CN117303700A - 污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机固废处理技术领域，公开了污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，包括下列步骤：第一步：污泥一级脱水；第二步：进行污泥调理；第三步：污泥二级脱水；第四步：污泥干化与碳化；所述第二步中，从碳化设备的最后产物中获取一部分生物炭，将该部分生物炭和污泥脱水调理剂加入调理池中的污泥。本发明提基于碳化设备产物生物炭，直接通过系统本身对有机固废污泥进行污泥调理，从而提高污泥的脱水效果减少了专用污泥调理剂使用量，实现了对生物炭的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于有机固废处理技术领域，涉及污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法。
背景技术
在无氧环境下，将污泥等有机固废进行热解碳化制备生物炭和热解油气，可显著减小污泥和垃圾的残留体积，杀死病原微生物，分解有机污染物，并钝化生物质中重金属，降低固废重金属环境风险，实现污泥的减量化、无害化和稳定化；热解产生的热解油气可直接回用作为系统能源供给。在产物中，生物炭具有比表面积大、孔隙率高、富含营养成分等特点，在固碳减排、土壤改良等方面拥有巨大的潜力，受到越来越多的关注。
但是，污泥含水率较高，在进行碳化前首先进行脱水、干燥。目前主流的脱水技术包括离心脱水机、叠螺脱水机、带式脱水机以及板框脱水机等。其中，前三种脱水机的出泥含水率基本在80％左右，后续热干化能耗高；板框脱水机可将含水率降至60％左右，但需要添加大量的生石灰等无机药剂。生石灰的加入不仅会极大的降低污泥有机质含量，且与水形成氢氧化钙，降低脱水效率，增加碳化能耗，极不利于碳化技术的发展。
研究表明，生物炭成分类似粉煤灰，且内部结构疏松多孔、比表面积大，可在污泥内部形成骨架结构，增加生物炭比表面积，促进污泥颗粒的聚集，同时生物炭携带的电荷能够与污泥颗粒所带的电荷极性相反，能发生电中和作用，从而提高污泥的脱水效果，污泥生物炭应用于污泥脱水工艺为污泥生物炭的综合利用开辟了新的途径。
但是现有技术还未出现基于碳化设备产物生物炭，直接通过系统本身对有机固废污泥进行污泥调理，从而提高污泥的脱水效果的技术，导致现有的污泥脱水工艺存在需要依赖专门污泥调理剂，依赖外部采购，相应污泥调理剂使用量较多，导致成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，用于解决现有技术对污泥进行调理依赖专门污泥调理剂，相应污泥调理剂使用量较多，导致成本较高的技术问题。
所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，包括下列步骤。
第一步：污泥一级脱水。
第二步：进行污泥调理。
第三步：污泥二级脱水。
第四步：污泥干化与碳化。
所述第二步中，从碳化设备的最后产物中获取一部分生物炭，将该部分生物炭和污泥脱水调理剂加入调理池中的污泥。
优选的，所述生物炭加入前先经过破碎，并使破碎后的生物炭粒径均匀，满足2mm≥粒径≥0.175mm的要求；所述生物炭的添加比例为调理池中干基污泥质量的10-50％。
优选的，所述污泥脱水调理剂为无机脱水调理剂，所述污泥脱水调理剂的添加量为干基污泥质量的5-30％。
优选的，所述污泥脱水调理剂的有效成分包括铁盐、铝盐、镁盐中的一种或几种。
优选的，污泥脱水调理剂先于破碎后的生物炭或与破碎后的生物炭一起添加到调理池中，当污泥脱水调理剂与破碎后的生物炭均添加到所述调理池后，进行搅拌。
优选的，所述污泥脱水调理剂为有机脱水调理剂，所述污泥脱水调理剂的有效成分包括阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种。
优选的，污泥脱水调理剂在添加破碎后的生物炭后加入，破碎后的生物炭加入后搅拌一定时间，再加入污泥脱水调理剂搅拌一定时间。
优选的，所述第一步的出泥含水率为80-90％，所述第二步的出泥含水率为55-65％，所述第四步中，碳化温度为450-600℃，碳化时间为30-60min。
优选的，所述第一步中，使用的脱水设备为离心脱水机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种；所述第三步中，使用的深度脱水设备为板框压滤机、高压带机、高压压榨机中的任意一种；所述第四步中，使用的干化设备为滚筒干燥机、低温带式干燥机、盘式干燥机、桨叶干燥机中的任意一种。
本发明具有以下优点。
(1)提高污泥脱水效率，生物炭的加入可降低污泥脱水后的含水率，有利于污泥后续处理处置，且未引进新的化学药剂，对后续工艺的处理处置不会产生影响。
(2)在我国目前还没有确立污泥生物炭应用于土壤和吸附剂的政策支持下，开辟更安全、更可靠的综合利用途径是迫在眉睫的任务。本发明专利将污泥生物炭作为脱水剂应用于污泥脱水工艺，不存在重金属等二次污染风险，稳定性要求低，为生物炭大规模应用提供了基础和条件，从而能解决污泥生物炭综合利用的出路问题。
(3)污泥生物炭不管是在土壤中应用还是作为吸附剂或建材应用，均涉及到不同行业的管理及应用距离限制。本发明形成生物炭脱水-干化-碳化-脱水的循环利用路径，将生物炭直接在系统内实现资源化利用，并替代生石灰等矿物资源，具有很高的应用价值。
(4)污泥碳化处置项目处于不断成熟阶段，其建设成本和运营成本相对较高。污泥生物炭作为脱水剂进行综合利用渠道打通后，以生物炭替代生石灰，将显著降低污泥脱水段的药剂费用，且提高后端干化段的脱水效率，提升碳化效率，降低碳化成套工艺的成本，提高碳化工艺的经济效益和市场竞争力，促进碳化项目的良性发展。
附图说明
图1为本发明中污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，本发明公开了污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，包括下列步骤。
第一步：污泥一级脱水。
该步骤利用脱水设备对污泥进行初步脱水，即一级脱水。所述脱水设备包括离心脱水机、叠螺脱水机、带式脱水机等常规配套设备；所述脱水药剂为PAM；该步骤的出泥含水率为80-90％。该步骤产出的含水污泥输送到调理池。
第二步：进行污泥调理。
该步骤中，从碳化设备的最后产物中获取一部分生物炭，将该部分生物炭和污泥脱水调理剂加入调理池中的污泥。
所述生物炭加入前先经过破碎，并使破碎后的生物炭粒径均匀，满足2mm≥粒径≥0.175mm(即80目)的要求；所述生物炭的添加比例为调理池中干基污泥质量的10-50％。
所述污泥脱水调理剂可为无机脱水调理剂，其有效成分包括铁盐、铝盐、镁盐中的一种或几种，如三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、磷酸镁、硫酸镁等；所述污泥脱水调理剂的添加量为干基污泥质量的5-30％。当所述污泥脱水调理剂为无机脱水调理剂时，污泥脱水调理剂既可以与破碎后的生物炭一起添加到调理池，也可以先于破碎后的生物炭加到调理池。当污泥脱水调理剂与破碎后的生物炭均添加到所述调理池后，进行搅拌让污泥脱水调理剂与生物炭混合到调理池的污泥中实现调理效果。
所述污泥脱水调理剂也可以为有机脱水调理剂，其有效成分包括现有有机脱水调理剂中的一种，如阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺等。当所述污泥脱水调理剂为有机机脱水调理剂时，污泥脱水调理剂在添加破碎后的生物炭后加入，破碎后的生物炭加入后搅拌一定时间，再加入污泥脱水调理剂搅拌1-5min。
第三步：污泥二级脱水。
完成调理后将调理后污泥输入深度脱水设备，进一步降低污泥含水率，即进行二级脱水。所述深度脱水设备为板框压滤机、高压带机、高压压榨机中的一种；该步骤的出泥含水率为55-65％。该步骤产出的含水污泥输送到后续步骤的设备。
第四步：污泥干化与碳化。
将上一步产出的含水污泥一次输入后续的干化设备和碳化设备。所述干化设备为滚筒干燥机、低温带式干燥机、盘式干燥机、桨叶干燥机等干燥设备中的一种；所述碳化设备根据需要可以采用不同厂家的专有设备，如各类碳化炉、碳化机。本实施例中为保证碳化效果，设置碳化温度为450-600℃，碳化时间为30-60min。
该步骤产生了热解气和生物炭这些产物。热解气经过气体净化后进行输送储存或通向其他利用热解气的工艺设备。生物炭则经过筛选、称重、分离后，将一部分符合要求的生物炭通过循环输送装置输送到破碎装置进行破碎。其中称重和分离过程依据对调理池中干基污泥质量的测定确定。
下面为本方案的一个具体实施例。
水厂已配备一级叠螺脱水机，通过一级叠螺脱水机实施本方法的第一步，其污泥出泥含水率为83％。
第二步中，根据调理池的进料量计算干基污泥质量，并通过加药泵及进料螺旋输送机控制絮凝剂及生物炭的加入量。将38％浓度的三氯化铁溶液通过加药泵加入一级脱水后的待调理污泥，三氯化铁溶液加入量占干基污泥质量的10％。待调理污泥在双轴螺旋搅拌剪切下向后输送，并与后端加入的生物炭混合，该部分生物炭的粒径为80目，加入量为干基污泥质量的15％，之后污泥继续在搅拌下向后输送，并在输送过程中实现充分混合和再次调理。
第三步中，再次调理后的污泥经布料器均匀的平铺在高压带机网带上，进行进一步脱水，获取含水率66.07％的污泥。
第四步中，二次脱水后的污泥经刮板输送机输送至低温干化机进行干燥，将污泥的含水率降至25％以下，在输送至碳化机在500℃下进行碳化，获取生物炭。生物炭的一部分作为污泥脱水调理剂进行循环利用，剩下的其他部分的生物炭储存备用。
本方案将系统处理污泥得到的生物炭应用于污泥脱水工艺，为污泥生物炭的综合利用开辟了新的途径。生物炭与污泥进行搅拌混合，形成污泥的骨架结构，增加生物炭比表面积促进污泥颗粒的聚集，生物炭携带的电荷还能够与污泥颗粒所带的极性相反的电荷发生电中和作用。因此本方案能有效提高污泥的脱水效果，这一定程度解决了污泥产生的生物炭如何综合利用的出路问题，实现污泥脱水处理和污泥热解处置工程的有机结合。本方案因此在可持续性发展方面具有积极和重要的意义。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，包括下列步骤：
第一步：污泥一级脱水；
第二步：进行污泥调理；
第三步：污泥二级脱水；
第四步：污泥干化与碳化；
其特征在于：所述第二步中，从碳化设备的最后产物中获取一部分生物炭，将该部分生物炭和污泥脱水调理剂加入调理池中的污泥。
2.根据权利要求1所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述生物炭加入前先经过破碎，并使破碎后的生物炭粒径均匀，满足2mm≥粒径≥0.175mm的要求；所述生物炭的添加比例为调理池中干基污泥质量的10-50％。
3.根据权利要求2所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述污泥脱水调理剂为无机脱水调理剂，所述污泥脱水调理剂的添加量为干基污泥质量的5-30％。
4.根据权利要求3所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述污泥脱水调理剂的有效成分包括铁盐、铝盐、镁盐中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：污泥脱水调理剂先于破碎后的生物炭或与破碎后的生物炭一起添加到调理池中，当污泥脱水调理剂与破碎后的生物炭均添加到所述调理池后，进行搅拌。
6.根据权利要求2所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述污泥脱水调理剂为有机脱水调理剂，所述污泥脱水调理剂的有效成分包括阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的一种。
7.根据权利要求6所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：污泥脱水调理剂在添加破碎后的生物炭后加入，破碎后的生物炭加入后搅拌一定时间，再加入污泥脱水调理剂搅拌一定时间。
8.根据权利要求2所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述第一步的出泥含水率为80-90％，所述第二步的出泥含水率为55-65％，所述第四步中，碳化温度为450-600℃，碳化时间为30-60min。
9.根据权利要求2所述的污泥生物炭作为污泥调理剂的污泥调理方法，其特征在于：所述第一步中，使用的脱水设备为离心脱水机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种；所述第三步中，使用的深度脱水设备为板框压滤机、高压带机、高压压榨机中的任意一种；所述第四步中，使用的干化设备为滚筒干燥机、低温带式干燥机、盘式干燥机、桨叶干燥机中的任意一种。
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