CN103160295A - 一种污泥干馏能源转化处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥干馏能源转化处理的方法，属于环境与污染防治和能源转化利用领域。其主要是由干燥旋转炉、干馏炉、型料成型设备构成，首先，在干燥旋转炉中将污泥进行干燥处理，使污泥干燥至含水率不低于30％即可，再通过污泥与农林废弃物按3∶7混合干燥，进一步降低含水率，使混合物含水率达到20％左右，以满足干馏炉入料含水率要求，在进行干燥处理时，利用污泥与农林废弃物混合物的型料在干馏炉中进行干馏能源转化过程中产生的余热和发电机组运作过程中产生的余热对含水率小于85％的污泥进行干燥处理；其次，在型料成型设备中将污泥与农林废弃物的混合物通过成型设备进行压块至比重1.1-1.3，以满足干馏炉入料比重要求；最后，在干馏炉中将污泥与农林废弃物混合物的型料通过干馏炉进行干馏能源转化，转化产物主要是可燃气体甲烷、粗炭、部分液化产品(木醋酸、木焦油等)。本发明可以解决污泥的稳定化和无害化处理，同时使污泥在干馏能源转化过程中实现能源自给，并产生经济效益，具有很好的现实意义和广泛的推广使用价值。

Description

一种污泥干馏能源转化处理的方法

所属技术领域

本发明涉及一种污泥干馏能源转化处理的方法，属于环境与污染防治和能源转化利用领域。

背景技术

污泥无害化处置作为一个世界性难题，如何有效地解决是世界各国污水处理行业的一个不断探索的重大课题。而目前，国内外污泥处理技术的现状主要是污泥厌氧消化、污泥高温好氧发酵、污泥脱水、污泥石灰稳定干化、污泥热干化、污泥焚烧等，其发展趋势是注重源头减量的技术研发、突破节能降耗的技术障碍、健全二次污染的防止技术、发展循环利用的运行模型。

我国是一个发展中国家，如何确定适合我国国情的污水处理厂污泥的处理、处置方法是摆在每一个业内工作者面前的重要任务。专家普遍认为，城市污水污泥的处理处置走资源化利用道路，是城市污水污泥最现实可行的处置方式。一个城市污水处理厂，污泥处理处置不当不仅不能充分发挥消除污染保护环境的作用，也大大弱化了污水处理厂的净化功能，因此，城市污水处理厂的污泥处理和资源化利用成套装备的开发与产业化，将成为行业发展的趋势。

近年来国内大中城市已经出现不同程度的垃圾围城趋势，因为一般而言，每处理完2000吨污水，就会留下来1吨污泥。随着市政污水越来越多，污水厂越建越多，污泥也越来越多。据估算，目前中国每天产生的含水80％的污泥，重量上几乎占到城市产生垃圾总量的25左右％，而且年增长率大于10％，使得城市生活环境受到极大威胁，污泥产量的快速增加将会使上述状况雪上加霜。由于活性污泥不但含大量有机质、重金属、病原菌、寄生虫(卵)等污染物，而且极难处理，因此，污泥的处置已成为污水处理企业的沉重包袱，也成为中国每一个城市必须要面对的紧迫问题。

目前，我国污泥处置存在的主要问题如下：

(1)污泥分散填埋，二次污染问题严重

据相关资料显示，目前我国的污泥填埋约占31％，污泥填埋问题十分突出。首先，消耗大量土地资源，不少城市很难找到新的填埋场；其次，产生大量渗沥液，由于含水率较高，污泥加剧了垃圾填埋场渗沥液的污染，给周边环境造成长久的损害，尤其是地下水资源所造成的损害更为严重；最后，对填埋气进行资源化利用的填埋场较少，填埋气体污染大气，并存在安全隐患。

(2)污泥农用比例过大，存在土壤污染风险

据相关资料显示，我国的污泥农用比例约44.8％，是主要的处理方式之一，污泥农用项目存在隐患和风险。目前，我国关于污泥农用风险的研究体系尚不健全，对于污泥处置的风险研究主要涉及污泥土地施用对植物的影响、重金属从土壤到植物的迁移和重金属、氮、磷在土壤中的迁移，可用数据不充分，这些数据通常是基于短期(1-3年)的实验获得，而长期(10年以上)的田间实验数据较为缺乏，若用短期的实验数据预测长期的影响，其本身就存在一定的风险。此外，对于污泥土地施用后，周围相关暴露人群的消费资料，可用数据几乎为零。中科院南京土壤研究所的一项研究发现，在其试验的土地上连续施用污泥达10年后，土壤中镉、锌、铜含量均很高，种植的水稻、蔬菜受到严重的污染，并且污泥施用越多，污染情况越严重，施用污泥的农田，虽然土壤有机质明显增加，土壤酸度基本无变化，但土壤中的汞、镉污染严重，能引起小麦、玉米的污染。多数研究表明，污泥的有害成分进入土壤后，一般不会立刻表现出其不利影响，但若长期大量使用(长期大量使用，将会给基本农田造成不可逆转的损害)，其负面效应就会明显地表现出来。

另外，污泥农用对空气的污染也很严重。据媒体报道，在2007年3月底4月初，北京市很多街道两边的绿化带上飘出了一种莫名的臭味，其来源正是绿化带草地上铺着的一层浅黑色的颗粒，这些颗粒是一种用城市污水处理厂的活性污泥为原料生产的特殊肥料，臭味就源于此肥料。

(3)污泥综合利用良莠不齐

据相关资料显示，我国的污泥综合利用约占10.5％。污泥建材利用是污泥源化方式的一种，其内容包含了利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。目前，污泥的建材利用已经被看作是一种可持续发展的污泥处置方式，并在日本以及欧美国家逐渐发展起来。相比较而言，我国在污泥建材利用发展方面有些落后，虽然在污泥制砖方面的研究确实不少，但缺乏实际的工程应用。总的来说，污泥建材利用在中国以及西方发达国家大多还处于研究及尝试的阶段，技术成熟和推广应用还需要一段很长的时间。

另外，污泥的建材利用过程中也对空气造成污染。据媒体报道，广州铬德工程公司是中国最早的一家专业的大型污泥处理厂，坐落在广州市自然风景最为优美的区域之一的长洲岛，闻名天下的黄埔军校就坐落于这个岛上。他们处理污泥的方式是将污泥除毒、干化后，与粉煤灰、粘土混合烧制成墙体砖，在生产过程中，污泥散发出的恶臭遍及整个长洲岛，更有当地百姓反映说，夏天南风多，臭味最强烈的时候，可以跨过珠江和长洲岛，覆盖到黄埔区的相当一部分地方。

(4)不加处置的无序状态

据相关资料显示，我国的污泥约13.7％的比例没有任何处置。没有得到任何处置的污泥给环境带来的污染危害是巨大的，这部分污泥处于一种无序的、混乱状态，大量污泥随意堆放、填埋，造成地表水和地下水污染；尤其是污泥中的病原菌、重金属和有毒有害有机物对人类健康和生存环境存在潜在的威胁。

目前，我国尚缺乏经济、有效的污泥处理处置技术，污泥处理处置技术已成为污水处理的瓶颈。自2009年，国家环保部、***连续颁布了《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》(征求意见稿)以及《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》(试行)以来，很多投资公司、工程公司、设备公司都在立项、攻关、提出不同的污泥处理、处置技术，在众多的污泥处理、处置技术中切实可行的污泥处理、处置技术尚属凤毛麟角。

发明内容

近三年来，我公司通过对污水厂污泥处理再利用进行的不断试验及研究和工程实践的基础上，同时参考和借鉴国内外相关科研、设计单位及企业在污泥处理再利用方面的优秀成果，特别是受到了农林废弃物通过完全无氧干馏工艺进行能源转化技术在工程实践中成熟应用的启发，发明了一种污泥干馏能源转化处理的方法。

本发明涉及的一种污泥干馏能源转化处理的方法，属于环境与污染防治和能源转化利用领域。其主要是由干燥旋转炉、干馏炉、型料成型设备构成，首先，在干燥旋转炉中将污泥进行干燥处理，使污泥干燥至含水率不低于30％即可，再通过污泥与农林废弃物按3∶7混合干燥，进一步降低含水率，使混合物含水率达到20％左右，以满足干馏炉入料含水率要求，在进行干燥处理时，利用污泥与农林废弃物混合物的型料在干馏炉中进行干馏能源转化过程中产生的余热和发电机组运作过程中产生的余热对含水率小于85％的污泥进行干燥处理；其次，在型料成型设备中将污泥与农林废弃物的混合物通过成型设备进行压块至比重1.1-1.3，以满足干馏炉入料比重要求；最后，在干馏炉中将污泥与农林废弃物混合物的型料通过干馏炉进行干馏能源转化，转化产物主要是可燃气体甲烷、粗炭、部分液化产品(木醋酸、木焦油等)。

本发明的技术优势在于：

1.本发明在将污泥干馏能源转化处理过程中实现了完全无害化和能源化目的：

在污泥干馏能源转化过程中，有机质有30％-40％转化成CH化合物为主的可燃气体甲烷，30％左右液体能源，其余剩余物质为碳化物，所有产物均为有机产品。

污泥中的寄生虫卵和病原微生物在干馏过程中被灭失，重金属被钝化，并被固化在碳结构中，彻底实现了无害化和能源转化。

2.本发明在对污泥进行干燥处理的过程中利用余热对污泥进行干燥处理经济、可行、节能。

由于污水厂污泥成分复杂，结合水较多，使得污泥脱水困难，目前大多污水处理厂为节省成本，基本是将污泥脱水至含水率85％左右外运进行填埋或转化处理。目前的转化方式主要有：转化为有机肥和建筑材料等。这些转化方式都需要对污泥进行干化处理，为节省成本，相关转化企业多在用大场地、开放式自然干化。这造成了严重的空气污染，同时也没有对污泥进行真正的稳定化和无害化处理。要对污泥进行高温稳定化和无害化处理其能耗很高，企业很难承受，而利用污泥与农林废弃物混合物的型料在干馏能源转化过程中产生的余热和发电机组运作过程中产生的余热对污泥进行干燥处理即经济又可行，还节约能源。

3.污泥有机质含量较高，其热值在5000-5500大卡左右。每吨污泥在完全无氧低温干馏条件下，可产生300立方左右甲烷气体、300公斤左右粗炭。该工艺技术的输入输出能比在5.4-6之间，具有较大的经济可行性。

其中可燃气体甲烷用来发电，余热再次用来对含水率小于85％的污泥进行干燥处理，实现了污泥处理能耗由自身产生的污泥能源化循环利用；粗炭可出售用于河湖水质净化、耕地土壤改良等，实现污泥资源化的经济效益。

由此可见，本发明可以解决污泥的稳定化和无害化处理，同时使污泥在干馏能源转化过程中实现能源自给，并产生经济效益，具有很好的现实意义和广泛的推广使用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1干燥旋转炉

1.湿料进口  2.热风口  3.排空管  4.出料口

图2柱状型料平面视图

1.柱状型料长450mm    2.柱状型料高45mm

图3柱状型料横剖面视图

1.柱状型料中空部分直径10mm  2.柱状型料齿状***底部部分直径40mm

3.柱状型料齿状***顶端部分直径45mm

图4干馏炉

1.密封盖  2.产气阀  3.排湿阀  4.料筐  5.柱状型料  6.电加热装置

具体实施方式

首先，如图1所示先将含水率小于85％的污泥通过传送带，经1湿料进口送入干燥旋转炉，干燥旋转炉开始旋转将含水率小于85％的污泥进行干燥处理，使其含水率不低于30％，同时开启2热风口进风，向干燥旋转炉内送入60-100度热风；其次炉内污泥随干燥旋转炉内螺旋导流板逐步向4出料口方向移动，至4出料口排出时，含水率降至30％-40％，同时干燥旋转炉内湿热水蒸气经3排空管，排至除臭装置。

其次，将图1中4出料口排出的污泥与农林废弃物按3∶7混合来进一步降低含水率，使混合物含水率达到20％左右，以满足干馏炉入料含水率要求，其中污泥与农林废弃物混合物的型料在干馏能源转化过程中产生的余热和发电机组运作过程中产生的余热可以经导管由图1中的2热风口进入干燥旋转炉对含水率小于85％的污泥进行干燥处理，以实现余热利用。再由型料成型设备将其成型，其中挤出的柱状型料规格如图2中1、2所示分别为：450mm、45mm，横截面规格如图3中1、2、3所示分别为：中空部分直径10mm、齿状***底部部分直径40mm、齿状***顶端部分直径45mm。

最后，如图4所示先将5柱状型料装入专用4料筐后再将装有5柱状型料的4料筐送入干馏炉，其次将1密封盖封闭锁紧，起动6电加热装置，使干馏炉温度升至500度保温，同时打开3排湿阀排出混合料中多余的水份，水份排干后，关闭3排湿阀，继续升温，再打开2产气阀，待产气完成后，关闭6电加热装置和3排湿阀、2产气阀，使产生的可燃气体甲烷经导管进入清洗分离过滤***，将气体燃料与液体燃料分离，经清洗后的洁净可燃气体甲烷经导管进入储气装置待用，液体燃料另行收集，干馏炉进行干馏能源转化后的转化产物主要是可燃气体甲烷、粗炭、部分液化产品(木醋酸、木焦油等)，最后将干馏炉温度降至100度以下，打开1密封盖，吊出4料筐，取出型炭，工艺过程全部完成后进入下一个循环工艺。

Claims (4)

1.一种污泥干馏能源转化处理的方法，主要设备包括：干燥旋转炉、型料成型设备、干馏炉，其特征在于：(a)在干燥旋转炉中将污泥进行干燥处理，使污泥干燥至含水率不低于30％即可，再通过污泥与农林废弃物按3∶7混合干燥，进一步降低含水率，使混合物含水率达到20％左右，以满足干馏炉入料含水率要求；(b)在型料成型设备中将污泥与农林废弃物的混合物通过成型设备进行压块至比重1.1-1.3，以满足干馏炉入料比重要求；(c)在干馏炉中将污泥与农林废弃物混合物的型料通过干馏炉进行干馏能源转化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)在进行干燥处理时，利用污泥与农林废弃物混合物的型料在干馏炉中进行干馏能源转化过程中产生的余热和发电机组运作过程中产生的余热对含水率小于85％的污泥进行干燥处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)在进行干馏能源转化处理时，转化产物主要是可燃气体甲烷、粗炭、部分液化产品(木醋酸、木焦油等)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)在进行干馏能源转化处理时，干馏炉采用电加热方式。

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