申请日2013.11.12
公开(公告)日2014.02.19
IPC分类号F27D17/00; C02F11/04
摘要
本发明提供一种市政污泥资源化处置的方法，包括隧道窑烧结砖生产工艺流程，即将制砖粉料经搅拌、制坯、码坯等工序后，将砖坯送入隧道窑，在隧道窑内经干燥、预热、高温焙烧、降温等工序后，冷却至常温，出窑得到烧结砖，在降温工序中砖坯释放出的余热被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电能，其特征在于：还包括以下工艺：市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的沼气输入隧道窑，在隧道窑内燃烧后产生的热量被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电能;市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的废渣加入制砖粉料的搅拌工序，与制砖粉料一起搅拌。本发明还提供上述方法所使用的装置。本发明实现了市政污泥的无害化、减量化和资源化处置。
权利要求书
1.一种市政污泥资源化处置的方法，包括隧道窑烧结砖生产工艺流程，即 将制砖粉料经搅拌、制坯、码坯等工序后，将砖坯送入隧道窑，在隧道窑内经 干燥、预热、高温焙烧、降温等工序后，冷却至常温，出窑得到烧结砖，在降 温工序中砖坯释放出的余热被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电 能，其特征在于：还包括以下工艺：
(1)将市政污泥进行厌氧硝化工艺处理;
(2)市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的沼气输入隧道窑，在隧道窑 内燃烧后产生的热量被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电能;
(3)市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的废渣加入制砖粉料的搅拌工 序，与制砖粉料一起搅拌。
2.如权利要求1所述的一种市政污泥资源化处置的方法，其特征在于：搅 拌、制坯、码坯工序中产生的臭气输入隧道窑，在隧道窑内燃烧后产生的热量 被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电能。
3.如权利要求1所述的一种市政污泥资源化处置的方法，其特征在于：从 余热利用系统排出35～40℃的循环水，循环水进入厌氧硝化工艺所使用的厌氧 硝化池内部的热水换热器，以维持厌氧硝化池内的市政污泥的温度在30～35℃。
4.如权利要求1所述的一种市政污泥资源化处置的方法，其特征在于：将 隧道窑产生的烟气经过除尘、脱酸处理后，经烟囱排放到大气中。
5.如权利要求1所述的一种市政污泥资源化处置的方法所使用的装置，包 括隧道窑烧结砖设备，即包括搅拌机、制砖机、码坯机的成型车间厂房，及包 括干燥段、预热段、高温焙烧段、降温段的隧道窑，隧道窑的降温段安装有余 热锅炉，余热锅炉连接有余热利用系统，其特征在于：还包括有市政污泥厌氧 硝化系统，所述市政污泥厌氧硝化系统包括依次连接的污泥原料池、厌氧硝化 池和沼渣池，厌氧硝化池通过沼气风机与隧道窑烧结砖设备的余热锅炉连接， 沼渣池通过渣浆泵与隧道窑烧结砖设备的搅拌机连接。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：隧道窑的降温段的窑顶上设有 由省煤器、蒸发换热装置、过热器构成的余热锅炉，在过热器出口端和省煤器 进口端之间连接有余热利用系统。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述余热利用系统包括依次连 接在一起的汽轮发电机、汽轮机冷凝器、锅炉水处理装置、除氧器等发电设备， 汽轮发电机进汽口与过热器的出口端连接，汽轮发电机输出端连接控制开关柜， 除氧器的出口端与省煤器的进口端相连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：市政污泥厌氧硝化系统的厌氧 硝化池内设有热水换热器，热水换热器与余热利用系统的汽轮机冷凝器连接、 热水换热器还与一个循环水冷却塔相连接。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于：成型车间厂房通过风机、管路 与隧道窑的降温段相连通。
10.如权利要求5中所述的装置，其特征在于：具有烟气处理系统，烟气 处理系统包括依次连接在一起的袋式除尘器、脱酸装置，袋式除尘器的进口端 与隧道窑预热段所设的排烟口连通，袋式除尘器的进口端与隧道窑的干燥段所 设的排潮口连通，袋式除尘器的出口端与脱酸装置的进口端连通;脱酸装置的 出口端与烟囱相连通。
说明书
一种市政污泥资源化处置的方法及其处理装置
技术领域
本发明属于环保领域，尤其涉及一种市政污泥处理方法及其处理系统。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展和城镇化进程的加快，城市人口不断增加， 生活污水也在不断增加，城市排水基础设施越来越完善，污水入网率不断提高。 截至2010年底，我国已建成污水处理厂2800余座，城镇污水处理量已达到300多 亿吨/年，处理废水而产生的污泥量(按含水率80%计)达3000万吨/年左右，并 且每年还在以约10%的速度增长。市政污水处理过程中产生的污泥量持续上升 同处理能力不足间的矛盾日益凸显，市政污泥处置与管理工作面临严峻挑战。 特别是各城市污水处理厂的规划和设计存在“重水轻泥”现象，污水处理过程 中配套的污泥处置工艺部分的投入严重不足。虽然污泥产生量只占处理污水量 的0.3%～O.5%(体积分数)，但在发达国家一座污水处理厂的全部基建费用中， 用于处理污泥的费用就接近5O%;而我国大部分污水处理厂的全部基建费用中， 用于处理污泥的费用不到5%，因为国内污水处理厂工艺设计时，污泥一般只采 用“浓缩→机械脱水→排放”的简单流程，没有考虑污泥的无害化处置。污水 处理厂把浓缩后的污泥经过机械脱水时，往往又添加了聚丙烯酰胺(PAM)等絮 凝剂，排放的污泥含水率高达80%左右，很难直接利用。由于污泥中含有大量的 有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子， 不宜作为粮食、水果和蔬菜的有机肥，若处理不当将会对环境造成二次污染， 因此环保部门把市政污泥与生活垃圾一起列为危险废物，需要有一种能解决大 中小型城市的市政污泥处理方法。
目前国内外对城市污泥处置的一般方法有填埋法、堆肥法、厌氧硝化法和 热解法等。尽管填埋法是国内目前使用最多的方法，但由于并未最终消除环境 污染，只是延缓些时间，所以在欧洲一些发达国家已不再使用填埋法。填埋需 要解决污泥渗滤液的防渗和污泥发酵产生的甲烷气体的安全处置，环境要求和 技术要求非常高;最新研究表明，国内采用卫生填埋方式进行污泥处置的项目， 均无法达到标准要求，要按照标准进行填埋，代价十分昂贵，且须占用大量的 土地资源。堆肥费时、占地、散发臭味，易造成二次污染。而热解法反应条件 复杂，且受污泥本身性质制约，装置的适应性差，工艺过程极难控制，所以现 在仍处于试验性研究阶段。
厌氧硝化法可把污泥中的有机物转化为生物能，也能满足越来越严格的环 境要求。硝化的第一阶段，高分子有机物由于兼性厌氧菌群的作用，分解成低 分子中间产物，这些分解产物与菌群生成的代谢产物，在第二阶段通过专性厌 氧菌的作用而矿化，被分解成水溶性的无机物和气体，经过硝化可以使污泥的 体积缩小，产生甲烷气体，消除恶臭，改善污泥的脱水性能，且几乎可使所有 的病原菌、蛔虫卵全部被杀死，有毒有害的有机残余物被氧化分解。目前德国、 英国、芬兰、日本等一些发达国家对污泥进行资源利用，主要采用将污泥发酵 产生沼气来发电等方法，在一定程度上解决了污泥部分资源化利用问题，但没 能解决沼渣的安全利用问题。国内也有企业将干燥后的污泥用于制砖，给企业 带来了较好的经济效益。南方地区部分砖瓦生产企业修建约5000m2左右敞开式 简易厂房自然风干污泥，并配套污泥人工或机械晾晒、翻堆的方式，促使污泥 降低含水率，以便污泥与页岩等原料混合均匀后粉碎进入下一步制砖工序。此 法干燥效率很低，并且干燥后的污泥含水率在40%以上，晾晒、翻堆过程中容易 产生臭气、粉尘等，污染周边环境，占地面积较大，难以推广。
发明内容
本发明提供一种市政污泥资源化处置的方法及处理装置，目的是对市政污 泥进行低投资、低成本、安全高效处置，市政污泥厌氧硝化后的液态残留物作 为制砖原料，利用沼气和隧道窑余热发出的电力能保证环保设施的用电需求， 实现市政污泥处置的无害化、减量化和资源化。
本发明解决问题采用的技术方案是：
本发明提供一种市政污泥资源化处置的方法，包括隧道窑烧结砖生产工艺 流程，即将制砖粉料经搅拌、制坯、码坯等工序后，将砖坯送入隧道窑，在隧 道窑内经干燥、预热、高温焙烧、降温等工序后，冷却至常温，出窑得到烧结 砖，在降温工序中砖坯释放出的余热被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转 换为电能，其特征在于：还包括以下工艺：
(1)将市政污泥进行厌氧硝化工艺处理;
(2)市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的沼气输入隧道窑，在隧道窑 内燃烧后产生的热量被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电能;
(3)市政污泥通过厌氧硝化工艺处理后得到的废渣加入制砖粉料的搅拌工 序，与制砖粉料一起搅拌。
进一步的，本发明将搅拌、制坯、码坯工序中产生的臭气输入隧道窑，在 隧道窑内燃烧后产生的热量被余热锅炉吸收后再通过余热利用系统转换为电 能。
进一步的，本发明从余热利用系统排出35～40℃的循环水，循环水进入厌 氧硝化工艺所使用的厌氧硝化池内部的热水换热器，以维持厌氧硝化池内的市 政污泥的温度在30～35℃。
本发明将隧道窑产生的烟气经过除尘、脱酸处理后，经烟囱排放到大气中。
本发明还提供一种上述市政污泥资源化处置的方法所使用的装置，包括隧 道窑烧结砖设备，即包括搅拌机、制砖机、码坯机的成型车间厂房，及包括干 燥段、预热段、高温焙烧段、降温段的隧道窑，隧道窑的降温段安装有余热锅 炉，余热锅炉连接有余热利用系统，其特征在于：还包括有市政污泥厌氧硝化 系统，所述市政污泥厌氧硝化系统包括依次连接的污泥原料池、厌氧硝化池和 沼渣池，厌氧硝化池通过沼气风机与隧道窑烧结砖设备的余热锅炉连接，沼渣 池通过渣浆泵与隧道窑烧结砖设备的搅拌机连接。
进一步的，隧道窑的降温段的窑顶上设有由省煤器、蒸发换热装置、过热 器构成的余热锅炉，在过热器出口端和省煤器进口端之间连接有余热利用系统。
所述余热利用系统包括依次连接在一起的汽轮发电机、汽轮机冷凝器、锅 炉水处理装置、除氧器等发电设备，汽轮发电机进汽口与过热器的出口端连接， 汽轮发电机输出端连接控制开关柜，除氧器的出口端与省煤器的进口端相连接。
进一步的，市政污泥厌氧硝化系统的厌氧硝化池内设有热水换热器，热水 换热器与余热利用系统的汽轮机冷凝器连接、热水换热器还与一个循环水冷却 塔相连接。
进一步的，成型车间厂房通过风机、管路与隧道窑的降温段相连通。
还具有烟气处理系统，烟气处理系统包括依次连接在一起的袋式除尘器、 脱酸装置，袋式除尘器的进口端与隧道窑预热段所设的排烟口连通，袋式除尘 器的进口端与隧道窑的干燥段所设的排潮口连通，袋式除尘器的出口端与脱酸 装置的进口端连通;脱酸装置的出口端与烟囱相连通。
本发明利用隧道窑烧结砖生产线协同处置市政污泥的方法是以已广泛使用 的隧道窑烧结砖生产技术和市政污泥厌氧硝化技术、隧道窑辐射换热式余热发 电技术等成熟技术为基础，通过污泥硝化后的液态残留物处置、沼气和隧道窑 余热利用来实现市政污泥处置的无害化、减量化、资源化。
本发明的工艺具体步骤包括：
(1)市政污泥厌氧硝化：污水处理厂经过初步压滤脱水后的污泥(含水率 80%左右)用汽车运到厌氧硝化池，也可把污水处理厂浓缩后的污泥通过泥浆泵 直接送到厌氧硝化池内储存发酵，污泥中的有机质通过微生物分解产生沼气。
(2)厌氧硝化池内布置有数百根￠60的不锈钢管道，在气温低于30℃时， 以汽轮机循环水(约35～40℃)为介质向厌氧硝化池供热，维持厌氧硝化池内 的温度始终稳定在30～35℃范围内，为加速污泥硝化和多产沼气提供温度条件。
(3)隧道窑烧结砖工艺：将页岩、煤矸石等烧结砖原料按一定比例一起进 行破(粉)碎，然后通过输送皮带传送到陈化池陈化处理;经过陈化处理的粉 料由多斗挖掘机和运输皮带输送到搅拌机，并加入一定量的水，这样搅拌处理 后的膏状混合物通过真空成型制砖机挤出制成长条状“湿坯条”;然后由自动切 坯机按照市场需求的产品规格切割成个体湿砖坯，再通过自动码坯机码到窑车 上送到干燥工序;码好湿砖坯的窑车由牵引机送进干燥窑烘干，去除砖坯中大 部分自由态水分;砖坯干燥后的窑车进入隧道窑预热段开始升温，进一步去除 结晶水;砖坯进入高温焙烧段，当升温至着火点后，砖坯中的少量碳粒等可燃 物质在高温和窑尾风机送来的热空气环境中开始燃烧，并驱动整个高温焙烧过 程;砖坯进入降温段，砖坯在高温环境下发生物理化学反应产生晶变后开始降 温，并释放出大量的余热;完成重新结晶过程后继续冷却至常温出窑;出窑的 砖坯通过人工或机械方式运到建筑工地或库存地，完成烧结砖的整个生产过程。
(4)污泥厌氧硝化后液态残留物和沼气的处理：经厌氧硝化池硝化后的液 态残留物通过渣浆泵送到烧结砖生产线成型车间的搅拌机内，与陈化处理后的 粉料一起搅拌，作为制砖原料;市政污泥在厌氧硝化池内产生的沼气则作为隧 道窑余热锅炉的部分热源。
(5)臭气的处理：将烧结砖工艺中搅拌、成型、码坯工艺车间内的空气通 过风机送入隧道窑内燃烧处理，防止臭气污染环境。
(6)余热利用：余热锅炉吸收沼气燃烧释放的热量和隧道窑的余热，通过 余热利用系统转化为电能。
(7)隧道窑烟气的处理：隧道窑内砖坯燃烧产生的烟气及砖坯干燥时产生 的废气经过除尘器除尘，再经脱酸装置进一步处理后经烟囱排放到大气中。
本发明的装置为：
污泥处理系统包括市政污泥厌氧硝化系统、隧道窑烧结砖生产系统、隧道 窑余热利用系统及烟气处理系统。所述市政污泥厌氧硝化系统包括封闭的污泥 原料池、厌氧硝化池、沼渣池和沼气搜集管道。污泥原料池与厌氧硝化池通过 管道连接;厌氧硝化池内布置有数百根不锈钢管道，管道进口与汽轮机循环水 泵连接，出口与循环水冷却塔连接;厌氧硝化池与沼渣池底部通过管道连接。 沼渣池与烧结砖成型车间内的搅拌机通过渣浆泵及管道连接，厌氧硝化池顶部 聚集的沼气通过沼气风机及管道与隧道窑余热锅炉连接，成型车间厂房通过风 机及管路与隧道窑降温段连通;烟气处理系统分别与隧道窑预热段的排烟口和 干燥段的排潮口相连接。
隧道窑的窑顶上设有由省煤器、蒸发换热装置、过热器构成的余热锅炉， 其中省煤器设于隧道窑降温段的后半段即冷却段上方，蒸发换热装置、过热器 位于隧道窑降温段的前半段即保温带段
所述余热利用系统包括依次连接在一起的汽轮发电机、循环水泵、冷却塔、 锅炉水处理装置、除氧器、给水泵等。汽轮发电机进汽口与过热器的出口端连 接，汽轮发电机输出端连接控制开关柜。除氧器的出口端与锅炉给水泵进口端 连接，给水泵出口端与余热锅炉的省煤器进口端连接。
所述隧道窑烧结砖生产系统包括原料棚、破(粉)碎机、陈化池、多斗挖 掘机、搅拌机、真空成型砖机、自动切坯机、码坯机、窑车、牵引机、干燥窑、 摆渡车和隧道窑等设备和设施。原料棚、破(粉)碎机、陈化池、多斗挖掘机、 搅拌机、真空成型砖机、自动切坯机、码坯机、窑车依次序通过皮带运输机连 接。干燥窑和隧道窑内部下方安装有轨道，码坯机与干燥窑进口之间、干燥窑 出口与隧道窑进口之间和隧道窑出口与码坯机之间通过轨道连接，窑车放在轨 道上。码坯机把成型后的砖坯放到窑车上，装满砖坯的窑车由牵引机送到干燥 窑内的轨道上，再经摆渡车送到隧道窑内的轨道上，从隧道窑出来的窑车上的 成品砖通过人工或机械方式卸到建筑工地或库存地;卸掉成品砖的窑车通过牵 引机送到码坯机旁，准备再次装满砖坯，窑车在轨道上如此反复循环。
所述烟气处理系统包括依次连接在一起的袋式除尘器、脱酸装置;袋式除 尘器的进口端分别与隧道窑预热带的排烟口和干燥窑的排潮口连通，出口端与 脱酸装置的进口端连通;脱酸装置的出口端与排气口(烟囱)连通。
本发明的有益效果：
本发明可以把市政污泥经过厌氧硝化后产生的液态残留物作为烧结砖的原 料之一，通过隧道窑烧结砖生产技术和隧道窑辐射换热式余热利用技术，使污 水处理厂排放的污泥由危险废物变成资源，彻底消除污泥处置过程中的臭味， 并把液态残留物中的重金属固化在建材产品中，防止市政污泥造成的水环境和 大气环境污染;同时，利用隧道窑余热锅炉，回收市政污泥厌氧硝化产生沼气 的生物能和烧结砖隧道窑余热，最终实现市政污泥处置的“资源化”。
本发明遵循市政污泥处置“无害化、减量化、资源化”原则，利用隧道窑 烧结砖生产工艺的特点、高温环境和砖瓦企业分布广的优势，把市政污泥厌氧 硝化后的液态残留物作为制砖的原料之一，使市政污泥中少量重金属固化在建 材中，其它有害物通过高温处理，预防市政污泥污染水、气环境。市政污泥经 过厌氧硝化后，其中的有机物转化为生物能--沼气，防止臭气污染制砖车间内 的生产环境。同时，通过隧道窑余热利用技术把隧道窑余热和沼气燃烧释放的 热能收集起来转化为电力，为安全高效处置大中小型城市市政污水厂产生的污 泥提供一种投资小、处置成本低的新方法，并为烧结砖企业提供电力能源，可 降低烧结砖企业80%以上的电力成本。此外，通过厌氧硝化方式产沼气的最佳温 度为30～35℃，余热发电过程中废弃的循环水低温热能，又为气温低于30℃时 的污泥厌氧硝化提供了非常合适的温度条件，有利于有机物高效分解，可增加 沼气的产量。