申请日2019.08.16
公开(公告)日2019.11.15
IPC分类号C02F11/06; C02F11/122
摘要
本发明为一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置。活性污泥、含油污泥、废碱液及废液按照比例混合器后作为原料与自身反应流出物换热，换热后的原料在反应器内和空气发生液相氧化反应。反应器流出物和原料换热冷却后至分离罐进行三相分离，分离出气体、污水和污泥，气体至废气处理系统，污水至污水处理场，污泥去压滤机进一步脱水，脱水干污泥送至厂外。本发明实现了污泥及废液的综合处理;充分利用氧化反应热进行水、油、固的有效分离、无需外部提供燃料气，降低了装置的能耗、减少了占地面积和环境污染;处理后的污水可生化性强，满足污水处理场收纳的要求，处理后的干污泥含水率达到30%以下，实现污泥及废液的减量排放。
权利要求书
1.一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，具体来说是以处理污水处理行业所产生的活性污泥为主，兼顾处理含油污泥、废碱和其他难以处理的废液。方法及装置包括不同原料的按比例混合、原料与产品的换热、原料的反应、反应产物的三相分离和固体灰分的脱水单元。特征在于：
所述的不同原料按比例混合是指活性污泥和含油污泥、废碱液或废液按一定比例进行混合。所述的原料与产品的换热是指混合原料和产物利用换热器进行换热，达到对进料进行预热和反应出料进行热量回收的目的。所述的原料的反应是指混合物料在反应器内，在一定温度压力下，通过注入空气在液相中同进料中生物有机质、有机污染物、硫化物等发生氧化反应，促使活性污泥中生物有机质破壁、甚至氧化为二氧化碳，有机污染物断键分解、硫化物全部氧化为硫酸盐，同时反应过程放出大量反应热量。所述的反应产物的三相分离是指被冷却的反应产物在产物分离罐进行沉降，实现气体、液体和固体物料的分离。所述的固体灰分的脱水是指通过压滤机对固体灰分进一步脱水，实现污泥固废的减量排放，满足气、液、固环保排放标准。
2.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征在于：包括原料反应器。所述原料反应器为立式压力容器，内部有原料进料分布器、空气进料分布器、防止返混的筛板、开工加热蒸汽分布器和反应产物流出管。
3.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，所述原料反应器的容积、高径比、防返混筛板的结构及数量、分布器的结构形式是根据进料量、进料性质及对产物处理效果的要求通过工艺计算及试验确定的。
4.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括原料混合缓冲罐，所述原料混合缓冲罐包括锥底型罐体和内置的混合搅拌器，搅拌器由电机驱动，电机安装在罐顶。
5.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括反应产物分离罐，所述反应产物分离罐包括锥底型罐体和内置的混合搅拌器，搅拌器由电机驱动，电机安装在罐顶。
6.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括原料与产品换热器，所述原料与产品换热器为逆流式套管换热器。
7.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括固体灰分脱水单元，脱水单元设压滤机，压滤机可选择真空式、离心式、板框式等型式。
8.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括原料混合器，所述原料混合器是通过自动控制实现各种不同原料的按比例进行混合。
9.如权利要求1的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，其特征包括原料反应器的温度及压力的控制系统，所述原料反应器的温度控制是由空气进料调节阀控制，所述原料反应器的压力控制是由反应产物进产品分离罐的调节阀控制。
说明书
一种自热式污泥及废碱废液的综合处理方法及装置
技术领域
本发明涉及用于污泥及废碱、废液处理的工艺方法，更具体的涉及污水处 理场产生的活性污泥、含油污泥和废碱、废液等难以处理的废固及废液按一定 比例混合，利用自身氧化产生的热量进行综合处理的方法及装置。
背景技术
活性污泥、含油污泥和废碱液是污水处理及工业工艺过程中产生的废固及 废液。活性污泥来自污水处理场生化处理池的剩余污泥，其主要成分包括水、 微生物、微生物代谢物、无机固体型物等，含有大量的微生物、病毒、寄生虫、 有机物、氮、恶臭物，含水率高达70-99%，尤其是微生物体内所含水分无法用 机械脱水的办法脱出，机械脱水后水含量都在85%以上。
这些污泥最早是采用机械脱水后填埋的办法，但对周边环境和地下水源污染严重。后来采用机械脱水后焚烧的办法，能耗很高，焚烧不当会产生二噁英等有毒气体，造成空气严重污染。现在有采用蒸汽热烤、热水水煮和旋转窑焚烧的工艺，能耗和造价都很高。含油污泥通常来自部分污水处理场含油污水系列隔油、气浮等预处理系统和储罐系统的罐底，含油污泥的成分比较复杂，属于多相体系，一般由水、油、油水乳化物、固体悬浮物、胶体颗粒物、重金属、氨氮、COD、BOD等组成，粘度较大难以沉降分离，含水率一般为70%以上。该类污泥在工业生产中难以回收利用，不予处理而进行外运堆放，将对环境产生恶劣的影响。废碱液又称为碱渣，通常来自工业生产过程，高浓度高纯度的氢氧化钠溶液作为溶剂，洗涤化工原料或产品中的酸性物质后变成低浓度的碱液，作为碱渣排出，碱渣的组成和被碱洗的物料性质有关。碱渣一般含有未反应的碱、酸碱中和生成的盐类、硫化钠、硫醇钠、环烷酸钠、酚、烃类物质等，含水率也比较高，COD一般在20000-500000mg/l左右。碱渣属于危险废物，不加处理直接排放也会对环境造成恶劣影响。
随着国内对环保要求越来越严，国内外开发了许多分别处理活性污泥、含油污泥、碱渣和高难废液的技术，目标是实现污泥及碱渣的减量化、稳定化、无害化和资源化。
国内外针对活性污泥的处理没有非常好的方法，主要是采用脱水干化减量化处理，处理后的污泥运出厂外填埋。污泥干化的技术种类比较多，有加热蒸发干化、太阳暴晒干化、热风干化、机械压滤或渗滤干化等。加热蒸发干化和热风干化都需要大量的热能和电能，能耗较高。太阳暴晒干化需要的时间比较长，对环境会有一定的污染。机械压滤或渗滤干化的脱水效果较差，干化后污泥的含水率较高，减量效果不明显。活性污泥经上述干化处理后仍需要焚烧处理、蒸汽热烤、热水蒸煮等工艺进一步处理，投资和操作费用都很高。
国内外处理含油污泥的方法主要有：焚烧法、生物处理法、热解法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法等。焚烧法是采用焚烧炉利用燃料气燃烧热对污泥进行直接焚烧，焚烧法的能耗较大，油资源没有回收利用，会产生二次污染。生物处理法是微生物利用油相作为碳源进行同化降解，使其矿化和转化为无害无机物。生物处理法需要将含油污泥混以松散剂、肥料及培菌液，经过长时间通风使油相降解，同样油资源没用回收利用，占地大反应时间长。热解法是把污泥加热到一定的温度进行闪蒸，闪蒸出的轻烃和水通过蒸发冷凝进行分离，回收轻油和污水，重烃和无机物再进行固液分离回收重油，热解法的特点是可回收轻重污油，对环境污染少，但是加热需要燃料气，能耗比较高。溶剂萃取法是利用萃取剂将含油污泥溶解，然后经过搅拌和离心分离，使有机物和油相从污泥中分离出来，油和溶剂再通过蒸馏进行分离，溶剂循环利用，油回收和回炼，溶剂萃取法工艺流程长、工艺复杂、能耗及处理费用高。化学破乳法是在含油污泥中加入破乳剂，通过沉降或离心分离使油和无机物分离，但是化学破乳法需要加热，能耗较高，破乳剂的筛选难度较大，缺少高效的适应性强破乳剂，加入破乳剂的操作费用也比较高。固液分离法通常有沉降分离、离心分离、旋流分离和过滤等，由于含油污泥中的油水乳化，油包水和水包油，油包固和固吸油，水包固和固吸水等原因，使固液分离效率很低，投资大能耗高，油得不到有效回收。
碱渣的处理方法主要有：硫酸中和法、焚烧法、稀释处理法、湿式氧化法、催化烟气中和法。硫酸中和法主要有沉降分离、硫酸中和、除油，控制废水的 PH值，硫酸中和法不能去除COD及污染物，中和调节过程会产生有毒危害性气体，可生化性没有改善，一般污水处理场难以接受。焚烧法是碱渣在焚烧炉内高温焚烧，去除水及污染物，但是在焚烧过程需要大量燃料气或者燃料油，又会产生SO2等有毒气体，处理费用高。稀释处理法是利用大量低污染物浓度的水将碱渣废水稀释，使其达到进污水处理场的指标，稀释处理法需要大量的低污染物浓度的水，水源难以获取，即使有低污染物浓度的水，污水处理厂负荷增大，导致投资提高和操作费用增加。湿式氧化法是湿式空气氧化，碱渣中的无机物和有机物被氧化成硫代硫酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐，从而达到脱臭和减少酸化过程的酸用量，处理效果较好，该工艺方法一般单独处理废碱渣，但由于碱液浓度较高，设备容易腐蚀泄漏，材质要求高，投资成本大。
综上所述，现有活性污泥、含油污泥和废碱液处理技术存在如下问题：
其一，活性污泥、含油污泥和废碱液处理只能采用不同的技术分别处理，流程复杂、占地面积大、投资高、操作费用多、经济效益差。
其二，在污泥的处理过程中需要消耗燃料气、化学药剂(硫酸、破乳剂等)，增加了能耗和剂耗，需要配套建设燃料气及药剂的供应、储存、运输设施。
其三，工艺流程复杂，操作难度大，工人劳动强度高。
其四，部分污泥处理方法在工艺过程中会出现二次污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种无需外部供热的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置，同时实现活性污泥、含油污泥和废碱液按一定比例混合进行协同处理。
一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置包括不同原料的按比例混合、原料与产品的换热、原料的反应、反应产物的三相分离和固体灰分的脱水单元。
不同原料的按比例混合是指活性污泥、含油污泥和废碱液按顺序和比例的混合。原料与产品的换热是指混合原料和产物利用套管换热器进行换热，达到反应所需的温度。原料的反应是指混合物料在反应器内在一定温度压力下，通过注入空气在液相中同进料中生物有机质、有机污染物、硫化物等发生氧化反应，促使活性污泥中生物有机质破壁、甚至氧化为二氧化碳，有机污染物断键分解、硫化物全部氧化为硫酸盐，同时反应过程放出大量反应热量。原料和产品的换热是指反应产物通过和原料换热被冷凝冷却。反应产物的三相分离是指被冷凝冷却的反应产物通过产物分离罐进行沉降，实现气体、液体和固体物料的分离。固体灰分的脱水是指通过压滤机对含水固体物料进一步脱水，实现污泥固废的减量排放。
其中原料反应器为立式压力容器，内部有原料进料分布器、空气进料分布器、防止返混的筛板、开工加热蒸汽分布器和反应产物流出管。原料反应器的容积、高径比、防返混筛板的结构及数量、分布器的结构形式是根据进料量、进料性质及对产物处理效果的要求通过工艺计算及试验确定的。
原料混合缓冲罐及反应产物分离罐包括锥底型罐体和内置的混合搅拌器，搅拌器由电机驱动，电机安装在罐顶。原料与产品换热器为逆流式套管换热器。固体灰分脱水单元，脱水单元设压滤机，压滤机可选择真空式、离心式、板框式等型式。
原料混合器是通过自动控制实现各种不同原料的按比例进行混合。原料反应器的温度控制是由空气进料调节阀控制，原料反应器的压力控制是由反应产物进产品分离罐的调节阀控制。
更具体的说明：
活性污泥、含油污泥和废碱液分别来自各自的原料罐，在流量控制下按照比例送至原料混合器进行初步混合后至原料混合缓冲罐，经过罐中的搅拌器进一步搅拌混合，然后由容积式计量泵抽出送至原料与产品换热器换热升温，然后进入原料反应器，在反应器内和空气发生氧化反应，空气由压缩机升压后送至反应器。反应产物自反应器流出后和原料换热，被冷却后的反应产物至反应产物分离罐，分离罐闪蒸出的少量气体经过冷凝脱液后送至废气处理系统，经过沉淀分离的水具有很好的可生化性，送至污水处理场进一步处理，污泥经过固体灰分脱水单元脱水后，含水率较低的灰分送至厂外填埋，或进一步粘结压制做成一定规格石球，用作建筑材料等。
原料反应器的主要操作条件为：
| 序号 | 项目 | 单位 | 数值 | |
| 1 | 不同原料的占比 | Wt％ |
| |
| (1) | 活性污泥 |
|
0-100 | |
| (2) | 含油污泥 |
|
0-50 | |
| (3) | 废碱液或废液 |
|
0-100 | |
| 2 | 空气量和原料量的比 | V％ | 10-200 | |
| 3 | 反应器压力 | MPa(g) | 1-12 | |
| 4 | 反应器温度 | ℃ | 100-320 | |
| 5 | 停留时间(常温) | h | 0.5-6 |
本发明的一种自热式污泥及废碱、废液的综合处理方法及装置具有以下突出的效果：
一是活性污泥、含油污泥和废碱废液混合在一起处理，不但减少了分别单独处理的装置套数、设备台数，减少了占地和投资，而且由于污泥和碱渣的相互作用，降低了处理的难度，碱液也会避免污泥处理过程中设备结垢问题。含油污泥的加入可以有利于补充氧化过程的热量。
二是自发热工艺充分利用氧化反应放热作为热源，由于没有另外消耗燃料和化学药剂，大大降低了操作费用和能耗。
三是没有燃料消耗，处理过程全密闭，环境更友好。
四是活性污泥、含油污泥和废碱液的协同作用，节省了为防止换热器及管道结垢而设置的硝酸加入系统，延长了设备和管道的使用寿命。
五是通过注入空气在液相中同进料中生物有机质、有机污染物、硫化物等发生氧化反应，促使活性污泥中生物有机质破壁、甚至氧化为二氧化碳，有机污染物断键分解、硫化物全部氧化为硫酸盐，彻底释放污泥中水分，使无机灰分同水分分离变的很容易，可达到污泥减量排放的目标，所含污染物实现有效治理。（发明人杨根长;曲德燕;岳增亮）