申请日2014.09.30
公开(公告)日2015.02.11
IPC分类号C02F11/00; C05F7/00; C02F9/10; C02F11/06
摘要
本发明提供一种污泥氧化处理工艺，通过先将污泥进行水解，再将水解后污泥在200-260℃温度下进行高温氧化处理，从而实现在相对较低的温度下就能大幅度提高污泥的氧化处理速度，且污泥氧化处理完全;本发明所述污泥氧化处理工艺，能够在较低温度下进行污泥的快速氧化处理，氧化处理时间控制在30min以内，氧化处理后污泥中有机物等大分子物质氧化完全，COD去除率高达60%以上，处理后污泥的含水率低于30%，并能有效降低处理后污泥的重金属含量，污泥稳定性较好，处理后污泥可直接用作有机肥的基料。
权利要求书
1.一种污泥氧化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤:
(1)对污泥进行水解反应，水解反应的温度为80-120℃，压力为 0-0.3Mpa，污泥的停留时间为5-10min;
(2)对完成步骤(1)中水解反应的物料进行高温氧化处理，进行所述 高温氧化处理的温度为200-260℃，压力为2.6-4.8MPa，物料的停留时间为 15-25min;
(3)对步骤(2)中高温氧化处理后的物料进行固液分离处理，得到用 于制作有机肥的基料。
2.根据权利要求1所述的污泥氧化处理工艺，其特征在于，步骤(1)所 述水解反应在水解反应釜中进行;步骤(2)所述高温氧化处理在高温氧化塔 中进行。
3.根据权利要求1或2所述的污泥氧化处理工艺，其特征在于，步骤(1) 中用于进行水解反应的所述污泥的含水率为86-90wt%;进行水解反应时，向 所述污泥中添加弱酸性盐助剂。
4.根据权利要求1或2或3所述的污泥氧化处理工艺，其特征在于，步骤 (3)中进行所述固液分离处理前，先对所述完成高温氧化的物料进行闪蒸处 理，进行闪蒸处理的温度为60-100℃，压力为0-0.5MPa;利用闪蒸处理产生 的蒸汽对步骤(1)中所述污泥进行加热处理。
5.根据权利要求1-4任一所述的污泥氧化处理工艺，其特征在于，步骤 (3)中进行所述固液分离处理的方法为：
a.对物料进行一次固液分离，得到固体产物和液体产物;
b.将所述液体产物的一部分用于步骤(1)中，与所述污泥一起进行水解 反应;对所述液体产物剩余的一部分进行减压蒸发，将减压蒸发得到的固体 产物与步骤a中得到的固体产物混合，得到用于制作有机肥的基料;对减压蒸 发得到的蒸汽进行冷凝，得到冷凝水。
6.根据权利要求5所述的污泥氧化处理工艺，其特征在于，在进行步骤b 之前，先向所述液体产物中加入碱性盐助剂，进行重金属脱除处理。
7.一种污泥氧化处理装置，其特征在于，包括连接设置的：
水解反应釜;
高温氧化塔，与所述水解反应釜的污泥出料口连通设置，在所述高温氧 化塔上设置有氧化剂入口和气体出口，在所述高温氧化塔的底部设置有高温 物料排出口;
固液分离单元，与所述高温氧化塔的高温物料排出口连通设置。
8.根据权利要求7所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，在所述高温 氧化塔和所述固液分离单元之间还设置有闪蒸器，所述闪蒸器与所述高温氧 化塔的高温物料排出口连通设置，在所述闪蒸器的顶部设置有蒸汽出口，底 部设置有低压物料排出口;所述固液分离单元与所述闪蒸器的低压物料排出 口连通设置。
9.根据权利要求7或8所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，在所述水 解反应釜上设置有蒸汽入口，所述闪蒸器的蒸汽出口与所述水解反应釜的蒸 汽入口连通设置。
10.根据权利要求7-9任一所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，所述 固液分离单元包括：
离心机，与所述闪蒸器的低压物料排出口连通设置;
减压蒸发器，与所述离心机的液体出口连通设置，在所述减压蒸发器的 蒸汽出口管路上设置有冷凝器;所述离心机的液体出口同时还与所述水解反 应釜连通设置。
11.根据权利要求10所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，与所述离 心机的液体出口连接设置有分离液储罐，所述分离液储罐分别与所述减压蒸 发器与所述水解反应釜连通设置。
12.根据权利要求11所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，在所述分 离液储罐与所述减压蒸发器之间还设置有重金属去除单元。
13.根据权利要求7-12任一所述的污泥氧化处理装置，其特征在于，在所 述高温氧化塔与所述水解反应釜的污泥出料口之间的连通管路上设置有加热 装置;在所述连通管路上且位于所述加热装置的上游还设置有换热器，连接 所述闪蒸器与所述高温氧化塔高温物料排出口的管道经过所述换热器。
说明书
一种污泥氧化处理工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种污泥氧化处理工艺及装置，属于污泥处理的技术领域。
背景技术
随着城市化进程的加快，城市污水的排放也日益增加，目前，活性污泥法由于成本低、耗能少等优点，仍然是普遍使用的污水处理方法。然而，上述污水处理方法副产大量污泥。数据表明，一个日处理30万吨的污水处理厂，每天约产生含水率80%的污泥120吨。污泥是在污水处理系统的各个单元中所产生的固液混合物，是污水处理过程的附属产物，含水率高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及镉、铬、铅、汞等重金属和难以降解的有毒有害及致癌物质。由此，未经适当处理的污泥进入环境后，直接给水体、土壤和大气带来二次污染，会对我国的生态环境和人们的活动构成严重的威胁。另一方面，污泥中来自土壤的有机质不能安全回归土壤，造成土质越来越贫瘠。
传统污水处理方法主要是经浓缩、厌氧消化处理后，农用、填埋或焚烧。但由于污泥中含有较多的有毒物质和重金属离子，厌氧消化率低，污泥中有机物的分解率只有25%-45%，农用污泥易产生二次污染，从而污泥最终只能以填埋、焚烧为主。填埋占用大量土地，焚烧对污泥的减量化和稳定化虽然效果较好，但存在能量消耗大、二次污染严重等问题。
中国专利文献CN102786190A公开了一种污泥快速资源化方法，包括如下步骤：(1)原料污泥输送至物化预处理器中与水进行配制;(2)经配制后的污泥经换热器输送至氧化反应器中，同时向所述氧化反应器中通入氧气，所述污泥与所述氧气在所述氧化反应器中进行部分湿式氧化反应;(3)经所 述部分湿式氧化反应得到高温物料和气体，所述气体排放，所述高温物料输入至所述换热器;(4)所述高温物料经所述换热器换热后进入至强制过滤器中;经所述强制过滤器得到的浓缩物料进入至活化反应器中进行活化反应;(5)所述活化反应后的物料进入至膨化器中进行膨化，经所述膨化后的物料进入机中进行固液分离，从而实现对污泥的资源化处理。
上述现有技术中的污泥快速资源化方法，与传统的污泥堆肥法相比，有效缩短了污泥处理所需的时间。但是其仍旧存在的问题在于，上述现有技术中的湿式氧化反应是在较低的温度下(160-220℃)进行的，氧化处理速度较慢，并且其目的主要是稳定易腐化有机物(如其中的蛋白质、脂肪和糖类)而不是全部氧化。因此采用上述方法处理后，污泥中易腐化有机物的氧化并不完全，COD的去除率较低，污泥的COD值较高，在空气中易氧化，易腐败，不利于储存及运输。因此其并不适于作为有机肥的基料直接使用。
现有技术中，本领域技术人员公知的是，如果要实现污泥中有机物的完全氧化，就需要提高氧化的温度，但是如果为了提高污泥的氧化效率而提高反应的温度，就会大幅度提高污泥资源化工艺的能耗，从而降低整个工艺的经济价值，因此，如何探索出一种能够实现有机物完全氧化，同时能耗还比较低的污泥快速资源化工艺，是本领域技术人员尚未解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的污泥处理装置的处理速度慢，COD去除率低，从而提出一种处理速度快、能够实现有机物完全氧化、氧化速率快且能耗较低的污泥氧化处理工艺及装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种污泥氧化处理工艺，包括如下步骤:
(1)对污泥进行水解反应，水解反应的温度为80-120℃，压力为0-0.3Mpa，，污泥的停留时间为5-10min;
(2)对完成步骤(1)中水解反应的物料进行高温氧化处理，进行所述 高温氧化处理的温度为200-260℃，压力为2.6-4.8MPa，物料的停留时间为15-25min;
(3)对步骤(2)中高温氧化处理后的物料进行固液分离处理，得到用于制作有机肥的基料。
步骤(1)所述水解反应在水解反应釜中进行;步骤(2)所述高温氧化处理在高温氧化塔中进行。
步骤(1)中用于进行水解反应的所述污泥的含水率为86-90wt%;进行水解反应时，向所述污泥中添加弱酸性盐助剂。
步骤(3)中进行所述固液分离处理前，先对所述完成高温氧化的物料进行闪蒸处理，进行闪蒸处理的温度为60-100℃，压力为0-0.5MPa;利用闪蒸处理产生的蒸汽对步骤(1)中所述污泥进行加热处理。
步骤(3)中进行所述固液分离处理的方法为：
a.对物料进行一次固液分离，得到固体产物和液体产物;
b.将所述液体产物的一部分用于步骤(1)中，与所述污泥一起进行水解反应;对所述液体产物剩余的一部分进行减压蒸发，将减压蒸发得到的固体产物与步骤a中得到的固体产物混合，得到用于制作有机肥的基料;对减压蒸发得到的蒸汽进行冷凝，得到冷凝水。
在进行步骤b之前，先向所述液体产物中加入碱性盐助剂，进行重金属脱除处理。
一种污泥氧化处理装置，包括连接设置的：
水解反应釜;
高温氧化塔，与所述水解反应釜的污泥出料口连通设置，在所述高温氧化塔上设置有氧化剂入口和气体出口，在所述高温氧化塔的底部设置有高温物料排出口;
固液分离单元，与所述高温氧化塔的高温物料排出口连通设置。
在所述高温氧化塔和所述固液分离单元之间还设置有闪蒸器，所述闪蒸器与所述高温氧化塔的高温物料排出口连通设置，在所述闪蒸器的顶部设置有蒸汽出口，底部设置有低压物料排出口;所述固液分离单元与所述闪蒸器的低压物料排出口连通设置。
在所述水解反应釜上设置有蒸汽入口，所述闪蒸器的蒸汽出口与所述水解反应釜的蒸汽入口连通设置。
所述固液分离单元包括：
离心机，与所述闪蒸器的低压物料排出口连通设置;
减压蒸发器，与所述离心机的液体出口连通设置，在所述减压蒸发器的蒸汽出口管路上设置有冷凝器;所述离心机的液体出口同时还与所述水解反应釜连通设置。
与所述离心机的液体出口连接设置有分离液储罐，所述分离液储罐分别与所述减压蒸发器与所述水解反应釜连通设置。
在所述分离液储罐与所述减压蒸发器之间还设置有重金属去除单元。
在所述高温氧化塔与所述水解反应釜的污泥出料口之间的连通管路上设置有加热装置;在所述连通管路上且位于所述加热装置的上游还设置有换热器，连接所述闪蒸器与所述高温氧化塔高温物料排出口的管道经过所述换热器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的污泥氧化处理工艺，通过先将污泥进行水解，再将水解后污泥在200-260℃温度下进行高温氧化处理，从而实现在相对较低的温度下就能大幅度提高污泥的氧化处理速度，且污泥氧化处理完全;较之现有技术中污泥在较低温度下氧化处理速度慢，污泥氧化处理不完全，COD去除率较低，处理后污泥的重金属含量高、稳定性差且含水率高，本发明所述污泥氧化处理工艺，能够在较低温度下进行污泥的快速氧化处理，氧化处理时间控制在30min以内，氧化处理后污泥中有机物等大分子物质氧化完全，COD 去除率高达60%以上，处理后污泥的含水率低于30%，并能有效降低处理后污泥的重金属含量，污泥稳定性较好，处理后污泥可直接用作有机肥的基料。
(2)本发明所述的污泥氧化处理工艺，通过将分离出来的部分蒸汽返回至水解反应釜中，实现对蒸汽热量进行回收的同时加快污泥的水解处理过程，本发明所述的污泥氧化处理工艺并不需要施加额外能耗，就能有效提高污泥的氧化处理效率。
(3)本发明所述的污泥氧化处理工艺，通过将固液分离后得到的分离液体返回至水解反应釜中，由于分离液本身为弱酸性液体，有利于加快水解速度，且分离液可作为污泥的溶剂对污泥溶解后改良污泥的流动性，此外，还能实现对分离液热量的有效回收。
(4)本发明所述的污泥氧化处理装置，通过依次设置水解反应釜、高温氧化塔和固液分离单元，从而先将污泥经过水解，污泥絮体解体，细胞破裂，细胞的有机质释放并水解为小分子有机物，同时释放细胞结合水，使污泥可生化性显著提高;接着，在高温氧化塔中、在氧化剂的作用下，可生化性较高的污泥与氧气迅速进行高温氧化反应，使得污泥中易腐化有机物氧化完全，提高COD去除率，进一步氧化反应放出的大量热量不仅能够维持反应体系温度、节约能源，还能够使得污泥中含有的重金属由络合态分解为离子态，由固相进入液相，降低污泥重金属含量;最后采用固液分离单元进行固液分离，获得固体用于有机肥的基料;较之现有技术中的污泥处理装置的处理速度慢，COD去除率低，处理后污泥重金属含量高、稳定性差且含水率高，本发明所述的污泥氧化处理装置，能有效提高污泥的处理速度，处理时间控制在30min以内，处理后污泥的COD去除率高达60%以上，含水率低于30%，有效降低处理后污泥的重金属含量，提高污泥稳定性，处理后污泥可直接用作有机肥的基料。
(5)本发明所述的污泥氧化处理装置，在所述高温氧化塔和所述固液分离单元之间还设置有闪蒸器，从而通过采用闪蒸器对污泥进行气液相分离，释放污泥中的蒸汽，避免气体随液体一并排除，有利于进一步降低污泥含水 率，分离出蒸汽的热量用于回收。
(6)本发明所述的污泥氧化处理装置，通过与所述液体出口连接设置减压蒸发器，使得分离液体中含量约99%的水分经减压蒸发、冷凝处理后直接排放，剩余少量残余污泥可用作有机肥的基料或进行集中处理。
(7)本发明所述的污泥氧化处理装置，通过与所述液体出口还连接设置重金属去除单元，使得固体分离后液体中含有重金属等微量物质得以有效去除，之后再进行减压蒸发，其中含有的水分经减压蒸发、冷凝处理后直接排放，剩余微量含重金属的固体，按危化物集中处理。
