CN113149120A - 一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，属于固体废物处理与资源化技术领域，包括以下步骤：城镇污水处理厂的污泥依托厂内现有中温或高温厌氧消化工艺进行设备改造，厌氧消化同步氨吹脱，留存高含氨气体，泥水混合物经过污泥脱水和干化工艺，废水进入污水处理***，泥饼投入污泥焚烧***，焚烧***烟气脱硝采用厌氧消化工艺高含氨气体形成氮中和效应，无需额外喷洒氨水或尿素即可完成脱硝，完成污泥厌氧消化和焚烧耦合***中N循环利用，其中***中还包含甲烷利用和烟气余热回收，以实现***的能源利用。

Description

一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺
技术领域
本发明属于固体废物处理与资源化技术领域，具体涉及一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺。
背景技术
污水处理厂剩余污泥是污水处理过程中的副产物，污水中大概50％的污染物转移到了污泥中。污水处理厂污泥如果得不到及时妥善的处理处置，直接外运、直接农用或任意堆放和不规范的填埋，污染物可能会进入土壤、地表水体和地下水***造成二次污染，从而严重影响水污染控制的实际成效。因此必须对污泥进行妥善的处理和处置，做到无害化、稳定化、减量化。
目前被普遍采用的污水处理厂污泥无害化、稳定化、减量化处理工艺路线以后处理为主，即在污水处理工艺的末端对污水处理过程中产生的污泥进行处理，主要的处理技术包括污泥的厌氧消化、干化和焚烧等，污泥最终处置技术填满和建材利用。污泥厌氧消化技术既可以达到污泥无害化、稳定化、减量化的处理目的，同时可以以沼气的形式回收污泥中的生物质能，从而实现污泥的资源化处理，而且处理过程能耗低(相对于好氧处理)，几乎没有二次污染，因此，厌氧消化是公认的最经济有效的污泥处理技术。
然而污泥厌氧消化处理存在有机质转化率和沼气产率较低，或污泥停留时间较长导致处理设置规模较大，投资较高等难题，对于污泥有机质含量较低的实际情况来说，这些问题更加突出。这很大程度上影响了污泥厌氧消化技术的推广和应用。
经过厌氧消化的高浓度含氨废水直接排到水体不仅污染水质，污染环境，还会对周围人群和生物产生毒害作用，产生的消化液回流至污水处理厂前端氮负荷增加，需要增加碳源以维持100:5的碳氮比后进行脱氮；如不增加碳源，可能造成总氮和氨氮超标。
厌氧消化最大的瓶颈把蛋白全部变成氨，氨氮是一个十分重要的控制条件，在厌氧消化过程中，由于厌氧微生物的细胞增殖很少，因此只有很少量的氮被转化成为细胞物质，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的氨氮，氨氮是微生物重要的氮源，并且在反应过程中能够中和厌氧消化产生的挥发性有机酸，对***的pH具有缓冲作用，但若其浓度过高，将会影响微生物的活性、抑制甲烷菌的活性。因此，如何较好的解决污泥处理问题，仍亟待解决。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，焚烧***烟气脱硝采用厌氧消化工艺高含氨气体形成氮中和效应，无需额外喷洒氨水或尿素即可完成脱硝，完成污泥厌氧消化和焚烧耦合***中N循环利用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，包括如下步骤：
(1)将污泥进行厌氧消化，在污泥厌氧消化完成后，加碱调节pH，之后进行氨吹脱工艺，产生的高含氨气体被收集，氨吹脱之后的泥水混合物进行污泥脱水和干化工艺；
(2)经过污泥脱水和干化工艺，废水进入污水处理***，脱水后产生的干污泥进入焚烧***焚烧；
(3)焚烧***焚烧干污泥产生的含氮气体与氨吹脱产生的高含氨气体一起进入烟气脱硝-氮中和反应室进行氮中和反应，焚烧***产生的余热被用于烟气脱硝-氮中和反应室。
本发明将污泥泥饼投入污泥焚烧***，焚烧***烟气脱硝采用厌氧消化工艺高含氨气体形成氮中和效应，无需额外喷洒氨水或尿素即可完成脱硝，完成***中N循环利用。氨吹脱高含氨气体中的正价N与焚烧烟气NOx中含有的负价N在烟气脱硝-氮中和反应室中完成价态中和，厌氧消化产生的甲烷气体燃烧后产生的热量可完全供给污泥干化所需热量，完成***中甲烷能源利用，污泥焚烧烟气余热供氮中和反应室的反应温度，完成***中热源利用。
进一步地，所述污泥来自城镇污水处理厂的污泥。
进一步地，步骤(1)厌氧消化完成后，加碱调节pH至pH＝12-14。
进一步地，氨吹脱工艺在氨吹脱塔中完成，吹脱气流量为6-8L/min，气液比为2500-3000。
进一步地，所述污泥通过中温或高温厌氧消化工艺进行厌氧消化，中温或高温厌氧消化工艺条件最大限度增强蛋白质中的氨氮释放，不再抑制氨氮的产生。
进一步地，厌氧消化时间为2-4h，氨氮产量≥8～10mg/g(ds(干基))，即可满足N中和***高含氨气体供给。
进一步地，步骤(2)所述干污泥pH范围5-10，含水率＜80％，低位热值＞3500KJ·kg-1，有机物含量＞50％。
进一步地，所述烟气脱硝-氮中和反应室的工艺条件在800～900℃完成氮中和。
进一步地，所述烟气脱硝-氮中和反应室内氨氮摩尔比为1～1.5。
进一步地，经脱硝后的废气排放口的烟气流速在12m/s～18m/s。
由于要兼顾氨氮在厌氧消化液的大量释放，又要尽量免除对产乙酸产甲烷菌和产氢产甲烷菌造成抑制危害，厌氧消化的参数限定在一个较小的范围内，与传统的厌氧消化参数控制差异明显。
本发明氮中和机理是氨水中N是-3价态，NOX是+3、+4、+5价态，中和为氮气，在850℃条件下中和为氮气，完成脱硝，本发明高含氨废气来替代氨水中的-3价态的N，与NOX中和，生成无害化气体N2经过排放口排出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明最大限度使氨氮释放，无需添加其他碳源，通过吹脱方式将厌氧消化液中的氨氮去除，以达到水中脱氮的目的，吹脱后的高含氨废气备用。
本发明以原有污水处理厂厌氧消化工艺和焚烧工艺为基础，进行简单的工艺参数调整和设备改造，减免氨水等药剂的大量投入，既解决了废水中除氮难的问题，又解决了焚烧***中脱硝药剂量大的问题，并在此过程中，做到能源节约，一举多得。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示为本发明污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺流程图。
城镇污水处理厂的污泥依托厂内现有中温或高温厌氧消化工艺进行设备改造，包括如下步骤：
(1)将污泥利用中温或高温厌氧消化工艺进行厌氧消化，使污泥中有机物颗粒通过水解作用分解为单糖、氨基酸等，经发酵和碳化作用以及产甲烷作用生成甲烷、二氧化碳等，同时，在污泥厌氧消化完成后，加碱调节pH，进行氨吹脱工艺，产生的高含氨气体被收集，氨吹脱之后的泥水混合物进行污泥脱水和干化工艺；
(2)泥水混合物经过污泥脱水和干化工艺，废水进入污水处理***，泥饼可达到焚烧污泥的理化性质达到pH范围7，含水率＝88％，低位热值为5500KJ·kg-1，有机物含量为70％。
(3)最后将污泥泥饼投入污泥焚烧***，焚烧***烟气脱硝采用厌氧消化工艺高含氨气体形成氮中和效应，无需额外喷洒氨水或尿素即可完成脱硝，完成***中N循环利用。
氨吹脱高含氨气体中的正价N与焚烧烟气NOx中含有的负价N在烟气脱硝-氮中和反应室中完成价态中和。厌氧消化产生的甲烷气体燃烧后产生的热量可完全供给污泥干化所需热量，完成***中甲烷能源利用；污泥焚烧烟气余热供氮中和反应室的反应温度，完成***中热源利用。
中温或高温厌氧消化工艺条件最大限度增强蛋白质中的氨氮释放，不再抑制氨氮的产生，厌氧消化时间为3h，氨氮产量为8mg/g(ds(干基))，即可满足N中和***高含氨气体供给。
厌氧消化完成后，氨吹脱工艺在氨吹脱塔中完成，吹脱气流量为7L/min，气液比为2700，加片碱调节pH范围在12，氨氮产量9mg/g(ds(干基))，即可满足N中和***高含氨气体供给。在传统的氨吹脱塔中完成厌氧消化液氨氮高去除率的吹脱回收。
烟气脱硝-氮中和的反应室的工艺条件在800℃完成氮中和，氨氮摩尔比为1。需要利用焚烧炉排出的烟气热能通过热交换装置进行余热回收，以保持氮中和反应室的温度恒定，经脱硝后的废气排放口烟气流速在15m/s。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将污泥进行厌氧消化，在污泥厌氧消化完成后，加碱调节pH，之后进行氨吹脱工艺，产生的高含氨气体被收集，氨吹脱之后的泥水混合物进行污泥脱水和干化工艺；
(2)经过污泥脱水和干化工艺，废水进入污水处理***，脱水后产生的干污泥进入焚烧***焚烧；
(3)焚烧***焚烧干污泥产生的含氮气体与氨吹脱产生的高含氨气体一起进入烟气脱硝-氮中和反应室进行氮中和反应，焚烧***产生的余热被用于烟气脱硝-氮中和反应室。
2.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，所述污泥来自城镇污水处理厂的污泥。
3.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，步骤(1)厌氧消化完成后，加碱调节pH至pH＝12-14。
4.根据权利要求3所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，氨吹脱工艺在氨吹脱塔中完成，吹脱气流量为6-8L/min，气液比为2500-3000。
5.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，所述污泥通过中温或高温厌氧消化工艺进行厌氧消化。
6.根据权利要求5所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，厌氧消化时间为2-4h。
7.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，步骤(2)所述干污泥pH范围5-10，含水率＜80％，低位热值＞3500KJ·kg-1，有机物含量＞50％。
8.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，所述烟气脱硝-氮中和反应室的工艺条件在800～900℃完成氮中和。
9.根据权利要求8所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，所述烟气脱硝-氮中和反应室内氨氮摩尔比为1～1.5。
10.根据权利要求1所述的一种污泥厌氧消化和焚烧耦合***的氮中和工艺，其特征在于，经脱硝后的废气排放口的烟气流速在12m/s～18m/s。
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