CN118026483A - 一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法，包括调质灭菌池、分离装置、配药槽、脱水干燥机、微波炉、破碎机、造粒机、回转窑及烟气净化系统。先将污泥中有机物和无机物的分离，然后对分离出的有机污泥和无机污泥分别进行利用。以有机污泥为原料，加入活化剂、磁性物质与机污泥进行混合，将混合物经微波处理后得到碳化物，对碳化物进行洗涤、干燥后得到磁性活性炭；以无机污泥为原料，经脱水干燥处理后与辅助原料造粒，之后送入回转窑进行焙烧成陶粒，焙烧过程产生的烟气回收余热后净化排出。发明将污水厂污泥的有机物和无机物分离后分别进行高值化利用，既提高了污泥的利用率，又能产生一定的经济效益。

Description

一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法

技术领域

本发明属污泥处理领域，具体涉及一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法及其处理方法。

背景技术

随着我国经济的发展，到2021年底，我国已建成2827座污水处理厂，污水处理厂的处理能力以达到2.1亿立方米/日，其污水处理率达到97.89％。随着污水处理规模增大，污泥作为污水处理的末端产物，其产量也随之增加。为积极推进污泥减量化、稳定化和无害化处理处置，《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》中提出，到2025年城市污泥无害化处置率应达到90％以上，到2035年全面实现污泥无害化处置，污水污泥资源化利用水平显著提升。污泥的组成成分复杂，其主要成分由有机物、无机物和重金属等组成，污泥的资源化处理途径很多，目前国内对污泥的处理方式除了填埋外主要有焚烧、堆肥、制备吸附剂和陶粒等，其中焚烧、堆肥和制备吸附剂主要是利用污泥中的有机物，但无机物的存在通常会对这些产生不利影响；相反污泥制备陶粒主要利用污泥中无机物的SiO₂、CaO、Al₂O₃，但有机物的存在又会对陶粒产品产生不利影响，导致入窑原料中污泥的比例通常仅为30％左右。根据污泥的成分及其特性，在合理范围内，若能对污泥中的各组分进行分离预处理，再对分离出的污泥分别进行高值化利用，则能够很大程度上实现资源化回收。

我国每年会消耗大量的活性炭，但国内活性炭大多只是作为一次性消耗品，用完即废，而活性炭吸附生物质后难于再生并且在水溶液中分离困难，严重影响工业生产进程，因此活性炭的成本问题也成为掣肘活性炭大规模使用的主要因素。活性炭在吸附污染物后，采用过滤的方法不能有效回收活性炭，而磁性活性炭具有普通活性炭的吸附性能和磁性物质的分离性能，在吸附污染物后，采用磁分离方法可分离、回收磁性活性炭，目前磁性活性炭的制备原料主要以椰壳为主。若以污泥有机无机分离为基础，将有机污泥作为制备磁性活性炭的原料具有良好的前景。同时，分离出的无机污泥中有机质含量较低，有望作为原料烧制陶粒。

在污泥有机无机分离方面，专利202023135703.5公开了一种污泥分离装置，该装置利用超声波协同酸解的方式进行污泥分离，实现了污泥中有机物和无机物的分离；针对污泥制备活性炭的装置，专利201610493575.0公开了具有连续孔径分布特征的污水处理用污泥活性炭及其制备方法，通过使用该方法先对污泥进行初步脱水干燥处理，然后将其与活化剂混合，在氮气中进行活化炭化得到产物，最后对其进行中和得到活性炭，但普通活性炭几乎没有磁性，而活性炭在吸附有害物质后，不能对活性炭进行有效回收，造成二次污染；针对污泥制备陶粒的装置，专利202120010871.7公开了利用多性态固废生产多类型陶粒混合成球后进入回转窑焙烧成陶粒，实现了固废资源化利用，但该方法没有进行污泥有机物和无机物的分离，污泥的掺量相对较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法及其处理方法。将待处理污泥首先通入到调质灭菌池中进行调质灭菌处理，调质灭菌后的污泥进入分离装置，进行污泥中有机物和无机物分离，分离出的有机污泥通过配药槽使有机污泥与活性剂、磁性物质混合均匀，处理后的有机污泥经过脱水、干燥后，在微波炉中进行处理，取出炭化样品，经过中和、干燥后，在破碎机中将样品进行破碎后即得到磁性活性炭；分离出的无机污泥首先通过脱水、干燥后，与辅料混合后进入造粒机中进行造粒，送入回转窑中在高温下烧制成陶粒产品，烟气经净化后排出。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法及其处理方法，包括调质灭菌池、分离装置、配药槽、脱水干燥机、微波炉、破碎机、造粒机、回转窑、脱硫塔、布袋除尘器、引风机、烟囱；

其运行方法如下：

污泥首先在调质灭菌池中进行调质灭菌处理，添加调理药剂并进行搅拌，使得胞外聚合物快速破解，破解菌胶团，释放出无机物，并且可以杀灭污泥中的致病微生物和有机污染物，然后通入到分离装置中，进行搅拌后送入旋流分离器；

密度小的有机物和上清液从分离装置上部排出，排出后进行中和反应，随后进入配药槽中，以ZnCl₂溶液为活化剂进行活化，活化完成之后使其进入脱水干燥机中进行脱水和干燥，然后进入微波炉中进行微波炭化，炭化完成之后在中和设备中用盐酸和蒸馏水进行冲洗至中性，清洗后在干燥设备中进行干燥，最后在破碎机中破碎得到块状的磁性活性炭；

密度大的无机物从分离装置底部排出，经过脱水干燥机对无机成分进行脱水干燥，将建筑余泥、河湖淤泥、无机污泥以适当的比例进行配料然后送入造粒机中，挤压形成生陶粒，造粒后的生陶粒再输入到回转窑中进行完全燃烧形成陶粒，产生的高温烟气作为干燥设备的热源进行回收利用，废气进入烟气净化系统进行脱硫和除尘，最后经烟囱排出。

本发明的优点和有益效果为：

本发明采用有机无机分离的方式处理污泥，先实现污泥中有机污泥和无机污泥更好的分离，分离出的有机污泥和无机污泥再分别进行高值化利用；

在有机污泥改性脱水时加入了含铁絮凝剂，本身是具有磁性的铁源，因此少了赋磁这个步骤，减少运行成本；

采用微波法制备磁性活性炭，制备的磁性活性炭孔隙较为发达，孔径分布合理，因此可将磁性活性炭作为吸附剂，用于吸附烟气和灰分中的二噁英、废水中重金属离子，并且其独特的磁性，饱和的将磁性活性炭可磁选分离进行回收并多次利用，有效避免产生二次污染；

用无机污泥制备陶粒，不仅可以解决资源的处置问题，提高陶粒窑的处理能力，改善了陶粒的品质，有效减少二次污染，降低环境负担，而且也有利于降低陶粒的生产成本，实现经济和环境效益的双丰收。

附图说明

图1是本发明整体连接结构示意图。

其中：

1为调质灭菌池，2为分离装置，3为配药槽，4和7为脱水干燥机，5为微波炉，6为破碎机，8为造粒机，9为回转窑，10为脱硫塔，11为布袋除尘器，12为引风机，13为烟囱。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法及其处理方法，包括调质灭菌池1，分离装置2，配药槽3，脱水干燥机4和7，微波炉5，破碎机6，造粒机8，回转窑9，脱硫塔10，布袋除尘器11，引风机12，烟囱13。

污泥首先进入调质灭菌池1中进行调质、灭菌处理，向其中添加调理药剂进行搅拌，使得胞外聚合物快速破解，破解菌胶团，释放出无机物，处理后的污泥从调质灭菌池1底部出料口排出，从分离装置2进料口进入，进行搅拌中和，最后送入旋流分离器；

分离出的低密度有机物和上清液从分离装置2顶部出料口排出，排出后进行中和反应，随后进入配药槽3中与活化剂混合，之后使其进入脱水干燥机4中进行脱水和干燥，使污泥含水率低于30％，然后进入微波炉5进行微波处理，然后送入中和设备中用盐酸和蒸馏水进行冲洗至中性，清洗后在干燥设备中进行干燥，最后经破碎机6破碎得到块状的磁性活性炭；

高密度的无机物从分离装置2底部排出，经过脱水干燥机7进行脱水干燥至低于30％，添加少量的建筑余泥、河湖淤泥进行配料后送入造粒机8中，挤压成型，成型后的坯料送入到回转窑9中在1050-1150℃条件下高温烧结成陶粒，产生的高温烟气作为干燥设备的热源进行回收利用，废气进入烟气净化系统中依此经过脱硫塔10，布袋除尘器11，引风机12，最后从烟囱13排出。

下面结合具体实施例说明本发明的具体方法。

实施例1：

首先将污泥在调质灭菌池中添加1.2‰的调理剂调质，污泥的含水率将达到90％以上，可为后续的操作流程提供方便，同时添加稀硫酸，进行灭菌处理，并不断搅拌，调质灭菌后的污泥进入分离装置进行搅拌，将污泥中有机污泥和无机污泥分离出来，其中无机污泥首先通过装置底部排料口排出，然后向装置中添加氧化镁对污泥进行中和，再向其中添加含铁量为5.37％的絮凝剂，使有机污泥从装置上部排出。分离出的污泥中有机污泥占56％，无机污泥占44％，后续分别加以利用；

分离出的有机污泥，其有机物含量可达其固含量的75％以上，将其通入到配药槽中，添加含铁絮凝剂，并与10％浓度的ZnCl₂溶液充分浸泡24h，浸渍比为1∶5，浸泡之后进入脱水干燥机中，使其含水率低于30％，将干燥后的混合物送入到微波炉中进行微波处理，微波功率为1120W，辐照时间2.5min，将完成后的产物用盐酸反复冲洗，然后用清水对其进行冲洗至中性，将酸清洗干净，随后进行干燥破碎，即可得磁性活性炭；

陶粒的制备以无机污泥为原料，分离出的无机污泥含水率为80％，经过高压脱水后含水率降到65％以下，再经过干燥使含水率低于30％，然后将无机污泥∶建筑余泥以2∶1的比例进行混合搅拌，然后将混合物料输送至造粒机中进行挤压生成生陶粒，通过回转窑进行高温燃烧，温度为1050℃，生成的陶粒经冷却处理后入库储存，回转窑产生的烟气一部分进行回收利用，作为干燥热源，剩余烟气进入烟气净化系统处理达标后排出。

实施例2：

采用与实施例1相同的污泥分离方法，将分离出的有机污泥通入到配药槽中，添加含铁絮凝剂，并与10％浓度的ZnCl₂溶液充分浸泡24h，浸渍比为1∶5，浸泡之后进入脱水干燥机中，使其含水率低于30％，将干燥后的混合物送入到微波炉中进行微波处理，微波功率为960W，辐照时间4min，将完成后的产物用盐酸反复冲洗，然后用清水对其进行冲洗至中性，将酸清洗干净，随后进行干燥破碎，即可得磁性活性炭；

陶粒的制备以无机污泥为原料，分离出的无机污泥含水率为80％，经过高压脱水后含水率降到65％以下，再经过干燥使含水率低于30％，然后将无机污泥∶建筑余泥以2∶1的比例进行混合搅拌，然后将混合物料输送至造粒机中进行挤压生成生陶粒，通过回转窑进行高温燃烧，温度为1100℃，生成的陶粒经冷却处理后入库储存，回转窑产生的烟气一部分进行回收利用，作为干燥热源，剩余烟气进入烟气净化系统处理达标后排出。

实施例3：

采用与实施例1相同的污泥分离方法，将分离出的有机污泥通入到配药槽中，添加含铁絮凝剂，并与10％浓度的ZnCl₂溶液充分浸泡24h，浸渍比为1∶5，浸泡之后进入脱水干燥机中，使其含水率低于30％，将干燥后的混合物送入到微波炉中进行微波处理，微波功率为800W，辐照时间6min，将完成后的产物用盐酸反复冲洗，然后用清水对其进行冲洗至中性，将酸清洗干净，随后进行干燥破碎，即可得磁性活性炭；

陶粒的制备以无机污泥为原料，分离出的无机污泥含水率为80％，经过高压脱水后含水率降到65％以下，再经过干燥使含水率低于30％，然后将无机污泥∶建筑余泥以2∶1的比例进行混合搅拌，然后将混合物料输送至造粒机中进行挤压生成生陶粒，通过回转窑进行高温燃烧，温度为1150℃，生成的陶粒经冷却处理后入库储存，回转窑产生的烟气一部分进行回收利用，作为干燥热源，剩余烟气进入烟气净化系统处理达标后排出。

Claims (2)

1.一种污泥分离及高值化利用的装置及其处理方法，其特征在于：包括调质灭菌池、分离装置、配药槽、脱水干燥机、微波炉、破碎机、造粒机、回转窑、脱硫塔、布袋除尘器、引风机、烟囱；

所述调质灭菌池的出料口连接所述分离装置进料口，所述分离装置的上端出料口连接所述配药槽的进料口，所述配药槽的出料口经所述脱水干燥机连接所述微波炉进料口，所述微波炉的出料口连接所述破碎机的进料口；

所述分离装置下端出料口经所述脱水干燥机连接所述造粒机的进料口，所述的造粒机出料口连接所述回转窑的窑尾进料口，所述回转窑的窑尾烟气出口经所述脱硫塔连接所述布袋除尘器，所述的布袋除尘器出口经所述引风机连接所述烟囱。

2.如权利要求1所述的一种污泥分离及高值化利用的装置运行方法，其特征在于：

污泥先在调质灭菌池中进行调质灭菌处理后，送入分离装置分离成有机污泥和无机污泥，有机污泥送入配药槽中，加入活化剂和含铁絮凝剂后，送入脱水干燥机中进行脱水和干燥，再送入微波炉中进行活化炭化处理，处理后产物经中和、清洗、干燥后，最后经破碎机破碎制得磁性活性炭；

从分离装置底部排出的无机污泥先经过脱水干燥机脱水干燥，添加少量辅料后送入造粒机中挤压成型，然后送入回转窑中高温烧结成陶粒，产生的高温烟气作为污泥干燥热源进行回收利用，废气依次经脱硫塔脱硫、布袋除尘器除尘，最后经引风机送入烟囱。