基于水熱碳化的污泥處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種城市生活污水處理廠所產(chǎn)生的污泥和工業(yè)污泥的處理方法，公開了一種基于水熱碳化的污泥處理方法，包括污泥預(yù)加熱處理、水熱碳化、余熱回收利用、脫水干化四個步驟。本發(fā)明采用水熱碳化技術(shù)將污泥轉(zhuǎn)化為水熱炭，污泥中的病原微生物被完全殺滅，污泥中的大部分重金屬污染物被溶出，污泥中的有機有毒物質(zhì)被有效分解，能量回收利用率高，是一種清潔環(huán)保、快速高效、產(chǎn)品附加值高的污泥處理方法。
【專利說明】基于水熱碳化的污泥處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種城市生活污水處理廠所產(chǎn)生的污泥和工業(yè)污泥的處理方法，尤其涉及了一種基于水熱碳化的污泥處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]污水或廢水處理過程中將產(chǎn)生大量的污泥。以城鎮(zhèn)污水處理廠為例，每萬立方米污水處理后將產(chǎn)生5~10噸的脫水污泥(按含水率80%計)。根據(jù)我國《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》要求，至2015年，我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模將達(dá)到20805萬立方米/天，以此估算，屆時我國僅城鎮(zhèn)污水處理廠每年將產(chǎn)生3797~7594萬噸的脫水污泥；除城鎮(zhèn)污水處理廠以外，造紙、食品加工、石油化工、印染等行業(yè)均產(chǎn)生大量的工業(yè)污泥。
[0003]污泥不僅產(chǎn)生量巨大，通常還含有種類繁多、成分復(fù)雜的污染物，包括致病菌、寄生蟲(卵)等生物污染物，銅、鋅、鉻、汞等無機有毒物質(zhì)，以及多氯聯(lián)苯、二噁英等持久性有機有毒物質(zhì)；另一方面，污泥中通常又富含大量的有機物(因而含有大量的化學(xué)能)和N、P等作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，如果對污泥隨意堆放，或者處理處置不當(dāng)，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危及人們的生命健康，同時，也造成污泥中可加收資源和能源的流失。
[0004]當(dāng)前，我國污泥的處理處置主要依賴填埋、還田利用、焚燒等傳統(tǒng)技術(shù)。填埋是一種最不可持續(xù)的污泥處置方式，既占用有限的土地資源，又難以避免向空氣、地表水、地下水以及土壤環(huán)境中排放污染物，許多國家或地區(qū)都非常慎重甚至禁止采用這個污泥消納技術(shù)。污泥還田可部分回收污泥中N、P等養(yǎng)分資源，但也伴隨著向土壤中輸入污染物(如重金屬、持久性有機污染物等)，考慮到當(dāng)前我國土壤污染形勢已相當(dāng)嚴(yán)峻、污泥產(chǎn)生量龐大且日趨增加等客觀現(xiàn)實，這種方式將會受到更為嚴(yán)`格的控制。焚燒具有污泥減量化徹底、可部分回收污泥中的能量等優(yōu)點。但是，由于污泥焚燒過程將產(chǎn)生有害氣體，而這些氣體的有效清除和凈化又需要大量的設(shè)施投入，因而該技術(shù)正面臨著“運行成本高和公共可接受性差”兩大挑戰(zhàn)。
[0005]水熱碳化(Hydrothermal Carbonization)是近年來迅速發(fā)展的一種生物質(zhì)增值化處理方法，它是以水作為反應(yīng)介質(zhì)，在一定溫度和壓力下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有高附加值的多功能炭基材料(當(dāng)前國際上流行的專業(yè)名稱為水熱炭)；國際上最近研究表明，水熱炭(Hydrochar)具有與生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的生物炭(Biochar)相類似的屬性(因此水熱炭有時也被稱之為生物炭)，可應(yīng)用于土壤改良、CO2固定、污染物吸附等諸多領(lǐng)域。但當(dāng)前該技術(shù)在工藝性能上(如處理效率、水熱炭產(chǎn)率、水熱炭性能、余熱利用等)仍有很大的提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對污泥水熱碳化處理在處理效率、水熱炭產(chǎn)率、水熱炭性能、余熱利用等方面存在的不足，提供了一種清潔環(huán)保、快速高效、產(chǎn)物附加值高的污泥處理方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:[0008]基于水熱碳化的污泥處理方法，包括如下步驟，
[0009](I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存?zhèn)}中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，并調(diào)節(jié)污泥含水率為75~85%之間；
[0010](2)水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為180~350°C，水熱碳化反應(yīng)0.5~6h ;
[0011](3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器；
[0012](4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。
[0013]污泥經(jīng)過預(yù)熱并調(diào)節(jié)含水量，有益于水熱碳化反應(yīng)完全。水熱碳化處理污泥，與傳統(tǒng)的污泥處理方法相比，發(fā)生了脫水、縮聚、芳構(gòu)化等反應(yīng)，碳化后的污泥中的碳元素以穩(wěn)定的形式存在，不易分解而減少碳排 放量；水熱碳化反應(yīng)是一種放熱過程，可為水熱碳化處理提供了一部分能量，能耗低；此方法設(shè)備簡單，操作方便，應(yīng)用規(guī)?？烧{(diào)性強，污泥處理后的終產(chǎn)物水熱炭表面含有豐富的含氧、含氮官能團(tuán)，是一種廉價原料，能應(yīng)用于多種領(lǐng)域。另一方面，水熱碳化后獲得高溫高壓物料，降壓降溫后，回收的熱量能進(jìn)一步應(yīng)用于污泥預(yù)熱和干化，能量回收利用率高，進(jìn)一步降低了整個污泥處理能耗。此外，脫水干化后獲得的干粉狀水熱炭含有豐富而穩(wěn)定的有機碳，還田利用能增加土壤中有機碳含量，減少碳排放，緩解溫室效應(yīng)。
[0014]作為優(yōu)選，污泥為市政污泥或造紙、印染、石化、制革等行業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)污泥。污泥經(jīng)過水熱碳化罐高溫水熱碳化處理，污泥中的病原微生物被完全殺滅，污泥中的大部分重金屬污染物被溶出，污泥中的有機有毒物質(zhì)被有效分解。這既可以保證所生成的水熱炭產(chǎn)物還田利用的環(huán)境安全性，也可以確保其作為燃料使用的清潔性。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(1)中預(yù)熱溫度為50~85°C，預(yù)熱處理時間為I~3h。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(2)中污泥注入量為水熱碳化罐容積的3/5~4/5。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(2)水熱碳化前加入檸檬酸或乙酸，調(diào)節(jié)水熱碳化罐內(nèi)物料pH值為5.0~6.2。酸性條件下，可增加污泥中重金屬的溶出量和提高水熱碳的產(chǎn)量。
[0018]作為優(yōu)選，步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理。
[0019]作為優(yōu)選，步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4)的物料熱干化工序。
[0020]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:
[0021]1、污泥資源化水平高。本發(fā)明采用水熱碳化技術(shù)將污泥轉(zhuǎn)化為水熱炭，并對該技術(shù)進(jìn)行了工藝優(yōu)化，所獲得的水熱炭產(chǎn)物較好地保留污泥中N、P等作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)。由于水熱炭產(chǎn)物比污泥具有更高的熱值，又較好地保留了污泥中的能量，因而具有很高的附加值。污泥水熱炭既可以作為肥料還田利用，還可以作為復(fù)合肥料的骨料，也可以作為高品質(zhì)的固體生物燃料使用。
[0022]2、污泥無害化程度高。本發(fā)明采用優(yōu)化的水熱碳化技術(shù)對污泥進(jìn)行處理，污泥中的病原微生物被完全殺滅，污泥中的大部分重金屬污染物被溶出，污泥中的有機有毒物質(zhì)被有效分解而解毒。這既可以保證所生成的水熱炭產(chǎn)物還田利用的環(huán)境安全性，也可以確保其作為燃料使用的清潔性。
[0023]3、能量回收利用效率高。本發(fā)明對污泥水熱碳化處理后的余熱進(jìn)行了梯級高效回收利用，對污泥水熱碳化處理后高壓高溫物料進(jìn)行了降壓閃蒸處理，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于污泥的預(yù)熱處理，經(jīng)閃蒸處理后的物料中的余熱又經(jīng)熱交換器換熱后回收利用于水熱炭產(chǎn)物的干燥處理。
[0024]4、減緩溫室效應(yīng)。本發(fā)明所生成的水熱炭含有較為豐富的有機碳物質(zhì)，并以穩(wěn)定的形式存在，若用作肥料還田利用，可增加土壤中穩(wěn)定性有機炭的含量，因而可提高土壤碳匯潛力，緩解溫室效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的基于水熱碳化的污泥處理方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]實施例1
[0028]基于水熱碳化的污泥處理方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0029](I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存?zhèn)}中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，預(yù)熱溫度為50°C，預(yù)熱處理時間為3h，并調(diào)節(jié)污泥含水率為75% ；
[0030](2)水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，加入檸檬酸，調(diào)節(jié)水熱碳化罐內(nèi)物料PH值為5.0，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為180°C，水熱碳化反應(yīng)6h ；
[0031](3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器；
[0032](4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。
[0033]其中，污泥為市政污泥；步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理；步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4)的物料熱干化工序。
[0034]實施例2
[0035]基于水熱碳化的污泥處理方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0036](I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存?zhèn)}中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，預(yù)熱溫度為60°C，預(yù)熱處理時間為2.5h，并調(diào)節(jié)污泥含水率為80% ；
[0037](2)水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，加入乙酸，調(diào)節(jié)水熱碳化罐內(nèi)物料PH值為6.2，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為200°C，水熱碳化反應(yīng)5h ；
[0038](3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器；
[0039](4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。[0040]其中，污泥為市政污泥；步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理；步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4)的物料熱干化工序。
[0041]實施例3
[0042]基于水熱碳化的污泥處理方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0043](I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存?zhèn)}中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，預(yù)熱溫度為70°C，預(yù)熱處理時間為2h，并調(diào)節(jié)污泥含水率為80% ；
[0044](2)水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，加入檸檬酸和乙酸，調(diào)節(jié)水熱碳化罐內(nèi)物料PH值為5.6，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為260°C，水熱碳化反應(yīng)3h ；
[0045](3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器；
[0046](4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。
[0047]其中，污泥為造紙、印染、石化、制革等行業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)污泥；步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理；步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4)的物料熱干化工序。
[0048]實施例4
[0049]基于水熱碳化的污泥處理方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0050](I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存`倉中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，預(yù)熱溫度為85°C，預(yù)熱處理時間為lh，并調(diào)節(jié)污泥含水率為85% ；
[0051](2)水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為350°C，水熱碳化反應(yīng)0.5h ；
[0052](3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器；
[0053](4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。
[0054]其中，污泥為造紙、印染、石化、制革等行業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)污泥；步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理；步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4)的物料熱干化工序。
[0055]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于，包括如下步驟: (I)污泥預(yù)加熱處理:將污泥儲存?zhèn)}中的脫水污泥輸入到預(yù)熱罐進(jìn)行預(yù)加熱處理，并調(diào)節(jié)污泥含水率為75~85%之間； (2 )水熱碳化:將預(yù)熱處理后的污泥注入到水熱碳化罐，控制水熱碳化罐內(nèi)反應(yīng)溫度為180~350°C，水熱碳化反應(yīng)0.5~6h ; (3)余熱回收利用:將水熱碳化處理后的物料輸送到閃蒸罐，降至常壓后再輸送至熱交換器； (4)脫水干化:將經(jīng)熱交換處理后的物料輸送到脫水裝置進(jìn)行固液分離處理，所得的液相分離物經(jīng)凈化處理后排放，所得的泥餅狀固相分離物輸送到熱干化裝置經(jīng)干燥后得到干粉狀水熱炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于:污泥為市政污泥或造紙、印染、石化、制革等行業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于:步驟(1)中預(yù)熱溫度為50~85°C，預(yù)熱處理時間為1~3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于:步驟(2)中，水熱碳化前加入檸檬酸或乙酸調(diào)節(jié)水熱碳化罐內(nèi)物料pH值為5.0~6.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于:步驟(3)中閃蒸罐產(chǎn)生的閃蒸蒸汽回收利用于步驟(1)的污泥預(yù)熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化的污泥處理方法，其特征在于:步驟(3)中熱交換器所產(chǎn)生的余熱回收利用于步驟(4 )的物料熱干化工序。
【文檔編號】C02F11/12GK103755124SQ201410031217
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】曹玉成 申請人:杭州互惠環(huán)?？萍加邢薰?br>