CN109179927A - 一种剩余污泥循环式处理的方法 - Google Patents

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Abstract

一种剩余污泥循环式处理的方法是先向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行脱水处理，然后将脱水后的污泥进行热解，将热解产物循环回用于污泥调理‑脱水‑热解***中。本发明得到的热解后的固相产物品质高，脱水率易控制、工艺稳定，且至少2年内可循环有效利用，成本低、可持续性较好，同时，过渡金属调理剂调理后的污泥热解固相产物在污泥调理‑脱水‑热解各环节具有较好的促进作用，提高污泥处理与处置的***性，并且，所产生的氢气量以及污泥生物炭品质要优于传统的污泥热解工艺。此工艺方法中，每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70~80%，污泥生物炭比表面积为50~80m2/g。

Description

一种剩余污泥循环式处理的方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种剩余污泥循环式处理的方法。
背景技术
城市剩余污泥是城市污水处理厂产生的副产物，近年来，在中国随着经济的发展，城市剩余污泥的产量剧增。目前，超过80%的污泥得不到妥善的处理与处置，污泥的随意排放将对环境中的水、大气、土壤等造成二次污染，同时，也严重危害人类的身体健康。污泥的处理与处置包括污泥的处理和污泥的处置两个阶段，在污泥的处理中，以污泥的调理和脱水作为关键的环节，通过对污泥进行调理，从而提高污泥的脱水性能；对于污泥的处置阶段，国内外采取的手段主要包括卫生填埋、水体消纳、焚烧、堆肥处理、土地利用等，其中污泥热解在对污泥进行处置的同时，可以回收能源以及制备生物炭，成为目前研究的一大热点。
然而，目前关于污泥处理处置的研究存在以下两个问题： 1、大部分研究中，促进污泥脱水的的骨架调理剂和促进污泥热解的共热解物质均为外源物质颗粒，可能会提高这些投加物质原材料的收集难度；2、以污泥热解为目标的污泥调理-脱水-热解的***工艺尚未形成，即污泥前处理与后续资源化处置方式脱节。然而，不同的调理方法不仅对调理后的污泥脱水性能造成影响，也会对调理后的污泥化学成分、性质以及泥饼含水率造成影响，从而对污泥的后续热解效果及固相产物产生影响。Liu Huan等人发现CaO调理后的污泥能够提高污泥热解气中氢气含量，同时也能降低热解过程中HCN和NOx的释放，还发现了不同的脱水深度对污泥热解效果的影响较大，上述研究表明脱水污泥中残留调理剂对热解的影响较大，但研究建立在前期以提高污泥脱水性能为目的的研究上，而污泥脱水性能最佳、泥饼含水率最低并非使得污泥热解效果最好，即以脱水为目的的最佳工艺参数并非对污泥最终热解有利。如果在污泥调理-脱水-热解***中存在某种物质，其不仅是这个***某一阶段的产物，又能作为这个***的过程参与物，并且能在***各环节中起到很好的促进作用，对于污泥处理与处置以及污泥资源化具有创新意义。
目前，尚无一套***性的剩余污泥循环式处理与资源化处置方法，即调理后的脱水污泥热解的固相产物既可以作为促进污泥脱水的骨架调理剂，又能作为促进污泥热解的催化剂，且具有一定的循环特性，循环应用到污泥调理-脱水-热解***工艺中。目前看来，处理过程依然存在热解效率不高，热解后得到的固相产物品质低，无法实现循环再利用，即使循环再利用后的热解效率会大大降低，热解后产物含碳量低，硬度低易碎，在脱水环节效果不理想，影响脱水率的调控，导致工艺效果不稳定；以及固相产物中的污泥调节剂不易暴露在表面，多数被包裹在污泥内部无法起到热解催化作用，从而限制了循环利用，即使循环利用后热解效率也明显降低，无法循环利用或无法实现长期循环利用等技术问题急需解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种剩余污泥循环式处理的方法。
本发明的目的是通过如下技术措施实现的：
一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：它是先向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行脱水处理，然后将脱水后的污泥进行热解，将热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解***中。
进一步，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理步骤是向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min,然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理。
进一步，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5。
进一步，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述脱水处理，是将调理后的污泥进行压滤脱水，所述脱水压力为0.4~0.7 MPa，脱水时间为5~10min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%。
进一步，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述热解步骤是首先在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，然后将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700℃热解20~40min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物。
进一步，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解***中，是将热解后的固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的6%~10%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的2%~6%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，然后重复脱水处理、热解步骤即又得到固相产物，即完成污泥循环式处理。
具体来讲，一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于，它是包括如下步骤实现的：
（1）向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min,然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；
（2）是将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10 min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为新的活性污泥干重的60~80%，同时投加污泥干重质量的6%~10%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，同时投加污泥干重质量的2%~6%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物污泥调理剂，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
本发明具有如下的有益效果：
本发明得到的热解后的固相产物品质高，脱水率易控制、工艺稳定，在循环利用过程中的热解产气效率均稳定保持在350~500ml/g干污泥（标干状态），且至少2年内可循环有效利用，成本低、可持续性较好，同时，过渡金属调理剂调理后的污泥热解固相产物在污泥调理-脱水-热解各环节具有较好的促进作用，提高污泥处理与处置的***性，并且，所产生的氢气量以及污泥生物炭品质要优于传统的污泥热解工艺。此工艺方法中，每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70~80%，污泥生物炭比表面积为50~80m2/g。本发明操作方法简单、实用性强，对于解决污泥资源化及可持续处理处置问题具有重要意义。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
本实施例中所用的过渡金属元素污泥调理剂为工业品，实施例1、实施例2中的剩余污泥为取自重庆市万州区明镜滩污水处理厂，原污泥含水率为98.9~99.5%。
实施例1
（1）向原剩余污泥中投加120g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，充分搅拌，对污泥进行调理；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在78%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入6分钟的氩气，停止通气，然后先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥，于600℃热解20 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在375ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.3%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加75 g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在58%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388 ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.9%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加35g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在389ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的73.3%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.7%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
所得结果如下：每一步热解产氢量体积比平均达到72.8%，污泥生物炭比表面积平均达到50.032m2/g。
实施例1固相产物已循环使用2年，目前持续性良好，可继续使用。
实施例2：
（1）向原剩余污泥中投加105g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，充分搅拌，对污泥进行调理；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在72%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入10分钟的氩气，停止通气，先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥于500℃热解30min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在403ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的75.8%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75%污泥干重，同时投加70g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在65%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在440 ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的74.7%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75%污泥干重，同时投加30g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在60%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在437ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的75.4%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75% 污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在60%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在430ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的76.1%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
所得结果如下：每一步热解产氢量体积比平均达到75.5%，污泥生物炭比表面积平均达到56.064 m2/g。
实施例2固相产物已循环使用2年，目前持续性良好，可继续使用。

Claims (7)

1.一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：它是先向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行脱水处理，然后将脱水后的污泥进行热解，将热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解***中。
2.如权利要求1所述的剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理步骤是向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min,然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理。
3.如权利要求2所述的剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8-1:5。
4.如权利要求3所述的剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述脱水处理，是将调理后的污泥进行压滤脱水，所述脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10 min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%。
5.如权利要求4所述的剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述热解步骤是首先在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，然后将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700 ℃热解20~40 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物。
6.如权利要求5所述的剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于：所述热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解***中，是将热解后的固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的6%~10%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的2%~6%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，然后重复脱水处理、热解步骤即又得到固相产物，即完成污泥循环式处理。
7.一种剩余污泥循环式处理的方法，其特征在于，它是包括如下步骤实现的：
（1）向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min,然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；
（2）是将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10 min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为新的活性污泥干重的60~80%，同时投加污泥干重质量的6%~10%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80% 污泥干重，同时投加污泥干重质量的2%~6%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物污泥调理剂，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
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