本發(fā)明涉及城市生活污水處理領域，提供了一種水熱碳化處理污泥制備燃料的方法。

背景技術：

污泥吸納了眾多污水中的有害物質，是污染物的集中聚集地。污泥具有含水率高、易腐敗、有惡臭，含有重金屬、容易引起致癌致畸致突變等特點。作為城市運行中不可避免的產(chǎn)物，污泥隱患的長期存在，污染了環(huán)境的同時嚴重威脅民眾身體健康。

我國的污水處理產(chǎn)業(yè)伴隨著改革開放起步，歷史不長，又受到經(jīng)濟發(fā)展水平和環(huán)境保護意識薄弱的約束。近年來，雖然污水處理率上有所改善，但“重污水處理，而輕污泥處理”的問題一直沒有得到很好的解決：目前我國污水處理廠產(chǎn)生污泥的處理處置現(xiàn)狀令人擔憂。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計，我國污泥農用約占44.8％、陸地填埋約占31％、其它方式的處置約占10.5％，沒有處置約占13.7％。而這些所謂的“處理”和“處置”基本上是直接施用或填埋，而不是真正意義上的安全處置，符合安全處理處置規(guī)定的數(shù)量估計不超過10％。污泥處理處置的種種亂象，在眾多機構的調研中都得到證實。未規(guī)范處置的污泥已經(jīng)成為土壤和水環(huán)境中一個新的環(huán)境污染源，很大程度上抵消了污水處理廠凈化環(huán)境的功效，嚴重制約了污水處理事業(yè)的健康發(fā)展。

污泥組成、性質的復雜性決定了其處置的難度，盡管近年來國內外涌現(xiàn)出多種技術，但用“減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化”四大基本原則衡量，目前各種不同的處理技術往往顧此失彼，很難達到合理的技術經(jīng)濟目標：以占用大量土地資源和幾十年消納周期的填埋、發(fā)酵堆肥等工藝很難成為污泥處理的適合選項；污泥熱干化和焚燒等技術能源消耗巨大，且存在粉塵、二惡英等二次環(huán)境污染的技術風險；厭氧消化和石灰穩(wěn)定技術僅為中間處理手段，占地面積較大且不能實現(xiàn)污泥“減量化”的最終目標。

水熱碳化技術是一種新型的污泥全過程處理處置手段，在濕式環(huán)境中，在一定溫度和壓力下將生物質轉化為可進一步用作燃料、肥料等用途的炭基材料，即生物炭。水熱碳化技術解決了上述傳統(tǒng)處理工藝的各種不足；對場地面積要求小，適合污水廠安裝設備，反應周期短，運行穩(wěn)定，相對效率高，能源消耗小。但水熱碳化技術發(fā)展時間較短，在處理效率，產(chǎn)品含水率，生物炭性能，余熱利用等方法仍有很大提升空間。

技術實現(xiàn)要素：

申請人在引入德國buttmann水熱碳化處理技術建造設備，實際運行處理城市生活污水廠污泥(北京、兗州、濟寧等地)的基礎上中對水熱碳化處理工藝進行了進一步優(yōu)化。實驗中，申請人發(fā)現(xiàn)，將現(xiàn)有的催化劑種類和添加方式(在進入反應器之前一次性加入濃硫酸)改為兩次分步添加(在進入反應器之前加入濃硫酸，在反應進行到中途向反應器中加入濃硝酸)，能較大的改善產(chǎn)物含水率以實現(xiàn)更好的污泥減量效果，并提高有效氮磷含量，降低鉻含量。

一方面，提供了一種水熱碳化處理城市生活污水廠污泥制備燃料的方法，包括步驟：

a.污泥收集；

b.將污泥泵送至反應器，期間加入濃硫酸；

c.在反應器中進行水熱碳化反應，期間加入濃硝酸；

d.收集產(chǎn)生的生物碳漿；

e.根據(jù)物料來源的性質以及熱值的需要加入適量煤粉后板壓脫水，或直接板壓脫水，作為固體燃料。

其中步驟e中“根據(jù)物料來源的性質”主要是指污泥的有機質含量，其與產(chǎn)品的熱值直接相關，還包括污泥中可能影響燃燒的其他成分的存在；“根據(jù)熱值的需要”是指根據(jù)燃煤鍋爐或燃燒器具對燃料熱值的要求：例如，如果污泥中有機物質含量較高，制備出的炭餅熱值接近褐煤時，可以不添加煤粉；而污泥中有機物質含量不足，制備炭餅熱值偏低或含水率較高不易燃時或燃燒不充分時，可以添加煤粉。

進一步的方面，該方法中使用的濃硫酸為98％濃硫酸，濃硝酸為80％濃硝酸。

進一步的方面，該方法中使用的濃硫酸加入量為1-1.5％(v/v)，濃硝酸加入量為0.8-1％(v/v)。

進一步的方面，該方法中使用的濃硫酸加入量為1％(v/v)，濃硝酸加入量為1％(v/v)。

進一步的方面，水熱碳化溫度為150-200℃，壓力為15-30bar，時間為60-150分鐘。

進一步的方面，水熱碳化溫度為180℃，壓力為25bar，時間為120分鐘。

進一步的方面，水熱碳化進行到預期反應時間四分之一時加入濃硝酸。

進一步的方法，步驟d中通過泄壓系統(tǒng)在保障系統(tǒng)運行壓力的條件下收集產(chǎn)生的生物碳漿，期間通過熱交換系統(tǒng)接受生物碳漿的熱量，所獲熱量用于通過前熱交換系統(tǒng)在步驟b中預熱污泥，碳漿通過卸壓系統(tǒng)降壓后留余壓送至緩沖儲罐。

進一步的方面，反應器中的壓力由污泥泵提供。

進一步的方面，步驟e中煤粉的加入量為碳漿重量的1/4。

附圖說明

附圖1是污泥熱水碳化處理技術的完整工藝流程框圖。圖中：1、進料漏斗，2、污泥加壓泵，3、前熱交換器系統(tǒng)，4、熱回收，5、1#催化劑投加點，6、反應器，7、后熱交換器系統(tǒng)，8、卸壓系統(tǒng)，9、碳漿儲倉，10、板框脫水裝置，11、廢水處理(選擇項)，12、1#催化劑投加泵，13、2#催化劑投加泵，14、生物炭導熱油爐，15、濾液儲罐，16，污泥料倉，a、含水率80％的污泥，b、沉淀物回饋(可選)，c、處理后水返回工廠進水口，d、生物炭餅。

附圖2是申請人建造的14000噸年處理能力水熱碳化處理設備外觀圖。

具體實施方式

實施例1城市生活污水廠污泥處理

污泥樣本來源：兗州市污水處理廠，生活污水沉淀污泥，含水率約80％。

本發(fā)明的處理過程：

a.使用封閉螺旋收集污泥；

b.將污泥泵送至反應器，期間加入98％濃硫酸1％(v/v)并以前熱交換系統(tǒng)預熱污泥；

c.在反應器中進行水熱碳化反應，水熱碳化溫度為180℃，壓力為25bar，時間為120分鐘，反應進行到約30分鐘時加入80％濃硝酸1％(v/v)，反應器中的壓力由污泥泵提供；

d.通過泄壓系統(tǒng)在保障系統(tǒng)運行壓力的條件下收集產(chǎn)生的生物碳漿，期間通過后熱交換系統(tǒng)降溫并回收熱量；

e.加入碳漿1/4重量的煤粉，板壓脫水后，作為固體燃料。

對照處理過程1：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，其中不加入酸催化劑，并調整水熱碳化溫度至200℃，壓力至30bar，時間至150分鐘。

對照處理過程2：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，其中僅在步驟b中加入98％濃硫酸2.5％作為單一一種催化劑。

對照處理過程3：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，其中僅在步驟b中加入98％濃硫酸2.5％作為單一一種催化劑，并調整水熱碳化溫度至200℃，壓力至30bar，時間至150分鐘。

上述處理過程使用相同的設備，相同的污泥進樣量(2.5噸)進行。

實施例2實施例1中各處理方法的效果比較

測定所得炭餅含水率，發(fā)熱量(以gb213-2008標準測定)

結果表明，相比現(xiàn)有的水熱碳化方法，本發(fā)明的方法能夠更有效的降低污泥含水率以更好的實現(xiàn)污泥減量并提高燃料的抗壓強度(方便儲運保存)；縮短反應時間(效果好于反應時間較長的對照1和3)；即使排除含水率區(qū)別的影響，燃料發(fā)熱量也處于幾種方法中的最高水平。本發(fā)明的方法在建造和運行費用上與現(xiàn)有水熱碳化處理技術并無明顯區(qū)別(酸種類增多但總體積減少)。

實施例3實際燃料的使用

板壓脫水得到的固體燃料含水率低，氣味不明顯，適合運輸一定時間的儲存。將燃料用于多種中小型燃煤鍋爐，經(jīng)過適當調整后均可正常運行，無異常故障出現(xiàn)。