申请日2019.11.26
公开(公告)日2020.02.07
IPC分类号C02F11/13; C02F11/10; C02F11/00; C10B53/00; C10B47/00; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，包括A.烟气流程，热烟气进入热解炭化系统对污泥间接加热，热量被碳化过程吸收，排出的烟气进入热力干化脱水系统，将污泥干燥，尾气夹带少量粉尘进入旋风除尘器固气分离，经脱硫脱硝系统、系统引风机进入除臭装置除臭净化后达标排放;B.污泥流程：湿污泥送至调质罐经均质调理后，送至机械压滤装置压滤处理，送至半干污泥仓，经污泥缓冲料斗进入污泥热力干化脱水系统，与热烟气直接接触换热后，再送至热解炭化系统，污泥被高温烟气间接加热炭化，污泥中的有机质以挥发分的形式析出，剩余水分也蒸发析出，污泥在热解碳化系统中形成污泥炭，冷却后，送至成品仓装车外运。
权利要求书
1.一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，包括烟气流程和污泥流程：
A.烟气流程：
热源为系统提供所需的热量，热源系统产生800-1100℃的热烟气在系统引风机作用下进入热解炭化系统，与污泥进行间接加热，热量被碳化过程所吸收，从热解炭化系统出口排出后温度500-600℃，进入热力干化脱水系统，通过强烈的热质交换，将污泥干燥，烟气温度降低至150℃以下，尾气夹带少量的粉尘进入旋风除尘器进行固气分离，再进入脱硫脱硝系统，经系统引风机进入除臭装置除臭净化后达标排放;
B.污泥流程：
1)含水率为80%的湿污泥通过污泥泵从原泥仓送至调质罐;
2)含水率95~97%的湿污泥直接通过污泥泵送入调质罐;
3)在调质罐内加入药剂均质调理后，经污泥泵送至机械压滤装置，压滤处理后污泥中水分被降至55%-60%，压滤脱水后的污泥通过输送设备送至半干污泥仓，通过污泥缓冲料斗进入污泥热力干化脱水系统，与300-600℃的热烟气直接接触换热后，污泥的水分被降至20%-40%，再通过输送装置送至热解炭化系统，污泥在碳化炉内筒，被内筒外的热源如燃烧器或热烟气进行加热，间接换热实现热解，污泥被800~1100℃的高温烟气通过炭化炉内金属筒壁间接加热，通过热传导和热辐射将污泥进一步升温、脱水干化、炭化，污泥中的有机质以挥发分的形式析出，同时剩余水分也蒸发析出，污泥在热解碳化系统中停留一定时间，最终形成污泥炭，污泥炭温度400~600℃，经冷却装置冷却至50℃以下后，送至成品仓装车外运。
2.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述热源为热风炉，热风炉中加设SNCR脱硝系统，在热烟气温度800~1100℃之间的温度区间内，喷入还原剂氨水溶液，实现燃烧过程的氮氧化物脱除。
3.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述炭化炉内金属内筒内部设置强化传热装置，加强与筒壁外热烟气的换热，确保污泥在筒内随着旋转的内容被扬起下落，加大与筒壁的接触面积，加强湿物料与干物料、低温物料与高温物料的掺混，确保反应同步。
4.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，碳化过程中产生的挥发分送至热风炉中燃烧，产生的800-1100℃的高温烟气依次进入热解碳化系统，从热解炭化系统排出后，烟气温度为300~600℃，进入热力干化脱水系统，从干化系统放热后，烟气温度为100~150℃，进入尾气处理系统，这就实现了能量的梯级利用，减少了正常燃料的消耗。
5.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述药剂为PAC药剂、石灰或者腐殖酸药剂;所述调质罐采用钢制、玻璃钢或混凝土材质。
6.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述机械压滤装置采用高压板框压滤机、带式压滤机或立式压滤机。
7.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述输送设备为输送皮带或刮板。
8.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述污泥热力干化脱水系统采用回转式干燥设备。
9.如权利要求1所述污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，其特征是，所述输送装置为螺旋输送机或刮板输送机。
10.一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理系统，其特征是，包括污泥接收仓，污泥接收仓经第一污泥泵与调质罐进口连通，调质罐出口经第二污泥泵与机械压滤装置的进口相连，机械压滤装置的出口与半干污泥仓进口连通，半干污泥仓出口与污泥缓冲料斗进口连通，污泥缓冲料斗出口经输送装置与污泥热力干化脱水系统进口连通，污泥热力干化脱水系统的出泥口与热解炭化系统的进泥口连通，污泥热力干化脱水系统的出风口与旋风除尘器的进风口连通，旋风除尘器的出风口和底部除尘口分别与脱硫脱硝系统的进风口和热解碳化系统的进泥口相连，脱硫脱硝系统的出风口经系统引风机与除臭装置的进口相连，除臭装置的出口直通外界大气;
热解碳化系统的进气口和污泥热力干化脱水系统的进气口依次与热风炉的出气口连通，热解碳化系统的出气口与热风炉的进气口连通，热解碳化系统的出泥口与冷却装置连通，冷却装置的出泥口与成品仓连通。
说明书
污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法及系统
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理及资源化利用领域，尤其是一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法及系统。
背景技术
随着我国社会经济和城镇化进程的快速发展，城市污水处理及工业废水处理的规模不断扩大，污泥产生量也大幅度增加，预计到2020年达到年产6000万吨(含水率80%)污泥，同时以15%的增速继续增长;污泥具有高产量、高含水率和高污染的特点，同时污泥中含有病原菌、抗生素及重金属等有害成分，现有的常规处理方式如好氧堆肥、厌氧制取沼气等很难将其中的有害物质处理彻底。而燃烧技术能够在短时间内实现污泥无害化、减量化的方法并消除内部的有害物质，比如锅炉掺烧、水泥窑协同和焚烧处理可以实现这些污染物的处置，但这些技术在处理过程产生更难以处理的二噁英，同时由于污泥热值低，燃烧过程需要大量耗能，这都将导致处理成本飙升。因此，开发一种既能彻底处理污泥中有害成分，同时在处理过程不产生新的二次污染的污泥处置方法和系统成为迫切需求。
中国专利申请CN 107129124 A公开了了一种连续处理生活污泥的系统和方法，系统包括：螺旋干燥炭化炉和旋转床热解炉，螺旋干燥炭化炉本体一端具有生活污泥入口，另一端具有炭化污泥出口。本体内沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向上形成进料区、一级干燥区、二级干燥区、碳化物和排料区，各级干燥区分别设置有燃烧器和水蒸气出口，炭化区具有可燃气出口、排料区具有烟气出口;螺旋干燥炭化炉的螺旋输送器在本体内沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向设置;旋转床热解炉具有炭化污泥入口、热解油气出口和固体残渣出口，旋转床热解炉内设置有辐射管。该申请未涉及污泥调理及机械脱水内容，同时，其中干燥和炭化采用燃烧器进行加热，能量利用率低。
中国专利申请CN 109052889 A公开了一种间接加热可移动式工业污泥连续热解方法碳化装置，该方法的工艺流程包括：输送步骤、水分蒸发步骤、中温干化步骤、高温碳化步骤、温压调整步骤、冷却处理步骤、油气冷凝步骤、油类回收步骤、废气处理步骤、废气排放在线检测步骤和PM颗粒物在线监测步骤，利用间接阶梯式的加热方式对移动中的污泥进行连续加热。该申请未涉及污泥调理及机械脱水的内容，同时其热解后产生热解油气冷凝回收再利用，浪费了热解油气的显热，需要补充更多的外部热量满足干化碳化要求。另外，尾气处理仅采用单纯的碱洗工艺，对尾气中氮氧化物等污染物的治理未做说明。
中国专利申请CN 108423961 A公开了一种污泥处置方法，包括以下步骤：将污泥注入反应釜后在反应釜内通入饱和蒸汽使污泥发生热水解反应，并得到热水解后的泥浆;将得到的泥浆注入到压滤机中进行机械压滤脱水，得到泥饼和滤液;将得到的泥饼置入碳化炉
中进行碳化，得到生物炭、热解气、焦油;将到的生物炭中的一部分作为热水解反应的催化剂返混至反应釜中;将得到的热解气和焦油经除尘后通入到热解气蒸汽锅炉中，并将产生的高温蒸汽再返回至反应釜中。该专利申请为蒸汽与污泥直接接触进行热水解后压滤脱水的工艺，增加了蒸汽的能量转换，热效率更低，且热水解反应釜只能间断进料，间断出料，无法连续生产。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法及系统，其能够实现污泥的减量化、无害化和资源化。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种污泥调理脱水耦合碳化减量化处理方法，包括烟气流程和污泥流程：
A.烟气流程：
热源为系统提供所需的热量，热源系统产生800-1100℃的热烟气在系统引风机作用下进入热解炭化系统，与污泥进行间接加热，热量被碳化过程所吸收，从热解炭化系统出口排出后温度300-600℃，进入热力干化脱水系统，通过强烈的热质交换，将污泥干燥，烟气温度降低至150℃以下，尾气夹带少量的粉尘进入-旋风除尘器进行固气分离，进入脱硫脱硝系统，经系统引风机进入除臭装置除臭净化后达标排放;
B.污泥流程：
1)含水率为80%的湿污泥通过污泥泵从原泥仓送至调质罐;
2)含水率95~97%的湿污泥直接通过污泥泵送入调质罐;
3)在调质罐内加入药剂均质调理后，经污泥泵送至机械压滤装置，压滤处理后污泥中水分被降至55%-60%，压滤脱水后的污泥通过输送设备送至半干污泥仓，通过污泥缓冲料斗进入污泥热力干化脱水系统，与300-600℃的热烟气直接接触换热后，污泥的水分被降至20%-40%，再通过输送装置送至热解炭化系统，污泥在碳化炉内筒，被内筒外的热源如燃烧器或热烟气进行加热，间接换热实现热解，污泥被800~1100℃的高温烟气通过炭化炉内金属筒壁间接加热，通过热传导和热辐射将污泥进一步升温、脱水干化、炭化，污泥中的有机质以挥发分的形式析出，同时剩余水分也蒸发析出，污泥在热解碳化系统中停留一定时间，最终形成污泥炭，污泥炭温度400~600℃，经冷却装置冷却至50℃以下后，送至成品仓装车外运。
所述炭化炉内金属内筒内部设置强化传热装置，加强与筒壁外热烟气的换热，确保污泥在筒内随着旋转的内容被扬起下落，加大与筒壁的接触面积，加强湿物料与干物料、低温物料与高温物料的掺混，确保反应同步。
所述热源为热风炉，热风炉中加设SNCR脱硝系统，在热烟气温度800~1100℃之间的温度区间内，喷入还原剂氨水溶液，实现燃烧过程的氮氧化物脱除;
碳化过程中产生的挥发分送至热风炉中燃烧，产生的800-1100℃的高温烟气依次进入热解碳化系统，从热解炭化系统排出后，烟气温度为300~600℃，进入热力干化脱水系统，从干化系统放热后，烟气温度为100~150℃，进入尾气处理系统，这就实现了能量的梯级利用，减少了正常燃料的消耗。
所述药剂为PAC药剂、石灰或者腐殖酸药剂。上述药剂对污泥细胞壁起到破壁的作用，在后续机械脱水环节，水分更容易被挤出。
所述调质罐采用钢制、玻璃钢或混凝土材质。
所述机械压滤装置采用高压板框压滤机、带式压滤机、立式压滤机或现有的其它形式机械压滤设备。
所述输送设备为输送皮带或刮板。
所述污泥热力干化脱水系统采用回转式干燥设备。
所述输送装置为螺旋输送机、刮板输送机或其它现有的物料输送机构。
根据排放标准的要求，除尘装置可选择增加布袋除尘器或湿式静电除尘器，确保粉尘含量达标;脱硫脱硝装置可采用湿法系统，洗涤塔可采用单级或多级，确保尾气中的硫氧化物和氮氧化物含量达到排放标准要求，也可根据项目情况选择半干法或干法进行酸性气体脱除;同时在热风炉中可根据需要加设SNCR脱硝系统，实现燃烧过程的氮氧化物脱除;除臭装置可采用活性炭吸附设备或光氧及等离子设备，也可采用生物除臭设备，确保尾气中的臭气达到排放标准要求。
污泥调理脱水耦合碳化减量化处理系统，包括污泥接收仓，污泥接收仓经第一污泥泵与调质罐进口连通，调质罐出口经第二污泥泵与机械压滤装置的进口相连，机械压滤装置的出口与半干污泥仓进口连通，半干污泥仓出口与污泥缓冲料斗进口连通，污泥缓冲料斗出口经输送装置与污泥热力干化脱水系统进口连通，污泥热力干化脱水系统的出泥口与热解炭化系统的进泥口连通，污泥热力干化脱水系统的出风口与旋风除尘器的进风口连通，旋风除尘器的出风口和底部除尘口分别与脱硫脱硝系统的进风口和热解碳化系统的进泥口相连，脱硫脱硝系统的出风口经系统引风机与除臭装置的进口相连，除臭装置的出口直通外界大气;
热解碳化系统的进气口和污泥热力干化脱水系统的进气口依次与热风炉的出气口连通，热解碳化系统的出气口与热风炉的进气口连通，热解碳化系统的出泥口与冷却装置连通，冷却装置的出泥口与成品仓连通。
本发明中，湿污泥分为两种，一种是经初步脱水后含水率80%的污泥，是经过预先脱水的污泥，从外部运来，卸至污泥接收仓，这种污泥需先经过稀释均质处理后再调理处理，另一种是污水处理厂内含水率95-97%的污泥，可直接利用污泥泵送方式，送至调理系统进行调质处理。在调理过程加入常规PAC药剂、石灰，或者腐殖酸药剂等，进行搅拌和充分接触，上述药剂对污泥细胞壁起到破壁的作用，在后续机械脱水环节，水分更容易被挤出。
压滤挤出的水分进行回收处理，送至厂内污水处理设施达标处理，或返回污水处理厂集中处理达标排放。
机械压滤后的污泥，送至缓冲料斗，料斗中配置破拱装置，防止污泥在存储过程中发生架桥拥堵;缓冲料斗的大小设置依据热力干化系统的需要，保证干化系统稳定生产。
污泥热力干化系统中高温热风与湿污泥直接接触加热，干燥系统中内置破碎装置，防止干燥脱水过程中污泥粘结，同时提高了换热效率。
本系统中的碳化系统采用间接加热的方式，通过高温烟气(800-1100℃)对污泥进行加热，整个炭化的过程密闭隔绝空气。
本发明中，SNCR的中文含义是选择性非催化还原法。
聚合氯化铝是一种新兴净水材料，无机高分子混凝剂，简称聚铝，英文缩写为PAC(poly aluminum chloride)，它是介于AlCI3和Al(OH)3，之间的一种水溶性无机高分子聚合物，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定。由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用，生产出来的聚合氯化铝是相对分子质量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。
腐植酸能络合氮、磷、钾常量元素和铜、铁、锌、锰等微量元素，腐植酸作为肥料具有可改良土壤、对氮磷钾肥增效、对作物生长有刺激性、增加产量、改善农产品品质等优点。
本发明相对于中国专利申请CN 107129124 A，炭化环节采用燃烧器或高温烟气加热，干化采用炭化环节的余热进行加热，能量利用率更高。
本发明的有益效果是：
(1)污泥处理量大，减量化显著
处理量大，同时减量化彻底，一次性减少污泥体积和总量80-95%。
(2)无害化彻底
污泥经过脱水耦合炭化处理后，可实现100%杀灭各种有害病原菌。
(3)重金属固化不再释放
炭化过程使污泥中重金属存在形态变得更加稳定、不会在后续利用中再释放
(4)抗生素得到分解
在碳化过程抗生素进行分解，消除了后续利用的危险因素。
(5)不产生二噁英
污泥热解过程为绝氧环境，燃烧过程不产生二噁英。
(6)污泥炭产物可安全利用
污泥热解炭化的产物为污泥生物炭，含有氮磷钾等元素，重金属固定稳定化，可作为园林营养土和吸附剂安全使用，符合循环经济的发展思路。（发明人孟辉;景元琢;肖培蒙;周学坤）