CN116177825A - 污泥均质热解***及污泥均质解热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了污泥均质热解***及污泥均质解热方法，储泥仓、药剂浆化罐分别通过管路与均质热解装置的输入口连接；均质热解装置、多级闪蒸器、第一过滤缓存装置、固液分离装置依次连接，固液分离装置的液相出口通过管路与沉淀滤出装置连接，固液分离装置的固相输出口与残渣料仓连接；沉淀滤出装置后串联有蒸发器与成品储存库。均质热解包括如下步骤：S10均质热解，S20闪蒸裂解，S30固液分离，S40热解滤液回收，S50热解残渣回收。本发明对污泥进行均质热解处理，处理后使得污泥和药剂均匀混合后进行热解反应，污泥中微生物菌胶团被破坏，菌胶团中的微生物细胞和胞外聚合物进行破裂、分解形成以活性多肽、氨基酸为主的资源化利用产物。

Description

污泥均质热解***及污泥均质解热方法
技术领域
本发明涉及市政污水厂污泥处理处置技术领域，具体涉及一种污泥均质热解***及污泥均质解热方法。
背景技术
污水厂中的污泥是污水处理的副产物，现在城镇污水处理的主流工艺基本以早期的活性污泥生化法为主进行的变革和改进。随着国家和城镇化的不断发展，城市工业废水和生活废水不断增加，城市内专用于处理生活废水的市政污水处理厂处置规模越来越大，污水厂的建设运行伴随产生大量的剩余污泥，污泥处理形势十分严峻。污泥由于其产生方式的特殊性，有着复杂的物理化学和生物特性，污泥中存在大量的病原菌、微生物群体、有机污染物重金属等，污泥无法妥善处理和处置，均会对环境造成二次污染和更大的风险。
污泥处理处置要求要实现的目标为污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。目前，污泥处理处置能够在完成污泥前端处理的减量化、稳定化和无害化后，最终处置方式以求资源最大化回收利用为目的。国内外对污泥的处理处置方式和措施不尽相同，结合我国提倡的绿色发展和双碳经济的实际国情，污泥资源化回收利用的处置目标将是未来发展的主流。我国目前污泥处置常用的方法和技术主要是经过稳定化、无害化处理后进行填埋，或采用厌氧消化和好氧发酵进行处理，相对完成资源化利用的处置方式为干化焚烧。但污泥处理减量化不彻底，资源化利用不充分，生产运行不稳定、不顺畅仍是制约相应技术运用和发展的瓶颈。
中国发明专利200910245146.1公开了一种污泥水解提取微生物蛋白质***及提取方法，这种方法主要以提取污泥中的微生物蛋白质为主，利用其较好的发泡性能，但微生物蛋白质产出质量、产出率相对较低且不稳定；污泥和药剂在混料装置混合后再进入反应釜，缺点是延长了污泥和药剂的整体作用时间，且不利用热量的集中利用；污泥经过水解反应装置和闪蒸装置后进行固液分离，固液分离效果存在不稳定情况，影响微生物蛋白质的提取效果。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种污泥均质热解***及污泥均质解热方法，得到以活性多肽、氨基酸为主资源化利用产物，并通过工艺路线控制，使得其产出稳定，产出质量高、产出率高。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种污泥均质热解***，储泥仓、药剂浆化罐分别通过管路与均质热解装置的输入口连接；均质热解装置、多级闪蒸器、第一过滤缓存装置、固液分离装置依次连接，固液分离装置的液相出口通过管路与沉淀滤出装置连接，固液分离装置的固相输出口与残渣料仓连接；沉淀滤出装置后串联有蒸发器与成品储存库；
多级闪蒸器上连接有换热冷凝器，换热冷凝器通过管路连接到药剂浆化罐上；
第一过滤缓存装置上连接有药剂添加装置，药剂添加装置内存放有助滤剂。
作为上述技术方案的进一步改进：
药剂浆化罐内的药剂为活性氧化钙、氢氧化钙、无机钙盐、催化剂中的一种或几种组合。
药剂添加装置的助滤剂为有机复合絮凝剂或木屑。
沉淀滤出装置与蒸发器之间设有第二过滤缓存装置。
储泥仓与均质热解装置之间设有柱塞泵，药剂浆化罐与均质热解装置之间设有螺杆泵，多级闪蒸器与第一过滤缓存装置之间具有空气动力源，第一过滤缓存装置与固液分离装置之间设有螺杆泵，固液分离装置与沉淀滤出装置之间设有泵，固液分离装置与残渣料仓之间设有螺旋输送装置。
均质热解装置具有搅拌装置与加热装置；第一过滤缓存装置内设置有搅拌器；固液分离装置为板框压滤机、或高压带式过滤机、或叠螺机；沉淀滤出装置为斜板沉淀装置或重力旋流沉淀装置。
一种污泥均质热解方法，采用上述污泥均质热解***，包括如下步骤：
S10均质热解，含水率为80%-90%的污泥与药剂分别投入均质热解装置，污泥与药剂在均质热解装置中混合后，逐步升温达到热解温度，热解温度控制在120-180℃，进行保温保压后完成均质热解反应；所述药剂为活性氧化钙、氢氧化钙、无机钙盐、催化剂中的一种或几种组合；
S20闪蒸裂解，污泥经过均质热解后成为污泥热解液，经过闪蒸裂解，并在完成换热冷凝后将温度降低至80℃以下；
S30固液分离，污泥热解液经过闪蒸裂解后进入第一过滤缓存装置，添加助滤剂并均匀混合后进行固液分离，分离获得热解滤液和热解残渣；
S40热解滤液回收，固液分离所得的热解滤液经过过滤沉淀后直接进行回收利用，或经过蒸发浓缩提取有机营养物进行回收利用，有机营养物包括蛋白质、活性多肽、氨基酸、腐殖酸、生物激素；
S50热解残渣回收，固液分离所得的热解残渣集中收集后再利用，或进行掺烧。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S10中，所述药剂的添加比例为3-5%；保温保压控制时间为1-4小时，压力在1MPa以内。
在步骤S20中，闪蒸裂解对均质热解装置的污泥热解液进行瞬时压力释放，并通过换热冷凝器S50进行换热使污泥热解液温度降低至80℃以下。
在步骤S30中，所述助滤剂为有机复合絮凝剂或木屑。
本发明的有益效果如下：
本发明对污泥进行均质热解处理，处理后使得污泥和药剂均匀混合后进行热解反应，污泥中微生物菌胶团被破坏，菌胶团中的微生物细胞和胞外聚合物进行破裂、分解形成以活性多肽、氨基酸为主的资源化利用产物；热解药剂添加量比例为3-5%，避免工艺装置内部结构改变，保持热解效果，得到质量稳定、产出率高的资源化利用产物；在污泥热解液固液分离之前加入助滤剂，将污泥热解液的液相和固相部分进行充分分离，使得液相部分得到最大可能的回收利用，提升资源化利用产物品质。
附图说明
图1为本发明***的结构示意图。
附图标记：1、储泥仓；2、药剂浆化罐；3、均质热解装置；4、多级闪蒸器；5、换热冷凝器；6、第一过滤缓存装置；7、固液分离装置；8、沉淀滤出装置；9、蒸发器；10、成品储存库；11、残渣料仓；12、药剂添加装置；13、第二过滤缓存装置。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的污泥均质热解***的储泥仓1、药剂浆化罐2分别通过管路与均质热解装置3的输入口连接；均质热解装置3的输出口通过管路与多级闪蒸器4的输入口连接，多级闪蒸器4上连接有换热冷凝器5，换热冷凝器5通过管路连接到药剂浆化罐2上，换热冷凝器5换热后的热蒸汽可以回到药剂浆化罐2进行循环利用；多级闪蒸器4的输出口通过管路连接第一过滤缓存装置6的输入口，第一过滤缓存装置6上连接有药剂添加装置12，药剂添加装置12可以往第一过滤缓存装置6内添加助滤剂；第一过滤缓存装置6的输出口通过管路连接固液分离装置7的输入口，固液分离装置7的液相输出口通过管路与沉淀滤出装置8的输入口连接，固液分离装置7的固相输出口连接到残渣料仓11；沉淀滤出装置8后依次串联第二过滤缓存装置13、蒸发器9与成品储存库10。
储泥仓1与均质热解装置3之间设有柱塞泵，储泥仓1的污泥通过柱塞泵输送至污泥均质热解装置3。药剂浆化罐2与均质热解装置3之间设有螺杆泵，药剂浆化罐2的药剂通过螺杆泵输送至污泥均质热解装置3。
均质热解装置3具有搅拌装置与加热装置，搅拌装置可以对物料搅拌使物料均匀反应，加热装置可以实现温度和压力可控调节，使得物料均匀受热和反应。
多级闪蒸器4与第一过滤缓存装置6之间具有空气动力源，在多级闪蒸器4完成闪蒸裂解后的污泥热解液通过空气动力源输送至过第一过滤缓存装置6。
第一过滤缓存装置6内设置有搅拌器。
第一过滤缓存装置6与固液分离装置7之间设有螺杆泵，第一过滤缓存装置6中的污泥热解液通过螺杆泵均匀输送至固液分离装置7。
固液分离装置7可以为板框压滤机、高压带式过滤机、叠螺机。
固液分离装置7与沉淀滤出装置8之间设有泵。
沉淀滤出装置8为斜板沉淀装置或重力旋流沉淀装置。
固液分离装置7与残渣料仓11之间设有螺旋输送装置。
污泥均质热解***对污泥进行热解处理的具体方法包括以下步骤：
S10污泥均质热解，储泥仓1中含水率为80%-90%左右的污泥通过柱塞泵输送至污泥均质热解装置3，药剂浆化罐2的药剂通过螺杆泵同步输送至污泥均质热解装置3中，通过高效搅拌后形成均质物料，关闭均质热解装置3的所有阀门，将混合后物料通过逐步升温达到热解温度，热解温度控制在120-180℃，进行保温保压1-4小时，保压1MPa以内，完成均质热解反应。药剂浆化罐2内的药剂为活性氧化钙、氢氧化钙、无机钙盐、催化剂中的一种或几种组合，药剂的添加比例为3-5%，可以避免工艺装置内部结构改变，保持热解效果，得到质量稳定、产出率高的资源化利用产物。
S20污泥闪蒸裂解换热，经过均质热解过程后形成混合物料输入多级闪蒸器4，通过瞬间压力释放完成闪蒸裂解形成污泥热解液，同时换热冷凝器5同步进行换热冷凝，将污泥热解液的温度降低至80℃以下；换热冷凝器5换热后的热蒸汽回到药剂浆化罐2进行循环利用。
S30污泥固液分离，完成闪蒸裂解后的污泥热解液通过空气动力源输送至过第一过滤缓存装置6，并通过第一过滤缓存装置6中的搅拌器混合均匀，第一过滤缓存装置6中的污泥热解液搅拌均匀后通过螺杆泵均匀输送至固液分离装置7内进行固液分离得到热解滤液与热解残渣。污泥热解液输送入第一过滤缓存装置6后，可以通过药剂添加装置12往过第一过滤缓存装置6内添加助滤剂，添加的助滤剂可以为有机复合絮凝剂或木屑，助滤剂将污泥热解液的液相和固相部分进行充分分离，使得液相部分得到最大可能的回收利用，提升资源化利用产物品质。
S40热解滤液回收，固液分离装置7中产生的热解滤液经沉淀滤出装置8过滤沉淀后通过泵送至第二过滤缓存装置13进行再处理，第二过滤缓存装置13过滤后的清液经过收集后经过蒸发器9进行浓缩处理，浓缩20-25倍后形成有机螯合钙浓缩液，得到的浓缩液输送至成品储存库10进行存储；浓缩液中主要含有活性多肽螯合钙、氨基酸等，进一步生产复配后形成功能性有机液体肥料。
S50热解残渣回收固液分离装置7中产生的热解残渣通过螺旋输送装置进入锥形的残渣料仓11进行集中收集，收集的热解残渣可以进一步堆肥、腐熟后形成土壤调理剂回收利用，热解残渣也可以进入垃圾电厂或热电厂作为辅助燃料进行掺烧。
对步骤S40所得有机螯合钙浓缩液进行营养成分及性质分析，包括游离氨基酸和中微量元素等，其中游离氨基酸含量可超过60g/L，其中甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸浓度较高，其中甘氨酸对作物光合作用有独特效果，有利于作物生长，增加作物糖含量；丙氨酸有利于增加合成叶绿素，调节开放气孔，有利于抵御病毒入侵；谷氨酸有效降低作物体内硝酸盐含量，提高种子发芽率，促进叶片光合作用，增加叶绿素生物合成。有机螯合钙浓缩液中有丰富的中微量元素，其中钙、铁、镁、锌等元素含量较高，尤其是钙元素远超国家中量元素水溶肥行业标准。
对步骤S50所得热解残渣进行营养成分及性质分析，包括含水率、酸碱性、EC值，全氮、全磷、全钾和中量元素等，其中含水率32.9%，pH值12.06，有机质含量21.58%，总体养分4.03%，钙含量17.9%，镁含量1.0%，锌含量369.3mg/kg。经过一定处理后完成堆肥、腐熟后，各项指标均能达到国家相关指标要求。
对步骤S50所得热解残渣还可以进行物理化学性质分析，包括含水率、有机质、热值等，其中含水率31.2%，有机质含量58%，低位热值6324kJ/kg，利于作为燃烧辅料掺烧。
本发明对污泥进行均质热解处理，处理后使得污泥和药剂均匀混合后进行热解反应，污泥中微生物菌胶团被破坏，菌胶团中的微生物细胞和胞外聚合物进行破裂、分解形成以活性多肽、氨基酸为主的资源化利用产物。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种污泥均质热解***，其特征在于：储泥仓（1）、药剂浆化罐（2）分别通过管路与均质热解装置（3）的输入口连接；均质热解装置（3）、多级闪蒸器（4）、第一过滤缓存装置（6）、固液分离装置（7）依次连接，固液分离装置（7）的液相出口通过管路与沉淀滤出装置（8）连接，固液分离装置（7）的固相输出口与残渣料仓（11）连接；沉淀滤出装置（8）后串联有蒸发器（9）与成品储存库（10）；
多级闪蒸器（4）上连接有换热冷凝器（5），换热冷凝器（5）通过管路连接到药剂浆化罐（2）上；
第一过滤缓存装置（6）上连接有药剂添加装置（12），药剂添加装置（12）内存放有助滤剂。
2.按照权利要求1所述的污泥均质热解***，其特征在于：药剂浆化罐（2）内的药剂为活性氧化钙、氢氧化钙、无机钙盐、催化剂中的一种或几种组合。
3.按照权利要求1所述的污泥均质热解***，其特征在于：药剂添加装置（12）的助滤剂为有机复合絮凝剂或木屑。
4.按照权利要求1所述的污泥均质热解***，其特征在于：沉淀滤出装置（8）与蒸发器（9）之间设有第二过滤缓存装置（13）。
5.按照权利要求1所述的污泥均质热解***，其特征在于：储泥仓（1）与均质热解装置（3）之间设有柱塞泵，药剂浆化罐（2）与均质热解装置（3）之间设有螺杆泵，多级闪蒸器（4）与第一过滤缓存装置（6）之间具有空气动力源，第一过滤缓存装置（6）与固液分离装置（7）之间设有螺杆泵，固液分离装置（7）与沉淀滤出装置（8）之间设有泵，固液分离装置（7）与残渣料仓（11）之间设有螺旋输送装置。
6.按照权利要求1所述的污泥均质热解***，其特征在于：均质热解装置（3）具有搅拌装置与加热装置；第一过滤缓存装置（6）内设置有搅拌器；固液分离装置（7）为板框压滤机、或高压带式过滤机、或叠螺机；沉淀滤出装置（8）为斜板沉淀装置或重力旋流沉淀装置。
7.一种污泥均质热解方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的污泥均质热解***，包括如下步骤：
S10均质热解，含水率为80%-90%的污泥与药剂分别投入均质热解装置（3），污泥与药剂在均质热解装置（3）中混合后，逐步升温达到热解温度，热解温度控制在120-180℃，进行保温保压后完成均质热解反应；所述药剂为活性氧化钙、氢氧化钙、无机钙盐、催化剂中的一种或几种组合；
S20闪蒸裂解，污泥经过均质热解后成为污泥热解液，经过闪蒸裂解，并在完成换热冷凝后将温度降低至80℃以下；
S30固液分离，污泥热解液经过闪蒸裂解后进入第一过滤缓存装置（6），添加助滤剂并均匀混合后进行固液分离，分离获得热解滤液和热解残渣；
S40热解滤液回收，固液分离所得的热解滤液经过过滤沉淀后直接进行回收利用，或经过蒸发浓缩提取有机营养物进行回收利用，有机营养物包括蛋白质、活性多肽、氨基酸、腐殖酸、生物激素；
S50热解残渣回收，固液分离所得的热解残渣集中收集后再利用，或进行掺烧。
8.按照权利要求7所述的污泥均质解热方法，其特征在于：在步骤S10中，所述药剂的添加比例为3-5%；保温保压控制时间为1-4小时，压力在1MPa以内。
9.按照权利要求7所述的污泥均质解热方法，其特征在于：在步骤S20中，闪蒸裂解对均质热解装置（3）的污泥热解液进行瞬时压力释放，并通过换热冷凝器S50进行换热使污泥热解液温度降低至80℃以下。
10.按照权利要求7所述的污泥均质解热方法，其特征在于：在步骤S30中，所述助滤剂为有机复合絮凝剂或木屑。
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