申请日2015.07.13
公开(公告)日2017.06.30
IPC分类号C10B53/00; C10B57/14; C10B57/10; C02F11/00
摘要
本发明提供了一种污泥的洁净处理方法，包括以下步骤：将待处理污泥预热后，在温度不超过250℃的密闭空间内干燥，再在温度不超过300℃的密闭空间内炭化，使污泥的含水率降至30%以下，在550～700℃的无氧条件下干馏，分别得到固相残渣和气相产物;将所述固相残渣作为生物碳回收;将所得气相产物进行分离、分解、纯化处理，分别得到可排放水、木醋液、木焦油和可燃气。本发明还提供了一种污泥的洁净处理装置。本发明基于污泥的特性，采用干燥‑炭化‑干馏技术，将污泥中的有机成分转变成可燃气体，固体残渣进行回收利用，充分利用污泥热值，实现污泥资源化利用的低成本清洁处理。
权利要求书
1.一种污泥的清洁处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理污泥预热后，在温度不超过250℃的密闭空间内干燥，使含水率降至30～40%，再在温度不超过300℃的密闭空间内炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步骤(1)处理后的污泥，在550～700℃的无氧条件下干馏10～80min，分别得到固相残渣和气相产物;将所述固相残渣作为生物碳回收;
(3)将步骤(2)所得气相产物进行冷却、分离，分别得到气体和混合液体;
将所述气体进行后处理，作为燃气为所述干燥、炭化、干馏供能;
将所述混合液体进行水油分离;所得水相经处理后达标排放;所得油相经分离、分解、纯化，得到木醋液、木焦油和可燃气;
所述方法采用污泥的清洁处理装置实施，所述装置包括依次顺序相连的污泥供给系统、污泥干燥-炭化系统、污泥干馏系统和产物回收系统;
所述污泥供给系统包括顺序相连的储料仓和夹层螺旋输送机;
所述污泥干燥-炭化系统包括顺序相连的低温干燥机和炭化机，所述低温干燥机的入口与所述夹层螺旋输送机的出口相连;所述低温干燥机和炭化机内部均设有热循环交换单元;所述低温干燥机和炭化机还分别经过预热气体管道与所述夹层螺旋输送机相连;
所述污泥干馏系统包括顺序相连的储泥仓和干馏炉;所述储泥仓的入口与所述炭化机的出口相连;
所述产物回收系统包括分别与干馏炉相连的生物碳回收单元和气相回收单元;所述气相回收单元包含水处理单元、木醋液和木焦油分解、纯化处理单元和有机气体处理单元;所述有机气体处理单元还经过供热管道分别与所述污泥干燥-炭化系统和污泥干馏系统相连。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述待处理污泥的含水率不小于50%，有机物含量不小于40%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将待处理污泥预热后，在200～250℃的密闭空间内与导热油进行间接换热，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密闭空间内与导热油进行间接换热，使污泥的含水率降至30%以下。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导热油的温度为220～240℃。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述干馏具体为：取步骤(1)处理后含水率为10～30%的污泥，在600～700℃的无氧条件下干馏12～75min，分别得到固相、气相产物。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：取步骤(1)处理后含水率小于10%的污泥，与15%的木屑混合后压制成球，在550～600℃的无氧条件下干馏12～75min，分别得到固相、气相产物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将步骤(1)所述干燥和炭化产生的废气作为热源为所述待处理污泥预热，再经处理后达标排放。
说明书
一种污泥的清洁处理方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种污泥的清洁处理工艺及处理装置。
背景技术
据《中国污泥处置市场分析报告(2013)》预测，截止到2015年，全国城镇化水处理厂湿污泥(含水率80%)产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。我国对污泥的处理处置由于受资金等方面的因素影响相对滞后，污泥稳定化率低，无害化处理率不高，处理处置技术单一，而且成本高昂，导致大部分污泥未经处理或仅做简单处理后，就直接农用、填埋或者是送垃圾场填埋、焚烧、污泥土地利用等，有的甚至随意堆放。污泥的随意填埋或随意堆放占用大量土地资源，而且污泥易腐变臭，其产生渗滤液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水体，给环境造成严重的二次污染。另外，污泥中的重金属和毒性有机物可以通过生态中的食物链迁移富集，且焚烧产生有毒气体，对生态环境和人体健康产生长期潜在的危害。因此，降低污泥处理成本和提高污泥处理效果是目前我国污泥处理急需解决的问题。
城市污泥主要是污水处理厂的剩余活性污泥，主要含有大量水分，以及其他微生物及其残渣，残渣中以有机物为主，而且含氮、磷等营养物质和有机质。由于污泥含有大量有机成分，既是污泥造成污染的重要原因，也是污泥资源化的重要基础。
目前，国内城镇污水处理厂污泥处理处置技术主要有污泥厌氧消化技术、污泥好氧发酵技术、污泥土地利用技术、污泥焚烧技术;其中污泥焚烧技术包括：污泥热干化技术、单独焚烧技术和低温炭化技术等，到目前为止还没有一种技术将污泥中的资源充分利用。
发明内容
本发明克服现有技术的缺陷，提供一种新型的污泥清洁处理工艺，具体是将污水处理厂剩余污泥进行低温炭化然后进行低温干馏，制得可燃气体，将可燃气体用于工艺自身热能供应，充分利用污泥热值，实现污泥的低成本资源化利用。
本发明的第一目的是提供一种污泥的清洁处理方法。
具体而言，所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理污泥预热后，在温度不超过250℃的密闭空间内干燥，使污泥的含水率降至30～40%，再在温度不超过300℃的密闭空间内炭化，使污泥的含水率降至30%以下;
(2)取步骤(1)处理后的污泥，在550～700℃的无氧条件下干馏10～80min，分别得到固相残渣和气相产物;将所述固相残渣作为生物碳回收;
(3)将步骤(2)所得气相产物进行冷却、分离，分别得到气体和混合液体;将所述气体进行后处理，作为燃气为所述干燥、炭化、干馏供能;将所述混合液体进行水油分离;所得水相经处理后达标排放;所得油相经分离、分解、纯化，得到木醋液、木焦油和可燃气。
本发明所述的待处理污泥为污水处理厂经过污水处理后剩余的污泥。所述待处理污泥的含水率不小于50%。所述待处理污泥中有机物含量不小于40%，优选为40～60%。
步骤(1)所述炭化时，密闭空间的温度优选为不超过270℃。
作为一种优选方案，所述步骤(1)具体为：将待处理污泥预热后，在200～250℃的密闭空间内与导热油进行间接换热，使污泥的含水率降至30～40%;再在250～270℃的密闭空间内与导热油进行间接换热，使污泥的含水率降至30%以下。
所述导热油为循环使用。导热油的温度优选为220～240℃。
所述步骤(2)中，可用惰性气体，如氮气置换氧气，从而实现干馏时的无氧环境。
当步骤(1)处理后污泥的含水率为10～30%时，步骤(2)所述的干馏优选为：在600～700℃的无氧条件下干馏12～75min，分别得到固相、气相产物。
当步骤(1)处理后污泥的含水率小于10%时，步骤(2)所述的干馏优选为：将含水率小于10%的污泥与占污泥重量15%的木屑混合后压制成球，在550～600℃的无氧条件下干馏12～75min，分别得到固相、气相产物。本发明加入木屑的作用主要是提高污泥中的含碳量，以提高可燃气的质量和生物质炭的质量。
本发明所述方法还可以包括废气的处理，具体为：将步骤(1)所述干燥和炭化产生的废气作为热源为所述待处理污泥预热，再经处理后达标排放。所述处理具体为：将废气集中送入碱洗喷淋塔，除去粉尘及酸性物质，然后再送入低温高能等离子设备，破坏有机物分子，氧化成小分子有机物，再通过引风机送入碱洗喷淋塔，氧化后，中和酸性氧化物，最后达标排放。
本发明所得固相残渣作为生物碳回收后，可加工成碳棒或农肥。
本发明的第二目的是提供一种污泥的清洁处理装置。
具体的，所述装置包括依次顺序相连的污泥供给系统、污泥干燥-炭化系统、污泥干馏系统和产物回收系统。
所述污泥供给系统包括顺序相连的储料仓和夹层螺旋输送机。所述夹层螺旋输送机还可以通过废气管道与废气处理系统相连。
所述污泥干燥-炭化系统包括顺序相连的低温干燥机和炭化机，所述低温干燥机的入口与所述夹层螺旋输送机的出口相连。污泥经过低温干燥机脱水后，在炭化机内进一步反应，通过反应，物料含水率进一步降低，物料单位热值升高，使产生的有机炭具有优越的燃烧性能。
所述污泥干燥-炭化系统为密闭负压系统，还设置有密闭进料装置、密闭出料装置，从而保证污泥进出时设备的密闭性。
所述低温干燥机和炭化机内部均设有热循环交换单元。所述热循环交换单元包括可填充导热油的双轴空心桨叶和壳体夹层。在实际操作中，污泥在装置内连续搅动，与所述双轴空心桨叶和壳体夹层内的导热油间接换热，发生热化学反应，污泥水泡体结构破坏，污泥中水转变成水蒸气从污泥中分离出来。
所述热循环交换单元与导热油炉相连。导热油在所述导热油炉内加热后，通过循环泵输送至热循环交换单元内，与污泥发生热交换，使导热油的温度降低;交换完毕后通过管道回流至导热油炉内，再进行加热，如此循环。所述导热油炉可包含导热油炉本体、燃料燃烧系统、鼓风引风系统等。所述导热油炉的热源可以为污泥经处理后得到的燃气，也可另外引入天然气为导热油炉加热。
所述低温干燥机和炭化机还分别经过预热气体管道与所述夹层螺旋输送机相连。污泥依次经过低温干燥机和炭化机后，排出的废热气体经管道输送到夹层螺旋输送机中对供给污泥进行预热;预热后，通过废气管道进入废气处理系统，继而达标排出。
所述污泥干馏系统包括顺序相连的储泥仓和干馏炉;所述储泥仓的入口与所述炭化机的出口相连。所述污泥干馏系统的主要特点为：①污泥是在无氧状态下高温加热，其产物主要是水蒸气、干馏气体和炭粒;②干馏炉处理污泥生成的炭粒和木炭粉的构造特性类似;③污泥热解产生的水蒸气冷凝为水无污染排放，干馏气体转化为纯净可燃气循环利用，干馏气体热值充足，完全可以做燃料气;④干馏过程为还原反应，不会像焚烧法一样产生氮氧化物和二氧化硫(酸雨的主要成分);⑤污泥干馏温度为550～700℃，整个过程为10～80分钟，污泥中的部分重金属离子例如Hg等，由于熔点低，在高温作用下会分解挥发掉，其他重金属离子例如Pb、Cd、Cr、Ni等，将会固化在碳化物产品中，变得非常稳定且对环境无危害;尽管炭化系统不能去除污泥中的重金属离子，然而溶出试验的数据结果表明，碳化反应能够将其固化在碳化产品中，可以被安全的使用在各行各业。
所述产物回收系统包括分别与干馏炉相连的生物碳回收单元和气相回收单元;所述气相回收单元包含水处理单元、木醋液和木焦油分解、纯化处理单元和有机气体处理单元。
所述有机气体处理单元包括依次顺序连接的除尘器、有机物分解净化机组、冷却器、燃气储罐;所述有机气体处理单元中的燃气储罐还经过供热管道分别与所述污泥干燥-炭化系统和污泥干馏系统相连。
本发明所述废气处理系统可以包括依次顺序相连除尘除酸单元、等离子除臭单元、碱洗喷淋单元、加药处理单元以及气体排放单元，实现对废气的达标处理。
本发明所述装置还可以进一步包括自动控制系统。所述自动控制系统包括对污泥干燥-炭化系统和污泥干馏系统的温度进行控制的温度控制单元，对干馏系统的压力进行控制的压力控制单元，以及根据所述温度对进口热风量和进口热风温度进行控制的控制单元等。
本发明提供的装置可以用于实施本发明所述方法。
本发明基于城市污泥的特性，采用干燥-炭化-干馏技术，将污泥中的有机成分转变成可燃气体，固体残渣用作碳棒或农肥，真正做到物尽其用。与现有技术相比，本发明至少具有下列优点及有益效果：
(一)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺能充分利用脱水污泥在干馏过程中产生的干馏气体燃烧后形成的热量，回用于污泥干化、炭化、干馏过程中，循环利用回收热能，达到了节能的目的;
(二)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺对脱水污泥进行低温炭化干馏后，不仅大量减少了污泥的体积与重量，而且最大程度地保存了污泥的热值，进一步地，脱水污泥炭化干馏后的产物具有和木炭相似的特性，可作为土壤改良剂和园林绿化等;
(三)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺对脱水污泥进行低温炭化干馏后，重金属离子被固化在碳化物产品中，重金属相对稳定，且污泥重金属浸出毒性完全可达到城市污水处理厂污泥处置排放限值的要求;
(四)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺对脱水污泥进行低温炭化干馏后，不仅循环回收热能，降低污泥处理中的能源消耗，减少污泥处理对环境的污染，并且产出高附加值的木醋液、木焦油及活性炭等副产品，既有经济效益，又有社会效益;
(五)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺固定资产投资远低于规范要求;
(六)本发明的污泥低温炭化干馏清洁处理工艺适宜100吨以上城市污泥的处理。