一種污泥的清潔處理方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術領域，具體涉及一種污泥的清潔處理工藝及處理裝置。
【背景技術】
[0002]據(jù)《中國污泥處置市場分析報告(2013)》預測，截止到2015年，全國城鎮(zhèn)化水處理廠濕污泥(含水率80% )產(chǎn)生量將達到3359萬噸，即日產(chǎn)污泥9.2萬噸。我國對污泥的處理處置由于受資金等方面的因素影響相對滯后，污泥穩(wěn)定化率低，無害化處理率不高，處理處置技術單一，而且成本高昂，導致大部分污泥未經(jīng)處理或僅做簡單處理后，就直接農(nóng)用、填埋或者是送垃圾場填埋、焚燒、污泥土地利用等，有的甚至隨意堆放。污泥的隨意填埋或隨意堆放占用大量土地資源，而且污泥易腐變臭，其產(chǎn)生滲濾液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水體，給環(huán)境造成嚴重的二次污染。另外，污泥中的重金屬和毒性有機物可以通過生態(tài)中的食物鏈迀移富集，且焚燒產(chǎn)生有毒氣體，對生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生長期潛在的危害。因此，降低污泥處理成本和提高污泥處理效果是目前我國污泥處理急需解決的問題。
[0003]城市污泥主要是污水處理廠的剩余活性污泥，主要含有大量水分，以及其他微生物及其殘渣，殘渣中以有機物為主，而且含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和有機質(zhì)。由于污泥含有大量有機成分，既是污泥造成污染的重要原因，也是污泥資源化的重要基礎。
[0004]目前，國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術主要有污泥厭氧消化技術、污泥好氧發(fā)酵技術、污泥土地利用技術、污泥焚燒技術；其中污泥焚燒技術包括:污泥熱干化技術、單獨焚燒技術和低溫炭化技術等，到目前為止還沒有一種技術將污泥中的資源充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種新型的污泥清潔處理工藝，具體是將污水處理廠剩余污泥進行低溫炭化然后進行低溫干餾，制得可燃氣體，將可燃氣體用于工藝自身熱能供應，充分利用污泥熱值，實現(xiàn)污泥的低成本資源化利用。
[0006]本發(fā)明的第一目的是提供一種污泥的清潔處理方法。
[0007]具體而言，所述方法包括以下步驟:
[0008](I)將待處理污泥預熱后，在溫度不超過250°C的密閉空間內(nèi)干燥，使污泥的含水率降至30?40%，再在溫度不超過300°C的密閉空間內(nèi)炭化，使污泥的含水率降至30%以下；
[0009](2)取步驟(I)處理后的污泥，在550?700°C的無氧條件下干餾10?80min，分別得到固相殘渣和氣相產(chǎn)物；將所述固相殘渣作為生物碳回收；
[0010](3)將步驟⑵所得氣相產(chǎn)物進行冷卻、分離，分別得到氣體和混合液體；將所述氣體進行后處理，作為燃氣為所述干燥、炭化、干餾供能；將所述混合液體進行水油分離；所得水相經(jīng)處理后達標排放；所得油相經(jīng)分離、分解、純化，得到木醋液、木焦油和可燃氣。
[0011]本發(fā)明所述的待處理污泥為污水處理廠經(jīng)過污水處理后剩余的污泥。所述待處理污泥的含水率不小于50%。所述待處理污泥中有機物含量不小于40%，優(yōu)選為40?60%。
[0012]步驟(I)所述炭化時，密閉空間的溫度優(yōu)選為不超過270°C。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(I)具體為:將待處理污泥預熱后，在200?250°C的密閉空間內(nèi)與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30?40% ;再在250?270°C的密閉空間內(nèi)與導熱油進行間接換熱，使污泥的含水率降至30%以下。
[0014]所述導熱油為循環(huán)使用。導熱油的溫度優(yōu)選為220?240°C。
[0015]所述步驟(2)中，可用惰性氣體，如氮氣置換氧氣，從而實現(xiàn)干餾時的無氧環(huán)境。
[0016]當步驟(I)處理后污泥的含水率為10?30%時，步驟(2)所述的干餾優(yōu)選為:在600?700°C的無氧條件下干餾12?75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。
[0017]當步驟(I)處理后污泥的含水率小于10%時，步驟(2)所述的干餾優(yōu)選為:將含水率小于10%的污泥與占污泥重量15%的木肩混合后壓制成球，在550?600°C的無氧條件下干餾12?75min，分別得到固相、氣相產(chǎn)物。本發(fā)明加入木肩的作用主要是提高污泥中的含碳量，以提高可燃氣的質(zhì)量和生物質(zhì)炭的質(zhì)量。
[0018]本發(fā)明所述方法還可以包括廢氣的處理，具體為:將步驟(I)所述干燥和炭化產(chǎn)生的廢氣作為熱源為所述待處理污泥預熱，再經(jīng)處理后達標排放。所述處理具體為:將廢氣集中送入堿洗噴淋塔，除去粉塵及酸性物質(zhì)，然后再送入低溫高能等離子設備，破壞有機物分子，氧化成小分子有機物，再通過引風機送入堿洗噴淋塔，氧化后，中和酸性氧化物，最后達標排放。
[0019]本發(fā)明所得固相殘渣作為生物碳回收后，可加工成碳棒或農(nóng)肥。
[0020]本發(fā)明的第二目的是提供一種污泥的清潔處理裝置。
[0021]具體的，所述裝置包括依次順序相連的污泥供給系統(tǒng)、污泥干燥-炭化系統(tǒng)、污泥干饋系統(tǒng)和產(chǎn)物回收系統(tǒng)。
[0022]所述污泥供給系統(tǒng)包括順序相連的儲料倉和夾層螺旋輸送機。所述夾層螺旋輸送機還可以通過廢氣管道與廢氣處理系統(tǒng)相連。
[0023]所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)包括順序相連的低溫干燥機和炭化機，所述低溫干燥機的入口與所述夾層螺旋輸送機的出口相連。污泥經(jīng)過低溫干燥機脫水后，在炭化機內(nèi)進一步反應，通過反應，物料含水率進一步降低，物料單位熱值升高，使產(chǎn)生的有機炭具有優(yōu)越的燃燒性能。
[0024]所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)為密閉負壓系統(tǒng)，還設置有密閉進料裝置、密閉出料裝置，從而保證污泥進出時設備的密閉性。
[0025]所述低溫干燥機和炭化機內(nèi)部均設有熱循環(huán)交換單元。所述熱循環(huán)交換單元包括可填充導熱油的雙軸空心槳葉和殼體夾層。在實際操作中，污泥在裝置內(nèi)連續(xù)攪動，與所述雙軸空心槳葉和殼體夾層內(nèi)的導熱油間接換熱，發(fā)生熱化學反應，污泥水泡體結構破壞，污泥中水轉變成水蒸氣從污泥中分離出來。
[0026]所述熱循環(huán)交換單元與導熱油爐相連。導熱油在所述導熱油爐內(nèi)加熱后，通過循環(huán)栗輸送至熱循環(huán)交換單元內(nèi)，與污泥發(fā)生熱交換，使導熱油的溫度降低；交換完畢后通過管道回流至導熱油爐內(nèi)，再進行加熱，如此循環(huán)。所述導熱油爐可包含導熱油爐本體、燃料燃燒系統(tǒng)、鼓風引風系統(tǒng)等。所述導熱油爐的熱源可以為污泥經(jīng)處理后得到的燃氣，也可另外引入天然氣為導熱油爐加熱。
[0027]所述低溫干燥機和炭化機還分別經(jīng)過預熱氣體管道與所述夾層螺旋輸送機相連。污泥依次經(jīng)過低溫干燥機和炭化機后，排出的廢熱氣體經(jīng)管道輸送到夾層螺旋輸送機中對供給污泥進行預熱；預熱后，通過廢氣管道進入廢氣處理系統(tǒng)，繼而達標排出。
[0028]所述污泥干餾系統(tǒng)包括順序相連的儲泥倉和干餾爐；所述儲泥倉的入口與所述炭化機的出口相連。所述污泥干餾系統(tǒng)的主要特點為:①污泥是在無氧狀態(tài)下高溫加熱，其產(chǎn)物主要是水蒸氣、干餾氣體和炭粒；②干餾爐處理污泥生成的炭粒和木炭粉的構造特性類似；③污泥熱解產(chǎn)生的水蒸氣冷凝為水無污染排放，干餾氣體轉化為純凈可燃氣循環(huán)利用，干餾氣體熱值充足，完全可以做燃料氣；④干餾過程為還原反應，不會像焚燒法一樣產(chǎn)生氮氧化物和二氧化硫(酸雨的主要成分);⑤污泥干餾溫度為550?700°C，整個過程為10?80分鐘，污泥中的部分重金屬離子例如Hg等，由于熔點低，在高溫作用下會分解揮發(fā)掉，其他重金屬離子例如Pb、Cd、Cr、Ni等，將會固化在碳化物產(chǎn)品中，變得非常穩(wěn)定且對環(huán)境無危害；盡管炭化系統(tǒng)不能去除污泥中的重金屬離子，然而溶出試驗的數(shù)據(jù)結果表明，碳化反應能夠將其固化在碳化產(chǎn)品中，可以被安全的使用在各行各業(yè)。
[0029]所述產(chǎn)物回收系統(tǒng)包括分別與干餾爐相連的生物碳回收單元和氣相回收單元；所述氣相回收單元包含水處理單元、木醋液和木焦油分解、純化處理單元和有機氣體處理單
J L ο
[0030]所述有機氣體處理單元包括依次順序連接的除塵器、有機物分解凈化機組、冷卻器、燃氣儲罐；所述有機氣體處理單元中的燃氣儲罐還經(jīng)過供熱管道分別與所述污泥干燥-炭化系統(tǒng)和污泥干餾系統(tǒng)相連。
[0031]本發(fā)明所述廢氣處理系統(tǒng)可以包括依次順序相連除塵除酸單元、等離子除臭單元、堿洗噴淋單元、加藥處理單元以及氣體排放單元，實現(xiàn)對廢氣的達標處理。
[0032]本發(fā)明所述裝置還可以進一步包括自動控制系統(tǒng)。所述自動控制系統(tǒng)包括對污泥干燥-炭化系統(tǒng)和污泥干餾系統(tǒng)的溫度進行控制的溫度控制單元，對干餾系統(tǒng)的壓力進行控制的壓力控制單元，以及根據(jù)所述溫度對進口熱風量和進口熱風溫度進行控制的控制單元等。
[0033]本發(fā)明提供的裝置可以用于實施本發(fā)明所述方法。
[0034]本發(fā)明基于城市污泥的特性，采用干燥-炭化-干餾技術，將污泥中的有機成分轉變成可燃氣體，固體殘渣用作碳棒或農(nóng)肥，真正做到物盡其用。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點及有益效果:
[0035](—)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝能充分利用脫水污泥在干餾過程中產(chǎn)生的干餾氣體燃燒后形成的熱量，回用于污泥干化、炭化、干餾過程中，循環(huán)利用回收熱能，達到了節(jié)能的目的；
[0036]( 二)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，不僅大量減少了污泥的體積與重量，而且最大程度地保存了污泥的熱值，進一步地，脫水污泥炭化干餾后的產(chǎn)物具有和木炭相似的特性，可作為土壤改良劑和園林綠化等；
[0037](三)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，重金屬離子被固化在碳化物產(chǎn)品中，重金屬相對穩(wěn)定，且污泥重金屬浸出毒性完全可達到城市污水處理廠污泥處置排放限值的要求；
[0038](四)本發(fā)明的污泥低溫炭化干餾清潔處理工藝對脫水污泥進行低溫炭化干餾后，不僅循環(huán)回收熱能，降低污泥處理中的能源消耗，減少污泥處理對環(huán)境的污染，并且產(chǎn)出高附加值的木醋液、木焦油及活性炭等副產(chǎn)品，既有經(jīng)濟效益，又有社會效益；