申请日2019.10.16
公开(公告)日2019.12.20
IPC分类号C02F11/143; C02F11/122; C02F11/10; C10B53/00; B01D53/02; B01D50/00; B28B3/02; B28B17/02; C02F101/20
摘要
一种污泥多级资源化的综合利用方法及其利用系统。所述方法包括包括以下步骤：(1)污泥前期处理;(2)污泥和热烟气的热解;(3)油气分离;(4)资源化利用;(5)制得资源化成品。所述利用系统包括污泥处理和输送装置、热解反应装置、油气分离装置、窑炉、污泥焦资源化处理装置、成品装置和自动控制装置，所述自动控制装置控制上述其它装置工作。本发明能够实现高效、节能、无污染的污泥资源化处理。
权利要求书
1.一种污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)污泥前期处理：在污泥中添加硫酸聚铁以破坏污泥中的絮体结构，硫酸聚铁的加入量为污泥总质量的5～7%，再经脱水处理;利用天然沸石或人工沸石对污泥脱水过程释放的臭气中的杂质进行吸附，吸附后的尾气达标排放;
(2)污泥和热烟气的热解：将来自窑炉的热烟气与经过步骤(1)处理后的污泥进行顺流接触，污泥颗粒吸收热量在缺氧条件下热解产生焦油、热解气和污泥焦;
(3)油气分离：将热解产生的油气进行分离，分离后的热解气流出经过除尘单元后，作为燃料和气体脱硝剂，送入窑炉的炉膛再燃烧区;分离后的焦油输送到污水处理单元进行处理;
(4)资源化利用：将步骤(2)中生成的污泥焦进行资源化利用，向污泥焦中加入水泥和粉煤灰，水泥、粉煤灰和污泥焦的质量比为2～3:4～5:10～12;搅拌破碎混合，搅拌速度为3800～4200r/min，搅拌时间为1～2h，将混合料输入至陈化仓内进行陈化，陈化仓内保持温度为50～52℃，陈化时间为2～3h，成为陈化料;
(5)制得资源化成品：将上述陈化料导入模具中，将模具置于压力机中，成型压力为22～25Mpa，在最高压力处保压30～35s，放压卸下模具，取出砖坯;将砖坯风干，洒水自然养护10～20d，即得砖成品。
2.根据权利要求1所述的污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，步骤(1)中的脱水处理具体为将污泥通过螺旋污泥泵泵送至污泥脱水机，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液中投加处理剂，以对重金属进行沉淀吸附处理;所述处理剂包括以下重量份的材料：50～55份的聚铝、10～15份的氯化铁和10～12份的泡花碱，所述处理剂的投加量为125～130g/m3。
3.根据权利要求1-2所述的污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，步骤(2)中的热烟气温度为480～520℃，氧含量为3～5%;热解反应温度为550～580℃;污泥颗粒的粒径为0.5～0.8mm。
4.根据权利要求3所述的污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，步骤(3)中热解气和烟气混合气送入窑炉的炉膛再燃烧区，温度为980～1000℃，空气过剩系数0.8～0.9。
5.根据权利要求1-4所述的污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，步骤(4)中，在搅拌破碎混合之后、混合料输入至陈化仓之前，将污泥通过变径螺旋绞龙进行连续挤压，在变径螺旋绞龙出口处的污泥达到挤压升温，离开变径螺旋绞龙出口的污泥呈松散状态。
6.根据权利要求5所述的污泥多级资源化的综合利用方法，其特征在于，步骤(2)中来自窑炉的热烟气首先通过多级旋风处理器，将直径10μm以上的粗颗粒物沉降，然后再通过布袋除尘器后，直径1～10μm的细颗粒拦截率达到99.9%。
7.一种执行污泥多级资源化的综合利用方法的利用系统，其特征在于，包括污泥处理和输送装置、热解反应装置、油气分离装置、窑炉、污泥焦资源化处理装置、成品装置和自动控制装置，所述自动控制装置控制上述其它装置工作;
污泥处理和输送装置、热解反应装置、污泥焦资源化处理装置和成品装置依次连接，热解反应装置还与油气分离装置连接，窑炉还分别与热解反应装置和油气分离装置连接，油气分离装置还单独连接有污水处理单元;污泥处理和输送装置与热解反应装置之间设有输泥管道，热解反应装置与油气分离装置之间设有第一热解气输送管，窑炉与热解反应装置之间设有烟气输送管，热解反应装置还设有污泥焦出口，污泥焦出口连接于污泥焦资源化处理装置，油气分离装置内设置有除尘单元与热解气喷射单元，两者之间设有第二热解气输送管，热解气喷射单元设有喷枪，喷枪位于窑炉的炉膛内部，除尘单元设有粉尘出口;污泥焦资源化处理装置设有出口，出口连接于成品装置。
8.根据权利要求7所述的利用系统，其特征在于，所述污泥处理和输送装置内设置有污泥脱水机，包括电源、阳极螺旋轴、定环、游动环、孔板、旋转切刀和纤维网布传送带。
说明书
一种污泥多级资源化的综合利用方法及其利用系统
技术领域
本发明涉及污泥处理的技术领域，更具体地，涉及一种污泥多级资源化的综合利用方法及其利用系统。
背景技术
污泥处置目标是减量化、稳定化、无害化和最终资源化，既便于运输和消纳，又对污染资源再利用。当前各种处理方法中，投入的成本由低到高分别为填埋、消化利用、协同焚烧等。
卫生填埋处置不符合国家目前污泥处理处置政策要求，污泥填埋后，内部仍然含有大量水分，产生大量垃圾渗滤液，处理不当污染当地水源，且占用大量的土地面积，未来有取消污泥填埋的趋势。
消化分为厌氧和好氧消化，最终污泥可以制肥供土地利用。厌氧消化并不能一次性彻底处理全部污泥，消化过程很难满足污泥无害化要求，往往需厌氧消化前先进行高温热水解，厌氧产沼气过程和沼气储存都存在安全风险，而国内污泥有机质含量偏低，含砂量高，肥份难满足制肥要求，肥料存在销路难题，且通过热水解、厌氧、好氧工艺，投资大，运营费用高，废水、臭气、重金属超标难治理。
焚烧工艺在污泥减量化和无害化方面优势明显，灭菌效果彻底，污泥焚烧前，应尽可能降低污泥的含水率，提高污泥热值，一般的焚烧装置同污泥的干燥过程是一体的，处理设备的一次性投资大，能耗和处理费用高，污泥焚烧后重金属等可能随着烟尘的扩散进入大气造成二次污染。
如何用一种处理工艺，用较小的投资和便捷的运营，达到污泥的减量化、稳定化、无害化和最终资源化利用，是我们迫切需要解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种污泥多级资源化的综合利用方法及其利用系统。本发明能够实现高效、节能、无污染的污泥资源化处理。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种污泥多级资源化的综合利用方法，包括以下步骤：
(1)污泥前期处理：在污泥中添加硫酸聚铁以破坏污泥中的絮体结构，硫酸聚铁的加入量为污泥总质量的5～7%，再经脱水处理;利用天然沸石或人工沸石对污泥脱水过程释放的臭气中的杂质进行吸附，吸附后的尾气达标排放;
(2)污泥和热烟气的热解：将来自窑炉的热烟气与经过步骤(1) 处理后的污泥进行顺流接触，污泥颗粒吸收热量在缺氧条件下热解产生焦油、热解气和污泥焦;
(3)油气分离：将热解产生的油气进行分离，分离后的热解气流出经过除尘单元后，作为燃料和气体脱硝剂，送入窑炉的炉膛再燃烧区;分离后的焦油输送到污水处理单元进行处理;
(4)资源化利用：将步骤(2)中生成的污泥焦进行资源化利用，向污泥焦中加入水泥和粉煤灰，水泥、粉煤灰和污泥焦的质量比为2～ 3:4～5:10～12;搅拌破碎混合，搅拌速度为3800～4200r/min，搅拌时间为1～2h，将混合料输入至陈化仓内进行陈化，陈化仓内保持温度为50～52℃，陈化时间为2～3h，成为陈化料;
(5)制得资源化成品：将上述陈化料导入模具中，将模具置于压力机中，成型压力为22～25Mpa，在最高压力处保压30～35s，放压卸下模具，取出砖坯;将砖坯风干，洒水自然养护10～20d，即得砖成品。
优选的，步骤(1)中的脱水处理具体为将污泥通过螺旋污泥泵泵送至污泥脱水机，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液中投加处理剂，以对重金属进行沉淀吸附处理;所述处理剂包括以下重量份的材料：50～55份的聚铝、10～15份的氯化铁和10～12份的泡花碱，所述处理剂的投加量为125～130g/m3。
在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中的热烟气温度为480～ 520℃，氧含量为3～5%;热解反应温度为550～580℃;污泥颗粒的粒径为0.5～0.8mm。
在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中热解气和烟气混合气送入窑炉的炉膛再燃烧区，温度为980～1000℃，空气过剩系数0.8～ 0.9。
在上述任一方案中优选的是，步骤(4)中，在搅拌破碎混合之后、混合料输入至陈化仓之前，将污泥通过变径螺旋绞龙进行连续挤压，在变径螺旋绞龙出口处的污泥达到挤压升温，离开变径螺旋绞龙出口的污泥呈松散状态。
在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中来自窑炉的热烟气首先通过多级旋风处理器，将直径10μm以上的粗颗粒物沉降，然后再通过布袋除尘器后，直径1～10μm的细颗粒拦截率达到99.9%。
本发明为解决上述技术问题所采用的另一技术方案是一种污泥多级资源化的利用系统，包括污泥处理和输送装置、热解反应装置、油气分离装置、窑炉、污泥焦资源化处理装置、成品装置和自动控制装置，所述自动控制装置控制上述其它装置工作;
污泥处理和输送装置、热解反应装置、污泥焦资源化处理装置和成品装置依次连接，热解反应装置还与油气分离装置连接，窑炉还分别与热解反应装置和油气分离装置连接，油气分离装置还单独连接有污水处理单元;污泥处理和输送装置与热解反应装置之间设有输泥管道，热解反应装置与油气分离装置之间设有第一热解气输送管，窑炉与热解反应装置之间设有烟气输送管，热解反应装置还设有污泥焦出口，污泥焦出口连接于污泥焦资源化处理装置，油气分离装置内设置有除尘单元与热解气喷射单元，两者之间设有第二热解气输送管，热解气喷射单元设有喷枪，喷枪位于窑炉的炉膛内部，除尘单元设有粉尘出口;污泥焦资源化处理装置设有出口，出口连接于成品装置。
优选的，所述污泥处理和输送装置内设置有污泥脱水机，包括电源、阳极螺旋轴、定环、游动环、孔板、旋转切刀和纤维网布传送带。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.本发明的污泥多级资源化的综合利用方法及其利用系统，可实现污泥连续脱水，方便了制备的污泥燃料颗粒可多种途径实现资源化。
2.本发明以窑炉产生的烟气为热源和载气，在一定温度下对污泥进行热解，在实现能源利用的同时去除烟气中NOx，实现了污泥的安全化、资源化利用，避免了现有污泥填埋、焚烧等处置方式的二次污染问题，实现了以废治废和多种污染物协同控制，是一种可行的污泥资源化利用方式。
3.本发明提出的工业规模化的污泥系统性资源化利用工艺，可将污泥制成砖，工艺稳定性高。
4.本发明处理方法简单，工艺流程短，处理成本低。处理装置结构紧凑，运行稳定性和可靠性好，处理过程无污染。特别是处理过程能源消耗低，降低处理成本，利于普及推广。（发明人陈琛;罗海林;蔡素燕;汪元南;吴艳丽;王敏）