CN1631821A - 城市污泥的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及城市污泥的处理方法,属于污水处理领域。本方法为:污泥在换热器中预热后,与高压蒸汽混合,进入反应器。在反应过程中,可以选择往反应器中充纯氧或者不充氧。污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热。冷却后的污泥进行重力浓缩,浓缩底泥进入脱水机脱水。脱水泥饼作为燃料,进入蒸汽锅炉焚烧,产生高压蒸汽,回送到反应器入口用于加热污泥。滤液与浓缩池的上清液混合,泵入UASB进行厌氧反应,所产沼气用于蒸汽锅炉助燃。本发明可达到城市污泥处理减量化、无害化、资源化的目的。

Description

城市污泥的处理方法
技术领域
本发明属于污水处理领域,特别涉及适用于市政污水处理厂的城市污泥的资源化、减量化一种方法。
背景技术
近年来城市化进程越来越快,城市生活污水的产生量和处理率也越来越高,尽管采取了各种方法,来削减城市污泥的产出,其总量还是以每年10%的速率递增。并且城市污泥的含水率高、脱水困难、泥饼病原菌含量高,目前中国大中型污水处理厂最常用的处理方法是“厌氧消化—加药脱水”。然而传统的厌氧消化法存在处理效果差(COD去除率35~40%)、停留时间长(20~30天),处理处置费用高(占水厂总运行费用的一半)等缺点。如何经济有效地对污泥进行处理处置,是污水处理厂最亟待解决的问题。
热处理技术能够使不溶性的污泥颗粒解体,细胞破裂,细胞有机质释放并进一步水解,提高污泥的生物沉降性和脱水性,同时改善污泥及其液相的生物降解性能。发达国家较早开始了污泥热处理技术的研究,已经有一些工程应用的实例。然而国外热处理的主要目标是最大程度氧化去除污泥中的有机物,因此反应温度高于300℃,压力高于9MPa,对设备和控制的要求相当高;日本对催化氧化研究较多,虽然能降低反应温度(低于250℃),但昂贵的金属催化剂回收困难,成本很高。
发明内容
本发明针对已有的“厌氧消化—加药脱水”处理方法的局限性,提供了一种高效处理城市污泥的方法,通过热处理—焚烧处理,达到城市污泥处理减量化、无害化、资源化的目的。
本发明提出的方法,包括以下步骤:
1)用浓缩机将污水厂的浓缩池原污泥调节浓度到固含量为5~10%的污泥;
2)将该污泥在换热器中预热,预热温度至80~160℃,
3)预热后的污泥与高压蒸汽(250℃,4Mpa以上)混合进入反应器(在反应器中,蒸汽液化释放大量潜热),加热至120~225℃,停留时间为15~200min;
4)反应后的污泥进入换热器,与步骤2)中的污泥进行换热冷却(可以回收能量,并防止污泥减压后汽化,带走热量);
5)冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水后的泥饼作为燃料,进入蒸汽锅炉焚烧,产生高压蒸汽,回送到反应器入口用于加热污泥;
6)经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入升流式厌氧污泥床(UASB)进行厌氧反应,产生沼气用于蒸汽锅炉助燃。
上述步骤3)中反应时也可以同时采用低压氧化方式(有氧气存在时,污泥水解更加充分),即加入浓度为90%以上的纯氧,与预热后的污泥混合,与高压蒸汽同时进入反应器。
本发明与传统的消化+机械脱水的污泥处理工艺相比具有以下优点:
(1)减量化程度高。本发明最后得到的残渣是焚烧灰分,每吨干固体产生0.26吨灰分,而传统加药脱水的泥饼含水率为75~80%,每吨干固体将产生泥饼4~5吨,是本发明的约15~20倍。
(2)节约大量药剂费用以及脱水能耗。
(3)生物质能利用程度高。城市污泥中的生物质能有70%左右得到充分利用,相比传统厌氧消化的36%是很大的进步。
(4)处理效率高,设备紧凑。与传统消化20~30天的停留时间相比,本系统整个处理流程只需要2~3天,因此整个系统的体积都远远小于消化池体积。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明提出的城市污泥的处理方法结合附图及实施例进一步说明。
本发明方法采用的工艺设备可以分为四个处理单元:热处理单元I、脱水单元II、厌氧单元III和焚烧单元IV,如图1中的各虚线框所示:各单元的设备及工艺过程分别说明如下:
(1)热处理单元:本单元主体是反应器4和换热器2。
将污水厂的浓缩池污泥调节固体浓度到5~10%的原泥9经高压泵1送入换热器2预热后,与高压蒸汽15同时进入反应器4,高压蒸汽液化放热,将反应器4内温度升高至120~225℃,反应时间15~200min。在该温度条件下,污泥颗粒解体,细胞破裂,细胞有机质释放并进一步水解。反应后污泥经换热器2冷却后,进入脱水单元。
本单元还可包括一个制氧机3,能够产生浓度90%以上的纯氧10,与预热后的原泥混合,与高压蒸汽15同时进入反应器4,进行低压氧化方式处理。
(2)脱水单元:本单元主体是浓缩池5和脱水机6。
反应后污泥沉降性能较好,进入脱水单元在不加絮凝剂的条件下即可脱水至含水率低于50%。
(3)厌氧单元:本单元主体是一个升流式厌氧污泥床(UASB)8。
浓缩池5的上清液和脱水机6的滤液11进入该单元进行厌氧生物处理,产生沼气12,并排出污水13回水厂。
(4)焚烧单元:为蒸汽锅炉7
从脱水单元出来的脱水泥饼14送入蒸汽锅炉7燃烧,其低位热值高于自给燃烧的下限(3500kJ/kg),并可以产生高压蒸汽,用于加热原泥。蒸汽锅炉用厌氧单元所产沼气12起动,焚烧残渣16从焚烧锅炉排出。
在下面的实施例中,用测定脱水泥饼低位热值的方法来代替泥饼焚烧。
实施例1、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为5%;污泥在换热器中预热至80℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至120℃,停留时间为15min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,总固体(TS)去除2%,总有机固体(TVS)去除4%,悬浮固体(SS)溶解6%,上清液COD(SCOD)为6100mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为16%。
实施例2、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例1。反应结果,TS去除14%,TVS去除21%,SS溶解15%,SCOD为8600mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为19%。
实施例3、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为5%;污泥在换热器中预热至80℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至120℃,停留时间为200min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除2%,TVS去除17%,SS溶解29%,SCOD为8500mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为21%。
实施例4、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例3。反应结果,TS去除19%,TVS去除24%,SS溶解31%,上SCOD为7600mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为29%。
实施例5、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为5%;污泥在换热器中预热至160℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至225℃,停留时间为15min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除2%,TVS去除4%,SS溶解31%,SCOD为6800mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为42%。
实施例6、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例5。反应结果,TS去除36%,TVS去除41%,SS溶解39%,SCOD为7900mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为46%。
实施例7、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为5%;污泥在换热器中预热至160℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至225℃,停留时间为200min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除9%,TVS去除18%,SS溶解51%,SCOD为9950mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为58%。
实施例8、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例7。反应结果,TS去除37%,TVS去除50%,SS溶解68%,上SCOD为6900mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为60%。
实施例9、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为10%;污泥在换热器中预热至80℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至120℃,停留时间为15min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除8%,TVS去除14%,SS溶解6%,SCOD为5100mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为17%。
实施例10、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例9。反应结果,TS去除10%,TVS去除37%,SS溶解10%,SCOD为7100mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为17%。
实施例11、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为10%;污泥在换热器中预热至80℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至120℃,停留时间为200min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除11%,TVS去除11.2%,SS溶解36%,SCOD为7900mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为18%。
实施例12、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例11。反应结果,TS去除18%,TVS去除24%,SS溶解45%,上SCOD为7550mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为29%。
实施例13、用浓缩机将污水厂的浓缩池污泥调节浓度到固含量为5%;污泥在换热器中预热至120℃,与高压蒸汽(250℃,4MPa)混合进入反应器,将污泥温度加热至160℃,停留时间为60min;污泥反应后进入换热器,与原泥进行换热冷却。反应结果,TS去除2%,TVS去除5%,SS溶解31%,SCOD为10050mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为48%,低位热值6257kJ/kg。经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入UASB进行中温厌氧反应,反应温度34~38℃,容积负荷10kgCOD/m3d,COD去除率79%。
实施例14、其他反应条件同实施例13,经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入UASB进行高温厌氧反应,反应温度50~55℃,容积负荷10kgCOD/m3d,COD去除率71%。
实施例15、向反应器通入浓度90%以上的纯氧,其他反应条件同实施例13。反应结果,TS去除18%,TVS去除21%,SS溶解37%,SCOD为8900mg/L。冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水泥饼的固含量为54%,低位热值7135kJ/kg。经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入UASB进行中温厌氧反应,反应温度34~38℃,容积负荷10kgCOD/m3d,COD去除率71%。
实施例16、其他反应条件同实施例15,经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入UASB进行高温厌氧反应,反应温度50~55℃,容积负荷10kgCOD/m3d,COD去除率68%。

Claims (3)

1、一种城市污泥处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)用浓缩机将污水厂的浓缩池原污泥调节浓度到固含量为5~10%的污泥;
2)将该污泥在换热器中预热,预热温度至80~160℃,
3)预热后的污泥与高压蒸汽混合进入反应器,加热至120~225℃,停留时间为15~200min;
4)反应后的污泥进入换热器,与步骤2)中的污泥进行换热冷却;
5)冷却后的污泥进行重力浓缩;底泥进入脱水机脱水,脱水后的泥饼作为燃料,送入蒸汽锅炉焚烧,产生的高压蒸汽回送到反应器入口用于加热污泥;
6)经脱水机脱水处理的滤液与浓缩池的上清液混合,泵入升流式厌氧污泥床(UASB)进行厌氧反应,产生沼气用于蒸汽锅炉助燃。
2、按照权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述步骤3)中反应时还加入浓度为90%以上的纯氧,与预热后的污泥混合后,与高压蒸汽同时进入反应器。
3、按照权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述泵入升流式厌氧污泥床进行的厌氧反应为反应温度34~38℃的中温厌氧反应或反应温度50~55℃的高温厌氧反应。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Beijing JIankun Weihua New Energy Science & Technology Co., Ltd.

Assignor: Tsinghua University

Contract fulfillment period: 2008.10.17 to 2018.10.17 contract change

Contract record no.: 2009110000004

Denomination of invention: Method for processing urban sewage sludge

Granted publication date: 20060329

License type: Exclusive license

Record date: 2009.1.12

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.10.17 TO 2018.10.17; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: BEIJING JIANKUNWEIHUA NEW ENERGY SCIENCE CO., LTD.

Effective date: 20090112