理方法，是当前国内外研究的重点。市政污泥在隔绝空气热解过程中，热解气经水喷淋降温后，不凝气作为燃料为热解过程提供能量。喷淋后的液体经油水分离、固液分离后进入污水处理系统。由于喷淋废水属于高浓度有机废水，具有高盐、高COD、高氨氮，且具有一定含油量，直接排放并不满足国家排放要求。
现有技术公开了一种市政污泥热解碳化处理系统及处理工艺，其对污泥热解碳化形成的热解气喷淋去除大部分焦油和灰尘。但是其并未针对热解气喷淋后的热解水继续进行后续处理。
虽然现有技术通过对市政污泥热解水当做高浓度有机废水做减量化处理，主要的处置工艺有湿式催化氧化法、超临界处置，设备投资大、运行成本高、处置难度大。
鉴于此，确有必要提供一种市政污泥热解水的处理方法，能够有效降低市政污泥热解水中的盐含量、COD含量、氨氮含量以及含油量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术并未针对市政污泥热解水有效处理的缺陷和不足，提供一种市政污泥热解水的资源化处理方法，通过资源化利用市政污泥热解水，有效利用市政污泥热解水中的油、氨氮、COD、盐分，从市政污泥热解水中分离油品、氨氮及生物碳源，资源化处置市政污泥热解液，附加值远远高于投入。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：将上述S1处理后的水相pH调整为11～14，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理。
本发明S1.油水分离处理中，可以通过油水分离系统的隔仓将油、水以及渣有效分离。油水分离后得到的油分通过常压蒸馏处理，去除分离油品中水分及低闪点组分，得到比重为0.85-0.95的燃料油和比重为0.7-0.8的轻质清洗油。
本发明S2.预处理中，将上述S1处理后的水相pH调整为11～14，作用为在气液平衡关系中，碱性条件下，有利于氨气的转化。可以使用氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或多种作为pH调节药剂。
本发明S2.预处理中，预先去除悬浮物、脱除色度和脱油处理，能够防止1)悬浮物随吹脱进入氨气吸收系统，影响硫酸铵品质；2)悬浮物跟油会阻碍氨气的吹脱效率。
本发明S3.脱氨处理中，以稀硫酸吸收液，通过汽提使得水相中的氨和稀硫酸反应得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后可以作为硫酸铵肥料使用。
本发明S4.机械式蒸汽再压缩(MVR)处理的作用为浓缩水体中有用的有机物，蒸发出水水质脱盐、脱COD，减量化处理，并剔除多余游离氨。机械式蒸汽再压缩处理后的浓液主要为高COD生物有机质，生化需氧量BOD与化学需氧量COD的比B/C≥0.38，COD>100万，可以作为生物碳源使用，用于园林绿化植物营养源。
本发明S5.水处理可以接管至污水厂。
本发明通过资源化利用市政污泥热解水，有效利用市政污泥热解水中的油、氨氮、COD、盐分，从市政污泥热解水中分离油品、氨氮及生物碳源，资源化处置市政污泥热解液，附加值远远高于投入。
优选地，S3脱氨处理中，所述汽提反应中，不饱和蒸汽温度≥125℃。
脱氨所需热能可以为热解设备烟气置换蒸汽热源。
不饱和蒸汽温度直接影响脱氨效率。不饱和蒸汽温度低于125℃，不利于加热物料，升温速度慢，不利于氨的脱除。
优选地，S3脱氨处理中，硫酸酸度为50％-60％。
硫酸酸度对设备腐蚀、循环吸收量、硫酸铵浓度有影响。
硫酸酸度过低，不利于硫酸铵的浓缩，影响硫酸铵浓度及品质。
硫酸酸度过高，不利于设备设备泵机选型及配套的流速控制。
优选地，所述汽提为至少二级汽提。
多次汽提有利于水分中的游离氨的逐级脱除，从而提高氨的脱除效率。
每级汽提氨气脱除率>50％。
优选地，S4.机械式蒸汽再压缩处理中，以硫酸为吸收液，二次气液分离器内设喷淋净化气体。作用为吸收不凝气中残存的游离氨，防止因气体冷凝引起压缩机喘振。
优选地，S2预处理中，采用石英砂和/或活性炭去除悬浮物、脱除色度和脱油处理。
优选地，S2预处理中，所述石英砂粒径为5～10mm。
石英砂粒径过小，不利于流速控制，容易加速石英砂滤料的流失。
石英砂粒径过大，不利于悬浮物、胶体物质的截留。
优选地，S2预处理中，所述活性炭的碘伏值≥600mg。
活性炭的碘伏值过小，不利于油脂类物质的去除。
活性炭的碘伏值过大，不利于后期更换，主要是经济性。
优选地，S5.水处理中，所述膜处理为超滤处理、一级RO处理和二级RO处理。
在S5.水处理前，可以将pH值调节为中性，作用为提高污染物质截留率，再通过膜处理。
优选地，S5.水处理中，所述生化处理包括水解酸化处理、A/O处理和膜生物反应处理。
在S5.水处理前，可以将pH值调节为中性，作用为提高污染物质截留率，再通过膜处理。
可选的，油水分离处理可以使用油水分离系统，油水分离系统的隔仓至少为4段，作用为有效截留水中浮油。油水分离系统的材质可以为碳钢结构，油水分离系统的内侧可以用环氧煤沥青覆盖，作用为防止氯离子长期腐蚀设备。油水分离系统还可以设置储水罐和储油罐。
可选的，机械式蒸汽再压缩(MVR)处理可以使用MVR蒸发系统，材质可以为2205；压缩机采用离心式或磁悬浮。MVR蒸发系统浓液可以由比重计实现自动排浓；浓液比重可以控制在1.28-1.35，作用为可以通过比重侧面表征浓缩液中COD浓度。
优选地，常压蒸馏处理中，蒸馏温度≤110℃。蒸馏温度过高，不利于收油率的提高。
可选的，常压蒸馏处理前，还包括过滤处理，过滤孔径为1-5μm，作用为去除分离油品中掺杂的碳粉类杂质，防止长时间集聚堵塞。
优选地，所述市政污泥热解水的含油率1～8％、COD5000～40000mg/L、电导率10000～50000us/cm、氨氮5000～10000mg/L、pH值7.5～10.0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种市政污泥热解水的资源化处理方法，从市政污泥热热解液中分离油品及再加工；从热解液中将氨氮转化为氨肥；将热解液中COD经预处理后浓缩为生物碳源；MVR用于浓缩并剔除多余游离氨。
本发明能够将含油率1～8％、COD5000～40000mg/L、电导率10000～50000us/cm、氨氮5000～10000mg/L、pH值7.5～10.0的市政污泥热解液资源化处理，每公斤热解液得到热解油10～70g、轻质清洗油2～5g、硫酸铵溶液80～240g、生物碳源5～40g。
附图说明
图1为市政污泥热解水处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
其中：
S1油水分离中，油水分离处理使用油水分离系统，油水分离系统的隔仓为4段。油水分离系统的材质为碳钢结构。油水分离系统的内侧用环氧煤沥青覆盖。油水分离系统还设置储水罐和储油罐。
常压蒸馏处理中，蒸馏温度≤105℃。
常压蒸馏处理前，还包括过滤处理，过滤孔径为5μm。
S2预处理中，采用石英砂和/或活性炭去除悬浮物、脱除色度和脱油处理。
S2预处理中，石英砂粒径为10mm。
S2预处理中，活性炭的碘伏值800mg。
S3脱氨处理中，汽提反应中，不饱和蒸汽温度165℃。
脱氨所需热能为热解设备烟气置换蒸汽热源。
S3脱氨处理中，硫酸酸度为60％。
汽提为至少二级汽提。
每级汽提氨气脱除率为50％。
S4.机械式蒸汽再压缩处理中，以硫酸为吸收液，二次气液分离器内设喷淋净化气体。
机械式蒸汽再压缩(MVR)处理使用MVR蒸发系统，材质为2205；压缩机采用离心式或磁悬浮。MVR蒸发系统浓液由比重计实现自动排浓；浓液比重控制为1.30。
在S5.水处理前，将pH值调节为中性，再通过膜处理。
S5.水处理中，膜处理为超滤处理、一级RO处理和二级RO处理。
实施例2
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，S5.水处理中，生化处理包括水解酸化处理、A/O处理和膜生物反应处理。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，S3脱氨处理中，汽提反应中，不饱和蒸汽温度为125℃。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，S2预处理中，石英砂粒径为5mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，S2预处理中，石英砂粒径为15mm。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例6
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11.5，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，S2预处理中，活性炭的碘伏值为600mg。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S3.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S4.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
与实施例1不同的是，不包括S2预处理步骤。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例2
一种市政污泥热解水的资源化处理方法，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：使用氢氧化钠将上述S1处理后的水相pH调整为11，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S4.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵，硫酸铵经过蒸发和结晶处理后作为硫酸铵肥料使用；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理，处理后接管至污水厂。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
结果检测
市政污泥热解液含油率6％、COD：32000mg/L、电导率：45000us/cm、氨氮：9400mg/L、pH值：9.5。
上述实施例和对比例的市政污泥热解水的资源化处理方法通过下述性能测试方法进行测试：
COD测试方法：采用重铬酸钾标准法测试。
氨氮测试方法：采用纳氏试剂比色法测试。
具体检测结果如下表1所述：
表1
从上述数据可以看出，本发明的市政污泥热解水的资源化处理方法能够将含油率1～8％、COD5000～40000mg/L、电导率10000～50000us/cm、氨氮5000～10000mg/L、pH值7.5～10.0的市政污泥热解液资源化处理，每公斤热解液得到热解油10～70g、轻质清洗油2～5g、硫酸铵溶液80～240g、生物碳源5～40g。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.油水分离处理：对市政污泥热解水油水分离处理；对分离的油分常压蒸馏处理，得到燃料油和轻质清洗油；
S2.预处理：将上述S1处理后的水相pH调整为11～14，并去除悬浮物、脱除色度和脱油处理；
S3.脱氨处理：使用稀硫酸吸收液，将上述S2处理后的出水通过汽提反应，蒸发结晶后得到硫酸铵；
S4.机械式蒸汽再压缩处理：将上述S3.脱氨处理后出水通过机械式蒸汽再压缩处理，机械式蒸汽再压缩处理后的浓液得到生物碳源；
S5.水处理：将上述S4.蒸发处理后的出水通过膜处理和/或生化处理。
2.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S3脱氨处理中，所述汽提反应中，不饱和蒸汽温度≥125℃。
3.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S3脱氨处理中，硫酸酸度为50％-60％。
4.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S4.机械式蒸汽再压缩处理中，以硫酸为吸收液喷淋净化气体。
5.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S2预处理中，采用石英砂和/或活性炭去除悬浮物、脱除色度和脱油处理。
6.如权利要求5所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S2预处理中，所述石英砂粒径为5～10mm。
7.如权利要求5所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S2预处理中，所述活性炭的碘伏值≥600mg。
8.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S5.水处理中，所述膜处理为超滤处理、一级RO处理和二级RO处理。
9.如权利要求1所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，S5.水处理中，所述生化处理包括水解酸化处理、A/O处理和膜生物反应处理。
10.如权利要求1～9任一项所述市政污泥热解水的资源化处理方法，其特征在于，所述市政污泥热解水的含油率1～8％、COD5000～40000mg/L、电导率10000～50000us/cm、氨氮5000～10000mg/L、pH值7.5～10.0。
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