申请日2013.11.12
公开(公告)日2014.03.26
IPC分类号B09B3/00; C02F11/10
摘要
本发明涉及一种利用污泥热解稳定重金属的方法与装置。所述方法包括：脱水污泥(含水率0%-80%)与需要处理的含有重金属的危险废物均匀混合，并保证混合后物料的干基热值不低于9000kJ/kg。混合有含重金属危废的污泥经过干燥程序后进入热解器，在热解器中进行热解，热解温度在350-750℃之间，优选地，在450-650℃之间。热解产生的挥发分在线燃烧供应热解器所需的热量，形成的炭焦冷却后可进入卫生填埋场甚至做催化剂再利用。所述的利用污泥热解稳定重金属的装置包含污泥与含重金属危废的拌合器，用于干燥污泥与含重金属危废混合料的干燥器，热解器，热解挥发分的储气罐和燃烧室以及热解炭的冷却器。上述利用污泥热解稳定重金属的方法与装置，其优势是在污泥热解处置的同时还可以处置含有重金属或者还含有其它污染物的危险废物，而不增加额外的投资及处置费用。
权利要求书
1.一种利用污泥热解稳定重金属的方法，其特征在于具体步骤如下：
含水率0%~80%的脱水污泥进入拌合器(1)，与要处理的含有重金属的危险废物均匀混合，混合后物料的干基热值不低于9000kJ/kg;混合有含重金属的危险废物的污泥送入干燥器(2)，利用热源干燥混合物料(3)，当混合物料含水率低于(10)%时，送入热解器(4)，在热解器(4)中进行热解产生热解挥发分(5)和热解炭(10);控制热解温度为350~750℃，高温的热解炭(10)送入冷却器(11)冷却，冷却后的炭送到最终处理环节卫生填埋场甚至做催化剂再利用;热解挥发分(5)分成两股流动通过输送腔室，一股热解挥发分(5)经过冷却腔(16)后送入储气罐(6)，储气罐(6)的可燃气体通过压力调节装置后送入布置在燃烧室(6)中的燃烧器进气管，作为燃烧室(6)的稳燃气体，保证另一股热解挥发分不经过冷却直接送进燃烧室后能立即着火稳定燃烧;另一股热解挥发分直接送至燃烧室(7);储气罐(6)底部的冷凝液以及冷却过程中产生的冷凝液再送入热解器(4)进行二次裂解;燃烧室(7)产生的高温烟气(8)送回热解器(4)的受热面热源侧作为热源提供热解所需的热量;随后减温后的烟气(9)送入干燥器(2)对混合污泥进行干燥;干燥产生的废气以及冷却后的烟气分别或者合成一股流送入气体净化器(13)净化后排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热解温度为450~650℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含有重金属的危险废物为含镉、铅、锌、铬、镍、铜、 硒、锰、铍、钡或银其中的一种或者多种金属的污泥、残渣或土壤;或者是废弃物焚烧产生的飞灰。
4.一种如权利要求1所述的利用污泥热解稳定重金属的方法使用的装置，其特征在于包括拌合器(1)、干燥器(2)、热解器(4)、储气罐(6)、燃烧室(7)、冷却器(11)、冷却腔(16)和燃气调压与止回装置(16)，其中：拌合器(1)的出口连接干燥器(2)，干燥器(2)的混合物料出口连接热解器(4)，干燥器(2)的烟气进口连接热解器(4)，热解器(4)的热解挥发分一路通过冷却腔(16)连接储气罐(6)，热解器(4)的热解挥发分另一路通过管道连接燃烧室(7);热解器(4)的热解炭出口连接冷却器(11)，储气罐(6)通过燃气调压与止回装置(17)和管道连接燃烧室(7);干燥器(2)连接气体净化器(13)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于拌合器(1)采用具有搅拌器、进口和出口的容器;或者具有一根或者一根以上螺旋轴的螺旋输送捏练机。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述干燥器(2)为真空桨叶干燥器、旋盘干燥器、滚筒式干燥器、带式干燥器或流化床干燥器中任一种。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于冷却腔(16)中布置有可收集冷凝液的冷却排管，冷却排管内部是冷水或者冷风。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于热解器(4)为容积式、管式或回转窑式中任一种，并至少有2个挥发分出口连接通道。
说明书
一种利用污泥热解稳定重金属的方法与装置
技术领域
本发明属于污泥处置与资源化处理领域。具体地，本发明涉及一种利用污泥热解稳定非挥发性重金属的方法与装置。
背景技术
污水处理厂在处理污水过程中会产生大量污泥，主要是微生物残余、有机污染物和部分无机杂物。城市污水处理厂的污泥产量约为污水量的1%左右，污泥含水97%。如日处理10万M3的污水厂，日产污泥1000M3污泥(含水97%)。污泥经过脱水后形成的脱水污泥含水率一般在80%作用，采用现有技术中的先进脱水技术可以将含水率降低到70%~65%。我国城市每年污泥产生量近3000万吨(以含水率80%计)。除了城市污水处理产生污泥之外，还有大量的工业污水处理也产量了大量的污泥，例如我国造纸工业废水处理污泥总量就达350万～450万t/年。如果污泥处理处置时未得到很好的解决，存在严重的二次污染风险，目前处理方法：焚烧、填埋、堆肥;此外污泥热解技术经过多年发展，逐渐变成实用技术。现有污泥处理方法中的热解技术主要用来处理掉污泥，而热解残焦或用作燃料，或者用作土壤改良剂。已有的研究表明污泥热解残焦中重金属残留约90%以上，且浸出量都很小，甚至不浸出(污水污泥裂解目标产物及残焦促进植物生长的研究，环境科学, 2011,32(9): 2604-2609;Fate of heavy metals and radioactive metals in gasification of sewage sludge，Waste Management 2004, 24: 193–198;Behavior of Chromium, Nickel, Copper, Zinc, Cadmium, Mercury, and Lead during the Pyrolysis of Sewage Sludge. Environ. Sci.Technol, 1987, 21: 704-708)。
但是现有的污泥处理技术中，污泥热解炭的这一稳定重金属的作用并没有发挥出来。另一方面，各行各业产生的大量含有重金属的危险废物却花费相当大的代价来进行焚烧处置或者送入级别高、费用高的安全填埋厂处置，不仅浪费资金，而且非常容易产生二次污染。
鉴于现有的污泥碳化技术不能满足大规模利用污泥热解炭的重金属稳定效果来主动处理含重金属的危险废物、污泥本身处理代价高、费用大;危险废物处理代价更高、费用更贵的现状，本发明提出一种高效、经济、可行、不增加二次污染和节省处置场地与投资的多种废物综合处理技术，即一种利用污泥热解稳定重金属的方法与装置，能处置污泥并利用污泥的热解过程同时稳定重金属和含有重金属的危险废物。从整个社会的角度节省废物处置场地与处理投资。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用污泥热解稳定重金属的方法与装置。
本发明提出的一种利用污泥热解稳定重金属的方法，该方法在热解处置污泥的同时还可以处置其它含有重金属的危险废物。具体步骤如下：
含水率0%~80%的脱水污泥进入拌合器1，与要处理的含有重金属的危险废物均匀混合，混合后物料的干基热值不低于9000kJ/kg;混合有含重金属的危险废物的污泥送入干燥器2，利用任何热源(优先使用系统烟气的余热)干燥后的混合物料3送至热解器4，当混合物料含水率低于10%以下时，送入热解器4，在热解器4中进行热解产生热解挥发分5和热解炭10;控制热解温度为350~750℃，高温的热解炭10送入冷却器11冷却，冷却后的炭送到最终处理环节卫生填埋场;热解挥发分5分成两股流动通过输送腔室，一股热解挥发分5经过冷却腔16后送入储气罐6，储气罐6的可燃气体通过压力调节装置后送入布置在燃烧室6中的燃烧器进气管，作为燃烧室6的稳燃气体，保证另一股热解挥发分不经过冷却直接送进燃烧室后能立即着火稳定燃烧;另一股热解挥发分直接送至燃烧室7;储气罐6底部的冷凝液以及冷却过程中产生的冷凝液再送入热解器4进行二次裂解;燃烧室7产生的高温烟气8送回热解器4的受热面热源侧作为热源提供热解所需的热量;随后减温后的烟气9送入干燥器2对混合污泥进行干燥;干燥产生的废气以及冷却后的烟气分别或者合成一股流送入气体净化器13净化后排出。
本发明中，所述热解温度优选为450~650℃。
本发明中，所述含有重金属的危险废物为含镉Cd、铅Pb、锌Zn、铬Cr、镍Ni、铜Cu、硒Se、锰Mn、铍Be、钡Ba或银Ag等其中的一种或者多种金属的污泥、残渣、土壤;以及废弃物焚烧产生的飞灰。
本发明提出的利用污泥热解稳定重金属的装置，包括拌合器1、干燥器2、热解器4、储气罐6、燃烧室7、冷却器11、冷却腔16和燃气调压与止回装置16，其中：拌合器1的出口连接干燥器2，干燥器2的混合物料出口连接热解器4，干燥器2的烟气进口连接热解器4，热解器4的热解挥发分一路通过冷却腔16连接储气罐6，热解器4的热解挥发分另一路通过管道连接燃烧室7;热解器4的热解炭出口连接冷却器11，储气罐6通过燃气调压与止回装置17和管道连接燃烧室7;干燥器2连接气体净化器13。
本发明中，拌合器1可以选自任何具有拌合功能的装置，典型的选择是具有搅拌器、进口和出口的容器;或者具有一根或者一根以上螺旋轴的螺旋输送捏练机。
本发明中，所述干燥器2可以是间接加热方式，例如选用真空桨叶干燥器、旋盘干燥器等，烟气9进入后通过受热面加热混合污泥，从污泥侧蒸发出的水蒸汽和烟气分别净化，当危险废物中含有易挥发的有机污染物时优先选择这种形式;干燥器2还可以采用现有技术中的任何一款直接接触式的干燥器，如滚筒式干燥器、带式干燥器、流化床干燥器等;烟气9进入后与干燥器2的污泥中直接接触干燥，当危险废物中不含有机污染物时优选这种形式。经过干燥后的混合物料含水率3控制在10%及以下再送入热解器4;本发明中，所述的热解器4可以选择现有技术中任何一种类型的热解器，如容积式、管式和回转窑式，优选具有2个或者2个以上加热段和至少有2个挥发份出口连接通道的管式或者回转式热解器。冷却器10可以选用任何现有的冷却器，优选带有螺旋输送形式的冷却器。
本发明中，储气罐6选自现有技术中的干式气柜或者湿式气柜。可燃气体压力调节与止回装置17的作用是保证气体合适送入布置在燃烧室6中的燃烧器燃烧，作为燃烧室6的稳燃气体，并阻止气流倒流，可以选自现有技术中任何具有该作用的装置和器件，如调压阀连接止回阀。
本发明中，冷却腔16中布置有可以收集冷凝液的冷却排管，冷却排管内部是冷水或者冷风，外面是热解挥发分5。产生的冷凝液直接送回热解器4二次裂解。
本发明中，热解器4为容积式、管式或回转窑式等中任一种，并至少有2个挥发分出口连接通道。
采用本发明所提供的利用污泥热解稳定重金属的方法和装置的有益之处是：
1) 可以使污泥热解处理过程变成危险废物的处理过程中，不需要建立两套装置，或者使用额外的药剂和工艺装置来处理危险废物;这就避免了危险废物的高昂处置费和采用送入安全填埋场等方式处理所占据的填埋场容积，提高了整体经济性并为含重金属的危险废物提供了一个低成本、效果良好的出路。而污泥本身在此过程中也被妥善稳定化。
2) 由于热解温度较高(350~750℃)，而且处于强还原性气氛;危险废物中除重金属被稳定以外，如含有机污染物同时也能被同时分解及去毒，例如多氯联苯PCB类物质、二噁英类物质以及多溴联苯醚类物质。必要时同时加入石灰或者碱性物质还可以提高重金属的稳定效果和中和在热解过程中的污染性气体。
3) 通过采用两个热解挥发分的气流腔，即1个带冷却排管的气流腔16和直接导入燃烧室7的气流腔(流量可调)将热解挥发分分成2股，一股导入储气罐作为燃烧室的稳定燃烧气体，一股直接燃烧，使处置系统对外部热源的依赖降低最低，也即使达到了只有污泥干基热值足够高，除了点火以外完全不依赖外面能源就能运行。大大提高了系统布置的方便性、降低了系统的能耗要求以及处理费用。
4) 通过热解温度在350~750℃的大范围调节可以稳定危险废物中含有的镉Cd, 铅Pb, 锌Zn, 铬Cr, 镍Ni, 铜Cu, 硒Se, 锰Mn, 铍Be, 钡Ba, 银Ag等重金属。