一種污泥處理及資源化方法
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及一種污泥處理及資源化方法，包括如下步驟：污泥調(diào)理；污泥深度脫水；破碎造粒；污泥干化；污泥熱解碳化反應。本發(fā)明采用鐵鹽作為主要的調(diào)理劑，采用深度脫水將污泥的含水率從90%以上降低至60%以下，減少了后續(xù)干化所需的熱源，污泥干化采用后續(xù)碳化工藝產(chǎn)生的可燃氣燃燒釋放的熱能，在基本不添加外加能源的情況下，將污泥的含水率降低至20%左右，由于污泥調(diào)理階段加入了鐵鹽，干化后的污泥在炭化爐內(nèi)進行缺氧/無氧熱解反應，可將鐵氧化物附載到污泥基活性炭上，制成一種用途廣泛的環(huán)保材料，因此，本發(fā)明不僅以較低的成本實現(xiàn)了污泥無害化和資源化處理，同時以廢治廢，生產(chǎn)了具有較高經(jīng)濟附加值的產(chǎn)品，具有較高的經(jīng)濟和社會價值。
【專利說明】
一種污泥處理及資源化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說涉及一種污泥處理及資源化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]污泥深度脫水技術(shù)具有投資和運行費用低的優(yōu)點，目前在世界范圍內(nèi)應用廣泛，但是由于調(diào)理劑用量大，污泥干基增量大，后續(xù)處置時普遍只能填埋，資源化利用途徑受限；單純采用污泥的干化-熱處理(焚燒/熱解/碳化)可以最大限度的減容減量，做到無害化、穩(wěn)定化，但運行成本較高，一般情況下，產(chǎn)品品質(zhì)普遍不高，因此附加值較低，出路受限，經(jīng)濟性較差;污泥深度脫水技術(shù)可以有效降低污泥含水率，減少外運污泥量，在我國應用廣泛，但普遍投加了大量的鐵鹽(如:三氯化鐵或者聚合硫酸鐵等)，污泥干基增量大，同時也限制了后續(xù)的末端處置途徑。
[0003]目前，污泥的干化-熱處理(焚燒、碳化)工藝路線可以徹底的分解污泥中的有機物，同時固化重金屬等有毒有害物質(zhì)，但是由于進料污泥的含水率較高，熱處理產(chǎn)生的能量并不足以提供前端干化所需的熱源，因此往往需要添加石油、天然氣或者煤等外加能源，使干化后的污泥能夠?qū)⒑式档椭翢崽幚磉M料所要求的較低范圍，因此對設(shè)備的運營維護要求較高，運行成本高昂，同時存在二噁英等尾氣污染的風險;污泥熱解/碳化技術(shù)在無氧或缺氧的條件下，將污泥中的有機物分解為可燃氣、液態(tài)油和固態(tài)炭，尾氣量少，產(chǎn)生二噁英的風險低，產(chǎn)品用途廣泛，可做脫水助劑、融雪劑、土壤改良劑、燃料、吸附劑等。但產(chǎn)品品質(zhì)較低，附加值不高，限制了其推廣應用。
[0004]基于以上原因，有必要開發(fā)出一種污泥處理及資源化方法，能夠有效對污泥進行處理，在處理過程中節(jié)能環(huán)保且產(chǎn)生較高的經(jīng)濟和環(huán)境價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](— )要解決的技術(shù)問題
針對以上缺點，本發(fā)明提出一種技術(shù)方案，該技術(shù)方案設(shè)計有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的一些缺陷，從而提供一種污泥處理及資源化方法。
[0006](二)技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供所述的一種污泥處理及資源化方法，包括如下步驟:
(1)污泥調(diào)理處理:
將含水率90%-99%的污泥栗入污泥調(diào)理池內(nèi)，邊攪拌邊投加一定量的鐵鹽混凝劑，反應3-25分鐘后投加高分子有機絮凝劑聚丙烯酰胺PAM進一步反應1-10分鐘；
(2)污泥深度脫水:
將調(diào)理后的污泥栗入脫水機進行深度脫水，進一步減少后續(xù)處理工藝中去除水分所需的能耗，深度脫水獲得含水率50-60%污泥，同時鐵鹽以氫氧化鐵的形式與污泥充分接觸混合； (3)污泥破碎造粒:
深度脫水產(chǎn)生的污泥經(jīng)過破碎機破碎后被送入造粒機進行造粒，以減少后續(xù)污泥處理設(shè)備中的灰塵，在破碎階段可視情況繼續(xù)投加一定量的鐵鹽或者含有鐵元素的工業(yè)污泥；
(4)污泥干化處理:
采用干化機進一步干化污泥，使得污泥含水率降低至20-25%，以達到炭化爐所需的進料含水率要求，干化熱源為熱解碳化反應產(chǎn)生的熱量；
(5)污泥熱解碳化反應:
將干化后的污泥放入炭化爐進行熱解反應，熱解碳化反應溫度為400-650攝氏度，熱解碳化反應時間為20分鐘-2小時，熱解反應產(chǎn)生的可燃氣在再燃爐中充分燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣通過換熱器回收熱源?？扇細庠谠偃紶t的停留時間為3秒以上，溫度850攝氏度以上。
[0007]進一步地，所述步驟(I)中，鐵鹽混凝劑為硫酸亞鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、三氯化鐵和聚合氯化鋁鐵中的一種或多種，所述鐵鹽混凝劑以液態(tài)形式投加或者是固態(tài)形式投加，鐵鹽混凝劑投加量為50-500 kg絕干藥劑/噸絕干污泥，聚丙烯酰胺PAM的投加量為1-5kg PAM/噸絕干污泥。
[0008]進一步地，所述步驟(2)中，脫水機選用板框壓濾機、廂式壓濾機或者其它機械脫水設(shè)備。
[0009]進一步地，所述步驟(3)中，還可以使用投加了鐵鹽做混凝劑的剩余污泥，從而根據(jù)需求改變末端產(chǎn)品中的氧化鐵含量。
[0010]進一步地，所述步驟(4)中，干化機可以選用污泥除濕干化機或者熱干化機。
[0011]進一步地，所述步驟(5)中，導熱介質(zhì)為水或者導熱油，回收的熱量用于前端的污泥干化機和炭化爐供熱。
[0012]進一步地，所述步驟(5)中，在炭化爐中，部分有機物在缺氧或者無氧條件下成為炭，而氫氧化鐵則在高溫條件下失水成為鐵的氧化物，同時附著在炭的表面，形成污泥基氧化鐵催化劑，所述催化劑表面存在2-100nm的介孔，比表面積達到15m2/g以上，同時二氧化硅和負載Fe之間形成了S1-O-Fe鍵。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采用鐵鹽作為主要的調(diào)理劑進行污泥調(diào)理，采用深度脫水低成本地將污泥的含水率從90%以上降低至60%以下，減少了后續(xù)干化所需的熱源，污泥干化采用后續(xù)碳化工藝產(chǎn)生的可燃氣燃燒釋放的熱能，可在基本不添加外加能源的情況下，將污泥的含水率降低至20%左右，由于污泥調(diào)理階段加入了鐵鹽，干化后的污泥在炭化爐內(nèi)進行缺氧/無氧熱解反應，可將鐵氧化物附載到污泥基活性炭上，制成一種用途廣泛的環(huán)保材料，該材料可以用作有機廢水高級氧化工藝-芬頓流化床的載體，減少硫酸亞鐵的投加量和產(chǎn)泥量;可用作臭氧催化氧化工藝中的催化劑，提升臭氧氧化有機廢水的效率;也可用作磁絮凝工藝中的磁粉，因此，本發(fā)明不僅以較低的成本實現(xiàn)了污泥的無害化和資源化處理處置，同時以廢治廢，生產(chǎn)了具有較高經(jīng)濟附加值的產(chǎn)品，具有較高的經(jīng)濟和社會價值。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種污泥處理及資源化方法的流程示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種污泥處理及資源化方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0017]參考圖1和圖2所示，本發(fā)明采用污泥深度脫水-干化-碳化的工藝路線，較具體的技術(shù)路線圖如下:
先將含水率90%-99%的剩余污泥栗入污泥調(diào)理池內(nèi)，在攪拌的情況下投加鐵鹽混凝劑(硫酸亞鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、三氯化鐵、聚合氯化鋁鐵等均可)，投加方式可以是固態(tài)投加也可以是液態(tài)投加，但以液態(tài)投加為佳，投加量為50-500 kg絕干藥劑/噸絕干污泥，反應3-25分鐘后投加高分子有機絮凝劑聚丙烯酰胺PAM進一步反應1-10分鐘，PAM的投加量為1-5kg PAM/噸絕干污泥。
[0018]調(diào)理后的污泥被栗入脫水機進行深度脫水，脫水機可以選用板框壓濾機、廂式壓濾機或者其它機械脫水設(shè)備，主要目的是顯著減低污泥的含水率，減少后續(xù)處理工藝去除水分所需能耗，同時將鐵鹽以氫氧化鐵的形式與污泥充分接觸混合。
[0019]脫水機產(chǎn)生的泥餅經(jīng)過破碎機破碎后被送入造粒機造粒，以減少后續(xù)污泥處理設(shè)備中的灰塵，可根據(jù)實際情況，在破碎階段繼續(xù)投加一定量的鐵鹽或者含有鐵元素的工業(yè)污泥(如投加了鐵鹽做混凝劑的剩余污泥)，從而改變末端產(chǎn)品中的氧化鐵含量。
[0020]考慮到板框脫水后的污泥含水率依然較高，因此需要進一步干化使污泥含水率降低至20-25%，達到炭化爐所需的進料含水率要求，干化機可以選用污泥除濕干化機(CN104788004 A、CN 202973357 U)或者熱干化機。
[0021]炭化爐熱解反應產(chǎn)生的可燃氣在再燃爐中充分燃燒，設(shè)計停留時間為3秒以上，溫度850攝氏度以上，產(chǎn)生的熱煙氣通過換熱器回收熱源。導熱介質(zhì)可以是水或者導熱油?；厥盏臒崃坑糜谇岸说奈勰喔苫瘷C和炭化爐供熱，實現(xiàn)資源的最大化利用，減少外加能源的投加，從而顯著降低污泥的干化成本。
[0022]在炭化爐中，部分有機物在缺氧或者無氧條件下成為炭，而氫氧化鐵則在高溫條件下失水成為鐵的氧化物，同時附著在炭的表面，形成污泥基氧化鐵催化劑，碳化溫度為400-650攝氏度，最優(yōu)為500攝氏度，碳化反應時間為20分鐘-2小時，催化劑表面存在2-1OOnm的介孔，比表面積達到15m2/g以上，吸附性能優(yōu)異，具有一定的磁性，同時二氧化娃和負載Fe之間形成了 S1-O-Fe鍵，催化性能較為穩(wěn)定。
[0023]實施案例一:
某城市污水廠的剩余污泥，含水率99%，有機質(zhì)含量70%，按照干基300kg/t DS投加硫酸亞鐵，在調(diào)理罐中混凝8分鐘，然后按照1.5kg/t DS的量液態(tài)投加陽離子PAM，慢速攪拌3分鐘后栗入板框壓濾機深度脫水，得到含水率55%的泥餅。經(jīng)破碎以及造粒后進入槳葉式干燥機，利用炭化爐產(chǎn)生的裂解氣燃燒所釋放的熱量加熱導熱油，然后用導熱油給空心槳葉式干燥機供熱，將污泥干燥至含水率22%，干化后的污泥進入耙齒式多段爐進行熱解碳化45分鐘，終溫550攝氏度，得到污泥基氧化鐵催化劑。
[0024]經(jīng)檢測，催化劑表面存在2-50nm的介孔，比表面積達到16.7m2/g以上，吸附性能優(yōu)異，具有一定的磁性，磁化強度(Ms)、剩佘磁化強度(Mr)和矯頑力分別為2.5 emu/g、
0.38emu/g、111.60e，具有S1-O-Fe鍵，芬頓反應中的催化性能較為穩(wěn)定。
[0025]以10mg/!的亞甲基藍溶液為處理對象，當催化劑投加量為Ig/L，H202投加量為
4.5mL/L，初始pH值=4時，反應2h亞甲基藍脫色率可達85%以上，TOC去除率達65%。重復使用6次，鐵溶出量均低于0.35mg/L，無大量含鐵污泥產(chǎn)生。表明催化劑有較好的穩(wěn)定性和壽命，具有較高的使用價值。
[0026]實施案例二:
某城市污水廠的剩余污泥，含水率99%，有機質(zhì)含量70%，按照干基200kg/t DS投加聚合硫酸鋁鐵，在調(diào)理罐中混凝8分鐘，然后按照1.2kg/t DS的量液態(tài)投加PAM，慢速攪拌3分鐘后栗入板框壓濾機深度脫水，得到含水率55%的泥餅。經(jīng)破碎和空心槳葉式干燥機干化后將含水率20%的污泥送入炭化爐進行熱解55分鐘，終溫600攝氏度，得到污泥基氧化鐵催化劑，采用以上方法制備的催化劑進行臭氧催化氧化處理精細化工園區(qū)生化尾水。
[0027]該尾水pH約為7，B0D5/C0D約為0.08，C0D約為140 mg/L。采用鋼化玻璃材質(zhì)制成的臭氧氧化反應柱，內(nèi)徑為300mm，高度為3.5m，進行連續(xù)流處理實驗。反應塔底部設(shè)有多孔砂芯盤布氣，以純氧為氣源制備臭氧，通入臭氧量為4mg/L。采用兩組平行的臭氧氧化反應柱，通過控制進水流量調(diào)節(jié)水力停留時間均為60min。實驗組填充本發(fā)明制得的催化劑，催化劑體積占整個反應柱體積的I /2。而實驗組不添加催化劑。
[0028]待催化劑吸附飽和后，連續(xù)10天取平行樣進行化驗。投加了催化劑的實驗組出水COD平均值為93mg/L，B0D5/C0D約為0.36，而對照組僅投加臭氧的出水COD為112π^/1左右，B0D5/C0D約為0.29。由此可見，采用本發(fā)明制備的污泥基催化劑具有優(yōu)良的臭氧催化氧化活性，可以增加有機物的去除率，有效提升臭氧氧化工藝的效能。
[0029]實施案例三:
某城市污水廠的剩余污泥，含水率97%，有機質(zhì)含量60%，按照干基200kg/t DS投加聚合硫酸鐵，在調(diào)理罐中混凝6分鐘，然后按照1.3kg/t DS的量液態(tài)投加PAM，慢速攪拌3分鐘后栗入板框壓濾機深度脫水，得到含水率56%的泥餅。在破碎過程中繼續(xù)加入固態(tài)硫酸亞鐵，經(jīng)混勻和污泥除濕干化機干化后將含水率20%的污泥送入炭化爐進行熱解65分鐘，終溫650攝氏度，得到污泥基氧化鐵磁吸附劑。
[0030]在處理量為20000m3/d的應急超磁分離水體凈化站中采用本法制備的磁吸附劑替代磁粉處理河道水，當進水水質(zhì)為:懸浮物SS100-200mg/L，⑶D 45_100mg/L，TP 0.5-1.0mg/L時，處理后出水質(zhì)為:懸浮物15mg/L，C0D 35mg/L，TP 0.15mg/L，與采用磁粉時的效果相當，但成本可降低35%以上。
[0031]綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)以下功能:
1、添加的鐵系混凝劑具有雙重作用:一方面可作為污泥調(diào)理劑實現(xiàn)低成本高效率的深度脫水，另一方面經(jīng)過熱解碳化反應，鐵鹽可形成污泥基氧化鐵催化劑或者填料，產(chǎn)品用途廣泛，除了和一般的碳化產(chǎn)品一樣，可用做污泥脫水助劑、融雪劑、土壤改良劑、園林綠化、燃料、吸附劑等以外，還可廣泛應用于工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，如磁絮凝工藝中的磁粉、流化床芬頓工藝中的填料載體、臭氧催化氧化工藝中的催化劑等。
[0032]2、含有鐵元素的工業(yè)污泥大量存在且處置價格高昂，可以根據(jù)產(chǎn)品用途的需要在市政污泥深度脫水后泥餅的破碎階段添加適量的工業(yè)污泥，然后進行熱解反應，不僅產(chǎn)品性能更優(yōu)，同時實現(xiàn)了工業(yè)污泥的無害化處置，提升了熱解工藝的盈利能力。
[0033]3、將污泥深度脫水、干化和碳化工藝有機結(jié)合，降低了常規(guī)干化-碳化工藝的建設(shè)和運行成本，深度脫水技術(shù)成熟，是一種低成本高效率降低污泥含水率的方法，已有工程案例多，與干化+碳化工藝結(jié)合簡單易行，若不采用深度脫水，而是一般的離心脫水或者帶式脫水機脫水，含水率一般在80%左右，由于含水率較高，后續(xù)碳化工藝產(chǎn)生的裂解氣燃燒釋放的熱量不足以將80%左右高含水率的污泥干化至25-25%，必須補充外加熱源，如蒸汽、補燒煤或天然氣以及重油等化石燃料等，從而增加了運行成本、系統(tǒng)的復雜程度以及運行維護難度。
[0034]4、本系統(tǒng)工藝可以實現(xiàn)最大程度的污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。污泥經(jīng)過系統(tǒng)處理后，含水率可由90%-99%降低至5-10%，較常規(guī)脫水工藝減量90%以上，污泥中的難降解有機污染物、致病菌、病毒可經(jīng)過高溫熱處理全部消除，而重金屬則被固化和鈍化，基本沒有進出毒性，本技術(shù)的碳化產(chǎn)物用途廣泛，產(chǎn)品附加值較一般的碳化技術(shù)高，可普遍應用于臭氣處理(物理吸附或者生物滴濾塔的填料)、工業(yè)廢水深度處理的濾床填料、脫色劑、吸附劑、磁絮凝工藝中的磁添加劑、流化床芬頓工藝中的填料載體、臭氧催化氧化工藝中的催化劑等，經(jīng)濟價值高，需求量大，同時以廢治廢，社會效益好。
[0035]應當理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【主權(quán)項】
1.一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)污泥調(diào)理處理: 將含水率90%-99%的污泥栗入污泥調(diào)理池內(nèi)，邊攪拌邊投加一定量的鐵鹽混凝劑，反應3-25分鐘后投加高分子有機絮凝劑聚丙烯酰胺PAM進一步反應1-10分鐘； (2)污泥深度脫水: 將調(diào)理后的污泥栗入脫水機進行深度脫水，進一步減少后續(xù)處理工藝中去除水分所需的能耗，深度脫水后可獲得含水率50-60%泥餅，同時鐵鹽以氫氧化鐵的形式與污泥充分接觸混合； (3)污泥破碎造粒: 深度脫水產(chǎn)生的污泥經(jīng)過破碎機破碎后被送入造粒機進行造粒，以減少后續(xù)污泥處理設(shè)備中的灰塵，在破碎階段可根據(jù)產(chǎn)品中鐵含量的要求視情況繼續(xù)投加一定量的鐵鹽或者含有鐵元素的污泥； (4)污泥干化處理: 采用干化機進一步干化污泥，使得污泥含水率降低至20-25%，以達到炭化爐所需的進料含水率要求，干化熱源為后續(xù)熱解碳化反應產(chǎn)生的熱量； (5)污泥熱解碳化反應: 將干化后的污泥放入炭化爐進行熱解反應，熱解碳化反應溫度為400-650攝氏度，反應時間為20分鐘-2小時，熱解反應產(chǎn)生的可燃氣在再燃爐中充分燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣通過換熱器回收熱源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(I)中，鐵鹽混凝劑為硫酸亞鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵、三氯化鐵和聚合氯化鋁鐵中的一種或多種，所述鐵鹽混凝劑以液態(tài)形式投加或者是固態(tài)形式投加，鐵鹽混凝劑投加量為50-500 kg絕干藥劑/噸絕干污泥，聚丙烯酰胺PAM的投加量為l-5kg PAM/噸絕干污泥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(2)中，脫水機選用板框壓濾機、廂式壓濾機或者其它機械脫水設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，還可以使用投加了鐵鹽做混凝劑的剩余污泥，從而改變末端產(chǎn)品中的氧化鐵含量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(4)中，干化機可以選用污泥除濕干化機或者熱干化機。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(5)中，導熱介質(zhì)為水或者導熱油，回收的熱量用于前端的污泥干化機和炭化爐供熱，可燃氣在再燃爐中的設(shè)計停留時間為3秒以上，溫度850攝氏度以上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理及資源化方法，其特征在于，所述步驟(5)中，在炭化爐中，部分有機物在缺氧或者無氧條件下成為炭，而氫氧化鐵則在高溫條件下失水成為鐵的氧化物，同時附著在炭的表面，形成污泥基氧化鐵催化劑，所述催化劑表面存在2-1OOnm的介孔，比表面積達至Ijl5m2/g以上，同時二氧化娃和負載Fe之間形成了 S1-O-Fe鍵。
【文檔編號】B01J23/745GK105859105SQ201610441277
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】姜維
【申請人】深圳市圓周率環(huán)境科技有限公司