申请日2012.08.31
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号C02F11/00; C10L5/46
摘要
本发明公开了一种城市污水处理厂污泥燃料化处理工艺方法，旨在提供一种能大大降低污泥燃料生产工艺的能耗、缩短处理过程所需时间、大幅度降低成本的污泥处理技术。其技术方案的要点是，城市污水处理厂的脱水污泥依次经过化学物理调理、微波辐射调理、压滤脱水、造粒、微波加热干燥处理，得到含水率为5～10%，低位热值为4000～5000大卡的污泥燃料。本发明的特点是：污泥经过化学物理调理和微波辐射调理，显著改善了污泥的机械脱水性能，使得所需的压滤时间只有常规压滤脱水时间的30%左右;采用微波加热干燥方法，大大缩短了污泥干燥过程所需时间，只需30—45min即可完成，使干燥阶段的能耗减少了40%。
权利要求书
1.一种城市污水处理厂污泥燃料化处理工艺方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)对污泥进行化学调理，按一定比例在污泥中加入高分子絮凝剂和表面活性剂搅拌均匀，每千克污泥加入高分子絮凝剂3. 5~4.0g、表面活性剂4.0~4.5g;
(2)对污泥进行物理调理，按一定比例在污泥中加入分散剂搅拌均匀，每千克污泥加入分散剂110~130g;
(3)对污泥进行微波辐射调理，将其送入微波炉中进行微波辐射，微波辐射功率为600w，辐射时间为250~300s;
(4)对污泥进行机械压滤脱水，将微波辐射调理后的污泥送入压滤机中，保持一定压力，压滤一定时间，使其达到压滤脱水的极限;压滤压力为0.8MPa，压滤时间为30~45min，压滤后泥饼含水率为50%以下，质量降至原来的40%左右;
(5)再对脱水后的污泥进行造粒;
(6)对污泥进行微波干燥处理，把造粒的污泥送入微波炉进行干燥、成型;微波功率600w，每千克污泥干燥时间为30~45min，干燥后得到含水率为5~10%左右的污泥燃料。
说明书
一种城市污水处理厂污泥燃料化处理工艺方法
技术领域
本发明涉及一种以城市污水处理厂剩余污泥为原料制作燃料的处理工艺，具体说是一种城市污水处理厂污泥燃料化处理工艺方法。
背景技术
对城市污水和大部分的工业废水的处理，现在都采用活性污泥法工艺技术进行处理，污水(废水)经处理后达标排放，而且对于其主要的副产物——污泥，也必须进行必要的处理。
污泥是一种由有机残片、细菌菌体、胶体、各种微生物及有机、无机颗粒组成的极其复杂的非均质体。其特性是含水率高(95% ~ 98%)，干物质中有机物含量高(60% ~ 80%)，且含有病毒、病原菌、重金属等，容易腐败发臭。
目前，我国城市污水处理厂每年产生污泥(含水率80%)约4200万吨，且每年以10%的速度增长。如果处置不当，将会对生态环境和人类造成很大的危害。现在对污泥的处理技术主要有填埋、生物堆肥、干化焚烧等方法。但随着这些方法的使用，均已显示出一系列的负效应：填埋处理受到填埋场所的限制，且会产生气体和渗滤液危及环境;生物堆肥存在处理时间长、重金属超标及下游产品的出路问题;干化焚烧会污染空气且耗能较大投资和运行费用高等。显然仅仅依靠这些处理方式已经无法满足大量产出的城市污泥的处理需求。随着世界范围内的能源短缺和环保要求的提高，污泥的资源化利用是解决污泥污染和处置问题的主要途径。
污泥中大量的有机质(干物质中约占60% ~ 80%)蕴涵着巨大的能量，挖掘其能量并避免污泥中有毒、有害物质对环境的二次负面影响，对解决污泥的处置问题及缓解当今能源压力具有现实意义。污泥燃料化技术的研究成为污泥处置领域的研究热点。
用污泥制作燃料，首先要解决污泥干燥的问题。污泥干燥目前常用的方法有：热风干燥、气流干燥和水蒸气干燥。这些方法存在的共同问题是设备投资大，耗能高。当污泥含水率降至60% ~70%时，即呈现浓稠状态，上述干燥方法对污泥来讲，都属于外部加热方式。由于污泥块体致密，外部热量难于传递到内部，内部的水分也很难排出，因此需要很长的加热时间，才能将污泥中的水分降至所要求的含量，这必然要耗用大量的能源。所以，用上述方法进行污泥燃料的生产，从经济效益上分析是不合算的，因此也限制了污泥燃料化技术的发展。
为了解决上述问题，世界各国都在积极开发新的污泥处理技术。
马德刚等进行了电场协同作用下污泥热干燥的试验，结果表明，有电场时污泥的粘壁强度可降低到无电场时的1/16，施加15V电压条件下的蒸发速度在含水率为50 %～64 %范围内时，明显大于传统方法。
翁焕新等在深入研究污泥成分和通过模拟实验分析污泥干化特性的基础上，首次建立了利用烟气余热的二段式污泥低温干化技术，结果表明：利用烟气余热的二段式污泥低温干化技术不仅能在不增加新能耗的情况下使污泥得到有效地干化，而且能使污泥自然形成质地坚硬并保存原始污泥90%以上热值的颗粒，污泥干化成粒装置内的螺旋板、扬料板和链锤等辅助设备可以明显提高污泥干化效率;可使 100 t·d-1污泥从含水率78%干化至40%。
Adjar paratoto设计了两种太阳能干燥装置：辐射—对流型和太阳能热水干燥器，从干化后的质量和数量来看，太阳能热水干燥器的效率更高，且能提供更高的干燥温度。M. Bux 等测试了全自动化的太阳能干燥装置干化市政发酵污泥的情况， 这套装置每干燥1 t的污泥水分仅消耗22~28( kWh)电能，而用传统的干燥方法干燥却需消耗 70~110( kW h)的电能。
邹路易等针对目前污水处理厂剩余污泥处置存在的问题， 在分析微波加热原理的基础上，提出了用微波加热使污泥脱水干化的新思路，并就该方法的影响因素和电能消耗作了试验分析。初步研究结果表明，微波辐照是污泥脱水干化的有效方法，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市污水处理厂污泥燃料化处理工艺方法，该方法包括如下步骤：
一、对污泥进行化学调理，按一定比例在污泥中加入高分子絮凝剂和表面活性剂搅拌均匀，每千克污泥加入高分子絮凝剂3. 5~4.0g、表面活性剂4.0~4.5g;
因为脱水污泥呈胶质粘结状，块体致密，进一步脱水非常困难，所以对污泥进行调理以改善污泥的脱水性能。由于污泥由带负电荷的离子群组成，阳离子絮凝剂可以中和其负电荷,使其絮凝脱水。高分子絮凝剂作用原理为絮凝剂通过絮凝作用，减小污泥与水的亲和力，改变污泥中水分的存在形式，从而达到易于脱水的目的。
表面活性剂的作用机理是, 分散作用使污泥絮体结构分散解体, 释放出原絮体内部的结合水; 增溶作用可溶解有高度水合作用的 ECP(微生物胞外聚合物), 减少污泥颗粒间的间隙水。
二、对污泥进行物理调理，按一定比例在污泥中加入分散剂搅拌均匀，每千克污泥加入分散剂110~130g;
分散剂呈微粒状，韧性好，在水中不易破碎。在胶质状的污泥中加入分散剂，可以减少污泥的粘结强度，增加污泥内部的微通道，使得污泥脱水时水分更易排出。
三、对污泥进行微波辐射调理，将其送入微波炉中进行微波辐射，微波辐射功率为600w，辐射时间为250~300s;
微波辐射调理时，污泥絮体(水分主要贮存在絮体里)在短接触时间内被微波破坏成了小的碎片，这些小碎片可以在絮凝剂的作用下重新絮凝成更加紧密的粒子，从而改善污泥的脱水性能。
四、对污泥进行机械压滤脱水，将微波辐射调理后的污泥送入压滤机中，保持一定压力，压滤一定时间，使其达到压滤脱水的极限;压滤压力为0.8MPa，压滤时间为30~45min，压滤后泥饼含水率为50%以下，质量降至原来的40%左右;
五、再对脱水后的污泥进行造粒;
六、对污泥进行微波干燥处理，把造粒的污泥送入微波炉进行干燥、成型;微波功率600w，每千克污泥干燥时间为30~45min，干燥后得到含水率为5~10%左右的污泥燃料。
微波加热技术是利用高频电磁波瞬间穿透被加热物料把能量传播到被加热物体内部，因此造就了物料体热源的存在，改变了常规加热方式过程中某些迁移势和迁移势梯度方向，形成了微波加热的独特机理。微波加热方法特别适用于污泥的干燥。微波加热使污泥脱水和干燥的过程，从本质上说也是水吸收热量后蒸发的过程。与传统加热法相比，微波加热不是热传递过程，而是一种容积加热，没有热传递过程的热损失。因此，无论从理论上还是从实践上说，微波加热的热效率比传统加热法高。本发明正是利用这一原理对污泥进行加热干燥处理。
由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)污泥压滤过程所需能耗大大降低，采用本发明的污泥调理方法，显著改善了污泥的机械脱水性能，使得所需的压滤时间只有常规压滤脱水时间的30%左右，因此压滤工艺可节能70%;
(2)机械压滤工艺过程中污泥脱除了更多的水分，由于本发明的调理组合工艺能显著改善污泥的机械脱水性能，因此污泥在压滤过程中能脱除更多的水分，污泥含水率可降至50%以下，而常规污泥压滤工艺只能使污泥含水率达到70%左右，如果要降至60%是相当困难的;
(3)所需的污泥加热干燥能量大大降低，由于本发明在压滤工艺过程中脱除了较多的水分，因此加热干燥所需的能量大大减少，耗能只有已有污泥加热干燥工艺的60%，节能达40%;
(4)污泥加热干燥的能量利用率大大提高，本发明采用了微波加热干燥技术，加热过程没有热传递损失，能量的有效利用率达到80%以上，而其他的加热干燥方法只能达到50~60%，甚至更低，因此本发明的污泥干燥工艺可进一步节能30%左右;
(5)所需的污泥加热干燥时间大大缩短，本发明采用了微波加热干燥技术，属于容积加热形式，即污泥整体加热，而不是传统加热方式的由外到内的热传递形式，因此本发明的污泥干燥过程所需时间大大缩短，在30min到45min即可完成，而传统干燥方法需要数小时的时间;
(6)本发明总的有益效果是：污泥燃料生产工艺的能耗大大降低，处理过程所需时间大大缩短，成本随之大幅度降低，使污泥燃料化成为可行的污泥处理技术。