申請(qǐng)日2015.07.13
公開(kāi)(公告)日2017.06.30
IPC分類號(hào)C10B53/00; C10B57/14; C10B57/10; C02F11/00
摘要
本發(fā)明提供了一種污泥的潔凈處理方法，包括以下步驟：將待處理污泥預(yù)熱后，在溫度不超過(guò)250℃的密閉空間內(nèi)干燥，再在溫度不超過(guò)300℃的密閉空間內(nèi)炭化，使污泥的含水率降至30%以下，在550～700℃的無(wú)氧條件下干餾，分別得到固相殘?jiān)蜌庀喈a(chǎn)物;將所述固相殘?jiān)鳛樯锾蓟厥?將所得氣相產(chǎn)物進(jìn)行分離、分解、純化處理，分別得到可排放水、木醋液、木焦油和可燃?xì)�。本發(fā)明還提供了一種污泥的潔凈處理裝置。本發(fā)明基于污泥的特性，采用干燥‑炭化‑干餾技術(shù)，將污泥中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)變成可燃?xì)怏w，固體殘?jiān)M(jìn)行回收利用，充分利用污泥熱值，實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的低成本清潔處理。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種污泥的清潔處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
(1)將待處理污泥預(yù)熱后，在溫度不超過(guò)250℃的密閉空間內(nèi)干燥，使含水率降至30～40%，再在溫度不超過(guò)300℃的密閉空間內(nèi)炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步驟(1)處理后的污泥，在550～700℃的無(wú)氧條件下干餾10～80min，分別得到固相殘?jiān)蜌庀喈a(chǎn)物;將所述固相殘?jiān)鳛樯锾蓟厥?
(3)將步驟(2)所得氣相產(chǎn)物進(jìn)行冷卻、分離，分別得到氣體和混合液體;
將所述氣體進(jìn)行后處理，作為燃?xì)鉃樗龈稍铩⑻炕�、干餾供能;
將所述混合液體進(jìn)行水油分離;所得水相經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放;所得油相經(jīng)分離、分解、純化，得到木醋液、木焦油和可燃?xì)?
所述方法采用污泥的清潔處理裝置實(shí)施，所述裝置包括依次順序相連的污泥供給系統(tǒng)、污泥干燥-炭化系統(tǒng)、污泥干餾系統(tǒng)和產(chǎn)物回收系統(tǒng);
所述污泥供給系統(tǒng)包括順序相連的儲(chǔ)料倉(cāng)和夾層螺旋輸送機(jī);
所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)包括順序相連的低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)，所述低溫干燥機(jī)的入口與所述夾層螺旋輸送機(jī)的出口相連;所述低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)內(nèi)部均設(shè)有熱循環(huán)交換單元;所述低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)還分別經(jīng)過(guò)預(yù)熱氣體管道與所述夾層螺旋輸送機(jī)相連;
所述污泥干餾系統(tǒng)包括順序相連的儲(chǔ)泥倉(cāng)和干餾爐;所述儲(chǔ)泥倉(cāng)的入口與所述炭化機(jī)的出口相連;
所述產(chǎn)物回收系統(tǒng)包括分別與干餾爐相連的生物碳回收單元和氣相回收單元;所述氣相回收單元包含水處理單元、木醋液和木焦油分解、純化處理單元和有機(jī)氣體處理單元;所述有機(jī)氣體處理單元還經(jīng)過(guò)供熱管道分別與所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)和污泥干餾系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述待處理污泥的含水率不小于50%，有機(jī)物含量不小于40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)具體為：將待處理污泥預(yù)熱后，在200～250℃的密閉空間內(nèi)與導(dǎo)熱油進(jìn)行間接換熱，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密閉空間內(nèi)與導(dǎo)熱油進(jìn)行間接換熱，使污泥的含水率降至30%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)熱油的溫度為220～240℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述干餾具體為：取步驟(1)處理后含水率為10～30%的污泥，在600～700℃的無(wú)氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為：取步驟(1)處理后含水率小于10%的污泥，與15%的木屑混合后壓制成球，在550～600℃的無(wú)氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：將步驟(1)所述干燥和炭化產(chǎn)生的廢氣作為熱源為所述待處理污泥預(yù)熱，再經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。
說(shuō)明書(shū)
一種污泥的清潔處理方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污泥的清潔處理工藝及處理裝置。
背景技術(shù)
據(jù)《中國(guó)污泥處置市場(chǎng)分析報(bào)告(2013)》預(yù)測(cè)，截止到2015年，全國(guó)城鎮(zhèn)化水處理廠濕污泥(含水率80%)產(chǎn)生量將達(dá)到3359萬(wàn)噸，即日產(chǎn)污泥9.2萬(wàn)噸。我國(guó)對(duì)污泥的處理處置由于受資金等方面的因素影響相對(duì)滯后，污泥穩(wěn)定化率低，無(wú)害化處理率不高，處理處置技術(shù)單一，而且成本高昂，導(dǎo)致大部分污泥未經(jīng)處理或僅做簡(jiǎn)單處理后，就直接農(nóng)用、填埋或者是送垃圾場(chǎng)填埋、焚燒、污泥土地利用等，有的甚至隨意堆放。污泥的隨意填埋或隨意堆放占用大量土地資源，而且污泥易腐變臭，其產(chǎn)生滲濾液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水體，給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。另外，污泥中的重金屬和毒性有機(jī)物可以通過(guò)生態(tài)中的食物鏈遷移富集，且焚燒產(chǎn)生有毒氣體，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生長(zhǎng)期潛在的危害。因此，降低污泥處理成本和提高污泥處理效果是目前我國(guó)污泥處理急需解決的問(wèn)題。
城市污泥主要是污水處理廠的剩余活性污泥，主要含有大量水分，以及其他微生物及其殘?jiān)�，殘�(jiān)幸杂袡C(jī)物為主，而且含氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。由于污泥含有大量有機(jī)成分，既是污泥造成污染的重要原因，也是污泥資源化的重要基礎(chǔ)。
目前，國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)主要有污泥厭氧消化技術(shù)、污泥好氧發(fā)酵技術(shù)、污泥土地利用技術(shù)、污泥焚燒技術(shù);其中污泥焚燒技術(shù)包括：污泥熱干化技術(shù)、單獨(dú)焚燒技術(shù)和低溫炭化技術(shù)等，到目前為止還沒(méi)有一種技術(shù)將污泥中的資源充分利用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型的污泥清潔處理工藝，具體是將污水處理廠剩余污泥進(jìn)行低溫炭化然后進(jìn)行低溫干餾，制得可燃?xì)怏w，將可燃?xì)怏w用于工藝自身熱能供應(yīng)，充分利用污泥熱值，實(shí)現(xiàn)污泥的低成本資源化利用。
本發(fā)明的第一目的是提供一種污泥的清潔處理方法。
具體而言，所述方法包括以下步驟：
(1)將待處理污泥預(yù)熱后，在溫度不超過(guò)250℃的密閉空間內(nèi)干燥，使污泥的含水率降至30～40%，再在溫度不超過(guò)300℃的密閉空間內(nèi)炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步驟(1)處理后的污泥，在550～700℃的無(wú)氧條件下干餾10～80min，分別得到固相殘?jiān)蜌庀喈a(chǎn)物;將所述固相殘?jiān)鳛樯锾蓟厥?
(3)將步驟(2)所得氣相產(chǎn)物進(jìn)行冷卻、分離，分別得到氣體和混合液體;將所述氣體進(jìn)行后處理，作為燃?xì)鉃樗龈稍�、炭化、干餾供能;將所述混合液體進(jìn)行水油分離;所得水相經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放;所得油相經(jīng)分離、分解、純化，得到木醋液、木焦油和可燃?xì)狻?/P>
本發(fā)明所述的待處理污泥為污水處理廠經(jīng)過(guò)污水處理后剩余的污泥。所述待處理污泥的含水率不小于50%。所述待處理污泥中有機(jī)物含量不小于40%，優(yōu)選為40～60%。
步驟(1)所述炭化時(shí)，密閉空間的溫度優(yōu)選為不超過(guò)270℃。
作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(1)具體為：將待處理污泥預(yù)熱后，在200～250℃的密閉空間內(nèi)與導(dǎo)熱油進(jìn)行間接換熱，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密閉空間內(nèi)與導(dǎo)熱油進(jìn)行間接換熱，使污泥的含水率降至30%以下。
所述導(dǎo)熱油為循環(huán)使用。導(dǎo)熱油的溫度優(yōu)選為220～240℃。
所述步驟(2)中，可用惰性氣體，如氮?dú)庵脫Q氧氣，從而實(shí)現(xiàn)干餾時(shí)的無(wú)氧環(huán)境。
當(dāng)步驟(1)處理后污泥的含水率為10～30%時(shí)，步驟(2)所述的干餾優(yōu)選為：在600～700℃的無(wú)氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。
當(dāng)步驟(1)處理后污泥的含水率小于10%時(shí)，步驟(2)所述的干餾優(yōu)選為：將含水率小于10%的污泥與占污泥重量15%的木屑混合后壓制成球，在550～600℃的無(wú)氧條件下干餾12～75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。本發(fā)明加入木屑的作用主要是提高污泥中的含碳量，以提高可燃?xì)獾馁|(zhì)量和生物質(zhì)炭的質(zhì)量。
本發(fā)明所述方法還可以包括廢氣的處理，具體為：將步驟(1)所述干燥和炭化產(chǎn)生的廢氣作為熱源為所述待處理污泥預(yù)熱，再經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。所述處理具體為：將廢氣集中送入堿洗噴淋塔，除去粉塵及酸性物質(zhì)，然后再送入低溫高能等離子設(shè)備，破壞有機(jī)物分子，氧化成小分子有機(jī)物，再通過(guò)引風(fēng)機(jī)送入堿洗噴淋塔，氧化后，中和酸性氧化物，最后達(dá)標(biāo)排放。
本發(fā)明所得固相殘?jiān)鳛樯锾蓟厥蘸�，可加工成碳棒或農(nóng)肥。
本發(fā)明的第二目的是提供一種污泥的清潔處理裝置。
具體的，所述裝置包括依次順序相連的污泥供給系統(tǒng)、污泥干燥-炭化系統(tǒng)、污泥干餾系統(tǒng)和產(chǎn)物回收系統(tǒng)。
所述污泥供給系統(tǒng)包括順序相連的儲(chǔ)料倉(cāng)和夾層螺旋輸送機(jī)。所述夾層螺旋輸送機(jī)還可以通過(guò)廢氣管道與廢氣處理系統(tǒng)相連。
所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)包括順序相連的低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)，所述低溫干燥機(jī)的入口與所述夾層螺旋輸送機(jī)的出口相連。污泥經(jīng)過(guò)低溫干燥機(jī)脫水后，在炭化機(jī)內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)，通過(guò)反應(yīng)，物料含水率進(jìn)一步降低，物料單位熱值升高，使產(chǎn)生的有機(jī)炭具有優(yōu)越的燃燒性能。
所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)為密閉負(fù)壓系統(tǒng)，還設(shè)置有密閉進(jìn)料裝置、密閉出料裝置，從而保證污泥進(jìn)出時(shí)設(shè)備的密閉性。
所述低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)內(nèi)部均設(shè)有熱循環(huán)交換單元。所述熱循環(huán)交換單元包括可填充導(dǎo)熱油的雙軸空心槳葉和殼體夾層。在實(shí)際操作中，污泥在裝置內(nèi)連續(xù)攪動(dòng)，與所述雙軸空心槳葉和殼體夾層內(nèi)的導(dǎo)熱油間接換熱，發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，污泥水泡體結(jié)構(gòu)破壞，污泥中水轉(zhuǎn)變成水蒸氣從污泥中分離出來(lái)。
所述熱循環(huán)交換單元與導(dǎo)熱油爐相連。導(dǎo)熱油在所述導(dǎo)熱油爐內(nèi)加熱后，通過(guò)循環(huán)泵輸送至熱循環(huán)交換單元內(nèi)，與污泥發(fā)生熱交換，使導(dǎo)熱油的溫度降低;交換完畢后通過(guò)管道回流至導(dǎo)熱油爐內(nèi)，再進(jìn)行加熱，如此循環(huán)。所述導(dǎo)熱油爐可包含導(dǎo)熱油爐本體、燃料燃燒系統(tǒng)、鼓風(fēng)引風(fēng)系統(tǒng)等。所述導(dǎo)熱油爐的熱源可以為污泥經(jīng)處理后得到的燃?xì)�，也可另外引入天然氣為�?dǎo)熱油爐加熱。
所述低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)還分別經(jīng)過(guò)預(yù)熱氣體管道與所述夾層螺旋輸送機(jī)相連。污泥依次經(jīng)過(guò)低溫干燥機(jī)和炭化機(jī)后，排出的廢熱氣體經(jīng)管道輸送到夾層螺旋輸送機(jī)中對(duì)供給污泥進(jìn)行預(yù)熱;預(yù)熱后，通過(guò)廢氣管道進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)，繼而達(dá)標(biāo)排出。
所述污泥干餾系統(tǒng)包括順序相連的儲(chǔ)泥倉(cāng)和干餾爐;所述儲(chǔ)泥倉(cāng)的入口與所述炭化機(jī)的出口相連。所述污泥干餾系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：①污泥是在無(wú)氧狀態(tài)下高溫加熱，其產(chǎn)物主要是水蒸氣、干餾氣體和炭粒;②干餾爐處理污泥生成的炭粒和木炭粉的構(gòu)造特性類似;③污泥熱解產(chǎn)生的水蒸氣冷凝為水無(wú)污染排放，干餾氣體轉(zhuǎn)化為純凈可燃?xì)庋h(huán)利用，干餾氣體熱值充足，完全可以做燃料氣;④干餾過(guò)程為還原反應(yīng)，不會(huì)像焚燒法一樣產(chǎn)生氮氧化物和二氧化硫(酸雨的主要成分);⑤污泥干餾溫度為550～700℃，整個(gè)過(guò)程為10～80分鐘，污泥中的部分重金屬離子例如Hg等，由于熔點(diǎn)低，在高溫作用下會(huì)分解揮發(fā)掉，其他重金屬離子例如Pb、Cd、Cr、Ni等，將會(huì)固化在碳化物產(chǎn)品中，變得非常穩(wěn)定且對(duì)環(huán)境無(wú)危害;盡管炭化系統(tǒng)不能去除污泥中的重金屬離子，然而溶出試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，碳化反應(yīng)能夠?qū)⑵涔袒谔蓟a(chǎn)品中，可以被安全的使用在各行各業(yè)。
所述產(chǎn)物回收系統(tǒng)包括分別與干餾爐相連的生物碳回收單元和氣相回收單元;所述氣相回收單元包含水處理單元、木醋液和木焦油分解、純化處理單元和有機(jī)氣體處理單元。
所述有機(jī)氣體處理單元包括依次順序連接的除塵器、有機(jī)物分解凈化機(jī)組、冷卻器、燃?xì)鈨?chǔ)罐;所述有機(jī)氣體處理單元中的燃?xì)鈨?chǔ)罐還經(jīng)過(guò)供熱管道分別與所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)和污泥干餾系統(tǒng)相連。
本發(fā)明所述廢氣處理系統(tǒng)可以包括依次順序相連除塵除酸單元、等離子除臭單元、堿洗噴淋單元、加藥處理單元以及氣體排放單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣的達(dá)標(biāo)處理。
本發(fā)明所述裝置還可以進(jìn)一步包括自動(dòng)控制系統(tǒng)。所述自動(dòng)控制系統(tǒng)包括對(duì)污泥干燥-炭化系統(tǒng)和污泥干餾系統(tǒng)的溫度進(jìn)行控制的溫度控制單元，對(duì)干餾系統(tǒng)的壓力進(jìn)行控制的壓力控制單元，以及根據(jù)所述溫度對(duì)進(jìn)口熱風(fēng)量和進(jìn)口熱風(fēng)溫度進(jìn)行控制的控制單元等。
本發(fā)明提供的裝置可以用于實(shí)施本發(fā)明所述方法。
本發(fā)明基于城市污泥的特性，采用干燥-炭化-干餾技術(shù)，將污泥中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)變成可燃?xì)怏w，固體殘?jiān)米魈及艋蜣r(nóng)肥，真正做到物盡其用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
(一)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝能充分利用脫水污泥在干餾過(guò)程中產(chǎn)生的干餾氣體燃燒后形成的熱量，回用于污泥干化、炭化、干餾過(guò)程中，循環(huán)利用回收熱能，達(dá)到了節(jié)能的目的;
(二)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對(duì)脫水污泥進(jìn)行低溫炭化干餾后，不僅大量減少了污泥的體積與重量，而且最大程度地保存了污泥的熱值，進(jìn)一步地，脫水污泥炭化干餾后的產(chǎn)物具有和木炭相似的特性，可作為土壤改良劑和園林綠化等;
(三)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對(duì)脫水污泥進(jìn)行低溫炭化干餾后，重金屬離子被固化在碳化物產(chǎn)品中，重金屬相對(duì)穩(wěn)定，且污泥重金屬浸出毒性完全可達(dá)到城市污水處理廠污泥處置排放限值的要求;
(四)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對(duì)脫水污泥進(jìn)行低溫炭化干餾后，不僅循環(huán)回收熱能，降低污泥處理中的能源消耗，減少污泥處理對(duì)環(huán)境的污染，并且產(chǎn)出高附加值的木醋液、木焦油及活性炭等副產(chǎn)品，既有經(jīng)濟(jì)效益，又有社會(huì)效益;
(五)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝固定資產(chǎn)投資遠(yuǎn)低于規(guī)范要求;
(六)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝適宜100噸以上城市污泥的處理。
