一种污泥处理及资源化方法
【专利摘要】本发明具体涉及一种污泥处理及资源化方法，包括如下步骤：污泥调理；污泥深度脱水；破碎造粒；污泥干化；污泥热解碳化反应。本发明采用铁盐作为主要的调理剂，采用深度脱水将污泥的含水率从90%以上降低至60%以下，减少了后续干化所需的热源，污泥干化采用后续碳化工艺产生的可燃气燃烧释放的热能，在基本不添加外加能源的情况下，将污泥的含水率降低至20%左右，由于污泥调理阶段加入了铁盐，干化后的污泥在炭化炉内进行缺氧/无氧热解反应，可将铁氧化物附载到污泥基活性炭上，制成一种用途广泛的环保材料，因此，本发明不仅以较低的成本实现了污泥无害化和资源化处理，同时以废治废，生产了具有较高经济附加值的产品，具有较高的经济和社会价值。
【专利说明】
一种污泥处理及资源化方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种污泥处理技术领域，更具体的说涉及一种污泥处理及资源化方法。
【背景技术】
[0002]污泥深度脱水技术具有投资和运行费用低的优点，目前在世界范围内应用广泛，但是由于调理剂用量大，污泥干基增量大，后续处置时普遍只能填埋，资源化利用途径受限；单纯采用污泥的干化-热处理(焚烧/热解/碳化)可以最大限度的减容减量，做到无害化、稳定化，但运行成本较高，一般情况下，产品品质普遍不高，因此附加值较低，出路受限，经济性较差;污泥深度脱水技术可以有效降低污泥含水率，减少外运污泥量，在我国应用广泛，但普遍投加了大量的铁盐(如:三氯化铁或者聚合硫酸铁等)，污泥干基增量大，同时也限制了后续的末端处置途径。
[0003]目前，污泥的干化-热处理(焚烧、碳化)工艺路线可以彻底的分解污泥中的有机物，同时固化重金属等有毒有害物质，但是由于进料污泥的含水率较高，热处理产生的能量并不足以提供前端干化所需的热源，因此往往需要添加石油、天然气或者煤等外加能源，使干化后的污泥能够将含水率降低至热处理进料所要求的较低范围，因此对设备的运营维护要求较高，运行成本高昂，同时存在二噁英等尾气污染的风险;污泥热解/碳化技术在无氧或缺氧的条件下，将污泥中的有机物分解为可燃气、液态油和固态炭，尾气量少，产生二噁英的风险低，产品用途广泛，可做脱水助剂、融雪剂、土壤改良剂、燃料、吸附剂等。但产品品质较低，附加值不高，限制了其推广应用。
[0004]基于以上原因，有必要开发出一种污泥处理及资源化方法，能够有效对污泥进行处理，在处理过程中节能环保且产生较高的经济和环境价值。
【发明内容】
[0005](— )要解决的技术问题
针对以上缺点，本发明提出一种技术方案，该技术方案设计有效解决现有技术中的一些缺陷，从而提供一种污泥处理及资源化方法。
[0006](二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供所述的一种污泥处理及资源化方法，包括如下步骤:
(1)污泥调理处理:
将含水率90%-99%的污泥栗入污泥调理池内，边搅拌边投加一定量的铁盐混凝剂，反应3-25分钟后投加高分子有机絮凝剂聚丙烯酰胺PAM进一步反应1-10分钟；
(2)污泥深度脱水:
将调理后的污泥栗入脱水机进行深度脱水，进一步减少后续处理工艺中去除水分所需的能耗，深度脱水获得含水率50-60%污泥，同时铁盐以氢氧化铁的形式与污泥充分接触混合； (3)污泥破碎造粒:
深度脱水产生的污泥经过破碎机破碎后被送入造粒机进行造粒，以减少后续污泥处理设备中的灰尘，在破碎阶段可视情况继续投加一定量的铁盐或者含有铁元素的工业污泥；
(4)污泥干化处理:
采用干化机进一步干化污泥，使得污泥含水率降低至20-25%，以达到炭化炉所需的进料含水率要求，干化热源为热解碳化反应产生的热量；
(5)污泥热解碳化反应:
将干化后的污泥放入炭化炉进行热解反应，热解碳化反应温度为400-650摄氏度，热解碳化反应时间为20分钟-2小时，热解反应产生的可燃气在再燃炉中充分燃烧，产生的热烟气通过换热器回收热源。可燃气在再燃炉的停留时间为3秒以上，温度850摄氏度以上。
[0007]进一步地，所述步骤(I)中，铁盐混凝剂为硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、三氯化铁和聚合氯化铝铁中的一种或多种，所述铁盐混凝剂以液态形式投加或者是固态形式投加，铁盐混凝剂投加量为50-500 kg绝干药剂/吨绝干污泥，聚丙烯酰胺PAM的投加量为1-5kg PAM/吨绝干污泥。
[0008]进一步地，所述步骤(2)中，脱水机选用板框压滤机、厢式压滤机或者其它机械脱水设备。
[0009]进一步地，所述步骤(3)中，还可以使用投加了铁盐做混凝剂的剩余污泥，从而根据需求改变末端产品中的氧化铁含量。
[0010]进一步地，所述步骤(4)中，干化机可以选用污泥除湿干化机或者热干化机。
[0011]进一步地，所述步骤(5)中，导热介质为水或者导热油，回收的热量用于前端的污泥干化机和炭化炉供热。
[0012]进一步地，所述步骤(5)中，在炭化炉中，部分有机物在缺氧或者无氧条件下成为炭，而氢氧化铁则在高温条件下失水成为铁的氧化物，同时附着在炭的表面，形成污泥基氧化铁催化剂，所述催化剂表面存在2-100nm的介孔，比表面积达到15m2/g以上，同时二氧化硅和负载Fe之间形成了S1-O-Fe键。
[0013]本发明的有益效果为:
本发明采用铁盐作为主要的调理剂进行污泥调理，采用深度脱水低成本地将污泥的含水率从90%以上降低至60%以下，减少了后续干化所需的热源，污泥干化采用后续碳化工艺产生的可燃气燃烧释放的热能，可在基本不添加外加能源的情况下，将污泥的含水率降低至20%左右，由于污泥调理阶段加入了铁盐，干化后的污泥在炭化炉内进行缺氧/无氧热解反应，可将铁氧化物附载到污泥基活性炭上，制成一种用途广泛的环保材料，该材料可以用作有机废水高级氧化工艺-芬顿流化床的载体，减少硫酸亚铁的投加量和产泥量;可用作臭氧催化氧化工艺中的催化剂，提升臭氧氧化有机废水的效率;也可用作磁絮凝工艺中的磁粉，因此，本发明不仅以较低的成本实现了污泥的无害化和资源化处理处置，同时以废治废，生产了具有较高经济附加值的产品，具有较高的经济和社会价值。
【附图说明】
[0014]图1是本发明优选实施例的一种污泥处理及资源化方法的流程示意图。
[0015]图2是本发明优选实施例的一种污泥处理及资源化方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0017]参考图1和图2所示，本发明采用污泥深度脱水-干化-碳化的工艺路线，较具体的技术路线图如下:
先将含水率90%-99%的剩余污泥栗入污泥调理池内，在搅拌的情况下投加铁盐混凝剂(硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、三氯化铁、聚合氯化铝铁等均可)，投加方式可以是固态投加也可以是液态投加，但以液态投加为佳，投加量为50-500 kg绝干药剂/吨绝干污泥，反应3-25分钟后投加高分子有机絮凝剂聚丙烯酰胺PAM进一步反应1-10分钟，PAM的投加量为1-5kg PAM/吨绝干污泥。
[0018]调理后的污泥被栗入脱水机进行深度脱水，脱水机可以选用板框压滤机、厢式压滤机或者其它机械脱水设备，主要目的是显著减低污泥的含水率，减少后续处理工艺去除水分所需能耗，同时将铁盐以氢氧化铁的形式与污泥充分接触混合。
[0019]脱水机产生的泥饼经过破碎机破碎后被送入造粒机造粒，以减少后续污泥处理设备中的灰尘，可根据实际情况，在破碎阶段继续投加一定量的铁盐或者含有铁元素的工业污泥(如投加了铁盐做混凝剂的剩余污泥)，从而改变末端产品中的氧化铁含量。
[0020]考虑到板框脱水后的污泥含水率依然较高，因此需要进一步干化使污泥含水率降低至20-25%，达到炭化炉所需的进料含水率要求，干化机可以选用污泥除湿干化机(CN104788004 A、CN 202973357 U)或者热干化机。
[0021]炭化炉热解反应产生的可燃气在再燃炉中充分燃烧，设计停留时间为3秒以上，温度850摄氏度以上，产生的热烟气通过换热器回收热源。导热介质可以是水或者导热油。回收的热量用于前端的污泥干化机和炭化炉供热，实现资源的最大化利用，减少外加能源的投加，从而显著降低污泥的干化成本。
[0022]在炭化炉中，部分有机物在缺氧或者无氧条件下成为炭，而氢氧化铁则在高温条件下失水成为铁的氧化物，同时附着在炭的表面，形成污泥基氧化铁催化剂，碳化温度为400-650摄氏度，最优为500摄氏度，碳化反应时间为20分钟-2小时，催化剂表面存在2-1OOnm的介孔，比表面积达到15m2/g以上，吸附性能优异，具有一定的磁性，同时二氧化娃和负载Fe之间形成了 S1-O-Fe键，催化性能较为稳定。
[0023]实施案例一:
某城市污水厂的剩余污泥，含水率99%，有机质含量70%，按照干基300kg/t DS投加硫酸亚铁，在调理罐中混凝8分钟，然后按照1.5kg/t DS的量液态投加阳离子PAM，慢速搅拌3分钟后栗入板框压滤机深度脱水，得到含水率55%的泥饼。经破碎以及造粒后进入桨叶式干燥机，利用炭化炉产生的裂解气燃烧所释放的热量加热导热油，然后用导热油给空心桨叶式干燥机供热，将污泥干燥至含水率22%，干化后的污泥进入耙齿式多段炉进行热解碳化45分钟，终温550摄氏度，得到污泥基氧化铁催化剂。
[0024]经检测，催化剂表面存在2-50nm的介孔，比表面积达到16.7m2/g以上，吸附性能优异，具有一定的磁性，磁化强度(Ms)、剩佘磁化强度(Mr)和矫顽力分别为2.5 emu/g、
0.38emu/g、111.60e，具有S1-O-Fe键，芬顿反应中的催化性能较为稳定。
[0025]以10mg/!的亚甲基蓝溶液为处理对象，当催化剂投加量为Ig/L，H202投加量为
4.5mL/L，初始pH值=4时，反应2h亚甲基蓝脱色率可达85%以上，TOC去除率达65%。重复使用6次，铁溶出量均低于0.35mg/L，无大量含铁污泥产生。表明催化剂有较好的稳定性和寿命，具有较高的使用价值。
[0026]实施案例二:
某城市污水厂的剩余污泥，含水率99%，有机质含量70%，按照干基200kg/t DS投加聚合硫酸铝铁，在调理罐中混凝8分钟，然后按照1.2kg/t DS的量液态投加PAM，慢速搅拌3分钟后栗入板框压滤机深度脱水，得到含水率55%的泥饼。经破碎和空心桨叶式干燥机干化后将含水率20%的污泥送入炭化炉进行热解55分钟，终温600摄氏度，得到污泥基氧化铁催化剂，采用以上方法制备的催化剂进行臭氧催化氧化处理精细化工园区生化尾水。
[0027]该尾水pH约为7，B0D5/C0D约为0.08，C0D约为140 mg/L。采用钢化玻璃材质制成的臭氧氧化反应柱，内径为300mm，高度为3.5m，进行连续流处理实验。反应塔底部设有多孔砂芯盘布气，以纯氧为气源制备臭氧，通入臭氧量为4mg/L。采用两组平行的臭氧氧化反应柱，通过控制进水流量调节水力停留时间均为60min。实验组填充本发明制得的催化剂，催化剂体积占整个反应柱体积的I /2。而实验组不添加催化剂。
[0028]待催化剂吸附饱和后，连续10天取平行样进行化验。投加了催化剂的实验组出水COD平均值为93mg/L，B0D5/C0D约为0.36，而对照组仅投加臭氧的出水COD为112π^/1左右，B0D5/C0D约为0.29。由此可见，采用本发明制备的污泥基催化剂具有优良的臭氧催化氧化活性，可以增加有机物的去除率，有效提升臭氧氧化工艺的效能。
[0029]实施案例三:
某城市污水厂的剩余污泥，含水率97%，有机质含量60%，按照干基200kg/t DS投加聚合硫酸铁，在调理罐中混凝6分钟，然后按照1.3kg/t DS的量液态投加PAM，慢速搅拌3分钟后栗入板框压滤机深度脱水，得到含水率56%的泥饼。在破碎过程中继续加入固态硫酸亚铁，经混匀和污泥除湿干化机干化后将含水率20%的污泥送入炭化炉进行热解65分钟，终温650摄氏度，得到污泥基氧化铁磁吸附剂。
[0030]在处理量为20000m3/d的应急超磁分离水体净化站中采用本法制备的磁吸附剂替代磁粉处理河道水，当进水水质为:悬浮物SS100-200mg/L，⑶D 45_100mg/L，TP 0.5-1.0mg/L时，处理后出水质为:悬浮物15mg/L，C0D 35mg/L，TP 0.15mg/L，与采用磁粉时的效果相当，但成本可降低35%以上。
[0031]综上所述，本发明实现以下功能:
1、添加的铁系混凝剂具有双重作用:一方面可作为污泥调理剂实现低成本高效率的深度脱水，另一方面经过热解碳化反应，铁盐可形成污泥基氧化铁催化剂或者填料，产品用途广泛，除了和一般的碳化产品一样，可用做污泥脱水助剂、融雪剂、土壤改良剂、园林绿化、燃料、吸附剂等以外，还可广泛应用于工业废水处理领域，如磁絮凝工艺中的磁粉、流化床芬顿工艺中的填料载体、臭氧催化氧化工艺中的催化剂等。
[0032]2、含有铁元素的工业污泥大量存在且处置价格高昂，可以根据产品用途的需要在市政污泥深度脱水后泥饼的破碎阶段添加适量的工业污泥，然后进行热解反应，不仅产品性能更优，同时实现了工业污泥的无害化处置，提升了热解工艺的盈利能力。
[0033]3、将污泥深度脱水、干化和碳化工艺有机结合，降低了常规干化-碳化工艺的建设和运行成本，深度脱水技术成熟，是一种低成本高效率降低污泥含水率的方法，已有工程案例多，与干化+碳化工艺结合简单易行，若不采用深度脱水，而是一般的离心脱水或者带式脱水机脱水，含水率一般在80%左右，由于含水率较高，后续碳化工艺产生的裂解气燃烧释放的热量不足以将80%左右高含水率的污泥干化至25-25%，必须补充外加热源，如蒸汽、补烧煤或天然气以及重油等化石燃料等，从而增加了运行成本、系统的复杂程度以及运行维护难度。
[0034]4、本系统工艺可以实现最大程度的污泥减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥经过系统处理后，含水率可由90%-99%降低至5-10%，较常规脱水工艺减量90%以上，污泥中的难降解有机污染物、致病菌、病毒可经过高温热处理全部消除，而重金属则被固化和钝化，基本没有进出毒性，本技术的碳化产物用途广泛，产品附加值较一般的碳化技术高，可普遍应用于臭气处理(物理吸附或者生物滴滤塔的填料)、工业废水深度处理的滤床填料、脱色剂、吸附剂、磁絮凝工艺中的磁添加剂、流化床芬顿工艺中的填料载体、臭氧催化氧化工艺中的催化剂等，经济价值高，需求量大，同时以废治废，社会效益好。
[0035]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1.一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)污泥调理处理: 将含水率90%-99%的污泥栗入污泥调理池内，边搅拌边投加一定量的铁盐混凝剂，反应3-25分钟后投加高分子有机絮凝剂聚丙烯酰胺PAM进一步反应1-10分钟； (2)污泥深度脱水: 将调理后的污泥栗入脱水机进行深度脱水，进一步减少后续处理工艺中去除水分所需的能耗，深度脱水后可获得含水率50-60%泥饼，同时铁盐以氢氧化铁的形式与污泥充分接触混合； (3)污泥破碎造粒: 深度脱水产生的污泥经过破碎机破碎后被送入造粒机进行造粒，以减少后续污泥处理设备中的灰尘，在破碎阶段可根据产品中铁含量的要求视情况继续投加一定量的铁盐或者含有铁元素的污泥； (4)污泥干化处理: 采用干化机进一步干化污泥，使得污泥含水率降低至20-25%，以达到炭化炉所需的进料含水率要求，干化热源为后续热解碳化反应产生的热量； (5)污泥热解碳化反应: 将干化后的污泥放入炭化炉进行热解反应，热解碳化反应温度为400-650摄氏度，反应时间为20分钟-2小时，热解反应产生的可燃气在再燃炉中充分燃烧，产生的热烟气通过换热器回收热源。2.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(I)中，铁盐混凝剂为硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、三氯化铁和聚合氯化铝铁中的一种或多种，所述铁盐混凝剂以液态形式投加或者是固态形式投加，铁盐混凝剂投加量为50-500 kg绝干药剂/吨绝干污泥，聚丙烯酰胺PAM的投加量为l-5kg PAM/吨绝干污泥。3.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(2)中，脱水机选用板框压滤机、厢式压滤机或者其它机械脱水设备。4.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，还可以使用投加了铁盐做混凝剂的剩余污泥，从而改变末端产品中的氧化铁含量。5.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，干化机可以选用污泥除湿干化机或者热干化机。6.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，导热介质为水或者导热油，回收的热量用于前端的污泥干化机和炭化炉供热，可燃气在再燃炉中的设计停留时间为3秒以上，温度850摄氏度以上。7.根据权利要求1所述的一种污泥处理及资源化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在炭化炉中，部分有机物在缺氧或者无氧条件下成为炭，而氢氧化铁则在高温条件下失水成为铁的氧化物，同时附着在炭的表面，形成污泥基氧化铁催化剂，所述催化剂表面存在2-1OOnm的介孔，比表面积达至Ijl5m2/g以上，同时二氧化娃和负载Fe之间形成了 S1-O-Fe键。
【文档编号】B01J23/745GK105859105SQ201610441277
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】姜维
【申请人】深圳市圆周率环境科技有限公司