申请日2017.12.18
公开(公告)日2018.05.15
IPC分类号C02F11/00; B01J20/20; B01J20/30
摘要
本发明提供了一种提高污泥热解碳化吸附性能的方法，该方法涉及污泥干化、污泥热解、筛分、造粒和活化等工艺过程。该方法是一种将污泥深度脱水、污泥堆肥和污泥热解资源化集成的工艺技术，有效解决了污泥堆肥处理与热解工艺衔接的问题，可有效的实现污泥的减量化、无害化和资源化，有利于推动我国城镇生活污水处理厂污泥处理和处置的发展和环保技术的提高。经此工艺产生的热解碳可用于污水处理、土壤改良、土壤污染治理和修复和恶臭气体去除等，实现了城镇生活污泥的减量化、无害化和资源化，具有非常广阔的应用前景，可产生巨大的社会效益和经济效益。
权利要求书
1.一种提高污泥热解碳化吸附性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)污泥调理与深度脱水
将含水率95%-99%的污泥泵入至污泥调理池内，投加一定量的污泥热解碳和一定比例的有机絮凝剂，搅拌20-60分钟;进而将调理后的污泥泵入至污泥脱水机中进行深度脱水使得深度脱水后污泥含水率降低至40%-55%;
(2)污泥热解
深度脱水后的污泥输送至污泥热解料仓以供给热解反应炉，污泥在热解反应炉中进行热解反应，根热解反应炉中类型的不同而确定相应的热解反应温度和停留时间，热解过程中产生的热解气回流至加热炉中进行充分燃烧，热解气中主要成分为CO(20%vol)、CO2(15%vol)、CH4(15%vol)及C2H4(10%vol)，烟气燃烧温度高于850℃;热解过程中的烟气和粉尘经过滤净化后排空;
(3)筛分和造粒
污泥热解碳经过筛分后，取粒径在1mm-2mm范围内的热解碳作为造粒的原料，采用热解过程中产生的热解油作为辅料，并添加一定量的活化剂后造粒，热解碳、辅料、活化剂投加比例为1000：(50～200)：(0.5～1)，将污泥的粒径确定在一定的范围内;
(4)污泥热解碳活化
将造粒后的污泥在活化炉中进行活化，控制升温速率、活化温度和活化反应时间，活化反应后在一定保护气氛中进行冷却，最后获得污泥基活性炭产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的污泥是生活污水 处理过程中产生的栅渣、初沉污泥、剩余污泥中的一种或者组合。
3.根据权利要求1要求所述的方法，步骤(1)中所述的污泥热解碳投加量为10kg-500kg/t绝干污泥;所述的有机絮凝剂为聚丙烯酰胺及其衍生物，其投加量为1-5‰。
4.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的脱水机为带式脱水机或者板框压滤机;步骤(2)中所述的热解反应炉为间歇式固定床热解反应炉、间歇式多段固体热解反应炉、连续式移动床热解反应炉或流化床热解反应炉。
5.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的热解反应温度在350-650℃，反应时间在30min-200min。
6.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的热解碳筛分粒径控制范围为1mm-2mm。
7.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的用于造粒的热解油选用冷却后的热解油或热解油蒸馏后残留的重质热解油，热解油添加量控制在50kg-200kg/t热解碳。
8.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的活化剂为NaOH、KOH、H3PO4或ZnCl2。
9.根据权利要求1要求所述的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的活化炉升温速率为5℃/min-50℃/min，活化温度为500℃-800℃，活化反应时间1h-5h，保护气氛为CO2或N2。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括自动控制步骤，所述自动控制步骤包括可编程控制器，所述热解反应炉和活化炉中均设置有与可编程控制器相连接的温度传感器，可编程控制器与污泥调理池中搅拌器、污泥水机、热解反应炉控制连接，还与热解碳、热解油、活化剂的投料装置控制连接，以及与活化炉控制连接;所述自动控制步骤在上述步骤(1)-(4)中均有控制;其中，在步骤(1)中，所述自动控制步骤包括自动控制污泥调理池内的搅拌器搅拌速率及污泥脱水机的脱水时间;在步骤(2)中，所述自动控制步骤包括热解反应炉的反应温度及反应时间、热解气回流的气体压力、气体温度;在步骤(3)中，所述自动控制步骤包括热解碳、热解油、活化剂的投放剂量控制;在步骤(4)中，所述自动控制步骤包括活化炉内的活化温度、活化时间及保护气体的浓度;所述自动控制步骤还包括无线远程通信步骤，该步骤中包括与可编程控制器相连接的无线收发器，所述无线收发器将污泥调理池中搅拌器、污泥水机、热解反应炉的各个运行参数，以及热解碳、热解油、活化剂的投料装置的投放量、活化炉的运行参数通过无线网络发送至远程监控系统或者智能移动终端。
说明书
一种提高污泥热解碳化吸附性能的方法
技术领域
本发明属于城镇污水处理中污泥处理技术领域，特别涉及了一种提高污泥热解碳化吸附 性能的方法。
背景技术
随着我国城镇化水平的提高，城市污水处理厂的大规模兴建和运营，污水收集率和处理水平不断提高，我国城镇污泥产生量逐年迅速增加;2008年，全国投入运行的城镇污水处理厂1529座，污水处理量达233亿立方米，产生含水率80%污泥约1600万吨;截至2014年，城镇污水处理能力已达到1.6亿m3，城镇污水处理厂已达3362座。在城市污水处理过程中，污水经过一系列处理得以达标排放，而大量污染物被富集、浓缩而转移至污泥中。以北京市为例，每天的污泥产生量接近6000吨，污泥安全处置的压力巨大。城镇污泥土地资源的日益紧缺，污泥相关的环境问题也日益突出。城镇污水处理厂具有含水量高、易腐败发臭，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多环芳烃等难以降解的有毒有害及致癌物质。污泥未经处理随意堆放，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类身体健康。由于污泥自身特点，对污泥进行有效的处理处置，是社会发展的必然要求。其中，现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。
污泥热解碳化是采用城镇污泥为原料制备污泥基活性炭材料，是污泥资源化研究的重要方向之一，可实现污泥安全处置及资源化利用的双重目的。采用热解碳作为污泥调理骨架物料，可以极大的避免污泥调理过程中无机药剂的使用，通过将热解油用于污泥热解碳造粒和活化工艺，可在很大程度上减少活化剂的使用，并且可以通过热解油回用补充热解碳中的碳含量，通过活化工艺参数的控制，实现提高污泥基热解碳吸附性能和拓展其应用范围的目的。
污泥基热解碳可用于污水处理、土壤改良、土壤污染治理和修复和恶臭气体去除等，实现了城镇生活污泥的减量化、无害化和资源化，具有非常广阔的应用前景，可产生巨大的社会效益和经济效益，如何有效提高污泥热解碳的吸附性能的研究目前在国内外研发热度并不高，基于目前的研究现状，能够发现其吸附性能的提高程度并不显著，本发明正是基于上述研究背景下而提出的。
污泥热解碳化是采用城镇污泥为原料制备污泥基活性炭材料，是污泥资源化研究的重要 方向之一，可实现污泥安全处置及资源化利用的双重目的。采用热解碳作为污泥调理骨架物 料，可以极大的避免污泥调理过程中无机药剂的使用，通过将热解油用于污泥热解碳造粒和 活化工艺，可在很大程度上减少活化剂的使用，并且可以通过热解油回用补充热解碳中的碳 含量，通过活化工艺参数的控制，实现提高污泥基热解碳吸附性能和拓展其应用范围的目的。
污泥基热解碳可用于污水处理、土壤改良、土壤污染治理和修复和恶臭气体去除等，实 现了城镇生活污泥的减量化、无害化和资源化，具有非常广阔的应用前景，可产生巨大的社 会效益和经济效益，如何有效提高污泥热解碳的吸附性能的研究目前在国内外研发热度并不 高，基于目前的研究现状，能够发现其吸附性能的提高程度并不显著，本发明正是基于上述 研究背景下而提出的。
发明内容
针对城镇污水处理厂污泥的处理和资源化利用等问题，本发明的目的在于：提出了一种 提高污泥热解碳化吸附性能的方法，该方法是一种将污泥深度脱水、污泥堆肥和污泥热解资 源化集成的工艺技术，有效解决了污泥堆肥处理与热解工艺衔接的问题，可有效的实现污泥 的减量化、无害化和资源化，有利于推动我国城镇生活污水处理厂污泥处理和处置的发展和 环保技术的提高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种提高污泥热解碳化吸附性能的方法，该方法包括以下步骤：
(1)污泥调理与深度脱水
将含水率95%-99%的污泥泵入至污泥调理池内，投加一定量的污泥热解碳和一定比例的 有机絮凝剂，搅拌20-60分钟;进而将调理后的污泥泵入至污泥脱水机中进行深度脱水使得 深度脱水后污泥含水率降低至40%-55%;
(2)污泥热解
深度脱水后的污泥输送至污泥热解料仓以供给热解反应炉，污泥在热解反应炉中进行热 解反应，根热解反应炉中类型的不同而确定相应的热解反应温度和停留时间，热解过程中产 生的热解气回流至加热炉中进行充分燃烧，热解气中主要成分为CO(20%vol)、CO2(15%vol)、 CH4(15%vol)及C2H4(10%vol)，烟气燃烧温度高于850℃;热解过程中的烟气和粉尘经过 滤净化后排空;
(3)筛分和造粒
污泥热解碳经过筛分后，取粒径在1mm-2mm范围内的热解碳作为造粒的原料，采用热 解过程中产生的热解油作为辅料，并添加一定量的活化剂后造粒，热解碳、辅料、活化剂投 加比例为1000：(50～200)：(0.5～1)，将污泥的粒径确定在一定的范围内;
(4)污泥热解碳活化
将造粒后的污泥在活化炉中进行活化，控制升温速率、活化温度和活化反应时间，活化 反应后在一定保护气氛中进行冷却，最后获得污泥基活性炭产品。
作为上述方案的进一步优化，所述的污泥是生活污水处理过程中产生的栅渣、初沉污泥、 剩余污泥中的一种或者组合。
作为上述方案的进一步优化，步骤(1)中所述的污泥热解碳投加量为10kg-500kg/t绝干 污泥;所述的有机絮凝剂为聚丙烯酰胺及其衍生物，其投加量为1-5‰。
作为上述方案的进一步优化，步骤(1)中所述的脱水机为带式脱水机或者板框压滤机; 步骤(2)中所述的热解反应炉为间歇式固定床热解反应炉、间歇式多段固体热解反应炉、连 续式移动床热解反应炉或流化床热解反应炉。
作为上述方案的进一步优化，步骤(2)中所述的热解反应温度在350-650℃，反应时间 在30min-200min。
作为上述方案的进一步优化，步骤(3)中所述的热解碳筛分粒径控制范围为1mm-2mm。
作为上述方案的进一步优化，步骤(3)中所述的用于造粒的热解油选用冷却后的热解油 或热解油蒸馏后残留的重质热解油，热解油添加量控制在50kg-200kg/t热解碳。
作为上述方案的进一步优化，步骤(3)中所述的活化剂为NaOH、KOH、H3PO4或ZnCl2。
作为上述方案的进一步优化，步骤(4)中所述的活化炉升温速率为5℃/min-50℃/min， 活化温度为500℃-800℃，活化反应时间1h-5h，保护气氛为CO2或N2。
作为上述方案的进一步优化，该方法还包括自动控制步骤，所述自动控制步骤包括可编 程控制器，所述热解反应炉和活化炉中均设置有与可编程控制器相连接的温度传感器，可编 程控制器与污泥调理池中搅拌器、污泥水机、热解反应炉控制连接，还与热解碳、热解油、 活化剂的投料装置控制连接，以及与活化炉控制连接;所述自动控制步骤在上述步骤(1)- (4)中均有控制;其中，在步骤(1)中，所述自动控制步骤包括自动控制污泥调理池内的 搅拌器搅拌速率及污泥脱水机的脱水时间;在步骤(2)中，所述自动控制步骤包括热解反应 炉的反应温度及反应时间、热解气回流的气体压力、气体温度;在步骤(3)中，所述自动控 制步骤包括热解碳、热解油、活化剂的投放剂量控制;在步骤(4)中，所述自动控制步骤包 括活化炉内的活化温度、活化时间及保护气体的浓度;所述自动控制步骤还包括无线远程通 信步骤，该步骤中包括与可编程控制器相连接的无线收发器，所述无线收发器将污泥调理池 中搅拌器、污泥水机、热解反应炉的各个运行参数，以及热解碳、热解油、活化剂的投料装 置的投放量、活化炉的运行参数通过无线网络发送至远程监控系统或者智能移动终端。
本发明的提高污泥热解碳化吸附性能的方法有益效果在于：
(1)针对城镇污水处理厂产生的污泥含水率高的问题，采用污泥热解碳作为骨架物料可 以有效降低污泥深度脱水药剂成本，降低污泥的体积和污泥热解碳产品的灰含量。
(2)将污泥热解后产生的污泥热解碳，可用于污水处理、土壤改良、土壤污染治理和修 复和恶臭气体去除等，实现了污泥减量化污泥资源化利用，具有很好的经济和社会效益。
(3)利用自动控制系统能够有效控制各个环节的运行参数，有效确保各个步骤中可靠、 稳定运行，自动化程度大大提高。
