CN117164211B - 一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥预处理技术领域，公开了一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，包括以下步骤：S1，将污泥通入反应釜中；S2，对污泥进行搅拌；S3，将液态二氧化碳注入反应釜内；S4，当压力达到一定值，继续通入液态二氧化碳的同时，将反应釜中的气态二氧化碳出口打开，以此循环，对反应釜内的污泥进行降温；S5，当温度达到一定值，停止气态二氧化碳的排出，继续注入液态二氧化碳；S6，当反应釜内压力达到一定值，停止液态二氧化碳的通入。本发明提出了一种新的污泥的预处理方式，采用该方式，可以极大的降低现有技术污泥脱水预处理的能耗，具有广阔的市场前景。

Description

一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法

技术领域

本发明涉及污泥预处理技术领域，具体为一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法。

背景技术

污泥为生活污水处理厂处理后产生的剩余固产物或是工业生产中产生的污泥，具有粘性大、含水率高和热值低的特点。目前对市政污泥处理主要有填埋、土地利用、焚烧等方法，而对于工业污泥基本都是进行焚烧。

污泥填埋法，存在占地面积大和二次污染，现在基本不再使用该方法。

土地利用法，是通过覆盖、喷洒或合并等方式，将污泥使用在土壤表面或土壤当中，以改善土壤条件。但是，污泥土地利用必须满足三个基本要求： 一、污泥中含有较高的植物所需的营养成分； 二、污泥中的有毒有害物质含量不能超过国家的污泥农用标准；三、污泥必须经过严格的无害化处理。

因此，土地利用的限制条件多，致使处理工作较为复杂。

焚烧法，其主要通过机械脱水、热干化预处理，提高污泥单位热值后，送入单独焚烧锅炉、热电厂协同处置锅炉、水泥窑协同处置锅炉进行焚烧。因此，以焚烧为核心的处理方法是最彻底的污泥处置方式，可以有效破坏有机质和杀死病原体，避免的二次污染，最大限度实现市政污泥的无害化、减量化。

目前现有的污泥脱水调理技术主要以以聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚丙烯酰胺作为混凝剂、絮凝剂，通过絮凝、高级氧化等方式提高污泥脱水性能。该方法普遍存在药耗高、能耗大、效率低等问题，药剂的添加增加了固液分离后的水和泥的二次污染，增加了分离液的水处理成本。同时含氯药剂的使用会加剧污泥焚烧工艺中的二噁英生成风险，所以污泥脱水处理已成为制约污泥处理工艺中的主要技术瓶颈。

现有专利（公开号为CN 115340285 A）公开了一种通过水分原位结晶提高污泥固液分离性能的方法及系统，方法包括：将污泥加入至耐压容器中，在低温条件下间歇通入高压二氧化碳，使二氧化碳水合物得以生成，直至二氧化碳分压稳定，卸压，搅拌污泥直至无气体逸出，即得到处理后污泥。与现有技术相比，本发明简单易行，且不消耗污泥脱水调理药剂，可实现二氧化碳的重复利用，不仅减少污泥脱水调理剂的二次环境污染风险，而且可以克服传统污泥脱水工艺药剂投加量高、污泥增量大、污泥脱水效率低等不足，降低了污泥脱水调理的物料消耗和工艺运行成本，因此具有优异的经济效益、社会环境效益和广阔的市场应用前景。

然而现有技术在使用时，采用气体二氧化碳的反应效率较低，除此以外，对于污泥反应过程中的降温，通过设计制冷夹套来实现，不仅更加耗能，而且降温效率也低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，以解决背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，包括以下步骤：

S1，将污泥通入反应釜中；

S2，对污泥进行搅拌；

S3，将液态二氧化碳注入反应釜内；

S4，当压力达到一定值，继续通入液态二氧化碳的同时，将反应釜中的气态二氧化碳出口打开，以此循环，对反应釜内的污泥进行降温；

S5，当温度达到一定值，停止气态二氧化碳的排出，继续注入液态二氧化碳；

S6，当反应釜内压力达到一定值，停止液态二氧化碳的通入；

S7，等到污泥中的水完全形成二氧化碳水合物，反应釜内压力稳定后，反应完成。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤S4中，压力为1~2MPa。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤S5中，温度为5~10℃。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤S6中，压力为4.5~5.5MPa。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括步骤S8：反应完成后，打开二氧化碳循环出口，释放釜内二氧化碳。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括步骤S9，所述步骤S8进行的同时，在反应釜的内盘管中通入热水，加速二氧化碳水合物的分解，通过二氧化碳压缩机，收集釜内二氧化碳到二氧化碳储气罐中。

一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统，包括：

反应釜，用于处理污泥；

注泥口，设置在反应釜上，用于注入污泥；

搅拌器，设置在反应釜内，用于搅拌污泥；

液态二氧化碳进口，用于注入液态二氧化碳；

压力传感器，设置在反应釜内，测量反应釜内压力；

温度传感器，设置在反应釜内，用于测量反应釜内温度；

二氧化碳循环出口，用于排出气态二氧化碳；

内盘管，设置在反应釜内，用于通入热水，加速二氧化碳水合物的分解；

二氧化碳压缩机，与二氧化碳循环出口连接；

二氧化碳储气罐，与二氧化碳压缩机连接，用于收集反应釜内的二氧化碳。

作为本发明的一种优选实施方式，所述反应釜的内壁还设计有真空绝热层。

与现有技术相比，本发明提供了一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，具备以下有益效果：

本发明使用液态二氧化碳做污泥的预处理，使污泥中的水在预处理过程中形成二氧化碳水合物，过程中其水固动力学平衡状态被打破，污泥胶体状态被破坏，污泥絮体的网状结构发生了不可逆的破坏，使污泥颗粒团聚尺寸变小且更加致密、强度增加、压缩性降低，同时脱水性增强，胞外聚合物被破坏，部分结合水转变为自由水，部分细胞壁结构被破坏，细胞水析出，从而改良污泥的脱水性能，在后端压滤过程中的固液分离工艺中，降低压滤后的污泥含水率，相较于现有技术，本发明提出了一种新的污泥的预处理方式，不再需要任何预处理药剂，没有添加药剂污泥环境的可能性，没有污泥固体物的重量增量，降低后段滤液处理的成本，同时降低污泥预处理的成本，可以极大降低现有技术污泥脱水的能耗，本发明具有非常大的经济效益和巨大的市场使用前景，而相较于现有技术，本发明采用液态二氧化碳，不仅可以使得注入二氧化碳的速度更快，而且其液态可以用于开始阶段的反应釜内污泥的降温，因为液态二氧化碳直接作为污泥冷却介质，直接与污泥接触用于污泥冷却，效率极高，没有中间介质的效率损失，能耗更低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法的流程示意图；

图2为本发明一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统的整体示意图。

图中：1、压力传感器；2、注泥口；3、搅拌器；4、二氧化碳循环出口；5、二氧化碳压缩机；6、二氧化碳储气罐；7、温度传感器；8、反应釜；9、真空绝热层；10、称重传感器；11、釜内盘管；12、污泥卸料口；13、液态二氧化碳进口；14、釜支架。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，包括以下步骤：

S1，将污泥通入反应釜8中；当反应釜8内的污泥重量达到预设重量时，注泥口2关闭

S2，对污泥进行搅拌，釜内流体被搅拌的状态为上下翻滚；

S3，将液态二氧化碳注入反应釜8内；现有专利技术中（公开号为CN 115340285A），使用气态二氧化碳注入的方式，而相较于现有技术，本发明采用注入液态二氧化碳的方式，效率更高，因为二氧化碳液体和气体体积比约为500，同样体积的注入量，液态二氧化碳可以注入更多的量与污泥反应，所以注入液态二氧化碳的效率更高。

S4，当压力达到一定值，继续通入液态二氧化碳，同时将反应釜8中的气态二氧化碳排出，以此循环，对反应釜8内的污泥进行降温；相较于现有专利技术中（公开号为CN115340285 A），设计制冷夹套进行污泥的降温，本发明采用液态二氧化碳的方式，一方面用于和污泥反应，另一方面，其液态可以用于开始阶段的反应釜8内污泥的降温，因为液态二氧化碳直接作为污泥冷却介质，直接与污泥接触用于污泥冷却，效率极高，没有中间介质的效率损失；

S5，当温度达到一定值，停止气态二氧化碳的排出，继续注入液态二氧化碳，升高反应釜内压力；

S6，当反应釜8内压力达到一定值，停止液态二氧化碳的通入，此时反应釜8内的温度和压力均已满足生成二氧化碳水合物的条件；

S7，等到釜内污泥中的水完全形成二氧化碳水合物后，反应釜8内压力稳定，即二氧化碳压力稳定，标着这反应釜8内污泥预处理反应完成。

本实施例中，所述步骤S4中，压力为1MPa，使用这个压力开始循环，因为二氧化碳在循环压缩时，压缩比小，温升小，制冷效率高功耗小。

在另一个实施例中，所述步骤S4中，压力为2MPa。

本实施例中，所述步骤S5中，温度为8℃，选此温度，可提高二氧化碳水合物形成效率，同时可加快污泥卸料速度。

在另一个实施例中，所述步骤S4中，温度为5℃或10℃。

本实施例中，所述步骤S6中，压力为5.5MPa。

在另一个实施例中，所述步骤S6中，压力为4.5MPa。

4~5MPa是对应液态二氧化碳的临界温度5~10℃，我们选用4.5~5.5MPa的压力范围作为预处理过程的二氧化碳最大压力。

本实施例中，还包括步骤S8：反应完成后，打开二氧化碳循环出口4，释放釜内二氧化碳。

本实施例中，还包括步骤S9，所述步骤S8进行的同时，在反应釜8的内盘管中通入热水，加速二氧化碳水合物的分解，通过二氧化碳压缩机5，收集釜内二氧化碳到二氧化碳储气罐6中。

本发明使用液态二氧化碳做污泥的预处理，使污泥中的水在预处理过程中形成二氧化碳水合物，过程中其水固动力学平衡状态被打破，污泥胶体状态被破坏，污泥絮体的网状结构发生了不可逆的破坏，使污泥颗粒团聚尺寸变小且更加致密、强度增加、压缩性降低，同时脱水性增强，胞外聚合物被破坏，部分结合水转变为自由水，部分细胞壁结构被破坏，细胞水析出，从而改良污泥的脱水性能，在后端压滤过程中的固液分离工艺中，降低压滤后的污泥含水率。

如图2所示，本发明提供还一种技术方案：一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统，包括：

反应釜8，用于处理污泥；

釜支架14，用于安装反应釜8；

注泥口2，设置在反应釜8上，用于注入污泥；

搅拌器3，设置在反应釜8上，搅拌器3包括搅拌电机和搅拌件，搅拌件通过轴封装置贯穿反应釜8顶部，且与反应釜8转动连接，搅拌电机可以驱动搅拌件搅拌污泥；

液态二氧化碳进口13，用于注入液态二氧化碳；

压力传感器1，设置在反应釜8内，感应反应釜8内压力；

温度传感器7，设置在反应釜8内，用于感应反应釜8内温度；

二氧化碳循环出口4，用于排出气态二氧化碳；

内盘管，设置在反应釜8内，用于通入热水，加速二氧化碳水合物的分解；

二氧化碳压缩机5，与二氧化碳循环出口4连接；

二氧化碳储气罐6，与二氧化碳压缩机5连接，用于收集反应釜8内的二氧化碳。

本实施例中，还包括污泥卸料口12，设置在反应釜8的底部，用于釜内二氧化碳收集完成以后，排出污泥。

本实施例中，所述反应釜8的内壁还设置有真空绝热层9。

本实施例中，还包括重量传感器，用于读取反应釜8内重量的变化。

现采用本发明一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法以及系统，分别对目前市场上常见的83-87%原泥（1吨）进行处理：

开始由注泥口2注入污泥，同时打开搅拌器3，之后由液态二氧化碳进口13注入液态二氧化碳，通过压力传感器1、温度传感器7观察釜内压力和温度，等待压力达到1MPa时，二氧化碳循环出口4打开，利用液态二氧化碳进入反应釜8，气态二氧化碳出，做二氧化碳循环来完成釜内污泥的降温，等待釜内温度达到8℃时，关闭二氧化碳循环出口4，继续注入液态二氧化碳直至釜内压力达到5.5MPa，关闭液态二氧化碳进口13，等到污泥中的水完全形成二氧化碳水合物，釜内压力稳定后，标记为反应完成。打开二氧化碳循环出口4，释放釜内二氧化碳，同时釜内盘管11中通入热水，加速二氧化碳水合物的分解，通过二氧化碳压缩机5，收集釜内二氧化碳到二氧化碳储气罐6中，实现二氧化碳的循环使用。分解后的污泥通过污泥卸料口12排出，搅拌停止，开始下一釜的循环（应釜为间歇式工作，每一次注入污泥，到污泥卸料算作一个工作工程）。

如表1所示，采用本发明处理后的压滤后的污泥含水率为45%左右，能耗为80kW·h每吨，采用目前的污泥脱水方法处理后的污泥含水量为压滤后的污泥含水率为58-65%，能耗为200kW·h每吨，因此，本发明在节能上具有显著的进步。

表1

	市场现状（取可得最优数据）（压滤后的污泥含水率为58-65%）	我公司（压滤后的污泥含水率为45%左右）
			吨能耗（kW·h）	200	80

目前常见的污泥压滤使用的方式为污泥添加药剂预处理，处理后的污泥进行固液分离，固液分离的方式为板框压滤、离心脱水等，由于固液分离过程不容易，导致固液分离过程需要较大压力和较长时间完成，造成能耗较高。而在这个过程中，为了使固液容易分离，会添加药剂和石灰等，其中药剂增加了固液分离后的滤液的处理难度，也给固液分离后的固体造成了二次污染。有的工艺还会添加石灰，石灰造成了固液分离后的固体增量，也给分离后的污泥固体的应用增加了很多限制。本发明使用了二氧化碳做预处理，而之后二氧化碳回收循环使用。没有了之前工艺中的固定的药剂消耗，降低了成本。同时也没有给固液分离后的液体和固体增加任何处理难度，没有带来二次污染，极大的实现了绿色环保。

目前常见的污泥压滤使用的方式为污泥添加药剂预处理，处理后的污泥进行固液分离，固液分离的方式为板框压滤、离心脱水、带式压滤脱水等，固液分离过程需要较大压力和较长时间完成，造成能耗较高。而在这个过程中，为了使固液容易分离，会添加药剂和石灰对污泥进行预处理等，其中药剂增加了固液分离后的滤液的处理难度，也增加了固液分离后的固体和液体二次污染的风险。有的工艺会使用石灰作为预处理药剂，石灰造成了固液分离后的固体增量，也给分离后的固体的处置添加了很多限制，固液分离后的液体可以直接回管，分离后的固体具有多种灵活的处置方式。本发明使用二氧化碳做预处理，处理后的二氧化碳回收循环使用，没有任何药剂消耗，降低了成本，没有二次污染，实现了污泥处置领域的绿色环保。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作并不一定是本公开所必须的。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，将污泥通入反应釜中；

S2，对污泥进行搅拌；

S3，将液态二氧化碳注入反应釜内；

S4，当压力达到一定值，继续通入液态二氧化碳的同时，将反应釜中的气态二氧化碳出口打开，以此循环，对反应釜内的污泥进行降温；

S5，当温度达到一定值，停止气态二氧化碳的排出，继续注入液态二氧化碳；

S6，当反应釜内压力达到一定值，停止液态二氧化碳的通入；

S7，等到污泥中的水完全形成二氧化碳水合物，反应釜内压力稳定后，反应完成。

2.根据权利要求1所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：所述步骤S3中，液态二氧化碳注入的方式为连续注入。

3.根据权利要求1所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：所述步骤S4中，压力为1～2MPa。

4.根据权利要求1所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：所述步骤S5中，温度为5～10℃。

5.根据权利要求1所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：所述步骤S6中，压力为4.5～5.5MPa。

6.根据权利要求1所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：还包括步骤S8：反应完成后，打开二氧化碳循环出口，释放釜内二氧化碳。

7.根据权利要求6所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：还包括步骤S9，所述步骤S8进行的同时，在反应釜的内盘管中通入热水，加速二氧化碳水合物的分解，通过二氧化碳压缩机，收集釜内二氧化碳到二氧化碳储气罐中。

8.一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统，实现如权利要求1-7任一项所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的方法，其特征在于：包括：

反应釜，用于处理污泥；

注泥口，设置在反应釜上，用于注入污泥；

搅拌器，设置在反应釜内，用于搅拌污泥；

液态二氧化碳进口，用于注入液态二氧化碳；

压力传感器，设置在反应釜内，测量反应釜内压力；

温度传感器，设置在反应釜内，用于测量反应釜内温度；

二氧化碳循环出口，用于排出气态二氧化碳；

内盘管，设置在反应釜内，用于通入热水，加速二氧化碳水合物的分解；

二氧化碳压缩机，与二氧化碳循环出口连接，用于压缩气态二氧化碳；

二氧化碳储气罐，与二氧化碳压缩机连接，用于收集反应釜内的二氧化碳；

污泥卸料口，设置在反应釜的底部，用于排出污泥。

9.根据权利要求8所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统，其特征在于：所述反应釜的内壁还设置有真空绝热层。

10.根据权利要求8所述的一种使用液态二氧化碳做污泥预处理的系统，其特征在于：还包括重量传感器，用于测量反应釜内物质的重量。