申请日2013.09.28
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号C02F11/10; C02F11/12
摘要
本发明涉及一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法，属污泥处理领域，适用于各种类别污泥的脱水，特别适用于剩余污泥的脱水。污泥首先与高温滤液换热，提高温度后的污泥注入热调理处理单元中并在120～250℃温度下进行充分的水热反应。随后立即在带压情况下进行压滤脱水，水分以液态形式被脱除，最后对对带压的高温污泥滤饼进行泄压，利用污泥自身高温和热量进一步蒸发脱水，提高脱水效率。该脱水方法在改善污泥结构、物化特性和水分分布的基础上，节约并充分利用热能，实现了污泥的高干度低能耗脱水，并提高了其再利用价值。
权利要求书
1.一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于以下步骤：
1)污泥在预热处理单元与高温滤液进行换热，回收高温压滤水的热能，提升 自身温度，同时将高温滤液温度降至大气压沸点以下以排除带压系统;
2)经预热的污泥在密闭的热调理处理单元中被加热至120～250℃，停留10～ 90分钟进行热调理;加热温度和停留时间，根据污泥性质和需要达到的脱水效果 进行调整;
3)热调理后的污泥在热状态下立即注入压滤脱水处理单元中，压滤脱水处理 单元中的气压高于相应温度时水分的饱和蒸汽压，使污泥中的水分不发生沸腾， 在0.3～10Mpa有效机械压力下压滤10～30分钟，污泥中水分以液态形式被脱除， 避免了水分汽化的热能消耗;滤液收集装置中的高温液态滤液经过换热器，将热 量传递到污泥预热处理单元，回收热能，用于预热污泥，降低污泥热调理处理过 程中的能量输入，同时滤液温度降低，低温液态滤液进行泄压处理，得到低温常 压滤液，并对滤液进行净化处理;
4)对带压的高温污泥滤饼进行泄压，利用污泥自身高温和热量进一步蒸发脱 水，直至污泥温度降至常温，自蒸发产生的水蒸汽经冷凝收集，与降温后的滤液 一起进行净化处理，经过净化处理后的水分作为换热器交换热能的载体;
5)卸开压滤脱水处理单元，收集高干度滤饼。
2.根据权利要求1所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：所述的污泥是 指污水厂、净水厂剩余污泥、消化污泥经浓缩和机械脱水后的污泥或其他高含水 率膏状污泥类物质。
3.根据权利要求1或2所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：热调理是 间歇运行方式或连续运行方式，压滤脱水过程为间歇运行方式。
4.根据权利要求1或2所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：高温液态 滤液中的热量通过换热器回收并用于预热污泥。
5.根据权利要求3所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：高温液态滤液 中的热量通过换热器回收并用于预热污泥。
6.根据权利要求1、2或5所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：压滤 脱水前，在压滤脱水处理单元充有空气等气体，使气压高于相应温度时水分的饱 和蒸汽压。
7.根据权利要求3所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：压滤脱水前， 在压滤脱水处理单元充有空气等气体，使气压高于相应温度时水分的饱和蒸汽压。
8.根据权利要求4所述的污泥类物质深度脱水方法，其特征在于：压滤脱水前， 在压滤脱水处理单元充有空气等气体，使气压高于相应温度时水分的饱和蒸汽压。
说明书
一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法
技术领域
本发明涉及一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法，适用于各种类别污泥的脱水处理，特别适用于剩余污泥的脱水处理，属于污泥处理领域。
背景技术
鉴于中华人民共和国环保法规《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的实施，经过污水处理厂处理的污水数量逐年增加，从而导致污水处理厂产生的剩余污泥数量亦在逐年增加，且数量庞大。根据《中国环境状况公报》中的污水排放数据，同时考虑我国生活污水中的含固率为0.015%及城镇污水处理厂的平均处理效率，估算我国城镇污水处理厂产生含水率为80%的剩余污泥量，其数值从2004年的353.54万吨快速增加到了2010年的1854.94万吨，且每年以近250多万吨的速率在增长。如此大量的剩余污泥必须进行有效的处理和再利用，以实现污废水处理的可持续发展。
剩余污泥是污废水在利用生物法处理过程中产生的，由大量微生物及其代谢产物以及吸附的污废水中的有机物和无机物所组成的，具有高有机物含量和高含水率的生物质固体。由于剩余污泥中的EPS通过静电引力、氢键作用、物理和化学吸附以及裹挟作用束缚了大量的水分，使得污泥属于难脱水物料，通常把污泥中的水分分为自由水分、间隙水分、表面吸附水分和内部结合水分。
对于污泥填埋、好氧堆肥、土地利用和焚烧等污泥最终处理和处置方法，都对污泥中的含水率提出了一定的要求。《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)规定城市污泥进入生活垃圾卫生填埋场污泥含水率必须小于 60%;《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定好氧堆肥时污泥的含水率必须小于65%;《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(CJ248-2007)规定园林绿化用泥质含水率必须小于45%;《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》(CJ/T290-2008)规定污泥自持燃烧时污泥的含水率必须小于50%。所以污泥深度脱水是污泥处理与处置的必经之路。
目前广泛使用的机械脱水和热干燥脱水都存在一定的局限性，例如，机械脱水通常很难使污泥的含水率降到75%以下，而热能干燥脱水的能耗却非常高，故非常有必要寻求一种高效低能耗污泥脱水方法。水热处理是20世纪初期发展起来的一种用以模拟含碳生物质煤化过程的技术方法，属于物理化学反应过程。在水热过程中发生的脱水和脱羧基等反应使固体产品不仅具有较高的热值，而且表现出明显的疏水特性。因此，把机械脱水和水热调理处理有机的结合到一起不仅可以实现剩余污泥的高干度低能耗脱水，而且可以提高剩余污泥的有效再利用价值。
发明内容
鉴于污泥脱水困难的特性、污泥最终处理处置对污泥脱水的要求和目前热能与机械脱水组合脱水方式的缺陷，本发明提供了一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法，不但利用热能改善了污泥结构、物化特性和水分分布，提高了压滤脱水效率，而且污泥中水分主要以液态形式被压滤脱除，避免了水分汽化的热能消耗，同时污泥中水分在水热过程中吸收的热能(高温滤液中含有的热能)被回收再利用(预热污泥)，污泥中固体吸收的热能亦被进一步利用(蒸发脱水)，降低了脱水能耗，同时热调理处理过程属于放热过程，有效节约了能耗输入，最后得到的热调理处理产品的热值显著提高，有利于脱水污泥的后续利用与处置。
本发明提出的是一种基于热调理耦合压滤的污泥类物质深度脱水方法，按以下步骤进行：
1)本方法中的污泥是指污水厂、净水厂剩余污泥、消化污泥经浓缩和机械脱水后的污泥或其他高含水率膏状污泥类物质;
2)污泥在预热处理单元与高温滤液进行换热，一方面回收高温压滤水的热能，提升自身温度;另一方面可将高温滤液温度降至大气压沸点以下以排除带压系统;
3)经预热的污泥在密闭的水热处理单元中被加热至120℃以上，停留一定时间进行热调理，在热调理过程中，污泥充分进行脱羟基、脱羧基和水解等反应，改善了污泥结构、物理化学特性和水分分布;
4)热调理完全后的污泥在热状态下立即注入压滤脱水处理单元中，压滤脱水处理单元中提前充有空气等气体，并使气压高于相应温度时水分的饱和蒸汽压，以使污泥中的水分不发生沸腾，在0.3～10MPa的有效机械压力作用下一定时间，污泥中水分以液态形式被脱除，避免了水分汽化的热能消耗，得到了高温液态滤液;滤液收集装置中的高温液态滤液经过换热器回收热能，并用于污泥预热处理单元提高污泥温度，既可以降低污泥热调理处理过程中的能量输入，同时使滤液温度降低;低温液态滤液进行泄压处理，得到低温常压滤液，再对低温常压滤液进行净化处理;
5)对带压的高温污泥滤饼进行泄压，利用污泥自身高温和热量进一步蒸发脱水，直至污泥温度降至常温，收集高干度滤饼;
6)过程中产生的气态水分经过冷凝处理后，进入滤液净化处理单元进行净化处理，经过净化处理后的水分可以作为换热器交换热能的载体。
本发明的主要特点：
1)本方法中的污泥是指污水厂、净水厂剩余污泥、消化污泥经浓缩和机械脱水后的污泥或其他高含水率膏状污泥类物质。
2)污泥在120～250℃下热调理处理一定时间，污泥颗粒的钢弹性增强，物理化学特性(粒度分布、表面电荷、疏水性、流变学特性)发生转变，污泥中的水分分布和颗粒结构的极大改善，使得水分与污泥颗粒的结合能显著降低。
3)在热调理处理过程中，细胞破裂，释放出胞内水分，同时胞内和胞外大分子有机物主要发生脱羟基、脱羧基和水解等反应，水分分布向易脱水方向转化，C和H含量显著增加，O含量降低，提高了污泥热值。
4)污泥热调理处理过程为放热过程，在水热反应开始后能够有效节约能耗输入。
5)污泥在120～250℃范围内进行热调理反应，不但有利于热脱水的进行，而且避免了温度过高(>250℃)导致的污泥中有机物大量分解，抑制了美拉德反应和糖类的焦糖化反应的发生，降低了滤液处理的难度。
6)污泥与高温滤液进行换热，既能回收高温压滤水的热能，提升自身温度;又可将高温滤液温降至大气压沸点以下以排除带压系统。
7)热调理处理单元需具有良好的耐热性和密封性，污泥在热调理反应处理单元中的气压由污泥中水分产生的饱和蒸汽压、热调理反应产生的气体气压和相应大气压力构成。
8)在热调理反应完全后的污泥注入压滤脱水处理单元之前，压滤脱水处理单元需要充入空气等气体，使气压高于相应温度时水分的饱和蒸汽压，可以抑制污泥中水分的蒸发，避免了水分蒸发的热能消耗，使得经压滤而脱除的水分 呈高温液态。
9)由于是在高温条件下进行压滤脱水，滤液温度较高，显著降低了滤液粘度，有助于压滤脱水速率的提高。
10)脱水后滤饼的含水率低，可以实现剩余污泥的深度脱水。
11)热调理可以是间歇运行方式也可以是连续运行方式，压滤脱水过程为间歇运行方式。
综上所述，该污泥脱水处理方法充分利用了水热处理和机械压滤脱水的优点，具有热能利用充分，脱水效率高，脱水能耗低的特性，低含水率的脱水滤饼能够满足污泥的多样化利用和处置的要求，为由于大量的剩余污泥而影响城镇污水处理厂的正常运行提供了新的解决途径。
