申请日2010.08.06
公开(公告)日2011.02.23
IPC分类号C02F11/10; C05F7/00; C02F11/12
摘要
本发明提供一种污泥管式热水解处理方法及其装置。本发明装置，由进料系统、改性系统、脱水系统、换热系统、净化系统五个主要系统组成，采用催化剂注入方式，污泥用中压蒸汽直接加热，在中温条件下热水解，并充分回收利用水解工艺中的剩余能量，得到液-固混合物，除为复合肥提供可控成分的担体外，还使液固分离后的泥饼含水率具有可调性，可将污泥含水率从原污泥的80%左右降至40%-60%。与现有技术相比，本装置结构简单，能连续平稳操作，污泥热水解温度210-250℃，反应时间10-20min使污泥处置经济、快速有效地达到减量化和无害化，易于进行规模化处理，为污泥的处理、处置和设备的能量回收利用寻求了一条新型途径。
权利要求书
1.一种污泥管式热水解处理方法，该处理方法在一包含进料系统、换热系统、改性系统、脱水系统和净化系统的管式污泥处理装置中进行，污泥由进料系统送入换热系统预热后，送入改性系统加注催化剂进行改性，改性过程中形成的不凝气和二次蒸汽以及液-固混合物送入换热系统作为热源，以预热由进料系统过来的污泥，经过换热后的不凝气和二次蒸汽送入净化系统净化后排空;经过换热后的液-固混合物送入脱水系统脱水，最终得到作为复合肥的担体的泥饼，泥饼含水率控制在40-60%。
2.如权利要求1所述的污泥管式热水解处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(1)、预热试压步骤：
用蒸汽进行管式污泥处理装置进行预热试压，其中试压标准：改性系统的压力为3.0-3.8Mpa，脱水系统、换热系统、进料系统、净化系统四个系统压力为0.1-0.8Mpa，整个预热试压过程至管式污泥处理装置温度达到150-250℃时停止;
(2)、第一预热步骤：
用泵把污泥从贮槽连续不断地送进换热系统中的第一预热器中，与换热系统中的不凝气换热器送过来第一液体和闪蒸汽换热器送过来的第二液体进行混合，形成温度为30-50℃第一含水污泥由第一预热器出口送出;
(3)第二预热步骤：
由第一预热器预热后的第一含水污泥送入换热系统中的第二预热器中，与改性系统中的闪蒸器过来的第二液-固混合物进行热交换，经过热交换后形成温度为60-80℃第二含水污泥由第二预热器第一出口送出，而经过热交换后形成温度为70-90℃液-固混合物由第二预热器第二出口送出;
(4)第三预热步骤：
由第二预热器预热后的第二含水污泥送入换热系统中的不凝气换热器，与改性系统中的反应器出来的不凝气进行热交换，经过热交换后形成温度为75-95℃第三含水污泥由不凝气换热器的第一出口送出;而经过热交换后形成温度为80-100℃气体由不凝气换热器的第二出口送至净化系统进行净化;
(5)第四预热步骤：
由不凝气换热器换热后的第三含水污泥送入换热系统中的闪蒸汽换热器，与改性系统中的闪蒸器过来的闪蒸汽进行热交换，经过热交换后形成温度为90-110℃第四含水污泥由闪蒸汽换热器的第一出口送出;而经过热交换后形成温度为80-100℃气体由闪蒸汽换热器的第二出口送至净化系统进行净化;
(6)第一混合步骤：
由闪蒸汽换热器换热后的第四含水污泥送入改性系统中的第一混合器，与通入压力为3.5-3.8MPa中压蒸汽进行混合，形成出口温度为210-250℃的第五含水污泥送出;
(7)第二混合步骤：
将第一混合器混合后的第五含水污泥送入改性系统中的第二混合器，与加注的催化剂进行混合，形成含催化剂的污泥送出;其中催化剂的加注量为第五含水污泥中固含量的2-4wt‰;
(8)反应步骤：
将第二混合器形成的含催化剂的污泥送入反应器进行反应，反应过程中，污泥中的细胞结构破碎，释放胞内物质，生成小分子碳化物和氮化物，并发生美拉德反应;污泥中间隙水、表面水、结合水从污泥颗粒间逸出，产生第一液-固混合物和不凝气送出;其中反应时间10min-20min，反应温度控制在220-240℃，反应压力控制在2.8-3.0MPa;
(8)闪蒸步骤：
将反应器产生的第一液-固混合物送入闪蒸器进行闪蒸，闪蒸后形成的第二液-固混合物和闪蒸汽送出;
(9)脱水步骤：
经过第二预热器热交换后形成温度为70-90℃液-固混合物由第二预热器第二出口送至脱水系统进行脱水至含水率为40-60%的泥饼。
3.如权利要求2所述的污泥管式热水解处理方法，其特征在于，所述催化剂为无机酸、有机酸中的一种或两者的混合。
4.如权利要求3所述的污泥管式热水解处理方法，其特征在于，所述无机酸为硫酸或盐酸，所述有机酸为酒石酸或乙酸。
5.如权利要求2所述的污泥管式热水解处理方法，其特征在于，所述催化剂的注入流量按反应物pH 5-7控制。
6.一种污泥管式热水解处理的装置，其特征在于，包括进料系统、换热系统、改性系统、脱水系统和净化系统，其中换热系统包括第一预热器、第二预热器、不凝气换热器、闪蒸汽换热器，改性系统包括第一混合器、第二混合器、反应器、闪蒸器，所述进料系统的出口与第一预热器的污泥入口连接;第一预热器的含水污泥出口与第二预热器的含水污泥入口连接，第二预热器的液-固混合物出口接脱水系统中的液-固混合物入口，第二预热器的含水污泥出口与不凝气换热器的含水污泥入口连接，不凝气换热器的液体出口接第一预热器的第一液体入口，不凝气换热器的气体出口接净化系统，不凝气换热器的含水污泥出口接闪蒸汽换热器的含水污泥入口;闪蒸汽换热器的液体出口接第一预热器的第二液体入口，闪蒸汽换热器的气体出口接净化系统，闪蒸汽换热器的含水污泥出口接第一混合器的含水污泥入口，第一混合器的蒸汽入口接中压蒸汽，第一混合器的含水污泥出口接第二混合器的含水污泥入口，第二混合器的催化剂加注口通过催化剂加注泵接催化剂罐，第二混合器的含水污泥出口接反应器的含水污泥入口;反应器的不凝气出口接不凝气换热器的气体入口，反应器的液-固混合物出口接闪蒸器的接液-固混合物入口;闪蒸器的液-固混合物出口接第二预热器的液-固混合物入口，闪蒸器的蒸汽出口接闪蒸汽换热器的蒸汽入口。
7.如权利要求6所述的一种污泥管式热水解处理的装置，其特征在于，所述脱水系统包括滗析器和离心机，滗析器的液-固混合物入口接第二预热器的液-固混合物出口，滗析器的液-固混合物出口接离心机的液-固混合物入口。
8.如权利要求6所述的一种污泥管式热水解处理的装置，其特征在于，所述反应器采用管式反应器。
说明书
一种污泥管式热水解处理方法及其装置
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理的技术领域，特别涉及一种市政污水处理后剩余污泥的减量化处置技术，尤其涉及一种污泥管式热水解处理方法及装置。
背景技术
市政污水经过处理后往往产生大量的污泥。随着人们对环保要求的提高，污泥处理的方式也在发生着变化，从不需要添置处理污泥的后续设备到污泥输送设备、脱水设备的革新与换代，以及对污泥干化、焚烧、制肥等设备的涌现，满足了污泥最终减量化处理和无害化处理的要求。
随着综合国力的提升和环保意识的增强，近年来，我国对污水处理的力度逐渐加大。预计到2010年，国家将投入大量的资金用于城市污水的处理，使主要城市污水的集中处理率提高到75%以上。但是迅速增长的污水处理要求将产生大量的生物剩余污泥，而如何处理好这些污泥，已经成为污水处理中亟待解决的问题。
通常剩余污泥经脱水机脱水后，含固率在15%-20%之间。随着我国对污泥处理要求的提高，对污泥含固率的要求已经成为一个重要指标，直接影响到后续的污泥泵输送、存储以及干化、焚烧。
目前市政污水处理厂剩余污泥处理处置存在的主要问题有：设备利用率较低;污泥未进行减量化、无害化和稳定化的处理;体积较大，运输费用高，运输过程中散发恶臭和病原体，影响环境卫生;化肥的普遍使用又导致污泥肥料备受冷落;未经“三化”的污泥，土力学性能和生物稳定性很差，不利于常规的填埋和资源化利用。到目前为止，还没有经济有效、能耗低的成熟技术对剩余污泥进行减量化和无害化处理并充分利用。
鉴于此，需要提供一种从根本上解决过量剩余污泥问题的方法，必须采用稳定工艺，对污泥进行经济有效地减量化、无害化处理。
在现有的污泥减量化技术中，提出的处理方法有以下几种：
1、中国专利Zl200610026697.5(中国专利公开号CN：1868976A)(费拥军、刘文治、费杰)公开了一种有机固体废弃物双水解快速处理的方法，罐内快速强制脱水和快速喷爆、撞击流干燥脱水后，再经筛分、热磨脱水后，达到减量化的目的。
2、中国专利ZL200410034142.6(中国专利公开号CN：1569699A)(王伟、王治军)公开了水处理领域的适用于市政污水处理厂的剩余污泥的资源化、减量化处理的一种剩余污泥的处理方法，以高压釜作为反应器，进行水解处理、厌氧消化和脱水三个处理步骤，得到含水率为45%～50%的泥饼。
但是，上述方法都只是以单方面减少污泥含水率为目的，工艺过程需要高温、高压，能耗较大，设备要求苛刻，规模化生产难度大，工艺得不到有效保证，污泥处置经济成本高。
可见，对污泥进行处置和再利用需解决两个关键问题：一、快速降低并控制污泥含水率以及杀灭污泥中的病原菌、微生物和寄生虫卵，以实现无害化;
二、降低污泥处置的能耗和成本问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种快速、无害化、经济的降低污泥含水率的一种污泥管式热水解处理方法，以解决现有技术存在的问题。该处理方法具有高效节能、处理成本低、适合规模化处理的优点，并能控制污泥含水率为40%-60%。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供上述污泥管式热水解处理方法所使用的装置。
本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：
作为本发明的第一方面的一种污泥管式热水解处理方法，该处理方法在一包含进料系统、换热系统、改性系统、脱水系统和净化系统的管式污泥处理装置中进行，污泥由进料系统送入换热系统预热后，送入改性系统加注催化剂进行改性，改性过程中形成的不凝气和二次蒸汽以及液-固混合物送入换热系统作为热源，以预热由进料系统过来的污泥，经过换热后的不凝气和二次蒸汽送入净化系统净化后排空;经过换热后的液-固混合物送入脱水系统脱水，最终得到作为复合肥的担体的泥饼，泥饼含水率控制在40-60%。
本发明的处理方法具体包括如下步骤：
(1)、预热试压步骤：
用蒸汽进行管式污泥处理装置进行预热试压，其中试压标准：改性系统的压力为3.0-3.8Mpa，脱水系统、换热系统、进料系统、净化系统四个系统压力为0.1-0.8Mpa，整个预热试压过程至管式污泥处理装置温度达到150-250℃时停止;
(2)、第一预热步骤：
用泵把污泥从贮槽连续不断地送进换热系统中的第一预热器中，与换热系统中的不凝气换热器送过来第一液体和闪蒸汽换热器送过来的第二液体进行混合，形成温度为30-50℃第一含水污泥由第一预热器出口送出;
(3)第二预热步骤：
由第一预热器预热后的第一含水污泥送入换热系统中的第二预热器中，与改性系统中的闪蒸器过来的第二液-固混合物进行热交换，经过热交换后形成温度为60-80℃第二含水污泥由第二预热器第一出口送出，而经过热交换后形成温度为70-90℃液-固混合物由第二预热器第二出口送出;
(4)第三预热步骤：
由第二预热器预热后的第二含水污泥送入换热系统中的不凝气换热器，与改性系统中的反应器出来的不凝气进行热交换，经过热交换后形成温度为75-95℃第三含水污泥由不凝气换热器的第一出口送出;而经过热交换后形成温度为80-100℃气体由不凝气换热器的第二出口送至净化系统进行净化;
(5)第四预热步骤：
由不凝气换热器换热后的第三含水污泥送入换热系统中的闪蒸汽换热器，与改性系统中的闪蒸器过来的闪蒸汽进行热交换，热交换后形成温度为90-110℃第四含水污泥由闪蒸汽换热器的第一出口送出;而经过热交换后形成温度为80-100℃气体由闪蒸汽换热器的第二出口送至净化系统进行净化;
(6)第一混合步骤：
由闪蒸汽换热器换热后的第四含水污泥送入改性系统中的第一混合器，与通入压力为3.5-3.8MPa中压蒸汽进行混合，形成出口温度为210-250℃的第五含水污泥送出;
(7)第二混合步骤：
将第一混合器混合后的第五含水污泥送入改性系统中的第二混合器，与加注的催化剂进行混合，形成含催化剂的污泥送出;其中催化剂的加注量为第五含水污泥中固含量的2-4wt‰;
(8)反应步骤：
将第二混合器形成的含催化剂的污泥送入反应器进行反应，反应过程中，污泥中的细胞结构破碎，释放胞内物质，生成小分子碳化物和氮化物，并发生美拉德反应;污泥中间隙水、表面水、结合水从污泥颗粒间逸出，产生第一液-固混合物和不凝气送出;其中反应时间10min-20min，反应温度控制在220-240℃，反应压力控制在2.8-3.0MPa;
(8)闪蒸步骤：
将反应器产生的第一液-固混合物送入闪蒸器进行闪蒸，闪蒸后形成的第二液-固混合物和闪蒸汽送出;
(9)脱水步骤：
经过第二预热器热交换后形成温度为70-90℃液-固混合物由第二预热器第二出口送至脱水系统进行脱水至含水率为40-60%的泥饼。
本发明上述处理方法中，所述催化剂为无机酸、有机酸中的一种或两者的混合。
所述无机酸为硫酸或盐酸，所述有机酸为酒石酸或乙酸。
所述催化剂的注入流量按反应物pH 5-7控制。
作为本发明的第二方面一种污泥管式热水解处理的装置，其特征在于，包括进料系统、换热系统、改性系统、脱水系统和净化系统，其中换热系统包括第一预热器、第二预热器、不凝气换热器、闪蒸汽换热器，改性系统包括第一混合器、第二混合器、反应器、闪蒸器，所述进料系统的出口与第一预热器的污泥入口连接;第一预热器的含水污泥出口与第二预热器的含水污泥入口连接，第二预热器的液-固混合物出口接脱水系统中的液-固混合物入口，第二预热器的含水污泥出口与不凝气换热器的含水污泥入口连接，不凝气换热器的液体出口接第一预热器的第一液体入口，不凝气换热器的气体出口接净化系统，不凝气换热器的含水污泥出口接闪蒸汽换热器的含水污泥入口;闪蒸汽换热器的液体出口接第一预热器的第二液体入口，闪蒸汽换热器的气体出口接净化系统，闪蒸汽换热器的含水污泥出口接第一混合器的含水污泥入口，第一混合器的蒸汽入口接中压蒸汽，第一混合器的含水污泥出口接第二混合器的含水污泥入口，第二混合器的催化剂加注口通过催化剂加注泵接催化剂罐，第二混合器的含水污泥出口接反应器的含水污泥入口;反应器的不凝气出口接不凝气换热器的气体入口，反应器的液-固混合物出口接闪蒸器的接液-固混合物入口;闪蒸器的液-固混合物出口接第二预热器的液-固混合物入口，闪蒸器的蒸汽出口接闪蒸汽换热器的蒸汽入口。
所述脱水系统包括滗析器和离心机，滗析器的液-固混合物入口接第二预热器的液-固混合物出口，滗析器的液-固混合物出口接离心机的液-固混合物入口。
所述反应器采用管式反应器。
本发明的有益效果：
本发明使用的装置最终使污泥减量和无害化，并为复合肥提供可控成分的担体。因此，液固分离后的泥饼含水率要有可调性;与现有技术相比，本装置采用控制催化剂的用量，并有效控制反应物的pH5-7值，加快反应，污泥热水解温度210-250℃，反应时间10-20min，并且减少污泥脱水时间。
本装置的反应器可采用管式反应器，也可采用传统的罐式反应器，由于采用本发明的方法进行污泥处理，速度快，流量大，可采用管式反应器，相对于罐式反应器，管式反应器更加节省空间，同时也提供了一种污泥管式热水解处理方法。
本发明高效节能、降低处理成本，经过处理后，泥饼含水率控制在40%-60%，并根据需要调节污泥含水率为40%-60%内的某一目标值。
本装置结构简单，能连续平稳操作，能使污泥快速达到减量化、无害化，易于进行规模化处理，并为污泥的处理、处置和设备的能量回收利用寻求了一条经济有效的新型途径。
