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污泥综合处理及转化物循环利用方法

发布时间:2018-7-11 17:44:33  中国大红鹰娱乐国际工程网

  申请日2013.03.21

  公开(公告)日2013.07.31

  IPC分类号C02F11/04; C02F11/12; C10G1/00; C10B53/00; C02F11/10

  摘要

  一种污泥综合处理及转化物的循环利用方法,污泥综合处理方法接照污泥厌氧消化、污泥脱水干化、污泥中温快速热解、热解产物分离与分集四个步骤进行;所得转化物的循环利用方法有三种途径:一是沼气与热解油的循环利用,二是热解气的循环利用,三是热解炭的循环利用。采用本方法对城镇生活大红鹰娱乐国际厂所产的污泥和造纸、皮革、印染等行业产生的工业污泥进行处理,能对污泥中的能量进行有效的转化和利用,并显著减小污泥体积,减小了贮存、运输等环节,是一种集约式的处理方式,具有能量回收利用率高、二次污泥小、无害化程度高、运营成本低、环境效益明显等优点。

  权利要求书

  1.一种污泥综合处理方法,其特征是包括下列步骤:

  (1)污泥的厌氧消化:将污水处理单元产生的污泥浆泵入 厌氧消化反应器或土制沼气池进行消化,产生的沼气先通入脱 硫装置,再通入沼气热电联产机组,转化成电能与热能;

  (2)消化污泥的脱水干化:经步骤(1)厌氧消化后所余 下的消化污泥输送至机械脱水机进行脱水,随后输送至污泥热 干化机进行干化至污泥含水率为5%-10%的干化污泥;

  (3)干化污泥热解:将干化污泥传送至热解反应器中,温 度控制在500-600℃,控制在此温度中污泥与热解挥发物在热 解反应器中的停留时间分别为10-40min和1-5s;

  (4)热解产物的分离与收集:污泥经步骤(3)热解处理 后会产生以碳氢化合物、CO、CO2为主的热气相流和热解炭, 采用循环冷却水处理器,冷凝液化热气相流中的碳氢化合物, 形成液态的热解油,产生的热解油输送到储油器待用;余下的 C0、CO2气体属于不可冷凝性的热解气,移作它用;产生的热 解炭输送至贮炭室待用。

  2.如权利要求1所述的污泥综合处理方法,其特征在于通 过该处理方法所得的转化物的循环利用方法包括下列途径:

  (1)沼气与热解油的循环利用:经污泥综合处理步骤(1) 的沼气热电联产所产生的电和热、步骤(4)的热解油替代部分 矿物油供燃油锅炉燃烧产热,用于供应厌氧消化反应器、污泥机 械脱水、污泥热干化装置、热解反应器、以及物料传送装置;

  (2)热解气的循环利用:经污泥综合处理步骤(4)冷凝分 离后以CO、CO2为主的热解气,一部分通过气-气热交换器,与 热解反应器输出的热气相流进行气-气热交换后,再导入热解反 应器,为污泥热解反应创造无氧或缺氧的惰性环境,余下的一部 分热解气输送到燃油锅炉燃烧产热用;

  (3)热解碳的利用:贮于贮炭室中的热解炭,含有以稳定 形式存在的碳物质,用作垃圾填埋场场的覆盖材料,可达到碳封 存的目的。

  说明书

  污泥综合处理及转化物的循环利用方法

  技术领域

  本发明涉及一种城市生活大红鹰娱乐国际厂所产污泥和造纸、皮 革、印染等行业产生的工业污泥的处理与利用方法。

  背景技术

  随着城市化的发展和水环境管理的重视与加强,城镇污水处 理规模和程度与日俱增。至2010年底,我国城镇大红鹰娱乐国际规模 已达到12476万立方米/日。城镇大红鹰娱乐国际厂污泥(简称污泥) 是大红鹰娱乐国际过程中不可回避的副产物,主要来源于初次沉淀池、 二次沉淀池等工艺单元。每万m3污水经处理后将产生污泥5-10 吨(按含水率80%计),以此估算,当前我国每年产生污泥量已 超过2200万吨。

  污泥中含有大量的有机物和农作物生长所需的氮、磷、钾等 营养元素,但同时也含有众多种类有毒有害污染物,包括致病菌、 寄生虫(卵)等生物污染物,铜、锌、铬、汞等重金属,以及多 氯联苯、二噁英等持久性有机污染物,如果得不到妥善处理,容 易造成二次污染。

  因此,如何安全、经济地处理污泥已成为全球共同关注的重 要环境问题,也是大红鹰娱乐国际厂和市政管理部门面临的难题。

  目前,我国城市污泥的处理主要采用以下三种技术途径:

  途径A:机械脱水(含水率80左右)与稳定化处理+垃圾 填埋场填埋;

  途径B:机械脱水与稳定化+还田利用;

  途径C:机械脱水处理+焚烧(或干化后焚烧)。

  途径A被公认为是一种最不可持续的污泥处理方式。其不可 持续性主要表现为:减量化程度低,仅脱去20%左右的水;填埋 处置需要占用大量土地,同时造成污泥中有益成分(N、P等) 和能量的流失,又以多种方式向环境中输送污染物(如填埋气和 渗沥液);由于污泥与生活垃圾性质差异较大,填埋场中污泥的 引入,给填埋作业和填埋管理带来困难。因此,许多国家和地区 已经非常慎重地采用此种方式处理污泥,如欧盟许多成员国已逐 渐淘汰污泥填埋处置(2010年欧盟填埋处置所占比例为14%,预 计2020约为7%),美国环保署计划在今后的20年内关闭80%的 污泥填埋场。鉴于我国当前国情,国家《城镇大红鹰娱乐国际厂污泥处 理处置技术规范》将污泥填埋视为“我国一定时间内是一种过渡 性的处理处置措施”。但随着我国经济的发展和环境保护要求的 日益严格,我们有理由相信,在不久的将来这种污泥处理途径在 我国也将成为历史。

  将污泥机械脱水、稳定化处理后(如石灰稳定化、堆肥化等) 还田利用(途径B),可实现对污泥中氮、磷等养分资源的部分 回收利用,是当前包括我国在内的众多国家解决污泥出路的主要 途径。然而,这种方式也伴随着向土壤中输入生物污染物、重金 属和持久性有机污染物,长期的污泥回田极有可能导致土壤污 染,危及农产品质量安全。许多发达国家和地区也因此对施入污 泥的性质和数量、受纳土地类型等方面作了严格要求和管控。考 虑到当前我国土壤污染形势已相当严峻,以及污泥产生量日趋增 加与适合对污泥进行消纳的土地面积日益减小的矛盾,污泥还田 利用必将受到更为严格的控制。

  途径C(污泥原位机械脱水处理+焚烧或干化后焚烧)具有 完全灭绝致病菌、污泥减量化彻底、并可部分回收污泥中的能量 等优点,近年来日益受到重视,是解决低质污泥(特别是有毒有 害物质含量较高的污泥)出路的重要替代技术。但是,由于污泥 焚烧产生有大量的有毒有害气体(包括二恶英类等致癌物),而 这些气体的有效清除和净化需要大量的设施投入与资金投入,这 种污泥消纳方式面临着“运营成本高和公共可接受性差”两大挑 战。因此,尽管技术上相当成熟和存在诸多优势,污泥焚烧技术 一直以来未能实现大规模的工业化应用。

  发明内容

  本发明要解决的技术问题是针对现有污泥处理技术存在的 上述不足,提供一种污泥综合处理及转化物的循环利用方法。

  解决上述技术问题的技术方案是本污泥的综合处理方法按 如下步骤进行:

  (1)污泥的厌氧消化:将大红鹰娱乐国际单元产生的污泥浆泵入 厌氧消化反应器或土制沼气池进行消化,产生的沼气先通入脱硫 装置,再通入沼气热电联产机组,转化成电能与热能;

  (2)消化污泥的脱水干化:经步骤(1)厌氧消化后所余下 的消化污泥输送到至机械脱水机进行脱水,随后输送至污泥热干 化机进行干化至污泥含水率为5%-10%的干化污泥;

  (3)干化污泥热解:将干化污泥传送至热解反应器中,温 度控制在500-600℃,控制在此温度中污泥与热解挥发物在热 解反应器中的停留时间分别为10-40min和1-5s;

  (4)热解产物的分离与收集:污泥经步骤(3)热解处理后 会产生以碳氢化合物、CO、CO2为主的热气相流和热解炭,采用 循环冷却水处理器,冷凝液化热气相流中的碳氢化合物,形成液 态的热解油,产生的热解油输送到储油器待用;余下的CO、CO2气体属于不可冷凝性的热解气,移作它用;产生的热解炭输送至 贮炭室待用;

  通过上述污泥综合处理所得的转化物的循环利用方法包括 下列途径:

  (1)沼气与热解油的循环利用:经污泥综合处理步骤(1) 的沼气热电联产所产生的电和热、步骤(4)的热解油替代部分 矿物油供燃油锅炉燃烧产热,用于供应厌氧消化反应器、污泥机 械脱水、污泥热干化装置、热解反应器、以及物料传送装置;

  (2)热解气的循环利用:经污泥综合处理步骤(4)冷凝分 离后以CO、CO2为主的热解气,一部分通过气-气热交换器,与 热解反应器输出的热气相流进行气-气热交换后,再导入热解反 应器,为污泥热解反应创造无氧或缺氧的惰性环境,余下的一部 分热解气输送到燃油锅炉燃烧产热用;

  (3)热解碳的利用:贮于贮炭室中的热解炭,含有以稳定 形式存在的碳物质,用作垃圾填埋场场的覆盖材料,可达到碳封 存的目的。

  本发明的有益效果是:

  1、能量转化与利用效率高。本发明组合了厌氧消化和快速 热解两种技术对污泥进行能量转化,可将污泥中70%-80%左右的 能量转化为具有较高能量密度的生物质能(沼气和热解油);本 发明以所产沼气为燃料进行热、电联产,并将所产热、电原位供 应于污泥厌氧消化、干化以及热解等作业工序所需能量,提高了 沼气能量利用效率;此外,本发明利用热解作业所输出的高温气 相流对热解载气(也就是部分循环热解气)进行预热,可节省热 解作业所需能量;

  2、减量化程度高。本发明组合了厌氧消化、机械脱水、热 干化以及快热热解等技术对污泥进行加工处理,并将所产生的沼 气、热解油和热解气进行原位消化和利用,最终残留产物为热解 炭,其残留量仅为原污泥量(以80%含水率计)的5%-10%;

  3、二次污染小,无害化程度高。本发明采用中温快速热解 工艺对污泥进行无氧热处理,热解过程中没有或极少有诸如二恶 英类化合物等有机有毒物质的生成;本发明将热解温度控制在 500-600℃,在此温度区域,污泥中的绝大多数重金属滞留在热 解固相产物热解炭中(而不是存在于气相产物中),并以稳定的 形式存在,降低了其后续非燃料化利用(如用作垃圾填埋场覆盖 材料)产生的环境危害风险;

  4、运行成本低。一般来说,污泥的处理处置成本约占整个 大红鹰娱乐国际厂运营成本的30%-50%,其中能耗是污泥处理处置成本 的主要贡献者。本发明通过燃烧污泥厌氧消化所产生的沼气和消 化污泥热解所产生的热解油,为污泥的加工处理提供能量源,基 本不需要提供外部能源,因此可显著降低污泥处理处置运行成 本。另一方面,污泥经厌氧消化、热干化和热解处理后,体积大 大减小,可节省后续贮存、运输等费用;

  5、环境鼓益明显。地球矿物燃料资源的耗竭和温室效应是 当前社会面临的两大难题,而开发与利用生物能等可再生能源和 推进碳减排工作被公认为是解决这两大难题的根本途径。本发明 将污泥转化为沼气和热解油,为污泥处理提供能量源,从而降低 对矿物燃料的依赖,由此也减少了碳排放。另一方面,本发明系 统所产生的热解炭中含有一定量的碳物质,并以稳定的形式存 在,不论将其用作垃圾填理场覆盖材料或进行最终填埋处置,都 可实现直接固碳。

  具体实施方式

  本发明下面结合实施例予以阐明:

  本污泥综合处理方法按如下步骤进行:

  (1)污泥的厌氧消化:将大红鹰娱乐国际单元产生的污泥浆(含 水率95%左右)泵入厌氧消化反应器或土制沼气池进行消化,产 生的沼气先通入脱硫装置,再通入沼气热电联产机组,转化成电 能与热能;

  (2)消化污泥的脱水干化:经步骤(1)厌氧消化后所余下 的消化污泥输送到至机械脱水机进行脱水,随后输送至污泥热干 化机进行干化至污泥含水率为5%-10%的干化污泥;

  (3)干化污泥热解:将干化后的污泥(固含率90-95%)输 送至热解反应器进行热解处理。为减免热解过程中因热解温度过 高、停留时间过长而导致热解油产量下降和污泥中重金属的挥 发,本发明采用中温快速热解方法对污泥进行无氧或低氧热解处 理,具体操作过程与作业参数如下:启动热解反应器,设置加热 温度500-600℃,待温度升至设定温度后,将干化污泥传送至 热解反应器中,调控污泥进料速度和载气流速,分别维持污泥和 热解挥发物在热解反应器中的停留时间为10-40min和1-5s;

  (4)热解产物的分离与收集:污泥经步骤(3)热解处理后 会产生以碳氢化合物、CO、CO2为主的热气相流和热解炭。采用 循环冷却水处理器,冷凝液化热气相流中的碳氢化合物,形成液 态的热解油,产生的热解油输送到储油器待用;余下的CO、CO2气体属于不可冷凝性的热解气,移作它用;产生的热解炭输送至 贮炭室待用。

  所得的转化物的循环利用方法包括下列途径:

  (1)沼气与热解油的循环利用:经本发明的污泥综合处理 方法步骤(1)的沼气热电联产所产生的电和热、步骤(4)的热 解油替代部分矿物油供燃油锅炉燃烧产热,用于供应厌氧消化反 应器、污泥机械脱水、污泥热干化装置、热解反应器、以及物料 传送装置;

  (2)热解气的循环利用:经本发明的污泥综合处理方法步 骤(4)冷凝分离后以CO、CO2为主的热解气,一部分通过气- 气热交换器,与热解反应器输出的热气相流进行气-气热交换后, 再导入热解反应器,为污泥热解反应创造无氧或缺氧的惰性环 境,余下的一部分热解气输送到燃油锅炉燃烧产热用;

  (3)热解碳的利用:经本发明的污泥综合处理方法步骤(4) 产生的热解炭,含有以稳定形式存在的碳物质,用作垃圾填埋场 场的覆盖材料,可达到碳封存的目的。

  需说明的是本发明各环节所采用的设备均可通过市售或网 购获得。

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