申请日2016.12.13
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F11/14; C02F11/12; C02F11/00; C02F11/02; C02F11/10; C10B53/00; C10B57/00; C02F1/78; C02F1/28; C01B32/324; C05F7/00
摘要
本发明提供了一种城镇污水处理厂污泥处理与资源化方法，该方法涉及污泥深度脱水、污泥堆肥、破碎筛分和污泥热解等工艺过程。本发明采用铁盐、铝盐或氧化钙作为主要调理剂，经过深度脱水将污泥中的含水率由97%以上降低至65%以下，继而将含水率65%以下的深度脱水污泥进行污泥堆肥，将污泥含水率由65%降低至35%以下，极大地降低了污泥热解过程中干化过程的能耗。本发明充分发挥污泥堆肥过程中的生物干化作用，具有污泥容纳能力强，能耗低的优点，可实现节能50%以上。低成本实现了城镇生活污泥的减量化、无害化和资源化问题，实现了污泥的高效处理处置，同时可以生产出具有较高附加值的产品，具有非常广阔的应用前景，能够产生巨大的社会效益和经济效益。
权利要求书
1.一种城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)污泥调理与深度脱水：
将含水率95%～99.7%的污泥泵入污泥调理池内，投加添加剂：铁盐添加剂的投加量为30kg-150kg/t绝干污泥，或铝盐添加剂的投加量为30-120kg/t绝干污泥，或氧化钙的投加量为10kg-500kg/t绝干污泥;投加有机絮凝剂：聚丙烯酰胺PAM或其衍生物，其投加量为1～5kg/t绝干污泥;搅拌20～60分钟;将调理后的污泥泵入脱水机进行深度脱水，深度脱水后达到污泥含水率50%～65%;
(2)污泥堆肥：
深度脱水后的污泥经螺旋泵破碎并输送到堆肥、破碎筛分场地，使污泥达到粒径3-7cm，继而进行污泥堆肥，污泥堆肥、破碎筛分在空间布置上尽量紧凑，污泥堆肥车间和堆肥仓库设有防尘设施，堆肥过程中堆体高度为1.0～1.5m;在堆肥过程中投加辅料：稻壳、秸秆、蘑菇渣、木屑、生活垃圾中的一种或几种，辅料投加比例为0～200%，将污泥含水率调整至60%左右、C/N比25～30，并用鼓风机的曝气和进行翻抛，曝气量为0.1～1.0m3/(min·m3);翻抛频次为1～2次/天;堆肥持续时间为15～30天;将污泥含水率降低至20%～35%;
(3)污泥筛分和破碎：
在堆肥过程中经生物作用、翻抛等作用下，污泥粒径逐步降低，平均粒径在2cm～4cm左右，经过筛分和破碎后，将污泥的粒径降低至0.5cm以下;
(4)污泥热解：
将破碎后的污泥在热解反应炉中进行热解反应，热解反应温度为400℃～650℃，停留时间为30min～90min，热解过程中产生的热解气回流至热解反应炉中进行充分燃烧，热解过程中的烟尘经净化后排空;
(5)热解产物分离与计量：
污泥热解过程中的挥发分自固体表面析出后，在温度高于300℃条件下，采用旋风分离器进行气固分离，分离出的固体即为污泥基活性炭;气固分离后，采用逐级控温方式分阶段回收挥发分中的不同沸点的燃料油品：首先将220℃条件下，回收沸点高于220℃的重油产品，然后在高于120℃的冷凝器中回收高于120℃的轻油产品，进而在常温水冷方式收集以水为主的水相产物。
本专利中的产物计量方式：在温度高于300℃条件下，采用旋风分离器进行气固分离，气固分离后收集到的固体计量后即为污泥基活性炭的产量;采用两段式逐级降温方式进行挥发分分级冷凝，回收温度在300℃～120℃范围内回收的液相产物的量即为热解油产量，而采用常温水冷凝回收的液相产物即为水相产量。
(6)水相预处理
采用吸附-化学氧化方式对水相进行预处理，吸附剂可采用工艺过程中产生的污泥基活性炭，化学氧化可以采用臭氧;经过预处理后，出水排入城镇污水处理厂。
(7)包装储藏备用：
经过热解反应后得到污泥基活性炭、燃料油粗产品，然后对产品进行烘干、包装、储藏备用;本方法的整个运行过程中，每一步骤的气体排放都经过严格净化处理，所有挥发物和气体的排放均符合排放标准GB16297。
2.根据权利要求1所述的城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法，其特征在于：所述的铁盐添加剂为聚合硫酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁当中的任意一种或几种;所述的铝盐添加剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝和氧化钙中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法，其特征在于：所述的脱水机为板框压滤机、隔膜压滤机、厢式压滤机当中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法，其特征在于：所述的热解反应炉为固定床热解反应炉、两段式固体热解反应炉、移动床热解反应炉或流化床热解反应炉当中的一种。
说明书
一种城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法
技术领域
本发明属于城镇污水处理厂污泥处理和处置技术和能源领域，特别涉及一种城镇污水处理厂污泥处理和资源化利用方法。
背景技术
2008年，全国投入运行的城镇污水处理厂1529座，污水处理量达233亿立方米，产生含水率80%污泥约1600万吨;据住建部《中国城市建设统计年鉴》统计，2014年污水处理能力为13087万吨/天，污水处理量连年增长，污泥作为污水处理的副产物，其产生量也随之增加，2014年底我国城市污水处理量达3827239万吨，而城市污泥产生量为2143万吨(按1万吨污水产生5.6吨湿污泥计算)，较2008年涨幅近33.9%。当前，城镇污水厂产生的污泥主要处理方法有填埋、焚烧、林地利用和建材利用，其中在绝大多数城市中，填埋仍占有较大的比例。随着城镇土地资源的日益紧缺，污泥填埋处置将逐步被禁止。因此，从污泥减量化角度来看，开发低成本、大规模污泥减量化技术是解决污泥最终处置的首要措施。
鉴于污泥堆肥最佳通常在60%左右，与污泥深度脱水具有很好的衔接性，且经过工艺控制，污泥堆肥可在较低的成本下实现将污泥含水率降低至40%以下。从能源、经济和环境的角度看，将堆肥后的污泥与热解工艺相衔接，可以有效地实现污泥减量化和资源化，同时，由于热解工艺体系在无氧状态下进行，可以有效降低污泥处理过程中的二噁英等污染物的产生，可在最大程度上避免由于燃烧而产生的飞灰、二噁英等污染问题。
本发明开发了一种将污泥深度脱水、污泥堆肥和污泥热解资源化集成的工艺技术，解决了污泥堆肥处理与热解工艺衔接的问题，可有效的实现污泥的减量化、无害化和资源化，有利于推动我国城镇生活污水处理厂污泥处理和处置的发展和环保技术的提高。
发明内容
本发明的目的是针对城镇污水处理厂污泥处理和处置过程中产生的一系列环境问题而进行的研究，集合污泥深度脱水、污泥堆肥和热解工艺技术的特点，提出了一种城镇污水处理厂污泥处理与资源化利用方法。以城镇污水处理厂产生的生活污泥作为原料，通过工艺集成技术的处理实现污泥的减量化、无害化和资源化，通过该工艺可以生产污泥基活性炭和热解油，热解油可用于燃料油或化工产品粗产品。
本发明采取以下技术方案：其特征是设有以下步骤：
一种城镇污水处理厂污泥处理和资源化利用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)污泥调理与深度脱水：
将含水率95%～99.7%的污泥泵入污泥调理池内，投加添加剂：铁盐添加剂的投加量为30kg-150kg/t绝干污泥，或铝盐添加剂的投加量为30-120kg/t绝干污泥，或氧化钙的投加量为10kg-500kg/t绝干污泥;投加有机絮凝剂：聚丙烯酰胺PAM或其衍生物，其投加量为1～5kg/t绝干污泥;搅拌20～60分钟;将调理后的污泥泵入脱水机进行深度脱水，深度脱水后达到污泥含水率50%～65%;
(2)污泥堆肥：
深度脱水后的污泥经螺旋泵破碎并输送到堆肥、破碎筛分场地，使污泥达到粒径3-7cm，继而进行污泥堆肥，污泥堆肥、破碎筛分在空间布置上尽量紧凑，污泥堆肥车间和堆肥仓库设有防尘设施，堆肥过程中堆体高度为1.0～1.5m;在堆肥过程中投加辅料：稻壳、秸秆、蘑菇渣、木屑、生活垃圾中的一种或几种，辅料投加比例为0～200%，将污泥含水率调整至60%左右、C/N比25～30，并用鼓风机的曝气和进行翻抛，曝气量为0.1～1.0m3/(min·m3);翻抛频次为1～2次/天;堆肥持续时间为15～30天;将污泥含水率降低至20%～35%;
(3)污泥筛分和破碎：
在堆肥过程中经生物作用、翻抛等作用下，污泥粒径逐步降低，平均粒径在2cm～4cm左右，经过筛分和破碎后，将污泥的粒径降低至0.5cm以下;
(4)污泥热解：
将破碎后的污泥在热解反应炉中进行热解反应，热解反应温度为400℃～650℃，停留时间为30min～90min，热解过程中产生的热解气回流至热解反应炉中进行充分燃烧，热解过程中的烟尘经净化后排空;
(5)热解产物分离与计量
污泥热解过程中的挥发分自固体表面析出后，在温度高于300℃条件下，采用旋风分离器进行气固分离，分离出的固体即为污泥基活性炭;气固分离后，采用逐级控温方式分阶段回收挥发分中的不同沸点的燃料油品，首先将220℃条件下，回收沸点高于220℃的重油产品，然后在高于120℃的冷凝器中回收高于120℃的轻油产品，进而在常温水冷方式收集以水为主的水相产物。
本专利中的产物计量方式：在温度高于300℃条件下，采用旋风分离器进行气固分离，气固分离后收集到的固体计量后即为污泥基活性炭的产量;采用两段式逐级降温方式进行挥发分分级冷凝，回收温度在300℃～120℃范围内回收的液相产物的量即为热解油产量，而采用常温水冷凝回收的液相产物即为水相产量。
(6)水相预处理
采用吸附-化学氧化方式对水相进行预处理，吸附剂可采用工艺过程中产生的污泥基活性炭，化学氧化可以采用臭氧;经过预处理后，出水排入城镇污水处理厂。
(7)包装储藏备用：
经过热解反应后得到污泥基活性炭、燃料油粗产品，然后对产品进行烘干、包装、储藏备用;本方法的整个运行过程中，每一步骤的气体排放都经过严格净化处理，所有挥发物和气体的排放均符合排放标准GB16297。
本发明进一步完善和实施的补充方案是：
所述的铁盐添加剂为聚合硫酸铝铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁当中的任意一种或几种;所述的铝盐添加剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝和氧化钙中的任意一种或几种。
所述的脱水机为板框压滤机、隔膜压滤机、厢式压滤机当中的任意一种。
所述的热解反应炉为固定床热解反应炉、两段式固体热解反应炉、移动床热解反应炉或流化床热解反应炉当中的一种。
由于我国城镇污泥产生量逐年迅速增加、城镇污泥土地资源的日益紧缺、污泥焚烧过程中二噁英等问题的困扰，开展污泥深度脱水+污泥堆肥+热解的工艺集成技术可在高效地控制二次污染同时，有效地将污泥转换为资源，实现污泥的高效处置和回收利用。
本发明的有益效果在于：
(1)针对城镇污水处理厂产生的污泥含水率高的问题，采用污泥深度脱水与污泥堆肥进行工艺衔接，有效的分阶段降低污泥的含水率，有效地降低了污泥的体积和后续处理环节的能耗。
(2)以污泥为原料，不但可以解决污泥对城市发展带来的环境问题和困扰，而且可以实现“变废为宝”，具有很好的经济价值和社会效益。
(3)该发明涉及的集成工艺，过程简单、能耗低、操作方便、具有很好的应用前景。
总之，该方法不但能有效地实现城镇污水处理厂污泥的处理处置难题，同时还能带来很好的经济效益，因此，该方法具有相当广阔的应用前景。