一种污泥资源化处理的系统及方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种污泥资源化处理的系统及方法。

背景技术：

随着我国污水处理规模的稳步增长，作为污水处理副产物，污泥产生量也随之增加。相关数据表明，截至2016年3月，我国已建3910多座城镇污水处理厂，污水处理能力已达到1.67亿立方米/日。作为污水的衍生品，我国每年产生3000万吨-4000万吨市政污泥(含水率在80％)。预计到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000万吨-9000万吨。我国据调查研究表明，污水中的重金属、有机物、细菌和有害微生物等，大半留在污泥里，对环境危害极大。不处理污泥，污水处理几乎是无用功，无非是污染物在污水处理厂转了一圈，聚集在污泥里，又回到环境中。按照国家《“十三五”生态环境保护规划》要求，提升污水再生利用和污泥处置水平，大力推进污泥稳定化、无害化和资源化处理处置，到2020年地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90％，京津冀区域达到95％。

我国污泥处理处置较欧美发达国家相比起步较晚，现有污泥处理技术主要包括填埋、堆肥、农用、焚烧等。其中污泥填埋需要占用大量的土地资源，同时，污泥中含有大量的致病菌以及重金属，会随着时间的推移污染环境及地下水源，产生的破坏往往是不可逆的。污泥堆肥处理只适用于有机质含量高、重金属含量低的污泥生产过程的臭气问题难以解决，同时污泥堆肥规模受场地限制。污泥农用过程中污泥中的重金属、病原体以及有机污染物会对土壤和环境造成不良影响，重金属以及一些持久性有机污染物在初步处理过程中很难分解去除，被累积在土壤中，长期使用土壤会出现生态中毒。另外，施肥具有季节性，导致污泥需要长时间的储存，在储存的过程中又会出现二次污染等问题。污泥焚烧成本非常高，一次性投入较大，过程中能耗较高，部分抵消了污泥资源化效率。另外，焚烧过程中也存在二次污染，会产生二噁英等高致癌性气体。因此污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。减量化、稳定化、无害化可以降低处理费用、避免二次污染，资源化可以实现污泥中有机质和营养元素的循环利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种污泥资源化处理的系统及方法，摆脱现有技术对污泥性质、场地、运输条件、规模等因素和环境条件的影响和制约，实现污泥的无害化和资源化，并且不产生二次污染，能够实现污泥自身能源梯级利用，能耗低、能量效率高。

为达到上述目的，本发明提供了一种污泥资源化处理的系统，包括污泥干化单元、污泥气化单元、高温除尘单元、高温气体余热回收单元、气体净化单元、炉渣余热回收单元、水处理单元、燃气锅炉，饱和蒸汽混合器、空气预热器，污泥干化单元的污水出口、不凝气出口分别与水处理单元、污泥气化单元相连，污泥气化单元的气体出口与高温除尘单元的气体入口相连，污泥气化单元的出渣口与炉渣余热回收单元的入口相连，高温除尘单元的气体出口、出灰口分别与高温气体余热回收单元的气体入口、污泥气化单元的返料口相连，炉渣余热回收单元的气体出口与空气预热器的空气入口相连，气体净化单元的气体出口与燃气锅炉的燃料进口相连，燃气锅炉的蒸汽出口与饱和蒸汽混合器、污泥干化机依次相连，水处理单元的软水出口与高温气体余热回收单元的省煤器、燃气锅炉的软水入口相连。

进一步，污泥干化单元包括污泥干化机、除尘器、冷凝器，污泥干化机、除尘器、冷凝器通过管道依次相连，污泥干化机的出泥口、冷凝器的出气口通过输送设备分别与污泥气化单元的进料口及不凝气入口相连，冷凝器的出液口与水处理单元相连。

进一步，高温气体余热回收单元包括过热器、蒸发器、省煤器，过热器、蒸发器、省煤器通过管道分别与污泥气化单元的蒸汽入口、气体净化单元气体的入口、空气预热器的蒸汽入口相连。

进一步，空气预热器包括两个预热空气出口和一个饱和蒸汽气出口，两个预热空气出口分别与污泥气化单元的空气入口、燃气锅炉的空气入口相连，饱和蒸汽出口与饱和蒸汽混合器相连。

进一步，高温除尘单元布置二级旋风除尘装置或重力除尘装置。

本发明还提供了一种污泥资源化处理的方法，包括以下步骤：

(1)湿污泥由螺杆泵输送到污泥干化单元，经污泥干化机进行干燥脱水，产生干化污泥和废气，废气经除尘器除尘，冷凝器降温后得到不凝气和干化废水；

(2)污泥干化单元产生的不凝气返回污泥气化单元的气化炉进行无害化处理，干化废水送至水处理单元处理后工系统循环使用；

(3)干化后污泥进入污泥气化单元与预热空气、气化蒸汽发生气化反应，产生高温可燃气体与高温灰渣；

(4)高温可燃气体经高温除尘单元除尘后进入高温气体余热回收单元与水处理单元处理后的软化水换热，产生过热蒸汽，燃气换热后降温；

(5)高温灰渣进入炉渣余热回收单元与空气换热后排出，预热后空气进入空气预热器进一步预热；

(6)高温气体余热回收单元产生的过热蒸汽，一部分引入污泥气化单元作为气化剂使用，一部分进入空气预热器与预热空气换热，使预热空气温度升高；

(7)换热后燃气进入燃气锅炉和预热空气燃烧给来自水处理单元的软水供热产生饱和蒸汽，在饱和蒸汽混合器内与来自空气预热气的饱和蒸汽混合后供给污泥干化单元进行污泥干化使用。

进一步，步骤(1)中湿污泥经干化后含水率降至15％以下。

进一步，步骤(3)中气化条件为：温度800-950℃，压力10-30kpa，产生高温可燃气体温度900-950℃、高温灰渣温度950-1000℃。

进一步，步骤(4)中，产生过热蒸汽的温度为450-540℃，燃气换热后温度降温至170℃-250℃。

进一步，步骤(5)至(7)中，经炉渣余热回收单元预热后的预热空气温度为150-300℃，经空气预热器进一步预热的空气温度为350-450℃，高温气体余热回收单元产生的过热蒸汽温度为450-540℃，饱和蒸汽混合气出口的蒸汽温度为160-170℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可较好地实现污泥的无害化和资源化，并且不产生二次污染，能够实现污泥自身能源梯级利用，能耗低、能量效率高。

附图说明

图1是本发明一种污泥资源化处理的方法一实施例的工艺流程图；

图2是本发明一种污泥资源化处理的系统一实施例的结构框图；

图3是本发明一种污泥资源化处理的方法另一实施例的工艺流程图。

图中标号：

1、污泥干化机；2、污泥气化单元；3、高温除尘单元；4、过热器；5、蒸发器；6、省煤器；7、气体净化单元；8、燃气锅炉；9、饱和蒸汽混合器；10、空气预热器；11、炉渣余热回收单元；12、除尘器；13、冷凝器；14、水处理单元。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参图1至图2所示，本实施例提供了一种污泥资源化处理的系统，包括污泥干化单元，污泥气化单元2，高温除尘单元3，高温气体余热回收单元，气体净化单元7，炉渣余热回收单元11，水处理单元14，燃气锅炉，饱和蒸汽混合器9，空气预热器10。污泥干化单元包括污泥干化机1、除尘器12、冷凝器13，通过管道依次相连，污泥干化机1出泥口、冷凝器13出气口通过输送设备分别与污泥气化单元2进料口及不凝气入口相连，冷凝器13出液口与水处理单元14相连，高温气体余热回收单元包括过热器4、蒸发器5、省煤器6，通过管道分别与污泥气化单元2蒸汽入口、气体净化单元7气体入口、空气预热器10蒸汽入口相连，污泥气化单元2气体出口与高温除尘单元3气体入口相连，出渣口与炉渣余热回收单元11入口相连，高温除尘单元3气体出口、出灰口分别与高温气体余热回收单元过热器4气体入口、污泥气化单元2返料口相连，炉渣余热回收单元11气体出口与空气预热器10空气入口相连，空气预热器10预热空气出口分别与污泥气化单元2空气入口、燃气锅炉8空气入口相连，空气预热器10饱和蒸汽气出口与饱和蒸汽混合器9、污泥干化机1依次相连，气体净化单元7气体出口与燃气锅炉8燃料进口相连，燃气锅炉8蒸汽出口与饱和蒸汽混合器9、污泥干化机1依次相连，水处理单元14软水出口与高温气体余热回收单元省煤器6、燃气锅炉8软水入口相连。

在本实施例中，高温除尘单元根据处理量可选择旋风除尘或重力除尘，为保证除尘效果至少为两级除尘。

上述的一种污泥资源化处理的系统对应的工艺步骤如下：

(1)湿污泥(一般含水率为80％)由螺杆泵输送到污泥干化单元，经污泥干化机1干燥脱水后含水率降至15％以下进入污泥气化单元2进行污泥气化反应，干化过程产生的废气经除尘器12除尘，冷凝器13降温后得到不凝气和干化废水；

(2)污泥干化单元产生的不凝气返回污泥气化单元2气化炉进行无害化处理，干化废水送至水处理单元14处理后工系统循环使用；

(3)干化后污泥进入污泥气化单元2，在温度：800-950℃，压力：10-30kpa条件下与预热空气、气化蒸汽发生一系列气化反应，产生高温可燃气体(900-950℃)与高温灰渣(950-1000℃)；

(4)高温可燃气体(900-950℃)经高温除尘单元3除尘后依次进入高温气体余热回收单元的过热器4、蒸发器5、省煤器6与水处理单元14处理后的软化水换热，产生过热蒸汽(450-540℃)，换热后燃气温度降到(170℃-250℃)；

(5)高温灰渣(950-1000℃)进入炉渣余热回收单元11与空气换热后排出，预热后空气(150-300℃)进入空气预热器10进一步预热；

(6)高温气体余热回收单元产生的过热蒸汽(450-540℃)，一部分引入污泥气化单元2作为气化剂使用，一部分进入空气预热器10与预热空气换热，使预热空气温度升高至350-450℃；

(7)换热后燃气进入燃气锅炉8和预热空气(350-450℃)燃烧给来自水处理单元14的软水供热产生饱和蒸汽，在饱和蒸汽混合器9内与来自空气预热器10的饱和蒸汽混合后(160-170℃)供给污泥干化机1进行污泥干化使用。

实施例1。

参图3所示，采用上述工艺及系统，处理某污水处理厂污泥，其中，污泥含水率为80％的湿污泥，以2.8t/h的处理量通过螺杆泵送至污泥干化机与160℃的饱和蒸汽间接换热进行脱水，使其含水率降至15％后进入污泥气化单元，在温度：900℃，压力：10-30kpa条件下与预热空气(450℃)、气化蒸汽(450℃)发生一系列气化反应，产生高温可燃气体(900℃)与高温灰渣(950℃)。高温灰渣(950℃)进入炉渣余热回收单元与空气换热后排出，预热后空气(300℃)进入空气预热器进一步预热；高温可燃气体(900℃)经高温除尘单元除尘后依次进入高温气体余热回收单元的过热器、蒸发器、省煤器与水处理单元处理后的软化水换热，产生过热蒸汽(450℃)，一部分引入污泥气化单元作为气化剂使用，一部分进入空气预热器与预热空气换热，使预热空气温度升高至450℃；换热后燃气温度降到(250℃)进入燃气锅炉和预热空气(450℃)燃烧给来自水处理单元的软水供热产生饱和蒸汽，在饱和蒸汽混合器内与来自空气预热器的饱和蒸汽混合后供给污泥干化机进行污泥干化使用。

本发明提供的污泥资源化处理的系统及方法可较好地实现污泥的无害化和资源化，并且不产生二次污染，能够实现污泥自身能源梯级利用，能耗低、能量效率高。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。