專利名稱：基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，適用于各類污泥處理，特別適用于市政污泥的處理。
背景技術(shù)：
市政污泥是城市污水處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、 無機(jī)顆粒、膠體等組成的復(fù)雜非均質(zhì)體。其主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)
(1)含水率高。污泥的含水率高達(dá)99%，常規(guī)脫水性能差，經(jīng)過機(jī)械脫水設(shè)備處理后的污泥，含水率一般也在80%以上，形成介于液體和固體之間的濃稠物，呈松軟、易流動(dòng)狀態(tài)， 土力學(xué)性能較差。(2)污水處理中所消減的COD有50%以上是轉(zhuǎn)化為細(xì)胞進(jìn)入到剩余污泥中，因此污泥中有機(jī)物含量高，并含有大量的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)?？缮暂^好，具有良好的產(chǎn)甲烷能力，資源化利用潛力巨大。(3)污泥通常含有一定量的有毒有害物質(zhì)，如寄生蟲卵、病原微生物、重金屬及有機(jī)化學(xué)毒性物，如處置不當(dāng)，易產(chǎn)生二次污染。目前常用的生活垃圾處理、處置方式處理市政污泥時(shí)存在的主要問題是 1、衛(wèi)生填埋
由于市政污泥含水率高、機(jī)械脫水性能差(常規(guī)機(jī)械脫水只能將含水率降至80%左右) 的特點(diǎn)，使其體積較大，運(yùn)輸成本較高，占用填埋場(chǎng)庫容較大，在我國各大城市現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)庫容已日漸飽和，而新建填埋場(chǎng)選址困難的情況下，若將市政污泥直接填埋，必將造成填埋場(chǎng)庫容巨大的浪費(fèi)，并成為填埋場(chǎng)運(yùn)行的巨大負(fù)擔(dān)；同時(shí)，由于市政污泥呈松軟、流動(dòng)狀，使其壓實(shí)難度大，極易產(chǎn)生填埋堆體沉陷甚至塌方，給填埋場(chǎng)的日常運(yùn)行帶來了極大風(fēng)險(xiǎn)；并且，市政污泥的高有機(jī)物含量使得填埋場(chǎng)穩(wěn)定化時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)營管理成本增加；而高含水率還使其成為垃圾滲濾液的重要來源，增加了滲濾液的處理成本及負(fù)荷。甚至目前國內(nèi)大部分垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)已開始拒絕市政污泥進(jìn)場(chǎng)。2、堆肥處理
若將機(jī)械脫水后市政污泥通過堆肥處理，由于其中含有大量有毒有害物質(zhì)和重金屬， 若運(yùn)行管理不當(dāng)，易造成二次污染。尤其是堆肥場(chǎng)所的環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量極為惡劣，再加上堆肥處理需要很大的占地面積，在人口稠密地區(qū)建設(shè)堆肥處理場(chǎng)的選址難度很大。另外，在堆肥過程中，通常需要添加調(diào)理劑降低含水率，使得需要處置的固體量不但沒有減少反而增加， 而銷路不暢也同樣是堆肥產(chǎn)品目前面臨的主要問題。3、焚燒發(fā)電
若將其通過焚燒處理，由于其高含水率的特點(diǎn)，熱值較低，需要添加輔助燃料，使得焚燒運(yùn)行成本提高，且運(yùn)行不當(dāng)易形成不完全燃燒產(chǎn)生二噁英、呋喃等致癌污染物。因此，市政污泥的處理有許多待解決的問題，且由于目前尚未得到足夠重視，處置方法不當(dāng)，已成為影響市容市貌、生態(tài)安全的潛在危險(xiǎn)源，但其資源化利用的潛力又是顯而易見的，因此市政污泥具有廢物與資源的雙重特性，可以說是典型的“放錯(cuò)了地方的資源”。 如何突破市政污泥難脫水、厭氧消化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等技術(shù)瓶頸，并回收生物質(zhì)能，實(shí)現(xiàn)廢物減量化、無害化和資源化的目的，是當(dāng)前我國亟需解決的現(xiàn)實(shí)問題，也是在一定程度上緩解我國能源緊缺的有效途徑。“水熱-中溫厭氧”組合處理技術(shù)是我司引進(jìn)國內(nèi)外已有先進(jìn)技術(shù)并進(jìn)行消化再研發(fā)而成，該技術(shù)具有工藝先進(jìn)、設(shè)備可靠、系統(tǒng)完整，節(jié)能效果和減量化效果突出，在國內(nèi)同類技術(shù)中處于領(lǐng)先水平，目前，該技術(shù)經(jīng)過多次小試、中試并已運(yùn)用于具體工程中，如北京北小河污泥水熱示范工程，東莞市區(qū)30t/d污泥水熱項(xiàng)目(2008年863導(dǎo)向型課題示范工程)，無錫碩放10t/d污泥水熱(2010年重大水專項(xiàng)示范工程)，淄博市100t/d污泥水熱項(xiàng)目(2011年863重點(diǎn)項(xiàng)目示范工程)，深圳市500t/d生物質(zhì)水熱項(xiàng)目(2011年科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目示范工程)，這些工程均取得了良好的效果，獲得了科技部、環(huán)保部的認(rèn)可，并在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中將其作為推薦技術(shù)進(jìn)行推廣。因此，該技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，該污泥處理工藝針對(duì)污水處理廠每天產(chǎn)生的市政污泥進(jìn)行處理處置、利用并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了垃圾減量化、無害化、資源化的目標(biāo)，城市生態(tài)環(huán)境和市容市貌得到極大改善。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行
(1)將經(jīng)過機(jī)械脫水后污泥，含水率為70% 85%，轉(zhuǎn)存至前處理單元進(jìn)行暫存和除臭；
(2)經(jīng)前處理的污泥進(jìn)入水熱單元，首先進(jìn)入均質(zhì)裝置內(nèi)充分混合均質(zhì)，均質(zhì)后污泥進(jìn)入漿化裝置，通過閃蒸乏汽返混進(jìn)行預(yù)熱漿化，在蒸汽預(yù)熱的同時(shí)進(jìn)行機(jī)械協(xié)同攪拌，提高漿化效率；漿化后污泥進(jìn)入水熱反應(yīng)器進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，可強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱過程，避免局部過熱結(jié)焦炭化；經(jīng)水熱后污泥進(jìn)入閃蒸器中減壓閃蒸，降至常壓，閃蒸乏汽回用于漿化反應(yīng)器，以提高能量利用率；
(3)閃蒸器排出的泥漿經(jīng)冷卻器冷卻至35、5°C后進(jìn)入高壓隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水， 獲得含固率為359Γ45%的脫水泥餅和脫水濾液。其中脫水泥餅可制成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入鍋爐為水熱單元提供蒸汽，實(shí)現(xiàn)減量化、資源化；脫水濾液除少量回流至水熱系統(tǒng)，其余進(jìn)入水處理系統(tǒng)；
(4)脫水濾液首先進(jìn)入中溫厭氧反應(yīng)器，停留時(shí)間為5.5^7. 5d，進(jìn)水溫度控制在40°C 以下，厭氧反應(yīng)器溫度3(T40°C。由于經(jīng)中溫厭氧處理后，污泥中固體有機(jī)物大部分已水解、 溶解，VFA迅速積累，厭氧消化性能得到極大改善，甲烷產(chǎn)量、速率顯著提高，具有回收利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，可進(jìn)入沼氣提純單元制取CNG。經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的污水進(jìn)入污水處理廠凈化處理。(5)經(jīng)中溫厭氧處理后的脫水泥餅制作成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐為水熱反應(yīng)器和閃蒸器提供蒸汽，當(dāng)生物質(zhì)燃料棒的熱量不足時(shí)，補(bǔ)充部分厭氧消化所產(chǎn)的沼氣。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述閃蒸器為多級(jí)閃蒸器。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述高壓隔膜壓濾機(jī)為程控廂式高壓隔膜壓濾機(jī)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述沼氣提純單元為變壓吸附提純裝置，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入變壓吸附提純裝置提純至 CH4的含量大于90%，CO2的含量小于3%，達(dá)到車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)后制成CNG。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
一是工藝先進(jìn)、設(shè)備可靠、系統(tǒng)完整、節(jié)能效果和減量化效果突出，是國家發(fā)改委、科技部、環(huán)保部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門均大力推薦的市政污泥處理技術(shù)；
二是污泥減量化效果明顯。經(jīng)水熱處理后，高含水率的市政污泥脫水性能顯著改善(通過機(jī)械脫水就可以將含水率降低到40%左右)，減容率比傳統(tǒng)機(jī)械脫水提高40%以上。三是垃圾無害化效果明顯。本項(xiàng)目水熱單元濕熱溫度達(dá)到175°C以上，停留時(shí)間超過30min，足以使市政污泥中病原微生物滅活。四是垃圾資源化再利用效益顯著。在175°C /30min條件下水熱處理后的市政污泥再進(jìn)行厭氧消化，甲烷產(chǎn)生量比沒有經(jīng)過水熱處理的污泥直接消化的甲烷產(chǎn)量增加60% 70%,在減少碳排放的同時(shí)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，該污泥處理工藝具有處理效果好、減容效果明顯、無害化程度高，甲烷回收利用經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)污水處理廠每天產(chǎn)生的市政污泥進(jìn)行處理處置、利用并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了垃圾減量化、無害化、資源化的目標(biāo)，城市生態(tài)環(huán)境和市容市貌得到極大改善。


圖1為本發(fā)明的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，工藝流程簡(jiǎn)述如下
(1)市政污泥20t/d (經(jīng)市政污水處理廠機(jī)械脫水后污泥，含水率為70% 85%，作為優(yōu)選一般取含水率80%)轉(zhuǎn)運(yùn)至處理廠進(jìn)行進(jìn)行暫存和除臭。( 2 )經(jīng)上述處理的市政污泥進(jìn)入水熱單元，首先進(jìn)入均質(zhì)罐內(nèi)充分混合均質(zhì)，均質(zhì)后污泥進(jìn)入漿化反應(yīng)器，通過閃蒸乏汽返混進(jìn)行預(yù)熱漿化，在蒸汽預(yù)熱的同時(shí)進(jìn)行機(jī)械協(xié)同攪拌，提高漿化效率；漿化后污泥進(jìn)入水熱反應(yīng)器進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，可強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱過程，避免局部過熱結(jié)焦炭化；經(jīng)水熱后污泥進(jìn)入多級(jí)閃蒸反應(yīng)器中減壓閃蒸，降至常壓，閃蒸乏汽回用于漿化反應(yīng)器，以提高能量利用率。(3)閃蒸器排出的泥漿經(jīng)冷卻器冷卻至35、5°C后(作為優(yōu)選可取40°C )進(jìn)入程控廂式高壓隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，獲得含固率約為40%的脫水泥餅和脫水濾液。其中脫水泥餅為含水率40%左右的高干度泥餅，低位熱值可達(dá)8000kJ/kg以上，可制成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入鍋爐為水熱系統(tǒng)提供蒸汽，實(shí)現(xiàn)減量化、資源化；脫水濾液除少量回流至水熱系統(tǒng)， 其余進(jìn)入水處理系統(tǒng)。(4)脫水濾液首先進(jìn)入中溫厭氧反應(yīng)器，停留時(shí)間6. 2d，進(jìn)水溫度控制在40°C以下，厭氧反應(yīng)器溫度35°C。由于中溫厭氧處理后，污泥中固體有機(jī)物大部分已水解、溶解，揮發(fā)性脂肪酸(VFA)迅速積累，厭氧消化性能得到極大改善，甲烷產(chǎn)量、速率顯著提高，具有回收利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，可進(jìn)入沼氣提純單元制取CNG外售。經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的污水進(jìn)入污水處理廠與城市生活污水一并處理。(5)經(jīng)中溫厭氧處理后的的脫水泥餅制作成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐為水熱系統(tǒng)提供蒸汽，當(dāng)泥餅熱量不足時(shí)，補(bǔ)充部分厭氧消化所產(chǎn)的沼氣。(6)本項(xiàng)目厭氧消化產(chǎn)氣量高，甲烷含量穩(wěn)定，具有回收利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入變壓吸附(PSA)提純裝置提純至甲烷含量95%，達(dá)到《車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)》(GB18047-2000)后制成CNG外售。這里在對(duì)水熱過程做一點(diǎn)補(bǔ)充說明簡(jiǎn)單來說，水熱處理就是把污泥在一定壓力下加熱到180°C或更高溫度，并保持30分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間。因?yàn)樵?70°C /30min— 180°C /30min條件下水熱處理后的污泥再進(jìn)行厭氧消化，甲烷產(chǎn)生量比沒有經(jīng)過水熱處理的污泥直接消化的甲烷產(chǎn)量增加60% 70%，有機(jī)物去除率提高50%，作為優(yōu)選本發(fā)明實(shí)施例采用的是175°C /30min。其具體過程是將經(jīng)過前處理的市政污泥加入到水熱裝置的反應(yīng)釜、在密閉條件下對(duì)其中的污泥加熱，當(dāng)污泥被加熱至120°C以上時(shí)，其中的微生物細(xì)胞開始破碎，膠體物質(zhì)開始解體，粘度降低，胞內(nèi)水、毛細(xì)吸附水和表面吸附水大量析出，大量的有機(jī)物從非溶解的固態(tài)轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)而轉(zhuǎn)移到液相中，因此市政污泥經(jīng)水熱處理后的殘余固體的脫水性能得到顯著改善(通過機(jī)械脫水就可以將含水率降低到40%左右)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行(1)將經(jīng)過機(jī)械脫水后污泥，含水率為70% 85%，轉(zhuǎn)存至前處理單元進(jìn)行暫存和除臭；(2)經(jīng)前處理的污泥進(jìn)入水熱單元，首先進(jìn)入均質(zhì)裝置內(nèi)充分混合均質(zhì)，均質(zhì)后污泥進(jìn)入漿化裝置，通過閃蒸乏汽返混進(jìn)行預(yù)熱漿化，在蒸汽預(yù)熱的同時(shí)進(jìn)行機(jī)械協(xié)同攪拌，提高漿化效率；漿化后污泥進(jìn)入水熱反應(yīng)器進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，可強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱過程，避免局部過熱結(jié)焦炭化；經(jīng)水熱后污泥進(jìn)入閃蒸器中減壓閃蒸，降至常壓，閃蒸乏汽回用于漿化反應(yīng)器，以提高能量利用率；(3)閃蒸器排出的泥漿經(jīng)冷卻器冷卻至35、5°C后進(jìn)入高壓隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水， 獲得含固率為359Γ45%的脫水泥餅和脫水濾液；其中脫水泥餅可制成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入鍋爐為水熱單元提供蒸汽，實(shí)現(xiàn)減量化、資源化；脫水濾液除少量回流至水熱系統(tǒng)，其余進(jìn)入水處理系統(tǒng)；(4)脫水濾液首先進(jìn)入中溫厭氧反應(yīng)器，停留時(shí)間為5.5^7. 5d，進(jìn)水溫度控制在40°C 以下，厭氧反應(yīng)器溫度3(T40°C ；由于經(jīng)中溫厭氧處理后，污泥中固體有機(jī)物大部分已水解、 溶解，VFA迅速積累，厭氧消化性能得到極大改善，甲烷產(chǎn)量、速率顯著提高，具有回收利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，可進(jìn)入沼氣提純單元制取CNG ；經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的污水進(jìn)入污水處理廠凈化處理；(5)經(jīng)中溫厭氧處理后的脫水泥餅制作成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐為水熱反應(yīng)器和閃蒸器提供蒸汽，當(dāng)生物質(zhì)燃料棒的熱量不足時(shí)，補(bǔ)充部分厭氧消化所產(chǎn)的沼氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述閃蒸器為多級(jí)閃蒸器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述高壓隔膜壓濾機(jī)為程控廂式高壓隔膜壓濾機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，其特征在于所述沼氣提純單元為變壓吸附提純裝置，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入變壓吸附提純裝置提純至CH4的含量大于90%，CO2的含量小于3%，達(dá)到車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)后制成CNG。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于水熱改性技術(shù)的污泥處理工藝，按以下步驟進(jìn)行(1)將經(jīng)過機(jī)械脫水后污泥，含水率為70%~85%，轉(zhuǎn)存至前處理單元進(jìn)行暫存和除臭；(2)進(jìn)入均質(zhì)裝置內(nèi)充分混合均質(zhì)，均質(zhì)后污泥進(jìn)入漿化裝置，漿化后污泥進(jìn)入水熱反應(yīng)器進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)水熱后污泥進(jìn)入閃蒸器中減壓閃蒸；(3)經(jīng)冷卻器冷卻至35~45℃后進(jìn)入高壓隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，獲得含固率為35%~45%的脫水泥餅和脫水濾液；(4)脫水濾液進(jìn)入中溫厭氧反應(yīng)器，停留時(shí)間為5.5~7.5d，進(jìn)水溫度控制在40℃以下，厭氧反應(yīng)溫度為30~40℃；(5)脫水泥餅制作成生物質(zhì)燃料棒，進(jìn)入鍋爐為水熱反應(yīng)器和閃蒸器提供蒸汽。該污泥處理工藝具有處理效果好、減容效果明顯、無害化程度高，甲烷回收利用經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F11/12GK102381820SQ20111027970
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者張曉輝 申請(qǐng)人:福州開發(fā)區(qū)三水環(huán)?？萍加邢薰?br>