一种污泥深度处理的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种污泥深度处理的装置。该装置包括污泥调理加药系统、污泥破膜反应器、污泥脱水机、污泥干燥器、污泥热解炉、生物质燃料供热系统、烟气净化系统和自动控制系统；污泥调理加药系统与污泥调理反应器连接，污泥调理反应器的出口与污泥脱水机的入口相连，污泥脱水机的污泥出口与污泥干燥器相连，污泥干燥器的污泥出口与污泥热解炉相连，污泥干燥器的烟气出口与烟气净化系统相连；生物质燃料供热系统设有两个热风出口，分别与污泥干燥器和污泥热解炉的空气入口相连；热解炉与生物质燃料炉相连，自动控制系统与生物质燃料供热系统热风出口上的风量调节阀门、污泥干燥器和污泥热解炉相连。该装置可以实现污泥减量化、无害化和资源化。
【专利说明】—种污泥深度处理的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种污泥深度处理的装置，该装置利用破膜、脱水、干燥、热解的组合工艺处理污泥，并生成生物炭的方法，特别适用于生活污水处理厂产生的剩余污泥，以及印染、纺织、造纸等行业产生的工业污泥。
【背景技术】
[0002]污泥是生活污水和工业废水处理过程中的副产物。随着我国经济的快速发展，工业企业生产规模的扩大，污泥产量在逐年增加。由于污泥处理技术的滞后，很多污水处理厂和企业面临“泥”满为患没有出路的困境。近年来，由于污泥被随意倾倒而造成严重的环境污染事件屡见报道，引起政府和公众的关注。
[0003]目前我国污泥的产量大、含水率高、污泥处理技术参差不齐，主要以简单填埋或堆存为主，然而大量污泥达不到含水率60%以下的填埋场入场标准，稳定化、无害化处理处置率较低，既不利于资源利用，又容易造成二次污染问题。另一方面，对广州、深圳、北京等发达城市，土地资源极其宝贵，污泥填埋已经受到了制约。污泥焚烧虽然可以实现最彻底、最大程度的减容，但污泥焚烧设备一次性投资大，运行成本高，经焚烧排放到环境中的尾气会造成二噁英和重金属的污染，成为公众非常关注的敏感问题和环境群体事件的焦点。污泥堆肥由于污泥中含有一定量的重金属而影响其堆肥产品的应用，特别在农用或避免进入食物链方面一直受到限制，造成污泥堆肥出路遇到难题而难以为继。污泥堆肥臭气大，对周围环境影响巨大，堆肥处理生产过程和产品质量难以控制。目前，用污泥用作水泥添加料、制砖和人工轻质骨料这几方面技术发展很快，市场前景较好，但这些工艺目前还存在技术不够成熟或者消纳量太小的缺点，比如污泥制作建材并没有解决污泥的无害化问题；建材生产工艺消纳污泥的比例有限，无法消纳源源不断产生的污泥；另外由于我国目前尚没有关于污泥在建材利用中重金属限制的规范或标准，直接利用会对人类健康产生潜在的危害。
[0004]污泥热解工艺是在无(缺)氧气氛中以一定温度处理污泥，是一种新的污泥处理工艺。由于热解过程中产生可作为燃料利用的热解油气和可作为污染物吸附剂的污泥生物炭，且相对于传统的处理工艺，热解处理过程中的污染物排放量明显降低，而且热解法能处理各种各样的污水污泥，不受污泥内含物的影响，这也是其它方法所不能比拟的，因此日益受到重视。近年来，该技术在国内取得了突破，在工业化规模方面得到了一些应用示范。
[0005]ZL200910039251.X专利公开了利用废油脂进行污泥综合处理的方法和装置，该专利通过对废油脂进行处理后将其作为燃料来源。由于在我国现有国情下，废油脂的集中收集比较困难，因为将其在制备成生物柴油较充当燃料的附加值更高；另一方面，由于经过简单脱水后污泥的含水率仍然高达80%以上，直接进入干馏装置后，热解前期干燥阶段需消耗较多的外部加热能源，会增加运行成本，导致干馏装置中的温度波动较大，同时由于污泥成分复杂，使热解生产工艺不稳定而难以控制，也无法保证生物炭的质量。
实用新型内容[0006]本实用新型的目的是为克服已有污泥传统处理技术不足，解决现有污泥干馏处理技术燃料来源无法保障、能耗高、不易控制、难以保证处理效率和产品质量等问题，提供了一种基于制备生物炭的污泥深度处理方法和相应装置，具有投资费用低、处理效率高、持续、循环利用、管理方便等优点。
[0007]实用新型设计人通过理论分析和具体实践发现，可通过以下措施的改进来获得一种节能高效的污泥深度处理装置，并得到产品性能优异的生物炭。
[0008]首先可以采用预处理技术(如机械深度脱水)来降低污泥的含水率，从而降低后续工艺的能耗和运行费用。优选对污泥先调理破膜再深度脱水的方式来降低含水率。本实用新型中在破膜之后再向污泥中加入无机混凝剂、污泥改性剂和有机高分子混凝剂。通过以上多种药剂的协同作用能改变污泥的表面电荷，促进污泥颗粒的凝聚和沉降，促进污泥颗粒的凝聚作用，再经过之后的机械浓缩，如板框机械压榨作用，能够去除大部分的间隙水和毛细水，得到含水率为60%以下的脱水泥饼。
[0009]其次，本实用新型中将污泥的干燥和热解过程分离，分别在转筒干燥机和污泥热解炉中进行，以提高干燥和热解过程的热效率。在干燥过程中，本实用新型中优选的干燥温度为120-135℃，既可以保证此过程中最佳的干燥速率和稳定的干燥过程，使生物质燃烧所产生的热量传递至污泥表面，促进表面湿分快速蒸发，又可以避免过高温度下热量大量损失，导致干燥过程能效下降，运行成本上升。此外，从工艺安全性角度考虑，控制此温度范围也可避免由于过度干燥导致污泥表面干化带来的粉尘爆炸的危险性。
[0010]此外，在污泥热解炉中，控制污泥在低温范围，即300-400°C条件下进行反应，使污泥中的有机质逐渐碳化。通过控制低温热解温度，不仅可以节能，而且可以显著地降低污泥重金属的生物利用性，从而降低潜在的环境风险。
[0011]最后，本实用新型中采用生物质成型燃料替代废油脂。生物质成型燃料与废油脂相比，具有以下优点:1.来源广泛，供应商较多，而且价格比较低廉；2.生物质成型燃料颗粒密度大、体积小，便于运输、储存以及使用；3.挥发份含量高，热值较高(大约在4500-4600kcal/kg左右)，有优良的着火燃烧性能，4.生物质成型燃料的使用可减少大气污染物(二氧化硫、氮氧化物、重金属、二恶英等的排放)及降低温室气体的排放。本实用新型选用的生物质成型燃料优先选择广州迪森热能技术股份有限公司生产的迪森生物质成型燃料(简称“BMF”)，此外也可以使用市场上销售的其他生物质成型燃料。
[0012]为了控制热解过程的无氧或缺氧状态，本实用新型中污泥热解炉的进料系统采用旋转加料阀，进料过程保证密闭状态防止空气混入，热解过程中热解炉内的气体压力采用自动控制，保持微正压运行，使热解炉内部的气压略大于外部的大气压，优选大于外部的大气压40 - 60Pa，从而避免空气进入热解炉造成氧气过高而发生爆炸的危险。
[0013]总之，本实用新型的目的在于提供一种污泥深度处理的装置，其特征在于该装置包括了污泥调理加药系统、污泥破膜反应器、污泥脱水机、污泥干燥器、污泥热解炉、生物质燃料供热系统、烟气净化系统和自动控制系统；其中污泥调理加药系统与污泥调理反应器连接，污泥调理反应器的出口经加压泵管道与污泥脱水机的入口相连，经脱水后的污泥被输送至污泥干燥器，污泥干燥器的污泥被输送至污泥热解炉，污泥干燥器的烟气出口与烟气净化系统相连；生物质燃料供热系统设有两个热风出口，通过管道分别与污泥干燥器和污泥热解炉的空气入口相连，热风出口设置风量调节阀门；热解炉上设有管道与生物质燃料炉相连将产生的可燃气体输送至生物质燃料炉燃烧，污泥干燥器中产生的烟气被输送至烟气净化系统，自动控制系统与生物质燃料供热系统热风出口上的风量调节阀门、污泥干燥器和污泥热解炉相连。
[0014]本实用新型中的污泥调理加药系统包括破膜剂贮罐、无机混凝剂贮罐、污泥改性剂贮罐、有机高分子混凝剂贮罐以及加药泵。
[0015]本实用新型中的污泥脱水机为板框压滤机。
[0016]本实用新型中的污泥干燥器为转筒干燥器，转筒干燥器的空气入口、转筒内部和烟气出口均设置有温度传感器，温度传感器的监测数据传给自动控制系统。
[0017]本实用新型中的污泥热解炉为外热式回转炉，外热式回转炉的空气入口、回转炉内和空气出口设置有温度传感器，温度传感器的监测数据传给自动控制系统。
[0018]本实用新型中的污泥热解炉的入口安装旋转加料阀，热解炉内装有压力传感器，可燃气出口设有自动排气阀。
[0019]本实用新型中的烟气净化系统包括喷淋塔、布袋除尘器和烟囱，其中喷淋塔中设有喷淋液体的雾化喷头，喷淋塔与布袋除尘器之间的烟气管道中设有喷射生物炭粉末的喷头，布袋除尘器设有一输送管道将拦截的生物炭粉末返回至设置于污泥干燥机和污泥热解炉之间的污泥缓冲储罐内。 [0020]综上所述，本实用新型通过调整和优化工艺组合、增加合适的预处理技术(调理破膜结合机械脱水)、选择适宜的干燥和热解温度降低处理成本的方法，同时寻找价廉来源有保障的生物质成型或非成型燃料作为替代能源，取得了提高处理效率，提升产品性能，降低能耗、减少二次污染等优点，实现了剩余污泥的彻底无害化处理，符合当前节能减排和资源利用的环保原则，处理过程中污染物产生量低，具有良好的可持续性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的污泥处理装置的结构示意图。
[0022]其中 I为污泥调理加药系统 2为污泥调理反应池
[0023]3为板框压滤机 4为带式输送机 5为转筒干燥机
[0024]6为缓冲储罐7为喷淋塔8为布袋除尘器
[0025]9为引风机10为烟囱11为生物质燃料提升机12为燃烧室
[0026]13风量调节阀14为二次风机
[0027]15为生物质热风炉16为污泥热解炉 17为污泥生物炭
【具体实施方式】
[0028]本实用新型的污泥处理装置结合附图详细说明如下:
[0029]本实用新型的污泥处理装置的结构如图1所示。它包括对向污泥中添加破膜剂、混凝剂、改性剂和絮凝剂的污泥调理加药系统1、供污泥和药剂进行混合、反应的污泥调理反应池2、对污泥深度脱水的板框压滤机3。含水率为80-99%的待处理污泥首先进入到污泥调理反应池2中，然后通过污泥调理加药系统I向污泥中添加由次氯酸钠和浓硫酸组成的破膜剂，待破膜反应完成后，再向其中加入无机混凝剂和污泥改性剂，充分混合反应后最后加入有机高分子混凝剂。完成调理后的污泥被泵送到板框压滤机3中进行机械压榨脱水，压滤得到的含水率低于60%的污泥饼由带式输送机4输送至转筒干燥机5中、污泥饼在转筒干燥机5中在125-130°C的温度下进行干燥，待其含水率低于15%时，将干燥污泥转入缓冲储罐6中暂时储藏，待达到一定量时，将干燥污泥输送至污泥热解炉16中进行热解。污泥在转筒干燥机5中干燥时产生的烟气被输送到喷淋塔7的底部，自下而上与生物炭粉末和喷淋液接触，从喷淋塔顶部排出后在烟气管道中喷入活性炭粉末，然后进入布袋除尘器，进入布袋除尘器8，经过布袋除尘器截留生物炭粉末颗粒被收集，净化后烟气通过引风机9经烟囱10排放。干燥污泥在污泥热解炉16中在无(缺)氧、炉内气压大于外部的大气压40 -60Pa、以及300-400°C的温度条件下进行热解，使污泥中的有机质逐渐碳化，同时裂解产生可燃气体(包含甲烷、丙烷、煤气等)，热解完成后得到的固体物质即为污泥生物炭。购买的生物质成型燃料通过生物质燃料提升机11进入到生物质热风炉15的燃烧室12中，与通过风机14鼓入的空气进行混合燃烧，产生的热风被风量调节阀13分为两股，通过管道分别与转筒干燥机和污泥热解炉的空气入口相连，以保证污泥干燥器和污泥热解炉中的温度。污泥热解炉16中产生的可燃气体也被抽吸输送到燃烧室12中进行燃烧，回收其能量以实现循环利用。
[0030]本实用新型与国内外同类或其他技术相比，具有以下优点:
[0031](I)污泥经过破膜改性与机械压滤压榨深度脱水预处理，把污泥的含水率从80%降到60%以下，除去大部分水份，与通常的热干化法相比，能耗降低约3185MJ/kg湿污泥，与用废油脂作为燃料进行热干燥相比，每吨污泥的处理成本可降低240-250元(按废油脂的成本4000元/吨，热值为39470kJ/kg，调理药剂按30元/吨湿污泥投加)，效益相当可观。
[0032](2)污泥调理过程中加入专用改性剂ZnCl2，可在后续污泥热解过程中发挥催化改性作用，使最终的固体物质——污泥生物炭成为纤维状吸附材料，孔隙更加发达，比表面积更大，对重金属物质和臭气等吸附效果更佳，可成为活性炭的替代品；
[0033](3) “污泥深度脱水+热解法”能处理各种各样的污水污泥，不受污泥内含物的影响，而且由于热解过程处于无氧还原状态，抑制了二恶英的生成，这是与焚烧相比最大的优势。
[0034](4)由于采用生物质成型燃料，货源充足，供应量稳定，价格相对低廉。而且属于较清洁能源，应用广泛，烟气污染物(如S02和NOx)排放量极低，降低了烟气净化成本。
[0035](5)在建设投资方面，本实用新型技术相当于焚烧的一半左右；在经营成本方面，仅为焚烧处理的60%左右。
[0036]本技术与国外厂家设备投资对比表
[0037]
【权利要求】
1.一种污泥深度处理的装置，其特征在于该装置包括了污泥调理加药系统、污泥破膜反应器、污泥脱水机、污泥干燥器、污泥热解炉、生物质燃料供热系统、烟气净化系统和自动控制系统；其中污泥调理加药系统与污泥调理反应器连接，污泥调理反应器的出口经加压泵管道与污泥脱水机的入口相连，经脱水后的污泥被输送至污泥干燥器，污泥干燥器的污泥被输送至污泥热解炉，污泥干燥器的烟气出口与烟气净化系统相连；生物质燃料供热系统设有两个热风出口，通过管道分别与污泥干燥器和污泥热解炉的空气入口相连，热风出口设置风量调节阀门；热解炉上设有管道与生物质燃料炉相连将产生的可燃气体输送至生物质燃料炉燃烧，污泥干燥器中产生的烟气被输送至烟气净化系统，自动控制系统与生物质燃料供热系统热风出口上的风量调节阀门、污泥干燥器和污泥热解炉相连。
2.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于污泥调理加药系统包括破膜剂贮罐、无机混凝剂贮罐、污泥改性剂贮罐、有机高分子混凝剂贮罐以及加药泵。
3.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于所述污泥脱水机为板框压滤机。
4.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于污泥干燥器为转筒干燥器，转筒干燥器的空气入口、转筒内部和烟气出口均设置有温度传感器，温度传感器的监测数据传给自动控制系统。
5.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于污泥热解炉为外热式回转炉，外热式回转炉的空气入口、回转炉内和空气出口设置有温度传感器，温度传感器的监测数据传给自动控制系统。
6.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于所述污泥热解炉的入口安装旋转加料阀，热解炉内装有压力传感器，可燃气出口设有自动排气阀。
7.如权利要求1所述的污泥深度处理的装置，其特征在于所述烟气净化系统包括喷淋塔、布袋除尘器和烟?，其中喷淋塔中设有喷淋液体的雾化喷头，喷淋塔与布袋除尘器之间的烟气管道中设有喷射生物炭粉末的喷头，布袋除尘器设有一输送管道将拦截的生物炭粉末返回至设置于污泥干燥机和污泥热解炉之间的污泥缓冲储罐内。
【文档编号】C02F11/10GK203487018SQ201320461651
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】卢欢亮, 叶向东, 汪永红, 李朝晖, 黄志华, 王刚 申请人:广东省环境科学研究院, 广东环科院环境科技有限公司