CN220684931U - 一种市政污泥资源化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种市政污泥资源化处理系统，用于将污泥炭化制成活性炭，包括：水热反应釜、固液分离器和混合设备，其中：水热反应釜用于对脱水后的污泥进行水热炭化反应，水热反应釜的输入端与市政污泥输送机构连通，所述水热反应釜上还连接有外加碳源破碎设备和供水设备；固液分离器输入端与水热反应釜的输出端管路连通，用于将水热反应产物进行固液分离；混合设备输入端与所述固液分离器的第一固体输出端连接，混合设备还与加药器连通，混合设备的输出端还与活化炉的输入端连接。本实用新型可将高含水的剩余污泥直接与其余有机物固废进行水热炭化，再经活化处理得到具有发达孔隙结构的活性炭。

Description

一种市政污泥资源化处理系统

技术领域

本实用新型涉及污泥资源化处理技术领域，具体是一种市政污泥资源化处理系统。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，到2020年我国污水日处理能力达到1.9亿m³，污水产量增多，因此相应的污水处理设施建设也在逐年增加。在进行污水处理时，会产生市政剩余污泥，而该市政剩余污泥主要由难以降解的有机物碎片、微生物和无机物组成，并具有较高含水分(水分含量为60-80％)、高有机物含量，不经处理易腐化的特点，对其只进行简单的脱水处理，而污泥的深度处置则是转移至其它区域，不能就地进行合理处理，运输成本较高，转移过程中存在二次污染的风险，因此在降低二次污染的基础上，剩余污泥的减量化、资源化、无害化处理仍然是固废处置领域关注的研究方向。

目前，对剩余污泥的减量化、资源化、无害化处理中只是充分利用污泥中的有机物，使其在高温惰性氛围中转化为活性炭吸附材料，但该法得到的污泥活性炭存在能耗高、产率低、活性炭结构不稳定等缺陷。

另外，为了解决上述制备污泥活性炭能耗高的问题，提出利用水热炭化技术将生物质转化成固体、液体(生物油或者生物原油)或者气体，并通过调试温度、压力、时间和改性剂等因素，获得具有不同功能的目标材料，而且该技术可直接处理较高含水率的固体废弃物，不需额外干燥处理，可以一定程度降低吸附材料的生产能耗。但是，因为水热过程温度较为温和得到的固相产物孔隙结构有限，使得水热炭的实用性不高，仅局限于实验开发阶段。

再次中国专利CN217838703U所公开的一种市政污泥处理系统中记载了直接将市政污泥就地进行热解处置，污泥分别通过干化机、热解炭化机，得到了固体污泥炭，同时热解过程中产生的烟气也经过有效处置而实现达标排放。该专利充分考虑处理过程中的环境污染风险，满足污泥的“三化”处置，但是所制备的活性炭吸附能力、孔隙结构不能满足商品活性炭的要求，所以该活性炭的市场价值有待进一步挖掘。

基于此，本实用新型可直接将污泥处理系统接入市政污水处理厂剩余污泥脱水环节，结合污泥制备活性炭存在的孔隙结构不发达、吸附能力有限的问题，充分利用其余固体有机废弃物作为外加碳源，通过水热炭化协同活化方法将剩余污泥转化为具有经济价值的吸附材料。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中存在的上述问题，可将高含水的剩余污泥直接与其余有机物固废进行水热炭化，再经活化处理得到具有发达孔隙结构的活性炭。该处理系统可解决污泥制炭性能不高、其它有机物固体废物的处置问题。

本实用新型提供了一种市政污泥资源化处理系统，用于将污泥炭化制成活性炭，其特征在于，包括：水热反应釜、固液分离器和混合设备，其中：

水热反应釜，用于对脱水后的污泥进行水热炭化反应，所述水热反应釜的输入端与市政污泥输送机构连通，所述水热反应釜上还连接有外加碳源破碎设备和供水设备；

固液分离器，输入端与水热反应釜的输出端管路连通，用于将水热反应产物进行固液分离；

混合设备，输入端与所述固液分离器的第一固体输出端连接，所述混合设备还与加药器连通，所述混合设备的输出端还与活化炉的输入端连接。

优选地，所述活化炉的输出端上连接洗涤设备的输入端，用于对活化炉活化后的产物进行清洗。

优选地，所述洗涤设备还与固液分离器连接，用于将洗涤设备清洗后的产物进行固液分离。

优选地，所述固液分离器的第二固体输出端连接有烘干设备，所述烘干设备与磨粉设备连接。

优选地，所述市政污泥输送机构包括脱水设备，所述水热反应釜的输入端与脱水设备的输出端连通，用于将市政活性污泥进行脱水，降低市政活性污泥传输所占体积。

优选地，所述固液分离器分离的液体经污水好氧处理单元处理后与液体存储设备连接。

优选地，所述供水设备还与液体存储设备连接，用于将液体存储设备内的液体回流至水热反应釜。

优选地，所述供水设备包括泵、带流量计的输液管以及回用水箱，所述回用水箱液体输入端与液体存储设备连接，所述回用水箱的液体输出端通过泵和输液管与水热反应釜连接。

优选地，所述活化炉为鞍式活化炉、回转活化炉或立式活化炉中的一种。

优选地，所述水热反应釜为连续式反应釜或批式反应釜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型所给出的市政污泥资源化处理系统通过设置水热反应釜，将市政剩余污泥原料送入水热反应釜内，并额外添加有机废弃物，用于使市政剩余污泥和有机废弃物在水热反应釜中通过相对绿色低耗的水热炭化过程将热解物料进行初步造孔，通过设置混合设备，将初步制孔后的活性炭送入，并向混合设备中通过加药器加入化学活化剂，使初步制孔后的活性炭与化学活化剂在混合设备中充分混匀，并使活性炭浸渍在化学活化剂中，经混合设备和浸渍一定时长的活性炭送入本系统中的活化炉中进行高温碳化；本系统能够将高含水的市政剩余污泥直接与其余有机物固废在水热反应釜内进行水热炭化，然后送入混合设备中与加药器加入的化学活化剂充分混匀和浸渍，进一步侵蚀水热反应所制备活性炭的孔隙，可一定程度提高热解产物的含碳率和造孔程度，改善材料理化性能，再经活化炉活化处理能够得到具有发达孔隙结构的活性炭。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图。

附图标记说明：

1.脱水设备，2.供水设备，3.水热反应釜，4.固液分离器，5.混合设备，6.活化炉；7、洗涤设备；8、烘干设备；9、磨粉设备；10、破碎设备；11、加药器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

由于现有的制备污泥活性炭多采用水热反应，而水热过程温度较为温和得到的固相产物孔隙结构有限，使得水热炭的实用性不高，仅局限于实验开发阶段，所以本实用新型可直接将污泥处理系统接入市政污水处理厂剩余污泥脱水环节，结合污泥制备活性炭存在的孔隙结构不发达、吸附能力有限的问题，充分利用其余固体有机废弃物作为外加碳源，通过水热炭化协同活化方法将剩余污泥转化为具有经济价值的吸附材料。如图1-3所示一种市政污泥资源化处理系统，用于将污泥炭化制成活性炭，包括脱水设备1和水热反应釜3，所述市政污泥输送机构包括脱水设备1，所述水热反应釜3的输入端与脱水设备1的输出端连通，用于将市政活性污泥进行脱水，降低市政活性污泥传输所占体积，包括：水热反应釜3、固液分离器4和混合设备5，其中：水热反应釜3用于对脱水后的污泥进行水热炭化反应，水热反应釜3上还连接有外加碳源破碎设备10和供水设备2；固液分离器4输入端与水热反应釜3的输出端管路连通，用于将水热反应产物进行固液分离；混合设备5输入端与所述固液分离器4的第一固体输出端连接，混合设备5还与加药器11连通，混合设备5的输出端还与活化炉6的输入端连接。

其中水热反应釜3具有三个输入端口和一个输出端口、固液分离器4具有两个输入端口和三个输出端口、混合设备5具有两个输入端口和一个输出端口，其中：脱水设备1的输入端口与污泥输送机构连通，脱水设备1的输出端口连接用于输送脱水后的污泥的第一传送带；水热反应釜3的第一输入端口与第一传送带连接，水热反应釜3的第二输入端口连接有破碎设备10，水热反应釜3的第三输入端口连接供水设备2；固液分离器4第一输入端口通过第一输送管与水热反应釜3的输出端口连通，用于将水热反应产物进行固液分离；混合设备5的第一输入端口通过第二输送管与固液分离器4的第一输出端口连通，第二输入端口经第三输送管与加药器11连通，输出端口经第四输送管连接活化炉6。

上述发明创造是将市政污泥直接接入市政剩余污泥脱水工艺后端的处理系统，通过脱水设备1对市政剩余污泥脱水，不需对原料进行干燥处理，减少污泥外运的环境污染风险和运输成本，可将高含水的剩余污泥直接与其余有机物固废进行水热炭化，通过相对绿色低耗的水热水热反应釜3进行水热炭化过程，将热解物料进行初步造孔，再将初步造孔的热解物料联合加药器11对初步造孔的热解物料进一步化学活化，在此基础上进一步侵蚀孔隙，可一定程度提高热解产物的含碳率和造孔程度，改善材料理化性能，然后再将其送入活化炉6，在高温惰性氛围中进行活化造孔。

上述虽然能够初步实现提高热解产物的含碳率和造孔程度，但是所制备的活性炭中在活化炉6中活化时会产生焦油类物质，也还会存在混合中加入的过量残余活化剂，所以需要将洗涤设备7还与固液分离器4连接，用于将洗涤设备7清洗后的产物进行固液分离。

为了更进一步去除经洗涤设备7清洗后的活性炭的水分，所以固液分离器4的第二固体输出端连接有烘干设备8，烘干设备8与磨粉设备9连接，其中洗涤设备7通过第五输送管与固液分离器4的第二输入端口连通，于将洗涤后的活化制孔产物与废液进行固液分离，固液分离器4的第二输出端口通过第三传送带连接有烘干设备8，烘干设备8经第四传送带与磨粉设备9连接。

避免将固液分离器4分离的液体随意排放造成环境污染，固液分离器4分离的液体经污水好氧处理单元处理后与液体存储设备连接。

为了回用固液分离器4分离出的液体，实现水资源的再次利用，供水设备2还与液体存储设备连接，用于将液体存储设备内的液体回流至水热反应釜3。

给出了供水设备2的具体结构，供水设备2包括泵、带流量计的输液管以及回用水箱，回用水箱液体输入端与液体存储设备连接，回用水箱的液体输出端通过泵和输液管与水热反应釜3连接。

给出活化炉6具体结构，所述活化炉6为鞍式活化炉、回转活化炉或立式活化炉中的一种。

给出水热反应釜3的具体结构，所述水热反应釜3为连续式反应釜或批式反应釜。

给出了破碎设备10的具体结构，破碎设备10为锤式破碎机、颚式破碎机、反击式破碎机、复合式破碎机或立轴式破碎机中的一种。

具体地，给出了破碎设备10的具体结构，所述脱水设备1为带式压滤机、板框压滤机或叠螺式污泥脱水机中的一种。

具体地，给出了固液分离器4的具体结构，固液分离器4为离心机或过滤器中的一种。

具体地，给出了烘干设备8的具体结构，烘干设备8为带式干燥机、转筒干燥机、盘式干燥机、螺带干燥机或桨叶干燥机中的一种。

具体地，给出了磨粉设备9为立式磨粉机、球磨机、雷蒙磨粉机、高压悬辊磨粉机或圆盘式磨粉机中的一种；

具体地，给出了洗涤设备8为静电浸没式清洗器、搅拌摇动清洗器或超声波振动清洗器中的一种。

工作原理：

将污泥送入脱水设备1内进行脱水，脱水后的污泥通过第一传送带送入水热反应釜3内，在水热反应釜3的第二入口中再次加入由农林废弃物、动物粪便、餐厨垃圾、农贸市场果蔬废弃物等组成的固体废弃物；而回用设备2主要包括管道、输送泵、流量计，回用设备2的主要对象是污水处理厂排污口的达标出水，作为水热反应的水介质，水热反应釜3完成污泥与有机固废的水热炭化过程；所述固液分离器4的第一进口1与水热反应釜3的出口相连，固液分离器4的第三出口与污水处理好氧单元相连，固液分离器4的固体第一出口与混合设备5进口相连，混合设备5的加药口与加药器11相连，加药器11中配制指定化学活化剂，该加药器11带有精密加药系统，通过泵、管道接入混合设备5，其中配制指定化学活化剂有碱性、酸性或金属盐类化学活化剂，混合设备5中完成水热炭与化学活化剂的充分浸渍过程；活化炉6的进料口与混合设备5出口相连，活化炉6在高温惰性氛围中进行活化造孔过程；洗涤设备7的进口与活化炉6出口相连，其洗涤设备7主要消除活化过程焦油类物质和残余活化剂，洗涤设备7的出口与固液分离设备4的第二进口相连；烘干设备8进口与固液分离设备4固体第二出口相连，烘干设备8可得到干燥的活性炭固体，磨粉设备9的进口与烘干设备的出口相连，本实用新型充分考虑了市政剩余污泥“三化”处置中的问题，不仅将污泥转变为具有经济价值的功能性吸附材料，也解决了其余有机固体废弃物处置问题；处理系统可直接污泥脱水系统进行就地处理，减少污泥外运的环境污染风险和运输成本；高含水原料无需干燥处理，同时深度利用达标排放出水作为水热反应介质，可直接在较低温环境中进行水热炭化，可节约30％左右的处理能耗。

具体的操作步骤与工艺条件：

步骤S1：适量污泥经过脱水设备1后，经过第一传送带由水热反应釜3的第一进料口进入水热反应釜3中；

步骤S2：适量有机固体废弃物经过破碎设备10，得到粒径小于10mm的有机破碎物，通过水热反应釜3的第二进料口进入釜内；

步骤S3：回用设备2通过泵，将污水厂排污口部分出水加入水热反应釜3内；

步骤S4：经过步骤S1、S2和S3，调节水热反应釜3的温度在180-260℃，压力在2-8MPa，原料在釜内水热停留时间为2-5h，完成水热炭化过程，得到水热炭和液体混合物；

步骤S5：将步骤S4制得的水热炭在固液分离器4中进行固液分离，得到含水率在20-40％的混合水热炭；

步骤S6：步骤S5得到的水热炭固体进入混合设备5中，加药器11按照固体与液体活化剂质量比1:3的比例加入化学活化剂溶液，混合设备5将水热炭与液体充分混合、浸渍0.5-5h；

步骤S7：将步骤S6得到的混合物接入活化炉6中进行高温活化造孔，活化温度为500-800℃，活化时间为1-2h；

步骤S8:将步骤S7得到的固体物在洗涤设备7内进行浸泡清洗，该过程需多次清洗，直至清洗液体为中性，固液分离在固液分离器4中进行；

步骤S9:步骤S8洗净后的湿活性炭需要在烘干设备8中进行烘干处理，使得含水率小于10％；

步骤S10:将步骤S9得到的干燥活性炭进行研磨，得到粒径50～400目的活性炭产品。

本实用新型还给出具体的实施例，具体如下：

实施例1

步骤S1：将废弃椰壳加入破碎设备10中，得到粒径为10mm的有机物碎块；

步骤S2：污泥脱水后含水率为70％，通过第一传送带送入水热反应釜3内，污泥与有机废物质量比1:1；

步骤S3：回用设备2中的输送泵，将排污口部分出水泵入水热反应釜3内，水热反应釜3内已使用容积不超过总容积3/2；

步骤S4：将破碎后的椰壳碎块送入水热反应釜3内，水热反应釜3内温度保持在220℃，压力维持在2.2MPa，水热反应3h后开始自然冷却降温；

步骤S5：步骤S4中得到的水热混合物通过固液分离器4的第一进口进行固液分离，其中滤液直接接入污水厂好氧处理单元，脱水后水热炭含水率为28％，水热炭固体通过第一出口进入混合设备5中；

步骤S6：加药器11中配制40％KOH活化剂(质量分数)，通过加药泵精密泵入一定体积的化学活化剂，按照水热炭固体与活化剂质量比1:3；

步骤S7：混合设备5中搅拌杆将水热炭与活化剂充分混合，浸渍1h；

步骤S8：浸渍后混合物输入活化炉6中，活化温度为800℃，活化1h后自然冷却；

步骤S9：活化后固体送入洗涤设备7中，用纯水对固体进行浸泡洗，浸泡后混合物从固液分离设备4的第二进口进入进行固液分离，直至滤液pH接近中性，得到湿活性炭；

步骤S10：将湿活性炭通过固液分离设备4的第二出口送入烘干设备8中，干燥机温度维持在100℃，烘干时间为10h，干燥后活性炭的含水率为9％；

步骤S11：烘干后活性炭送入磨粉设备9中得到粒径小于200目的活性炭产品。

实施例2

步骤S1：将农贸市场果蔬废物加入破碎设备10中，得到粒径小于20mm的有机物碎块；

步骤S2：污泥脱水后含水率为75％，通过第一传送带送入水热反应釜3内，污泥与有机废物质量比1:2；

步骤S3：回用设备2中的输送泵，将排污口部分出水泵入水热反应釜3内，水热反应釜3内已使用容积不超过总容积3/2；

步骤S4：将破碎后的椰壳碎块送入水热反应釜3内，水热反应釜3内温度保持在200℃，压力维持在2.0MPa，水热反应4h后开始自然冷却降温；

步骤S5：步骤S4中得到的水热混合物通过固液分离器4第一进口进行固液分离，其中滤液直接接入污水厂好氧处理单元，脱水后水热炭含水率为25％，水热炭固体通过固体出口1进入混合设备5中；

步骤S6：加药器11中配制45％H₃PO₄活化剂(质量分数)，通过加药泵精密泵入一定体积的化学活化剂，按照水热炭固体与活化剂质量比1:2；

步骤S7：混合设备5中搅拌装置将水热炭与活化剂充分混合，浸渍4h；

步骤S8：浸渍后混合物输入活化炉6中，活化温度为500℃，活化1h后自然冷却；

步骤S9：活化后固体送入洗涤设备7中，用纯水对固体进行浸泡洗，浸泡后混合物从固液分离设备4的第二进口进入进行固液分离，直至滤液pH接近中性，得到湿活性炭；

步骤S10：将湿活性炭通过固液分离设备4的第二出口送入烘干设备8中，干燥机温度维持在100℃，烘干时间为12h，干燥后活性炭的含水率为7％；

步骤S11：烘干后活性炭送入磨粉设备9中得到粒径小于300目的活性炭产品。

试验例

对实施例1和2中所制得的活性炭进行理化试验

表1活性炭理化指标

序号	C(％)	H(％)	N(％)	S(％)	O(％)	碘吸附值(mg/g)
							实施例1	37.62	4.3	1.82	0.33	8.78	702
实施例2	35.28	3.78	1.05	0.89	5.33	658

通过以上测试结果可知，实施例1和实施例2中的活性炭的主要成分均为碳元素，实施例1和实施例2的碘吸附值分别为702mg/g和658mg/g，已经具备较高的吸附能力，可以用于水处理、废气治理、土壤修复和功能材料制备领域。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种市政污泥资源化处理系统，用于将污泥炭化制成活性炭，其特征在于，包括：水热反应釜(3)、固液分离器(4)和混合设备(5)，其中：

水热反应釜(3)，用于对脱水后的污泥进行水热炭化反应，所述水热反应釜(3)的输入端与市政污泥输送机构连通，所述水热反应釜(3)上还连接有外加碳源破碎设备(10)和供水设备(2)；

固液分离器(4)，输入端与水热反应釜(3)的输出端管路连通，用于将水热反应产物进行固液分离；

混合设备(5)，输入端与所述固液分离器(4)的第一固体输出端连接，所述混合设备(5)还与加药器(11)连通，所述混合设备(5)的输出端还与活化炉(6)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述活化炉(6)的输出端上连接洗涤设备(7)的输入端，用于对活化炉(6)活化后的产物进行清洗。

3.根据权利要求2所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述洗涤设备(7)还与固液分离器(4)连接，用于将洗涤设备(7)清洗后的产物进行固液分离。

4.根据权利要求3所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述固液分离器(4)的第二固体输出端连接有烘干设备(8)，所述烘干设备(8)与磨粉设备(9)连接。

5.根据权利要求4所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述市政污泥输送机构包括脱水设备(1)，所述水热反应釜(3)的输入端与脱水设备(1)的输出端连通，用于将市政活性污泥进行脱水，降低市政活性污泥传输所占体积。

6.根据权利要求5所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述固液分离器(4)分离的液体经污水好氧处理单元处理后与液体存储设备连接。

7.根据权利要求6所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述供水设备(2)还与液体存储设备连接，用于将液体存储设备内的液体回流至水热反应釜(3)。

8.根据权利要求7所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述供水设备(2)包括泵、带流量计的输液管以及回用水箱，所述回用水箱液体输入端与液体存储设备连接，所述回用水箱的液体输出端通过泵和输液管与水热反应釜(3)连接。

9.根据权利要求1所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述活化炉(6)为鞍式活化炉、回转活化炉或立式活化炉中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种市政污泥资源化处理系统，其特征在于，所述水热反应釜(3)为连续式反应釜或批式反应釜。