一種污泥熱水解-干化一體化的新工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種污泥熱水解-干化一體化的新工藝(簡(jiǎn)稱L.M.D.法)。其特征在于：在亞臨界條件下，在熱水解釜中，將污泥中高分子有機(jī)物分解，再將高壓、低干度的汽-水混合物多次外排閃蒸。有益效果是：1.擺脫了污泥干化必需依附在發(fā)電廠內(nèi)，可直接建在污水處理廠內(nèi)，實(shí)現(xiàn)污泥“源頭治污”，不需另配鍋爐，高壓裝置少，占地面積小，投資省，解決脫水污泥外運(yùn)成本高；中途二次污染隱患及污泥處理選址難等問(wèn)題；2.實(shí)現(xiàn)熱水解和干化一體化，污泥中水份的絕大多數(shù)未發(fā)生相變就能脫除，能耗低，無(wú)需另配機(jī)械脫水系統(tǒng)，投資和運(yùn)行費(fèi)用少；3.為城市污泥穩(wěn)定、減量、無(wú)害和資源化開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景；4.操作自由度大，產(chǎn)品的含水率可控范圍廣，可以根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用方向方便的調(diào)節(jié)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種污泥熱水解-干化一體化的新工藝
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種城市污泥穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化和資源化的新方法，是將濕污泥在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)水解和干化一體化作業(yè)的新工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)污水處理能力將達(dá)到475億噸/年，按污泥產(chǎn)率5噸/I萬(wàn)噸污水，污泥含水率80%計(jì)算，濕污泥產(chǎn)生量將達(dá)到2375萬(wàn)噸/年。2020年污水排放量達(dá)到536億噸/年，濕污泥產(chǎn)生量將達(dá)到2680萬(wàn)噸/年。
[0003]污泥是污水處理后的附屬品、是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。污泥量通常占污水量的0.3%~0.5% (體積)或者約為污水處理量的1%~2% (質(zhì)量)。污水處理效率的提高，必然導(dǎo)致污泥數(shù)量的增加。目前我國(guó)污水處理量和處理率雖然不高(4.5% )，但城市污水處理廠每年排放干污泥大約30萬(wàn)噸，而且還以每年大約10%的速度增長(zhǎng)。調(diào)研結(jié)果顯示，我國(guó)污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%沒(méi)有得到妥善處理，污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問(wèn)題已經(jīng)凸顯出來(lái)，并且引起了社會(huì)的關(guān)注。“十二五”期間，我國(guó)將重點(diǎn)放在污泥處置方面。鼓勵(lì)污泥無(wú)害化后進(jìn)行綜合利用。由此可見(jiàn)，“十二五”期間，污泥處理處置市場(chǎng)將得到進(jìn)一步發(fā)展，其也將成為繼污水處理之后的下一個(gè)技術(shù)攻關(guān)和投資熱點(diǎn)。
[0004]污泥無(wú)害化處理及循環(huán)利用應(yīng)是城市管理和公共服務(wù)的重要組成部分，對(duì)提高城鄉(xiāng)環(huán)境質(zhì)量、保障城市安全運(yùn)行有著重要意義，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的公益事業(yè)。城市污泥主要來(lái)源于生活污水，是含有一定的熱能和營(yíng)養(yǎng)成分的寶貴資源，且重金屬、有毒有機(jī)物等有害物質(zhì)含量較低，資源化循環(huán)利用潛力較大。
[0005]污泥不僅產(chǎn)量巨大，而且含有重金屬、病原菌、寄生蟲(chóng)以及某些難分解的有機(jī)毒物，如果處理不當(dāng)，排放后會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，將污泥經(jīng)過(guò)科學(xué)處置，達(dá)到穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化和資源化的目標(biāo)，已成為全世界普遍關(guān)注的重要課題。
[0006]污泥填埋要占用寶貴的土地資源，會(huì)產(chǎn)生污染嚴(yán)重的滲濾液，污染水源。由于污泥的含水量很大，運(yùn)輸成本很高，我國(guó)污泥使用填埋可能性不大:一是污泥數(shù)量和體積特別大，而且主要集中在城市周邊，沒(méi)有適合污泥填埋的空間；二是由于生活污水和工業(yè)廢水合并處理，使得污泥成分復(fù)雜，特別是重金屬和有機(jī)污染物含量較高，污泥利用存在很大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]干化焚燒是將濕污泥干化脫水到40%以下(一般要求其熱值≥1000kj/kg)，單獨(dú)或摻入動(dòng)力煤中混燒。其優(yōu)點(diǎn)是可充分利用有機(jī)物的熱能，最大限度地減少污泥體積(可達(dá)90% );自動(dòng)化水平高，不受外界條件影響；能有效的殺死病原體；焚燒后的無(wú)機(jī)物灰渣，體積和毒性小，可方便地填埋處置。
[0008]但污泥在焚燒前必須經(jīng)干化脫水，目前國(guó)內(nèi)大多用150°C的蒸汽作為熱源，在園盤(pán)或漿葉式干化機(jī)中干化脫水，能耗高(干化Ikg水一般需耗汽1.1-1.2kg);固定資產(chǎn)投資大；運(yùn)行費(fèi)用高，干化焚燒成本一般是其它工藝的2-4倍。高濕、高灰份的尾氣量大，易發(fā)生“灰堵”，作業(yè)率低，操作條件惡劣，運(yùn)行費(fèi)用高；盡管由于采用了 申請(qǐng)人:發(fā)明的(ZL2010101519277，ZL2011201652803，ZL2011201545680) —系列專(zhuān)利有所緩解。但干化產(chǎn)品仍存在下列缺點(diǎn):這類(lèi)干化過(guò)程主要任務(wù)是脫水，惡臭成分(主要是H2S)未被分解，干污泥的結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有變化，仍為親水性，亟易吸濕回潮，大多數(shù)病菌、孢籽未被殺滅。國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的一些污泥干化系統(tǒng)實(shí)踐表明，盡管干污泥倉(cāng)的底部排料錐的錐角遠(yuǎn)小于干污泥的自然堆角，但干污泥倉(cāng)仍有死角，倉(cāng)內(nèi)干污泥的料面呈漏斗狀，在死角處結(jié)塊，霉變，具惡臭又成為致病毒源的載體。招致立項(xiàng)時(shí)承諾與燃煤混燒的發(fā)電企業(yè)不愿混燒。
[0009]針對(duì)這一問(wèn)題， 申請(qǐng)人:提出了一項(xiàng)“變性爐”專(zhuān)利(CN2012200037750)申請(qǐng)，中試結(jié)果表明，可有效解決于污泥有惡嗅、反潮結(jié)塊、有毒、有害等問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行流暢，能量自持有余。
[0010]即便如此，干化-熱解-焚燒仍存在濕污泥要先經(jīng)干燥脫水，故仍有能耗高的缺點(diǎn)。干化-熱解-焚燒的另一些缺點(diǎn)是:由于需要蒸汽，干化過(guò)程不能在污水處理廠內(nèi)實(shí)施，需依附在有汽源的發(fā)電廠附近，濕污泥只能以半成品形式外運(yùn)，且含水量大，增加了不合理的運(yùn)費(fèi)。而且流程長(zhǎng)、投資大、能耗高。
[0011]因此，熱水解技術(shù)的研究、應(yīng)用倍受關(guān)注。目前，已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，發(fā)表了大量論文，公開(kāi)了大量專(zhuān)利。
[0012]污泥和有機(jī)廢棄物熱水解(Thermal Hydrolysis)是污泥和有機(jī)廢棄物在高溫、高壓和有水條件下，污泥和有機(jī)廢棄物絮體解體，細(xì)胞壁破裂，大分子有機(jī)物質(zhì)(如多醣、蛋白質(zhì)、脂肪、聚合物等)分解成小分子(如單糖、氨基酸、脂肪酸、烴、含O、N、S、Cl、P等小分子有機(jī)化合物)。污泥經(jīng)高溫水解后，性質(zhì)發(fā)生明顯改變:由于細(xì)胞壁破裂和胞外聚合物(EPS)變性，使結(jié)合水變成外在水，改善了污泥的脫水性能；由于有機(jī)物的水解與溶解，污泥厭氧可生化性顯著提高，加快污泥厭氧消化速率；促進(jìn)硫化物和氯化物的分解，消除了污泥的惡臭；能徹底殺滅病原菌、寄生蟲(chóng)一切有害微生物。
[0013]Broks于1970年發(fā)現(xiàn)污泥在高溫處理后，有機(jī)物發(fā)生水解反應(yīng)，F(xiàn)isher提出熱水解的最佳溫度范圍為160-180°C。高于此溫度范圍，污泥中的蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)(Maillard reaction),產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)狀有機(jī)物，降低熱水解產(chǎn)物的可生化性，不利于后續(xù)厭氧消化生產(chǎn)沼氣
[0014]熱水解技術(shù)在20世紀(jì)30年代開(kāi)始用于改善污泥脫水性能，70年代末開(kāi)始用來(lái)提高污泥厭氧消化性能，90年代起用于污泥減量化和資源化研究。
[0015]熱水解脫水裝置可以直接建在污水處理廠內(nèi)，由于占地面積不超過(guò)污水處理廠總面積的I %，可實(shí)現(xiàn)在污水處理廠就地干化處理，實(shí)現(xiàn)污泥“源頭治污”，解決脫水污泥運(yùn)輸成本高、中途二次污染隱患及污泥處理選址難等問(wèn)題。
[0016]熱水解有兩種，即超臨界熱水解和亞臨界熱水解。
[0017]當(dāng)熱水解的溫度和壓力高于水的臨界點(diǎn)時(shí)(374.3 V，22.05MPa)，叫超臨界熱水解，這時(shí)，水的密度和水蒸氣的密度相同，水的液體和汽體沒(méi)有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的流體。它具以下特征:具有極強(qiáng)的氧化能力，有的物質(zhì)能夠發(fā)生自燃，在水中冒出火焰(如CH4, C2H6),可以與油等物質(zhì)混合，具有較廣的溶解能力；可以以任意比例與氧氣、氮?dú)獾葰怏w混合，形成單一相。[0018]盡管超臨界熱水解在技術(shù)上有很多優(yōu)點(diǎn)，但由干工作壓力和工作溫度過(guò)高，特別是分解反應(yīng)過(guò)程對(duì)反應(yīng)容器等設(shè)備的腐蝕極為嚴(yán)重，尤其是當(dāng)反應(yīng)物料中含有Cl、Br、F等鹵族元素及S、P等元素時(shí)，會(huì)使腐蝕加劇。因此，對(duì)處理量龐大的城市污泥和有機(jī)廢棄物來(lái)說(shuō)，超臨界熱水解還只是一項(xiàng)有發(fā)展前途的潛在技術(shù)，商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日。
[0019]當(dāng)熱水解的溫度和壓力低于水的臨界點(diǎn)時(shí)(374.3 V，22.05MPa)，叫亞臨界熱水解。亞臨界水，(Subcritical Water)具有超溶解、超電離等特性,能在數(shù)分鐘內(nèi)使污泥中高分子有機(jī)物分解，使污泥改性、除臭、脫毒、滅菌。
[0020]污泥亞臨界熱水解的優(yōu)點(diǎn):1.和熱力干化相比，安全，無(wú)粉塵，不會(huì)引起爆炸；沒(méi)有干化尾氣排放，根除了熱力干化發(fā)生“灰堵”的可能，減少外排污水量。2.通過(guò)熱水解，改變固相物的持水結(jié)構(gòu)，24小時(shí)內(nèi)靠自然風(fēng)干即可將含水率降低到20%以下，不像熱力干化，水是依靠汽化相變脫水，潛熱量大。3.環(huán)保水熱解是在密閉的反應(yīng)器中進(jìn)行的，迅速完成除臭殺菌過(guò)程，后續(xù)處理不污染環(huán)境和產(chǎn)生異味，沒(méi)有燃燒過(guò)程，避免二噁英的產(chǎn)生。 4.為進(jìn)一步資源化利用(如提煉液體燃料和制活性碳)提供了可能。國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多種亞臨界熱水解技術(shù)。
[0021]深圳環(huán)源科技發(fā)展公司公開(kāi)了 RRS污泥蒸汽熱解技術(shù)，其技術(shù)要點(diǎn)是:以蒸汽熱解方式改善污泥的持水結(jié)構(gòu)，將原來(lái)不能用機(jī)械方式脫除的結(jié)合水轉(zhuǎn)變成可以用機(jī)械方式脫除的自由水，大大提高其脫水性能；熱解使污泥大顆粒變細(xì)，比表面積增大，使水分更易從表面蒸發(fā)。含水率為80%的濕污泥，經(jīng)150°C以上的RRS蒸汽熱解反應(yīng)，再經(jīng)機(jī)械脫水，可得到含水率為40-55%的成品，用作有機(jī)肥料。這一技術(shù)存在以下缺陷:1.要另外配置機(jī)械脫水系統(tǒng)，且熱解脫水污泥含水率最多只能達(dá)到50%左右，而且能耗高，設(shè)備可靠性低，最終產(chǎn)品只適宜用作有機(jī)肥料，不能處理重金屬含量高的污泥；2.需配置蒸汽鍋爐和輔機(jī)系統(tǒng)，高壓裝置多，固定資產(chǎn)投資大；3.乏蒸汽直接進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，不僅未回收利用，而且要大量冷卻循環(huán)水，運(yùn)行費(fèi)用高；4.如果要資源化利用(例如氣化生產(chǎn)可燃?xì)?、提煉液體燃料和制備活性碳等)，還要進(jìn)行進(jìn)一步干化。
[0022]北京機(jī)電院高科技股份有限公司公開(kāi)了一種和RRS近似的“污泥水熱干化技術(shù)”。其技術(shù)要點(diǎn)是水熱干化是密閉的熱解反應(yīng)釜內(nèi)，用蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行熱解。污泥經(jīng)水熱干化，能破壞污泥固相物質(zhì)的持水結(jié)構(gòu)，改善污泥脫水干燥性能，脫水后的成品24小時(shí)內(nèi)自然風(fēng)干即可便含水率降低到20%以下。這一技術(shù)存在以下缺陷:
[0023]1.要另外配置機(jī)械脫水系統(tǒng)，且熱解脫水污泥含水率最多只能達(dá)到50%左右，而且能耗高，設(shè)備可靠性低；2.需配置蒸汽鍋爐和輔機(jī)系統(tǒng)，高壓裝置多，固定資產(chǎn)投資大；
3.乏蒸汽直接進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，不僅未回收利用，而且要大量冷卻循環(huán)水，運(yùn)行費(fèi)用高；4.如果要資源化利用(例如氣化生產(chǎn)可燃?xì)狻⑻釤捯后w燃料和制備活性碳等)，還要進(jìn)行進(jìn)一步干化。
[0024]天津機(jī)電進(jìn)出口有限公司在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出污泥低溫碳化處理裝置，將含水約80%的污泥首先切碎，進(jìn)入高壓泵，經(jīng)過(guò)預(yù)熱和加熱進(jìn)入反應(yīng)釜，在反應(yīng)釜反應(yīng)15~20分鐘后，經(jīng)過(guò)冷卻器就變成了裂解液，污泥從原來(lái)的半固體狀態(tài)變成了液態(tài)。液態(tài)裂解液經(jīng)普通脫水裝置即可將其中75%的水分脫出，達(dá)到含水率50%，體積減小為原來(lái)的40%以下。如果脫水后的污泥進(jìn)一步烘干，即可達(dá)到含水率35%以下。
[0025]其技術(shù)要點(diǎn)是:將含水率為80%的濕污泥經(jīng)切碎、攪拌后，加入催化劑和鹵素添加劑，通過(guò)高壓柱塞泵加壓，經(jīng)與裂解液換熱器和導(dǎo)熱油加熱器加熱到210-260°C，送到反應(yīng)器中，停留12分鐘，污泥發(fā)生裂解成液態(tài)，將熱的裂解液在換熱器中將原料污泥從室溫提高到120-150°C，裂解液被冷卻到80°C以下，經(jīng)安裝在冷卻器后的背壓裝置外排。背壓裝置保證系統(tǒng)各點(diǎn)的壓力在相應(yīng)點(diǎn)的飽和壓力以上，以避免蒸發(fā)過(guò)程的發(fā)生。常壓狀態(tài)下的裂解液經(jīng)常規(guī)機(jī)械脫水可將污泥的含水率降到50%以下，可直接進(jìn)行填埋，也可根據(jù)其中的組成選擇適宜的資源化利用。這一技術(shù)存在以下缺陷:
[0026]1.要另外配置機(jī)械脫水系統(tǒng)，且熱解脫水污泥含水率最多只能達(dá)到50%左右，而且能耗高，設(shè)備可靠性低；2.流程長(zhǎng)，高壓裝置多，固定資產(chǎn)投資大；3.如果要資源化利用(例如氣化生產(chǎn)可燃?xì)狻⑻釤捯后w燃料和制備活性碳等)，還要進(jìn)行進(jìn)一步干化。
[0027]環(huán)大環(huán)?？萍?上海)有限公司公開(kāi)了“生活垃圾高壓蒸汽催化水解設(shè)備”簡(jiǎn)稱HPS技術(shù)(Highken Processing System環(huán)墾有機(jī)垃圾循環(huán)處理工藝系統(tǒng))，(ZL200620046123.x).它是一臺(tái)帶攪拌機(jī)構(gòu)欖形蒸煮釜，中間的上部有投料口，下部有卸料口。工作時(shí)，往蒸煮釜內(nèi)通入高壓過(guò)熱蒸汽(最大壓力為2.5MPa，最高溫度為250°C)下，在一定蒸煮時(shí)間內(nèi)，使生活垃圾中的有機(jī)物水解。這種設(shè)備不僅沒(méi)有脫水功能，而且水解產(chǎn)品的含水量還有所提高。不適宜用于處理城市污泥。
[0028]羅瓊等將京、津兩市的城市污泥加入少量(10% )的稻殼粉，在蒸汽壓為3MPa、.230°C下，保持30分鐘進(jìn)行熱水解，水解樣品的栽培試驗(yàn)表明，城市污泥熱水解產(chǎn)物配施半量化肥比單施全量化肥，可節(jié)省化肥，提高小白菜品質(zhì)和土壤肥力。對(duì)于重金屬含量不高的城市污泥來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一種資源化的一種可選的途逕。
[0029]廣州大學(xué)公開(kāi)了一種印染污泥熱解處理裝置以及污泥處理方法(ZL201110190200.4)。該項(xiàng)專(zhuān)利要點(diǎn)是:在外熱式管式熱解腔中，依靠自產(chǎn)可燃?xì)怏w和液體燃料作為熱源，在常壓下，熱解溫度為400°C，熱解時(shí)間20分鐘，或熱解溫度為.500°C，熱解時(shí)間10分鐘，將濕污泥碳化制成復(fù)合吸附劑。筆者認(rèn)為，這一專(zhuān)利的可行性有待商榷。首先，從印染污泥干物質(zhì)的發(fā)熱量計(jì)算表明，要將含水率高達(dá)80%的濕污泥，采用蒸發(fā)脫水，能量難以自持；其次，該項(xiàng)專(zhuān)利只進(jìn)行簡(jiǎn)單的碳化，并未進(jìn)行活化，制成的復(fù)合吸附劑的活性值得懷疑。中國(guó)人民大學(xué)公開(kāi)了一種“生物質(zhì)液化油及其制備方法”(ZL200910237480.2)。其要點(diǎn)是:將北京市高碑店污水處理廠含水率為80%的濕污泥.1000克，裝于2升的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，加熱反應(yīng)。進(jìn)行了添加和不加催化劑、采用和不采用保護(hù)氣和不同反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用本法得到的生物質(zhì)液化油，具有產(chǎn)率高、熱值高、含氫量高、含氧量低的特點(diǎn)。
[0030] 申請(qǐng)人:認(rèn)為該項(xiàng)專(zhuān)利只是實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，如何進(jìn)行脫水？油水如何分離？產(chǎn)業(yè)化如何配套？系統(tǒng)能耗多少？…等等，有待進(jìn)一步研究。距離產(chǎn)業(yè)化實(shí)施，尚有很多不確定因素。
[0031]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)公開(kāi)了一種“城市污泥與農(nóng)業(yè)廢棄物共熱解制油工藝”(ZL200910184253.8)，其要點(diǎn)是:將干基重量為30-90 %的城市污泥和干基重量為.10-70%的農(nóng)業(yè)廢棄物按比例混合均勻后進(jìn)行干燥(干燥溫度不高于250°C )，然后將干燥后的混合物入罐隔絕空氣熱解(溫度為400-750°C )，熱解氣態(tài)產(chǎn)物通過(guò)冷凝，得到油、水溶性液體和不凝氣，再經(jīng)油-水分離，固體殘?jiān)芍圃煳絼?。?jù)稱熱解所需能量可以自給。
[0032] 申請(qǐng)人:認(rèn)為干燥溫度不高于250°C值得質(zhì)疑，實(shí)驗(yàn)表明，城市污泥的干燥溫度到150°C時(shí)污泥中的有機(jī)物就會(huì)發(fā)生分解，熱解所需能量可以自給的結(jié)論，也缺乏理論計(jì)算和實(shí)際數(shù)據(jù)支撐。[0033]同濟(jì)大學(xué)公開(kāi)了 “一種污泥吸附劑的制備方法及其應(yīng)用”(ZL200910050238.4)其要點(diǎn)是:在實(shí)驗(yàn)室小型管式電阻爐內(nèi)，將干化的城市污泥，在氮?dú)饣蚱渌∮袣怏w保護(hù)下，升溫至400-600C，停留10-60分鐘后冷卻到室溫，得到污泥第一次熱解產(chǎn)品，將第一次熱解產(chǎn)品與碳酸氫鈉活化劑混勻(碳酸氫鈉與污泥的質(zhì)量比范圍為0.1-3，再置于管式電阻爐中，用氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫至400-800°C，停留10-120分鐘，冷卻后經(jīng)后處理，就可得到吸附劑產(chǎn)品O
[0034] 申請(qǐng)人:認(rèn)為，用碳酸氫鈉代替氫氧化鉀作為活化劑是其優(yōu)點(diǎn)，但要求污泥先行干化，而且采用兩次熱解，流程長(zhǎng)、能耗高。
[0035]綜上所述，現(xiàn)有的亞臨界熱水解技術(shù)各有缺點(diǎn)。它們只改善污泥的持水特性，水解和干化未能一體化，需另配機(jī)械脫水設(shè)備進(jìn)一步脫水，此外，還要另配鍋爐系統(tǒng)，高壓設(shè)備多，流程長(zhǎng)，能耗高，投資大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0036]為克服現(xiàn)有亞臨界熱水解的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種污泥熱水解-干化一體化的新工藝。是由污泥儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)，熱水解反應(yīng)系統(tǒng)，產(chǎn)成品儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)，熱量回收系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)所組成。其特征在于:在熱水解反應(yīng)過(guò)程中采用了本發(fā)明的核心技術(shù)，即低干度、多次排、脫水法(Low dryness of wet stean,Multiple discharge steam, Dehydtation)簡(jiǎn)稱L.M.D法。其優(yōu)點(diǎn)在于能使污泥在熱水解的同時(shí)，通過(guò)多次排汽，可將含水率降低到需要的程度，而且排汽的干度很低。
[0037]下面結(jié)合附圖和典型的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0038]應(yīng)說(shuō)明，所述附圖和實(shí)施例是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并非用于限制本發(fā)明的范圍。在閱讀本發(fā)明后，如對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，都屬于等價(jià)的改動(dòng)或修改，同樣包括于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)限定的范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是L.M.D熱水解法系統(tǒng)圖，圖2是熱水解廣品的可能利用方向。圖中，熱水解反應(yīng)釜1，閃蒸罐2，熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3，污泥進(jìn)料閥4，不凝氣排放閥6，安全閥接口 7，釜內(nèi)加熱芯8，閃蒸罐分凝器9，熱水解產(chǎn)品卸料閥10，凝結(jié)水排水閥11。
[0040]所述熱水解反應(yīng)爸I屬于壓力容器，它是由外殼、封頭、爸內(nèi)加熱芯8、爸外加熱盤(pán)管、排汽閥5、導(dǎo)熱油進(jìn)出口接管、污泥進(jìn)料閥4、熱水解產(chǎn)品卸料閥10、安全閥接管7、溫度計(jì)、壓力計(jì)和支架所組成。其特征在于所述釜內(nèi)加熱芯8是一種特制的螺旋板殼式換熱器，用導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，其結(jié)構(gòu)和原理 申請(qǐng)人:另案申請(qǐng)。在熱水解反應(yīng)釜I的外側(cè)設(shè)置有釜外加熱盤(pán)管，它是公知技術(shù)，無(wú)需贅述。
[0041]所述閃蒸罐2屬于壓力容器，它是由外殼、封頭、閃蒸罐冷凝器、進(jìn)汽閥、冷卻循環(huán)水進(jìn)出口、凝水閥11、不凝氣排放閥6、安全閥接管7、溫度計(jì)、壓力計(jì)和支架所組成。其特征在于所述閃蒸罐2內(nèi)設(shè)置有分凝器9是一種特制的螺旋板殼式換熱器，用冷凝循環(huán)水將排汽冷凝，其結(jié)構(gòu)和原理 申請(qǐng)人:另案申請(qǐng)。[0042]所述熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3是一個(gè)具錐底的常壓容器。通常每一臺(tái)熱水解反應(yīng)釜I配置一臺(tái)熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3，而每一臺(tái)閃蒸罐2可配置二臺(tái)或二臺(tái)以上熱水解反應(yīng)釜。
[0043]L.M.D熱水解法可表述如下:將濕污泥(含水率約80%左右)經(jīng)污泥進(jìn)料閥4裝入熱水解釜I中，用導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，到低于水的臨界點(diǎn)的某一壓力(以下簡(jiǎn)稱“排汽壓力”)，停留一定時(shí)間后，打開(kāi)排汽閥5，將熱水解釜I中低干度(排汽的干度低于0.07)的汽-液混合物送往閃蒸罐2中進(jìn)行閃蒸，閃蒸罐2中維持一個(gè)較低的閃蒸壓力，及至熱水解釜I中的壓力與閃蒸罐2中的壓力平衡后，關(guān)閉熱水解釜的排氣閥5完成了一次排汽。
[0044]混合物中的蒸汽被閃蒸罐中的冷凝芯冷凝成液態(tài)，和混合物中的液態(tài)水匯合，經(jīng)凝結(jié)水排水閥11外排。排汽中的不凝氣經(jīng)不凝氣排放閥6送往尾氣處理系統(tǒng)。繼續(xù)將熱水解釜中的污泥加熱到設(shè)定的排汽壓力，停留一定時(shí)間后，打開(kāi)排汽閥5使水解釜I中低干度的汽-液混合物送往閃蒸罐2中進(jìn)行閃蒸，及至熱水解釜中的壓力與閃蒸罐中的壓力平衡后，關(guān)閉熱水解釜的排氣閥5完成了第二次排汽?；旌衔镏械恼羝婚W蒸罐中的冷凝芯冷凝成液態(tài)，和混合物中的液態(tài)水匯合外排。繼續(xù)以上操作，可實(shí)現(xiàn)多次排汽，熱水解產(chǎn)品的含水率隨排汽次數(shù)的增加而減少，直至將污泥干燥到所需的含水率。
[0045]適宜的排汽壓力和閃蒸壓力與污泥的種類(lèi)有關(guān)，對(duì)于寧波北侖巖東污水處理廠的污泥，適宜的排汽壓力為4MPa，閃蒸壓力為0.4MPa。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)四次排汽，可獲得含水率低于40 %的熱水解產(chǎn)品。
[0046]熱水解工藝使城市污泥達(dá)到穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化，為資源化利用開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景。圖2為熱水解產(chǎn)品的可能利用方向。選擇熱水解產(chǎn)品利用方向和加工途逕，應(yīng)根據(jù)污泥的成分、市場(chǎng)需求，因地制宜地來(lái)確定。例如，由于熱水解后極大地改善了污泥的持水特性，只需經(jīng)一次排汽，就能提高風(fēng)干性能，如在相對(duì)濕度低的地區(qū)，可建風(fēng)干棚、地暖或太陽(yáng)能進(jìn)一步降低含水率，對(duì)于相對(duì)濕度較高而又有低溫余熱的地區(qū)，可考慮采用 申請(qǐng)人:另案申請(qǐng)的“一種盤(pán)式干化機(jī)”進(jìn)行進(jìn)一步干燥。當(dāng)污泥中重金屬含量低，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和林木花卉對(duì)肥料需求量大，則熱水解的脫水深度可以較低，作為肥料和土壤保濕劑，或與農(nóng)業(yè)廢棄物混合生產(chǎn)沼氣，沼池泥回田利用。當(dāng)污泥中重金屬含量高，則要提高熱水解的脫水深度，摻煤混燒發(fā)電，爐渣作建材，或作生產(chǎn)水泥或其它建材的燃料，將重金屬固定。當(dāng)污泥中固含物中氫/碳比較高，熱解時(shí)產(chǎn)油率較高，可考慮提煉液體燃料。當(dāng)污泥中固含物中碳含量較高，且市場(chǎng)需求量大，可考慮生產(chǎn)活性碳，這時(shí)，在熱水解原料中預(yù)先加入化學(xué)活化劑，并進(jìn)一步經(jīng)干燥-碳化-活化一體化爐中進(jìn)行物理活化(該項(xiàng)專(zhuān)利另案申請(qǐng))。
[0047]有益效果
[0048]L.M.D熱水解法有一系列優(yōu)點(diǎn)。1.使熱水解和干化一體化,不需另配鍋爐,高壓裝置少，占地面積小，投資省，擺脫了污泥干化必需依附在發(fā)電廠內(nèi)，熱水解脫水裝置可以直接建在污水處理廠內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)在污水處理廠就地干化處理，實(shí)現(xiàn)污泥“源頭治污”，解決脫水污泥對(duì)外運(yùn)輸成本高、中途二次污染隱患及污泥處理選址難等問(wèn)題；2.污泥中的水份絕大多數(shù)未發(fā)生相變就能脫除，無(wú)需另配機(jī)械脫水系統(tǒng)，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用少；3.使城市污泥達(dá)到穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化，為資源化利用開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景。操作自由度大，產(chǎn)品的含水率可控范圍廣，可以根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用方向方便的調(diào)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種污泥熱水解-干化一體化的新工藝，屬于亞臨界熱水解，設(shè)備系統(tǒng)中包含有熱水解反應(yīng)釜1，閃蒸罐2和熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3，其特征在于所述亞臨界熱水解，采用了一種低干度，多次排的脫水法，即L.M.D.脫水法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱水解-干化一體化的新工藝，其特征在于適宜的排汽壓力和閃蒸壓力與污泥的種類(lèi)有關(guān)，對(duì)于寧波北侖巖東污水處理廠的污泥，適宜的排汽壓力為4MPa，閃蒸壓力為0.4MPa，實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)四次排汽，可獲得含水率低于40%的熱水解女口廣叩ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱水解-干化一體化的新工藝，所述熱水解反應(yīng)釜I屬于壓力容器，它是由外殼、封頭、釜內(nèi)加熱芯、釜外加熱盤(pán)管、排汽閥、導(dǎo)熱油進(jìn)出口接管、污泥進(jìn)料閥、熱水解產(chǎn)品卸料閥、安全閥、溫度計(jì)、壓力計(jì)和支架所組成，其特征在于所述釜內(nèi)加熱芯8是一種特制的螺旋板殼式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱水解-干化一體化的新工藝，所述閃蒸罐2屬于壓力容器，它是由外殼、封頭、閃蒸罐冷凝器、進(jìn)汽閥、冷卻循環(huán)水進(jìn)出口、凝結(jié)水出口接管、不凝氣出口、安全閥、溫度計(jì)、壓力計(jì)和支架所組成，其特征在于所述閃蒸罐內(nèi)的冷凝器9是一種特制的螺旋板殼式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱水解-干化一體化的新工藝，所述熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3是一個(gè)具錐底的常壓容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥熱水解-干化一體化的新工藝，其特征在于每一臺(tái)熱水解反應(yīng)釜I通常配置一臺(tái)熱水解產(chǎn)品儲(chǔ)罐3，而每一臺(tái)閃蒸罐2可配置二臺(tái)或二臺(tái)以上熱水解反應(yīng)釜I。
【文檔編號(hào)】C02F11/12GK103570207SQ201210266371
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月21日
【發(fā)明者】吳植仁, 周群龍 申請(qǐng)人:寧波互聯(lián)聚能環(huán)保技術(shù)有限公司