CN116535073B - 一种污水厂的泥水气协同处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水厂的泥水气协同处理方法，涉及污水处理技术领域，具体包括采用纯氧技术对污水厂产生的污泥进行固定床控氧热解处理，同时实现结合污水预处理、污水生物处理、污水深度处理、污泥干化处理、污泥控氧热解处理、烟气处理的全面高效的泥水气协同处理，并简化烟气处理工艺，降低NOX、颗粒物、SO2的排放浓度，同步实现污水厂中碳、氮、磷资源回收与NOX等温室气体减排。该污水厂的泥水气协同处理方法，烟气处理仅需专用洗涤器及之后的除雾器，省却静电除尘或旋风除尘的预处理以及布袋除尘的二级除尘处理，从而减少工程占地，降低工程投资及其运行成本，便于整个烟气处理系统的运行管理。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种污水厂的泥水气协同处理方法。
背景技术
为解决污泥出路，污泥焚烧处理工艺得到应用，污泥焚烧工艺虽然减量化显著，但为烟气处理，必须设置烟囱。按项目实施需遵循的《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2014，如处理量在300吨/日之下，则烟囱允许高度须在45米之上；如处理量大于300吨/日，则烟囱允许高度须在60米之上。在工程实施中，烟囱存在邻避效应，使得项目落地困难，甚至有些项目虽已建成，但因烟囱问题使得项目无法投运，造成项目投资浪费，并使得污泥出路问题更加严峻。
除污泥焚烧处理外，其他的污泥热处理工艺包括污泥消化、干化、碳化等工艺。在污泥控氧热解工艺中，产生的混合气中除了可燃气H2、CH4、CO以外，还含有H2S、NH3、HCl。通常工程中，一般采用自来水或污水厂中的尾水对该混合气进行洗涤，虽然利用污水厂尾水可实现节水，但H2S、NH3、HCl只是实现了从混合气至洗涤废水的转移，并不能得到有效处理。
且无论采用上述何种污泥处理工艺，在污泥处理中均会产生工艺废水。这些工艺废水中含有许多污染物，在污水厂中，一般都排入至厂区污废水管网，并通过污废水管网排至污水厂前端构筑物(如污水厂的进水泵房及粗格栅井、细格栅井及沉砂池)，因前端构筑物设施较小、水力停留时间较短，这些废水的纳入会对这些构筑物带来水力负荷冲击和污染物负荷冲击，从而对污水厂的运行产生不利影响。如在上述的污泥控氧热解工艺中，废水中所含H2S、NH3、HC的排入不仅会导致这些前端构筑物的臭气问题加剧，而且也会加重构筑物的腐蚀问题。
污泥热处理后产生的气体(包括上述污泥控氧热解工艺产生的混合气)除含有H2S、NH3、HCl等大气污染物外，还具有热量或高热值(如上述污泥控氧热解工艺产生的H2、CH4、CO混合气)。为利用该混合气，需通过燃烧实现热量利用，但在燃烧过程中，必然产生NOX的排放问题,这既会污染大气，同时也会产生碳排放。
常规污水厂不重视资源包括磷资源的回收，没有利用好污水生物处理除磷工艺及其产生污泥含磷量高的先天优势。
常规污泥焚烧处理的烟气处理工艺复杂且流程较长，如采用包括静电除尘或旋风除尘的预处理、布袋除尘二级除尘处理、前后二级脱硫等工艺环节，使得污泥焚烧处理工程存在占地面积大、投资高、运行成本高、管理复杂等缺点。
发明内容
本发明提供了一种污水厂的泥水气协同处理方法，解决了上述背景技术中提出的以下问题：污泥采用焚烧工艺处理，污泥焚烧过程中需要高耸烟囱，项目落地困难，存在邻避效应，且焚烧过程中的热量无法充分利用；污泥热处理过程中产生的废水会加重污水厂前端构建物的臭气问题加剧和会加重构筑物的腐蚀；污泥热处理后产生的烟气处理工艺复杂且流程长。
本发明提供如下技术方案：一种污水厂的泥水气协同处理方法，通过污泥控氧热解工艺，在减量化污泥并解决污泥“污染物特性”的同时，将污泥中的有机物转化为混合气，发挥混合气的高热值特性，实现热量利用，同时通过泥水气协同，克服污泥焚烧所需的高耸烟囱问题，避免邻避效应，体现环境优势，利于项目落地，并在解决污泥出路的同时，发挥污泥“资源”特性。
一种污水厂的泥水气协同处理方法，包括以下步骤：
步骤一、待处理污泥进入干燥机内进行干燥，干燥后的污泥通过干污泥刮板输送机进入到干燥污泥存储仓内；
步骤二、通过污泥控氧热解工艺，干燥污泥在控氧热解炉内与纯氧混合燃烧，形成气固相物，产生的固体物质经过刮板输送机实现回收；
步骤三、步骤二中产生的混合气经过预除尘处理后进入到移动床洗涤器内，采用次氯酸钠消毒后的尾水经次氯酸钠二次加氯及臭氧投加进行洗涤，洗涤后的气体经过除雾器和抽风机进入到再燃炉内，洗涤过程中产生的废水通过厂区污水专管排至污水厂生物处理池的好氧区进水端，废水经生物处理池好氧区充分氧化；
步骤四、再燃炉内采用纯氧燃烧，并与混合气分区燃烧，一区中混合气与纯氧燃烧，二区中补充混合气形成还原性气体并利用其中的CO与一区中燃烧形成的NOX反应，减少NOX的排放，而后，对燃烧产生的NOX进行臭氧处理，且产生的热量通过热媒作为干燥机的干化能源，对待处理污泥进行干化处理；
步骤五、步骤四中经过臭氧处理的烟气经过脱硝装置，实现硝酸的回收，经过脱硝后的气体通过排气筒排放到空气中。
优选的，所述步骤一种，经过干化处理后的污泥干化含水率降至20％以下。
优选的，所述污泥控氧热解工艺采用固定床。
优选的，所述纯氧采用制氧机制取。
优选的，所述废水在好氧区的停留时间为7至11小时。
优选的，所述步骤四中的热媒包括混合气中的H2、CH4和CO气体。
优选的，步骤三中的臭氧采用液氧制取，所述移动床洗涤器内布置低密度中空塑料球移动填料，并呈气水反向流运行。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
1、该泥水气协同处理方法，采用纯氧技术对污水厂产生的污泥进行固定床控氧热解处理，控氧热解处理的过量空气系数仅是直接燃烧系数1/2-2/3，减少了后续产生的烟气量，从而减少了最终排放量。上述方法可以解决污泥出路与污泥焚烧所需的高耸烟囱问题(代之以低小的排气筒)；同时实现结合污水预处理、污水生物处理、污水深度处理、污泥干化处理、污泥控氧热解处理、烟气处理的全面高效的泥水气协同处理，并简化烟气处理工艺，降低《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)要求控制的NOX、颗粒物、SO2的排放浓度；同步实现污水厂中碳、氮、磷资源回收与NOX等温室气体减排。
2、该泥水气协同处理方法，烟气处理仅需专用洗涤器及之后的除雾器，省却静电除尘或旋风除尘的预处理以及布袋除尘的二级除尘处理，从而减少工程占地，降低工程投资及其运行成本，便于整个烟气处理系统的运行管理。
3、该泥水气协同处理方法，污泥转变为气固相物，其中的固相物中富含磷，经磷回收，提取污泥中的磷以作为磷肥，固相物及其中的残留碳回用于污水厂土壤改良，助于污水处理厂(WWTP)转变为水资源回收设施(WRRF)。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
具体实施方式
下面将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，显然，所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做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。
本发明提供了一种污水厂的泥水气协同处理方法，包括以下步骤：
步骤一、待处理污泥进入干燥机1内进行干燥，干燥后的污泥通过干污泥刮板输送机2进入到干燥污泥存储仓内，经过干化处理后污泥干化含水率降至20％以下；
步骤二、通过污泥控氧热解工艺，干燥污泥在控氧热解炉3内与纯氧混合燃，形成气固相物，产生的固体物质经过刮板输送机4实现回收，且固相物中富含磷，经磷回收，可提取污泥中的磷以作为磷肥，助于污水处理厂(WWTP)转变为水资源回收设施(WRRF)，相应地，本专利方案优先接纳处理污水生物处理除磷工艺后产生的污泥，此外，固相物及其中的残留碳回用于污水厂土壤改良，降低土壤中氮磷等营养物的渗沥，并增加土壤的持水性；
步骤三、步骤二中产生的混合气经过预除尘处理后进入到移动床洗涤器5内，采用次氯酸钠消毒后的尾水经次氯酸钠二次加氯(即一级氧化)及臭氧投加(即二级氧化)进行洗涤，对混合气进行溶解与氧化，在利用污水厂尾水实现节水同时实现混合气中H2S、NH3、HCl从混合气至洗涤废水的溶解转移与氧化处理；
洗涤后的气体经过除雾器6和抽风机7进入到再燃炉8内，洗涤过程中产生的废水通过厂区污水专管排至污水厂生物处理池9的好氧区901，于好氧区停留7至11个小时，上述方法不仅发挥生物处理池好氧区的氧化功能，而且避免常规排放至污水厂前端构筑物产生的水力负荷冲击(现有技术中污水厂前端构筑物的水力停留时间仅几分钟，如沉砂池仅为1～5分钟)，同时避免了含H2S、NH3、HCl洗涤废水排入导致的臭气问题以及构筑物的腐蚀问题，废水经生物处理池9好氧区充分氧化；
步骤四、通过污泥控氧热解工艺，在燃烧洗涤后混合气中的H2、CH4、CO实现热量利用并用于进料污泥干化(将进料污泥干化至含水率20％以下)或产热/发电同时，再燃炉8内采用纯氧燃烧，并与混合气分区燃烧，一区中混合气与纯氧燃烧，二区中补充混合气形成还原性气体并利用其中的CO与一区中燃烧形成的NOX反应，减少NOX的排放，而后，对燃烧产生的NOX进行臭氧处理；
步骤五、步骤四中经过臭氧处理的烟气经过脱硝装置10，实现硝酸的回收，经过脱硝后的气体通过排气筒11排放到空气中(按《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-2014),燃气锅炉烟囱不低于8米；燃煤锅炉NOX的排放限值为300mg/m3,而燃气锅炉氮氧化物NOX的排放限值为200mg/m3)，避免了高烟囱排放问题。
污水厂中，采用液氧制取臭氧，在利用臭氧对污水的深度处理进一步去除尾水中有机物的同时，利用纯氧用于污泥控氧热解工艺本身及其产生的混合气经洗涤后的燃烧，同时利用臭氧对混合气进行燃烧前的氧化处理(即前述的二级氧化)。后端视需设置H2O2投加，通过NO+NO2+2H2O2→2HNO3+H2O反应与2NO2+H2O2→2HNO3反应进一步去除NOX，并可实现HNO3的回收。
本申请中通过制氧机进行制氧，控氧热解炉3通过氧监测仪301检测进入到控氧热解炉3内的氧气。
本申请中污泥控氧热解工艺的烟气处理仅需上述步骤三中的移动床洗涤器5及设置于移动床洗涤器之后的除雾器6，而省却如污泥焚烧烟气处理所需的静电除尘或旋风除尘的预处理以及布袋除尘的二级除尘处理，从而减少工程占地面积，降低工程投资及其运行成本，并便于整个烟气处理系统的运行管理；为防止烟气中颗粒物堵塞洗涤器，洗涤器采用移动床而非固定床洗涤器，洗涤器内布置低密度中空塑料球移动填料，并呈气水反向流运行；烟气及洗涤水的反向流运行使得塑料球保持常态运动，加之塑料球的光滑表面、洗涤器内多层移动床的布置防止填料因烟气中颗粒物的堵塞问题。
且污泥控氧热解工艺采用固定床，区别于相对较复杂的流化床。与污泥焚烧相比,SO2、NOX、颗粒物的源强排放显著降低。
实施例：
一条控氧热解处理线处理污泥量：5Ot/d(折合含水率80％计)；
污泥干化机进泥含水率：70％～80％；
污泥干化机出泥含水率：≤20％；
污泥干基热值：7.5～15MJ/kg；
污泥控氧热解炉入炉含水率：≤20％；
混合气体产量：0.40～0.45Nm3/kg(脱水污泥含水率80％计)；
混合气体热值2.4～3.8MJ/Nm3；
控氧热解炉3中控氧热解反应方程式：
C+O2＝CO2；
2C+O2＝2CO；
2CO+O2＝2CO2；
控氧热解炉3中还原反应方程式：
CO2+C＝2CO；
H2O+C＝CO+H2；
2H2O+C＝CO2+H2；
CO+H2O＝CO2+2H2；
C+2H2＝CH4；
2CO+2H2＝CH4+CO2。
混合气体包括H2、CH4、CO等可燃气体外，还包括H2S、NH3、HCl等气体，在对混合气体焚烧前，设置经次氯酸钠消毒后的尾水经次氯酸钠二次加氯(即一级氧化)及臭氧投加(即二级氧化)对混合气进行溶解与氧化，在利用污水厂尾水实现节水同时实现混合气中H2S、NH3、HCl从混合气至洗涤废水的溶解转移与氧化处理。
进一步地，将经一级、二级氧化处理的洗涤废水排至污水厂生物处理池9的好氧区901进水端，进一步氧化(即三级氧化)处理洗涤水中尚存的H2S、NH3、HCl等少量前端未完全去除的物质。
通过上述洗涤后，混合气体中S、N、Cl元素显著降低，焚烧后SO2、NOX、HCl含量显著降低。
为进一步降低焚烧工艺废气中NOX含量，再燃炉采用一区与二区的分区燃烧，并在后端设置H2O2反应器，其反应如下：NO+NO2+2H2O2→2HNO3+H2O反应与2NO2+H2O2→2HNO3反应进一步去除NOX，并可实现HNO3的回收。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、待处理污泥进入干燥机内进行干燥，干燥后的污泥通过干污泥刮板输送机进入到干燥污泥存储仓内；
步骤二、通过污泥控氧热解工艺，干燥污泥在控氧热解炉内与纯氧混合燃烧，形成气固相物，产生的固体物质经过刮板输送机实现回收；
步骤三、步骤二中产生的混合气经过预除尘处理后进入到移动床洗涤器内，采用次氯酸钠消毒后的尾水经次氯酸钠二次加氯及臭氧投加进行洗涤，洗涤后的气体经过除雾器和抽风机进入到再燃炉内，洗涤过程中产生的废水通过厂区污水专管排至污水厂生物处理池的好氧区进水端，废水经生物处理池好氧区的充分氧化；
步骤四、再燃炉内采用纯氧燃烧，并与混合气分区燃烧，一区中混合气与纯氧燃烧，二区中补充混合气形成还原性气体并利用其中的CO与一区中燃烧形成的NOX反应，而后，对燃烧产生的NOX进行臭氧处理，且产生的热量通过热媒作为干燥机的干化能源，对待处理污泥进行干化处理；
步骤五、步骤四中经过臭氧处理的烟气经过脱硝装置，实现硝酸的回收，经过脱硝后的气体通过排气筒排放到空气中。
2.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：所述步骤一中，经过干化处理后的污泥干化含水率降至20％以下。
3.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：所述污泥控氧热解工艺采用固定床。
4.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：所述废水在好氧区的停留时间为7至11小时。
5.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：所述步骤四中的热媒包括混合气中的H2、CH4和CO气体。
6.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：步骤三中的臭氧采用液氧制取，所述移动床洗涤器内布置低密度中空塑料球移动填料，并呈气水反向流运行。
7.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：步骤二中设置氧监测仪，其适于检测进入到控氧热解炉内的氧气。
8.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：步骤四种混合气燃烧产生的热量还用于发电。
9.根据权利要求1所述的污水厂的泥水气协同处理方法，其特征在于：步骤五中还有设置H2O2反应器，其适于脱硝处理。
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