申请日2019.08.22
公开(公告)日2019.10.22
IPC分类号C09K17/04; C02F11/00; C02F11/121; C02F11/14; C02F11/10; C02F11/122; C02F11/13
摘要
本发明提供了一种污泥土壤改良剂及其制备方法和应用，属于污泥处理技术领域。本发明提供的污泥土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：污泥进行预脱水，得到第一污泥;将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥;将所述第二污泥依次进行压滤脱水、粉碎和干燥，得到污泥颗粒;将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。本发明提供的制备方法对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化原则，且成本低、效率高;通过添加生物质辅料，增加了物料中有机质含量，可产生大量的热解气体，实现系统热量自平衡，减少对外部燃料的依赖，大幅度降低运行成本;提高了固态碳渣中的含碳量，符合林业用土壤改良剂的要求。
权利要求书
1.一种污泥土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将污泥进行预脱水，得到第一污泥;
将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥;
将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒;
将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一污泥的含水率为80～90%。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热水解反应的温度为160～260℃，压力为1.5～4.5MPa，时间为0.5～2h;
所述第二污泥的含水率为70～80%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压滤脱水的压力为1.5～2.5MPa，时间为2～4h;
所述压滤脱水后所得污泥饼的含水率为35～50%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述污泥颗粒和生物质辅料的质量比为1:(0.15～0.50);
所述热解反应的温度为450～750℃，时间为20～40min。
6.一种污泥土壤改良剂，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述制备方法制备得到。
7.一种制备污泥土壤改良剂的装置，其特征在于，包括：脱水单元(1)、热水解单元(2)、压滤单元(3)、干化单元(4)、热解单元(5)、燃烧单元(6)、滤液处理单元(7)和烟气处理单元(8);
所述脱水单元(1)、所述热水解单元(2)、所述压滤单元(3)、所述干化单元(4)和所述热解单元(5)顺次连接;
所述热解单元(5)与所述燃烧单元(6)形成闭合系统;
所述滤液处理单元(7)分别与所述脱水单元(1)、所述热水解单元(2)和所述压滤单元(3)的出液口相连;
所述烟气处理单元(8)与所述热水解单元(2)的出气口连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脱水单元(1)包括污泥预脱水机(1-1)和加药装置(1-2);所述加药装置(1-2)的出口与所述污泥预脱水机(1-1)相连;
所述热水解单元(2)包括热水解反应器(2-1)、污泥预热罐(2-2)、闪蒸罐(2-3)和换热器(2-4);
所述压滤单元(3)包括压滤机(3-1)和破碎机(3-2);
所述干化单元(4)包括带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)、辅料仓(4-2)和旋风除尘器(4-3);
所述污泥预脱水机(1-1)、污泥预热罐(2-2)、热水解反应器(2-1)、闪蒸罐(2-3)、压滤机(3-1)、破碎机(3-2)、带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)和热解单元(5)顺次连接;
所述换热器(2-4)的烟气入口(241)与所述旋风除尘器(4-3)相连，所述换热器(2-4)的水蒸气出口(243)与所述热水解反应器(2-1)相连;所述换热器(2-4)的烟气出口(245)与所述燃烧单元(6)相连;
所述破碎机(3-2)和所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)之间设置有输送机;
所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)的干料出口(413)处设置有物料密封装置;
所述辅料仓(4-2)的出口与所述热水解反应器(2-1)相连;
所述旋风除尘器(4-3)的烟气入口(431)与所述带打碎轴的滚筒干燥机(4-1)相连，所述所述旋风除尘器(4-3)的泥灰出口(433)与所述污泥预热罐(2-2)相连。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述烟气处理单元(8)包括洗涤塔(8-1)、吸收塔(8-2)、气液分离器(8-3)和活性炭吸附塔(8-4)及配套风机(8-5);所述洗涤塔(8-1)、吸收塔(8-2)、气液分离器(8-3)和活性炭吸附塔(8-4)及配套风机(8-5)顺次连接;
所述烟气处理单元(8)的入口分别与所述污泥预热罐(2-2)、所述闪蒸罐(2-3)和所述换热器(2-4)的烟气出口(242)相连。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述燃烧单元(6)包括双气燃烧机(6-1)和热解气净化器(6-2);
所述双气燃烧机(6-1)、热解单元(5)和热解气净化器(6-2)顺次连接，形成闭合系统。
说明书
一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置。
背景技术
随着我国社会经济的发展，对环保的要求日益增强，城镇污水处理规模迅速扩大，处理标准日趋严格。市政污水处理厂每天产生的大量污泥如何处置已成为污水处理领域和固体废弃物领域共同关注的热点。污泥处置要求满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则。目前，市政污水厂污泥的主要处置方式为卫生填埋、厌氧消化、好氧堆肥、焚烧、水泥窑协同处置等。
其中，卫生填埋技术成熟，成本较低，但不能满足污泥处置四化原则，且需要占用大量的土地资源、有产生二次污染的风险;厌氧消化工艺技术成熟，符合污泥处置四化原则，但技术和管理要求高，一次性投资大，更适合在大城市实施，在资金和技术能力相对薄弱的中小城市，尤其是乡镇中使用该工艺路线存在很大困难;好氧堆肥处理方法污泥堆肥资源化程度高，但由于污泥中含有大量重金属，堆肥产品不能农用导致堆肥市场不乐观，且堆肥占地面积大，产生恶臭气体，存在二次污染风险;污泥焚烧可实现污泥的减量化和资源化利用，但焚烧设备单体处理能力大，只适合大中城市的污泥处置中心建设，而对于中小城市和乡镇的污水处理厂，无论从一次性投资还是运行成本考虑都不适合采用焚烧方法;水泥窑协同处置是污泥处置的良好方法，但是只有周边有水泥窑的污水厂才能选用此工艺路线，受环境限制无法广泛推广。
因此，上述污泥处理方法除卫生填埋外，虽然都能够实现资源化，但是成本高昂、二次污染严重，实现污泥的资源化受到环境条件限制，而且普遍存在对污泥中含有的碳渣利用率低甚至不能实现碳渣再利用的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污泥土壤改良剂及其制备方法和装置，本发明提供的污泥土壤改良剂的制备方法对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高，经处理的污泥和生物质辅料为原料制备的土壤改良剂符合林业用地土壤改良剂的需求，显著提高了污泥的资源化利用率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种污泥土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将污泥进行预脱水，得到第一污泥;
将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥;
将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒;
将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。
优选的，所述第一污泥的含水率为80～90%。
优选的，所述热水解反应的温度为160～260℃，压力为1.5～4.5MPa，时间为0.5～2h;
所述第二污泥的含水率为70～80%。
优选的，所述压滤脱水的压力为1.5～2.5MPa，时间为2～4h;
所述压滤脱水后所得污泥饼的含水率为35～50%。
优选的，所述污泥颗粒和生物质辅料的质量比为1:(0.15～0.50);
所述热解反应的温度为450～750℃，时间为20～40min。
本发明提供了一种污泥土壤改良剂，由上述技术方案所述制备方法制备得到。
本发明提供了一种制备污泥土壤改良剂的装置，包括：脱水单元1、热水解单元2、压滤单元3、干化单元4、热解单元5、燃烧单元6、滤液处理单元7和烟气处理单元8;
所述脱水单元1、所述热水解单元2、所述压滤单元3、所述干化单元4和所述热解单元5顺次连接;
所述热解单元5与所述燃烧单元6形成闭合系统;
所述滤液处理单元7分别与所述脱水单元1、所述热水解单元2和所述压滤单元3的出液口相连;
所述烟气处理单元8与所述热水解单元2的出气口连接。
优选的，所述脱水单元1包括污泥预脱水机1-1和加药装置1-2;所述加药装置1-2的出口与所述污泥预脱水机1-1相连;
所述热水解单元2包括热水解反应器2-1、污泥预热罐2-2、闪蒸罐2-3和换热器2-4;
所述压滤单元3包括压滤机3-1和破碎机3-2;
所述干化单元4包括带打碎轴的滚筒干燥机4-1、辅料仓4-2和旋风除尘器4-3;
所述污泥预脱水机1-1、污泥预热罐2-2、热水解反应器2-1、闪蒸罐2-3、压滤机3-1、破碎机3-2、带打碎轴的滚筒干燥机4-1和热解单元5顺次连接;
所述换热器2-4的烟气入口241与所述旋风除尘器4-3相连，所述换热器2-4的水蒸气出口243与所述热水解反应器2-1相连;所述换热器2-4的烟气出口245与所述燃烧单元6相连;
所述破碎机3-2和所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1之间设置有输送机;
所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1的干料出口413处设置有物料密封装置;
所述辅料仓4-2的出口与所述热水解反应器2-1相连;
所述旋风除尘器4-3的烟气入口431与所述带打碎轴的滚筒干燥机4-1相连，所述所述旋风除尘器4-3的泥灰出口433与所述污泥预热罐2-2相连。
优选的，所述烟气处理单元8包括洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3和活性炭吸附塔8-4及配套风机8-5;所述洗涤塔8-1、吸收塔8-2、气液分离器8-3和活性炭吸附塔8-4及配套风机8-5顺次连接;
所述烟气处理单元8的入口分别与所述污泥预热罐2-2、所述闪蒸罐2-3和所述换热器2-4的烟气出口242相连。
优选的，所述燃烧单元6包括双气燃烧机6-1和热解气净化器6-2;
所述双气燃烧机6-1、热解单元5和热解气净化器6-2顺次连接，形成闭合系统。
本发明提供了一种污泥土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：将污泥进行预脱水，得到第一污泥;将所述第一污泥进行热水解反应，得到第二污泥;将所述第二污泥依次进行压滤脱水和粉碎，得到污泥颗粒;将所述污泥颗粒和生物质辅料混合，进行热解反应，得到污泥土壤改良剂。本发明提供的制备方法污泥经过预脱水后大幅度减量，减少了热水解反应的负荷，降低了热水解对热能的需求;通过热水解反应实现污泥破壁，在不添加任何药剂时，大幅度提高了污泥的脱水效率;对污泥的处理方法满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高;通过添加生物质辅料，增加了物料中有机质含量，可产生更多的热解气体，从而达到系统热量自平衡，减少对外部燃料的依赖，大幅度降低运行成本;同时，提高了固态碳渣中的含碳量，符合林业用地用土壤改良剂的要求。
本发明提供的制备污泥土壤改良剂的装置包括脱水单元1、热水解单元2、压滤单元3、干化单元4、热解单元5、燃烧单元6、滤液处理单元7和烟气处理单元8;所述脱水单元1、所述热水解单元2、所述压滤单元3、所述干化单元4和所述热解单元5顺次连接;所述热解单元5与所述燃烧单元6形成闭合系统;所述滤液处理单元7分别与所述脱水单元1、所述热水解单元2和所述压滤单元3的出液口相连;所述烟气处理单元8与所述热水解单元2的出气口连接。采用本发明提供的装置对污泥进行处理满足减量化、无害化、稳定化、资源化的四化原则，且成本低、效率高;系统的热利用率高：热烟气首先供热解单元5使用，排出后供干化单元4使用，再排出后经热水解单元2换热产生水蒸气供热水解反应使用，排出的水蒸气供污热水解反应前污泥的预热使用;换热后的烟气大部分又回到燃烧单元6使用;在这样的循环体系中，系统热能得到了充分的利用。（发明人寇志军;邹亚利;魏翠莉）