專利名稱：污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種城市生活污水處理廠所產(chǎn)污泥和造紙、皮革、印染等行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)污泥的處理和利用方法。
背景技術(shù)：
隨著城市化的發(fā)展和水環(huán)境管理的重視與加強，城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模和程度與日俱增。至2010年底，我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模已達到12476萬立方米/日。城鎮(zhèn)污水處理廠污泥(簡稱污泥)是污水處理過程中不可回避的副產(chǎn)物，主要來源于初次沉淀池、二次沉淀池等工藝單元。每萬m3污水經(jīng)處理后將產(chǎn)生污泥5-10噸(按含水率80%計)，以此估算，當前我國每年產(chǎn)生污泥量已超過2200萬噸。污泥中含有大量的有機物和農(nóng)作物生長所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，但同時也含有眾多種類有毒有害污染物，包括致病菌、寄生蟲(卵)等生物污染物，銅、鋅、鉻、汞等重金屬，以及多氯聯(lián)苯、二噁英等持久性有機污染物，如果得不到妥善處理，容易造成二次污染。因此，如何安全、經(jīng)濟地處理污泥已成為全球共同關(guān)注的重要環(huán)境問題，也是污水處理廠和市政管理部門面臨的難題。目前，我國城市污泥的處理主要采用以下三種技術(shù)途徑:途徑A:機械脫水(含水率80 %左右)與穩(wěn)定化處理+垃圾填埋場填埋；

途徑B:機械脫水與穩(wěn)定化+還田利用；途徑C:機械脫水處理+焚燒(或干化后焚燒)。途徑A被公認為是一種最不可持續(xù)的污泥處理方式。其不可持續(xù)性主要表現(xiàn)為:減量化程度低，僅脫去20%左右的水；填埋處置需要占用大量土地，同時造成污泥中有益成分(N、P等)和能量的流失，又以多種方式向環(huán)境中輸送污染物(如填埋氣和滲浙液)；由于污泥與生活垃圾性質(zhì)差異較大，填埋場中污泥的引入，給填埋作業(yè)和填埋管理帶來困難。因此，許多國家和地區(qū)已經(jīng)非常慎重地采用此種方式處置污泥，如歐盟許多成員國已逐漸淘汰污泥填埋處置(2010年歐盟填埋處置所占比例為14%，預計2020約為7% )，美國環(huán)保署計劃在今后的20年內(nèi)關(guān)閉80%的污泥填埋場。鑒于我國當前國情，國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)規(guī)范》將污泥填埋視為“我國一定時間內(nèi)一種過渡性的處理處置措施”。但隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境保護要求的日益嚴格，我們有理由相信，在不久的將來這種污泥處理途徑在我國也將成為歷史。將污泥機械脫水、穩(wěn)定化處理后(如石灰穩(wěn)定化、堆肥化等)還田利用(途徑B)，可實現(xiàn)對污泥中氮、磷等養(yǎng)分資源的部分回收利用，是當前包括我國在內(nèi)的眾多國家解決污泥出路的主要途徑。然而，這種方式也伴隨著向土壤中輸入生物污染物、重金屬和持久性有機污染物，長期的污泥回田極有可能導致土壤污染，危及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。許多發(fā)達國家和地區(qū)也因此對施入污泥的性質(zhì)和數(shù)量、受納土地類型等方面作了嚴格要求和管控?？紤]到當前我國土壤污染形勢已相當嚴峻，以及污泥產(chǎn)生量日趨增加與適合對污泥進行消納的土地面積日益減小的矛盾，污泥還田利用必將受到更為嚴格的控制。
途徑C (污泥原位機械脫水處理+焚燒或干化后焚燒)具有完全滅絕致病菌、污泥減量化徹底、并可部分回收污泥中的能量等優(yōu)點，近年來日益受到重視，是解決低質(zhì)污泥(特別是有毒有害物質(zhì)含量較高的污泥)出路的重要替代技術(shù)。但是，由于污泥焚燒產(chǎn)生有大量的有毒有害氣體(包括二惡英類等致癌物)，而這些氣體的有效清除和凈化需要大量的設施投入與資金投入，這種污泥消納方式面臨著“運營成本高和公共可接受性差”兩大挑戰(zhàn)。因此，盡管技術(shù)上相當成熟和存在諸多優(yōu)勢，污泥焚燒技術(shù)一直以來未能實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有污泥處理技術(shù)存在的上述不足，提供一種污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:本污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法按如下步驟進行:(I)污泥脫水干化:污泥經(jīng)機械脫水，脫去20-30%水后，再經(jīng)污泥干化機進行干化，使干化污泥含水率為5% -10% ；(2)污泥的中溫快速熱解處理:將干化污泥傳送至熱解反應器中，加熱溫度為500-6000C，進行無氧熱處理，控制污泥進料速度和載氣流速，保證污泥和熱解揮發(fā)物在反應器中的停留時間分別為10-40min和l_5s ；(3)熱解產(chǎn)物的分離與收集:對污泥經(jīng)步驟(2)處理后輸出的重質(zhì)熱固相流和輕重熱氣相流進行分離，并對分離后的產(chǎn)物進行收集。步驟(2)輸出的重質(zhì)熱固相流(主要為重質(zhì)熱解炭)利用自身重力由經(jīng)傾斜式管道自然流入到熱解炭活性裝置；步驟(2)輸出的熱氣相流先通入至旋風分離器，分離出其中的細微粒狀輕質(zhì)熱解炭，再通入到循環(huán)水冷卻處理器，分離出熱氣相流中的可冷凝性氣體即熱解油和不可冷凝性氣體即熱解氣；(4)熱解油的發(fā)電與余熱利用；步驟⑶分離所得的熱解油與礦物油按1: 1-3比例混合，作為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的燃燒油，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的電能用于供應本發(fā)明所有相關(guān)裝置的用電，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的余熱用于污泥熱干化，多余的電能并入電網(wǎng)；(5)熱解氣循環(huán)利用與熱解炭的活化:將經(jīng)步驟(3)分離而得的重質(zhì)熱解炭與輕質(zhì)熱解炭匯集于熱解炭活化裝置中，然后將步驟(3)分離而得的熱解氣導入活化裝置中對熱解炭進行活化，制得活化碳，再將熱解炭活化裝置釋放的氣體導入步驟(2)的熱解反應器中，多余熱解氣經(jīng)下一步驟的廢氣凈化后排放；(6)廢氣的活性炭吸附凈化處理:將步驟(I)污泥于化和步驟(5)用后的多余熱解氣匯集后通入活性炭吸附裝置，進行凈化處理，所用活性炭來自步驟(5)制得。本發(fā)明的有益效果是:1、能量回收與利用效率高。本發(fā)明對污泥熱解工藝進行了優(yōu)化，可將污泥中的大部分能量轉(zhuǎn)移到便于貯存和使用的熱解油產(chǎn)物中，能量轉(zhuǎn)化效率可高達60% ;本發(fā)明以熱解油為燃料進行發(fā) 電，并將發(fā)電余熱用于污泥熱干化處理，提高了熱解油的能量利用效率；此外，本發(fā)明利用熱解 炭中的余熱對熱解載氣(也就是部分循環(huán)熱解氣)進行預熱，可節(jié)省熱解作業(yè)所需能量；2、二次污染小，無害化程度高。通過經(jīng)工藝優(yōu)化后的中溫快速熱解處理，污泥中的絕大多數(shù)重金屬將滯留在熱解固相產(chǎn)物熱解炭中，并以穩(wěn)定的形式存在，降低了其后續(xù)非燃料化利用(如用作吸附劑、垃圾填埋場覆蓋材料等)的環(huán)境危害風險。另一方面，由于熱解氣中幾乎不含重金屬，因而無需對熱解氣進行重金屬脫除處理；3、運營成本低。本發(fā)明采用中溫快速熱解技術(shù)將污泥轉(zhuǎn)化成生物油，為污泥熱干化處理和熱解等作業(yè)提供能量源，可顯著降低能耗和作業(yè)成本。另一方面，污泥經(jīng)熱干化處理和熱解處理后，體積大大減小，最終熱解炭體積為原脫水污泥(以含水率80%計)體積的10%左右，可明顯節(jié)省后續(xù)貯存、運輸?shù)荣M用。此外，本發(fā)明采用經(jīng)熱解氣活化處理的熱解炭為吸附劑，對工藝運行過程中所產(chǎn)生的廢氣進行凈化處理，降低了廢氣治理成本；4、環(huán)境效益明顯。地球礦物燃料資源的耗竭和溫室效應是當前社會面臨的兩大難題，而開發(fā)與利用生物能等可再生能源和推進碳減排工作被公認為是解決這兩大難題的根本途徑。本發(fā)明將污泥經(jīng)熱解加工轉(zhuǎn)化成生物油，用作污泥處理所需的能量源，可降低對礦物燃料的依賴(由此也減少了碳排放)。此外，本發(fā)明系統(tǒng)所產(chǎn)生的活性炭(即經(jīng)活化處理后的熱解炭)含有較高的碳物質(zhì)，并以穩(wěn)定的形式存在，可用作垃圾填埋場覆蓋材料(或廢水、廢氣處理的吸附劑)，同時達 到碳封存的目的。
具體實施例方式本發(fā)明下面結(jié)合實施例予以闡明:本污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法按如下步驟進行:(I)污泥脫水與干化:污泥經(jīng)機械脫水，脫去20-30 %水后，再經(jīng)污泥干化機進行進一步脫水。為確保污泥熱解加工所產(chǎn)生的熱解油具有較高的品質(zhì)和熱值，對污泥進行充分干化，使其固含率達到90-95%之間；(2)污泥 的中溫快速熱解處理:將干化污泥傳送至熱解反應器中進行熱處理，使污泥轉(zhuǎn)化為熱解油、熱解炭和熱解氣。為提高熱解油產(chǎn)量和減免熱解過程中污泥所含的重金屬的揮發(fā)，采用中溫快速熱解方法對污泥進行無氧熱處理，主要控制參數(shù)為:加熱溫度為500-600°C，污泥在熱解反應器中的處理時間為5-30min，污泥熱解產(chǎn)生的揮發(fā)物在反應器中停留時間為l_5s ；(3)熱解產(chǎn)物的分離與收集:對污泥經(jīng)步驟(2)處理后輸出的重質(zhì)熱固相流和輕重熱氣相流進行分離，并對分離后的產(chǎn)物進行收集。步驟(2)輸出的重質(zhì)熱固相流利用自身重力由經(jīng)傾斜式管道自然流入到熱解炭活性裝置；步驟(2)輸出的熱氣相流先通入至旋風分離器，分離出其中的細微粒狀輕質(zhì)熱解炭，再通入到循環(huán)水冷卻處理器，分離出熱氣相流中的可冷凝性氣體即熱解油和不可冷凝性氣體即熱解氣；(4)熱解油的發(fā)電與余熱利用:步驟(3)分離所得的熱解油與礦物油按1: 1-3比例混合，作為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的燃燒油，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的電能用于供應本發(fā)明所有相關(guān)裝置的用電，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的余熱用于污泥熱干化，多余的電能并入電網(wǎng)；(5)熱解氣循環(huán)利用與熱解炭的活化:將經(jīng)步驟(3)分離而得的重質(zhì)熱解炭與輕質(zhì)熱解炭匯集于熱解炭活化裝置中，然后將步驟(3)分離而得的熱解氣導入活化裝置中對熱解炭進行活化，制得活化碳，再將熱解炭活化裝置釋放的氣體導入步驟(2)的熱解反應器中，多余熱解氣經(jīng)下一步驟的廢水凈化后排放；(6)廢氣的活性炭吸附凈化處理:將步驟(I)污泥干化和步驟(5)用后的多余熱解氣匯集后通入活性炭吸附裝置，進行凈化處理，所用活性炭來自步驟(5)制得。
需說明的是本發(fā)明各環(huán)節(jié)所采用的設備均可 通過市售或網(wǎng)購獲得。
權(quán)利要求
1.一種污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法，其特征在于按如下步驟進行: (1)污泥脫水干化:污泥經(jīng)機械脫水，脫去20-30%水后，再經(jīng)污泥干化機進行干化，使干化污泥含水率為5% -10% ； (2)污泥的中溫快速熱解處理:將干化污泥傳送至熱解反應器中，加熱溫度為500-6000C，進行無氧熱處理，控制污泥進料速度和載氣流速，保證污泥和熱解揮發(fā)物在反應器中的停留時間分別為10-40min和l_5s ； (3)熱解產(chǎn)物的分離與收集:對污泥經(jīng)步驟(2)處理后輸出的重質(zhì)熱固相流和輕質(zhì)熱氣相流進行分離，并對分離后的產(chǎn)物進行收集。步驟(2)輸出的重質(zhì)熱固相流主要是重質(zhì)熱解炭，利用自身重力由經(jīng)傾斜式管道自然流入到熱解炭活性裝置；步驟(2)輸出的熱氣相流先通入到旋風分離器，分離出其中的細微粒狀輕質(zhì)熱解炭，再通入到循環(huán)水冷卻處理器，分離出熱氣相流中的可冷凝性氣體即熱解油和不可冷凝性氣體即熱解氣； (4)熱解油的發(fā)電與余熱利用:步驟(3)分離所得的熱解油與礦物油按1: 1-3比例混合，作為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的燃料油，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的電能用于供應本發(fā)明所有相關(guān)裝置的用電，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的余熱用于污泥熱干化，多余的電能并入電網(wǎng)； (5)熱解氣循環(huán)利用與熱解炭的活化:將經(jīng)步驟(3)分離而得的重質(zhì)熱解炭與輕質(zhì)熱解炭匯集于熱解炭活化裝置中，然后將步驟(3)分離而得的熱解氣導入活化裝置中對熱解炭進行活化，制得活化碳，再將熱解炭活化裝置釋放的氣體導入步驟(2)的熱解反應器中，多余熱解氣經(jīng)下一步驟的廢氣凈化后排放； (6)廢氣的活性炭吸附凈化處理:將步驟(I)污泥干化和步驟(5)用后的多余熱解氣匯集后通入活性炭吸附裝置， 進行凈化處理，所用活性炭來自步驟(5)制得。
全文摘要
一種污泥快速熱解處理及轉(zhuǎn)化物的原位利用方法，接污泥的脫水干化、污泥的中溫快速熱解、熱解產(chǎn)物的分離、熱解油的發(fā)電與余熱利用、熱解氣的循環(huán)利用和熱解炭活化、廢氣的活性炭吸附凈化處理六個步驟進行。采用本方法對城市生活污水處理廠所產(chǎn)的污泥和造紙、皮革、印染等行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)污泥進行處理，能對污泥實現(xiàn)顯著減量，并將污泥熱解轉(zhuǎn)化產(chǎn)物就地利用于污泥的減量處理和廢氣凈化處理，減小了貯存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，是一種集約式的處理方式，具有能量回收利用率高、二次污泥小、無害化程度高、運營成本低、環(huán)境效益明顯等優(yōu)點。
文檔編號C02F11/00GK103172245SQ201310093370
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者曹玉成 申請人:曹玉成