申请日2017.12.11
公开(公告)日2018.06.08
IPC分类号C02F11/12; C02F9/14; B01D53/84; C02F101/30
摘要
本发明涉及利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，属于新型环保技术领域。将高浓度有机废水和药剂送入混合器均质化处理，然后混合物料经预热器预热后，送入水热反应器中进行水热氧化处理，产物经冷却后进入生化处理池作进一步处理;利用循环换热冷却装置带走水热反应产生的热量，以保持水热反应温度恒定，同时进行反应后物料的冷却;循环换热冷却装置中被加热的部分工质用于水热反应物料的预热，其余流经污泥干化床进行污泥的干化处理，经污泥干化床和预热器的工质温度降低回流至储水池继续用于水热系统的冷却换热;将脱水污泥送到污泥干化床上进行干化处理，干化过程中产生的臭气通入生物滤池脱臭处理。
权利要求书
1.一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，其特征在于，包括高浓度有机废水水热处理装置、污泥干化装置及循环换热冷却装置，
高浓度有机废水水热处理装置包括：用于将高浓度有机废水与药剂混合的混合器(7)、高浓度有机废水与药剂混合液进行水热反应的水热反应器(10)、及对水热处理后废水进行处理的生化处理池(16);
污泥干化装置包括：用于对污泥干化的污泥干化室(20)、对污泥干化尾气进行处理的生物滤池(22)，所述污泥干化室(20)内设有污泥干化床(19)，在污泥干化床(19)下方设置用于循环水流经的加热通道，
循环换热冷却装置包括：预热器(9)、热交换器(11)、冷却器(14)及储水池(18)，
所述预热器(9)具有两个流体通道，其中一个流体通道用于使高浓度有机废水与药剂混合液流经，另一个通道为循环水通道;
所述热交换器(11)包括一个用于循环水流通的循环水通道，所述热交换器(11)用于与水热反应器(10)进行换热，
所述冷却器(14)具有两个流体通道，其中一个流体通道用于使水热处理后废水流经，另一个通道为循环水通道;
所述预热器(9)的循环水通道、所述热交换器(11)的循环水通道、所述冷却器(14)的循环水通道、污泥干化室(20)内的加热通道与储水池(18)之间连接形成水循环流经的循环回路，在循环回路上设有循环泵(17);
所述热交换器(11)用于带走水热处理高浓度有机废水时产生的热量，所述冷却器(14)用于带走水热处理后废水的热量，被加热的水一部分流入预热器(9)用于对高浓度有机废水与药剂混合液进行预热，其余流经污泥干化室(20)内的加热通道用于污泥的干化处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，其特征在于，
所述预热器(9)的循环水通道一端通过管路连接储水池(18)，另一端通过管路连接污泥干化室(20)内加热通道的入口端，
所述热交换器(11)的循环水通道一端通过管路连接储水池(18)，另一端通过管路连接污泥干化室(20)内加热通道的入口端，
所述冷却器(14)的循环水通道一端通过管路连接储水池(18)，另一端通过管路连接污泥干化室(20)内加热通道的入口端，
所述污泥干化室(20)内的加热通道出口端通过管路连接储水池(18)。
3.根据权利要求1所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，其特征在于，还包括高浓度有机废水贮存池(1)与加药罐(2)，所述高浓度有机废水贮存池(1)与混合器(7)之间通过管路连接，所述加药罐(2)与混合器(7)之间通过管路连接。
4.根据权利要求1所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，其特征在于，所述污泥干化室(20)与生物滤池(22)之间通过空气管路连通，在所述空气管路上设有引风机(21)。
5.根据权利要求1所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，其特征在于，该系统还包括带有计算机控制系统的控制室，水热反应器内的温度感应器，各段管路上的电磁阀、温度感应器分别连接到计算机控制系统，检测水热反应器内温度、进料温度的传感器与该计算机系统联通，系统内的引风机的电机、循环泵由该计算机控制系统控制。
6.一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述系统进行，包括以下步骤：
(1)将高浓度有机废水和药剂送入混合器均质化处理，然后混合物料经预热器预热后，送入高温、高压的水热反应器中进行水热氧化处理，产物经冷却后进入生化处理池作进一步处理;
(2)利用循环换热冷却装置带走水热反应产生的热量，以保持水热反应温度恒定，同时进行反应后物料的冷却;循环换热冷却装置中被加热的部分工质用于水热反应物料的预热，其余流经污泥干化床进行污泥的干化处理，经污泥干化床和预热器的工质温度降低回流至储水池继续用于水热系统的冷却换热;
(3)将脱水污泥送到污泥干化床上进行干化处理，干化过程中产生的臭气经引风机排出，通入生物滤池脱臭处理。
7.根据权利要求6所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，其特征在于，步骤(1)所述的高浓度有机废水是指在轻工、化工、食品、医药、农药行业生产中排出的有机物浓度大于5%的有机废水或垃圾渗滤液。
8.根据权利要求6所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，其特征在于，步骤(1)所述水热氧化处理中加入的药剂为氧化剂，所述氧化剂为H2O2、O2、含富氧空气、O3或过氧化钙中的一种或几种，氧化剂的加入量为完全氧化废水中有机物需氧量的90%-120%。
9.根据权利要求6所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，其特征在于，步骤(1)所述的水热反应条件是：温度250～500℃，压力5～30MPa，时间0.1～10min。
10.根据权利要求6所述的一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，其特征在于，步骤(3)所述的污泥包括城市污水厂污泥、城市给水污泥、城市排水沟道污泥、工业污泥及河湖淤底泥。
说明书
利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统
技术领域
本发明属于新型环保技术领域，具体涉及一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统。
背景技术
水污染是当前我国面临的主要环境问题之一，工业废水占总污水量的70%以上，而工业废水又以高浓度有机废水为主。高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业排出的COD在2000mg/L以上的废水。这些废水含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物，如果直接排放，会造成严重污染。高浓度有机废水对环境水体的污染程度大，而且处理难度较高，是国内外环保研究领域中的难题之一，它的净化处理越来越受到关注。由于高浓度有机废水采用一般的废水治理方法难以满足净化处理的经济和技术要求，因此对其净化处理、回收和综合利用研究已逐渐成为国际上环境保护技术的研究热点课题之一。
目前，国内外环保工作者研究的高浓度有机废水的治理方法很多，有灌溉农田法、生化降解法、超滤法、浓缩干燥法、浓缩燃烧法、超级氧化法等。灌溉农田法，仅对废水进行简单的中和、沉淀处理，并受废水的性质、地理条件及季节的限制，不适合普遍使用;生化降解法，对废水进行中和、沉淀、厌氧、好氧等一系列处理，大大降低废水的BOD值，但仅适合对BOD值较高的废水处理，对废水浓度比较敏感;超滤法，对废水进行中和、沉淀、超滤处理，滤渣可以用来做其他用途或另外处理，该法对滤布要求较高;浓缩干燥法，对废水进行中和、沉淀、浓缩、干燥等处理，干粉可以用来做有机肥料或其他，但能耗较高;浓缩燃烧法，对废水进行中和、浓缩燃烧处理，燃烧后热量用来浓缩废水或生产回用，灰渣可以用来做其他用途，浓缩过程的冷凝水可以用来作生产稀释水，但投资费用较大;超级氧化法，将废水加温加压到超临界状态下进行深度氧化，回收热能，但对设备要求非常高，废水超级氧化技术还处在实验室试验阶段。
随着我国市政及工业污水处理率和污水处理程度的不断提高，污泥产量也逐年增加。城市污泥经浓缩脱水处理后含水率仍有80%左右，体积庞大，且污水中去除的污染物大部分集聚在污泥之中。大量的市政及工业污泥若不加以妥善处置，将会造成严重的二次污染。目前，污泥处置的方法主要有填埋、土地利用和焚烧等。直接填埋将会占用大量土地，同时会产生渗滤液污染地下水;土地利用则因运输量大、分散困难、容易污染地下水而受到很大限制;直接焚烧也会因为含固率低而导致热值太低，需耗费大量辅助燃料，显著增加处理成本。因此，对城市污泥进行干化处理、降低污泥含水率，是解决目前在污泥处置过程中所遇到的许多问题的关键。
传统的污泥干化法采用污泥干化场的形式，将污泥平铺在室外的干化场，通过自然通风和太阳能辐射对污泥进行干化。这种干化方式占地面积大，易受气候影响。现代化的干化工艺主要为热干化和生物干化。其中热干化主要包括直接加热式、间接加热式和辐射加热式，即通过外加热源将污泥中水分蒸发。直接加热式和间接加热式污泥干化工艺，具有占地面积小、减量化明显、产品用途灵活等优点，但投资和运行费用高、设备运行能耗高，并且具有粉尘爆炸安全隐患。辐射加热式有红外干化、微波干化和太阳能干化等工艺，其中以太阳能干化工艺不消耗化石能源受到人们特别的关注，但该方法占地面积大，处理效果受天气和季节性条件约束，改进型储热式和热泵式太阳能干化工艺的使用在一定程度上克服了天气和季节性条件的约束，但仍没有解决占地面积大的不足，增加污泥堆放厚度可减少占地面积，但干化过程中频繁的翻堆操作又增加了干化运行的能量消耗，而且热泵装置的使用还导致投资和运行能耗的增加，限制了污泥太阳能干化系统在我国的大面积推广应用。因此，发展一种更经济、更节能的污泥干化技术已成为我国城市污泥处理的迫切需要。
水热反应是指在高温高压下，以水作为溶剂进行的反应。是近年来兴起并迅速发展的一种高级氧化技术，具有反应速度快，易分解难降解化学物质，能耗低甚至可回收热等特点(水热反应是在水中进行的燃烧反应，是一个放热反应，当有机物浓度大于2%时，不需外加热量即可进行自燃，当有机物浓度大于5%时还有余热可回收)，因此尤其备受瞩目。水热条件水与普通水相比，水的密度、离子积、粘度及介电常数都会发生急剧变化，表现出类似于粘稠气体的特性，这些特性使其成为处理有机废物的理想介质。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法与系统。水热氧化技术处理高浓度有机废水的使用克服了现有高浓度有机废水处理技术投资大、效率低和工艺复杂的不足，同时充分利用水热反应的产热进行污泥的干化，达到了以废治废的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的系统，包括高浓度有机废水水热处理装置、污泥干化装置及循环换热冷却装置，
高浓度有机废水水热处理装置包括：用于将高浓度有机废水与药剂混合的混合器、高浓度有机废水与药剂混合液进行水热反应的水热反应器、及对水热处理后废水进行处理的生化处理池;
污泥干化装置包括：用于对污泥干化的污泥干化室、对污泥干化尾气进行处理的生物滤池，所述污泥干化室内设有污泥干化床，在污泥干化床下方设置用于循环水流经的加热通道，
循环换热冷却装置包括：预热器、热交换器、冷却器及储水池，
所述预热器具有两个流体通道，其中一个流体通道用于使高浓度有机废水与药剂混合液流经，另一个通道为循环水通道;
所述热交换器包括一个用于循环水流通的循环水通道，所述热交换器用于与水热反应器进行换热，
所述冷却器具有两个流体通道，其中一个流体通道用于使水热处理后废水流经，另一个通道为循环水通道;
所述预热器的循环水通道、所述热交换器的循环水通道、所述冷却器的循环水通道、污泥干化室内的加热通道与储水池之间连接形成水循环流经的循环回路，在循环回路上设有循环泵;
所述热交换器用于带走水热处理高浓度有机废水时产生的热量，所述冷却器用于带走水热处理后废水的热量，被加热的水一部分流入预热器用于对高浓度有机废水与药剂混合液进行预热，其余流经污泥干化室内的加热通道用于污泥的干化处理。
进一步地，所述预热器的循环水通道一端通过管路连接储水池，另一端通过管路连接污泥干化室内加热通道的入口端，所述热交换器的循环水通道一端通过管路连接储水池，另一端通过管路连接污泥干化室内加热通道的入口端，所述冷却器的循环水通道一端通过管路连接储水池，另一端通过管路连接污泥干化室内加热通道的入口端，所述污泥干化室内的加热通道出口端通过管路连接储水池。
进一步地，所述热交换器与储水池之间的管路上设有流量控制阀，所述冷却器与储水池之间的管路上设有流量控制阀，所述热交换器与储水池之间的一段管路和所述冷却器与储水池之间的一段管路共用一个管路，在该共用管路上设有循环泵，
所述预热器与污泥干化室内加热通道之间的管路上设有流量控制阀，所述水热反应器出口与冷却器之间管路上设置有背压阀。
进一步地，还包括高浓度有机废水贮存池与加药罐，所述高浓度有机废水贮存池与混合器之间通过管路连接，所述加药罐与混合器之间通过管路连接。
进一步地，所述高浓度有机废水贮存池与混合器之间管路上设有高压计量泵和高压计量阀，所述加药罐与混合器之间管路上设有高压计量泵和高压计量阀。
进一步地，所述污泥干化室与生物滤池之间通过空气管路连通，在所述空气管路上设有引风机。
进一步地，该系统还包括带有计算机控制系统的控制室，水热反应器内的温度感应器，各段管路上的电磁阀、温度感应器分别连接到计算机控制系统，检测水热反应器内温度、进料温度的传感器与该计算机系统联通，系统内的引风机的电机、循环泵由该计算机控制系统控制。
优选地，混合器采用静态混合器。
一种利用水热处理高浓度有机废水放热进行污泥干化的方法，采用上述系统进行，包括以下步骤：
(1)分别用高压计量泵将高浓度有机废水和药剂送入混合器均质化处理，然后混合物料经预热器预热后，送入高温、高压的水热反应器中进行水热氧化处理，产物经冷却后进入生化处理池作进一步处理;
(2)利用循环换热冷却装置带走水热反应产生的热量，以保持水热反应温度恒定，同时进行反应后物料的冷却;循环换热冷却装置中被加热的部分工质用于水热反应物料的预热，其余流经污泥干化床进行污泥的干化处理，经污泥干化床和预热器的工质温度降低回流至储水池继续用于水热系统的冷却换热;
(3)将脱水污泥送到污泥干化床上进行干化处理，干化过程中产生的臭气经引风机排出，通入生物滤池脱臭处理。
步骤(1)所述的高浓度有机废水是指在轻工、化工、食品、医药、农药等行业生产中排出的有机物浓度大于5%的有机废水或垃圾渗滤液。
步骤(1)所述水热氧化处理中加入的药剂为氧化剂，所述氧化剂为H2O2、O2、含富氧空气、O3或过氧化钙中的一种或几种，氧化剂的加入量为完全氧化废水中有机物需氧量的90%-120%。
步骤(1)所述的水热反应条件是：温度250～500℃，压力5～30MPa，时间0.1～10min。
步骤(3)所述的污泥包括城市污水污泥、城市给水污泥、城市排水沟道污泥及城市河道淤泥。
步骤(3)所述的由干化污泥所产生的二次污染臭气通过生物滤池做脱臭处理。
本发明将高浓度有机废水和氧化剂送入水热反应器进行水热氧化处理，利用水热反应的产热污泥干化。本发明不仅能对高浓度、难生化有机废水进行经济、高效的无害化处理，降低COD，减轻后续生化处理的负荷，同时充分利用水热反应的产热进行污泥的干化，绿色环保、节约能源，干化产物可作燃料、肥料、土壤改良剂等资源化利用或直接填埋。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明利用水热技术对高浓度有机废水进行处理，得到的低浓度可生化残液可作进一步生化处理，减轻后续生化处理负荷;
(2)利用水热氧化处理高浓度有机废水时的产热进行污泥干化，可以在不消耗新能源的情况下达到污泥干化的目的，使水热氧化所释放的热量充分利用，这实际上开辟了一条废物循环利用，以废治废的有效途径，既能够产生显著的社会和环境效益，又能获得明显的经济效益。
