CN101671099A - 一种组合式污泥处理方法以及所应用的干馏设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合式污泥处理方法，它把脱水污泥经过半干化、干馏裂解和燃烧处理技术结合起来，分步处理，将含水75％的污泥经过处理，无机物高温处理转化为固体残渣，有机物转化为CO₂、H₂O和可回收资源液态油。热能得到充分的综合利用，各处理技术合理布局，在增加处理工序时，不增加处理能耗，煤燃烧热能平衡使用。本发明还提供了一种污泥处理用的干馏设备，它包括干馏箱，干馏箱中设有一组或多组用于污泥处理的两级干馏器，两级干馏器包括第一级干馏器和第二级干馏器。本发明中干馏过程中物料进程和搅拌力度不同，在第一级干馏器中主要对物料继续干燥，第二级干馏器中以裂解为主，采用分级设置有利于工艺控制、废气处理和热量回收。

Description

一种组合式污泥处理方法以及所应用的干馏设备

技术领域

本发明涉及污泥处理方法技术领域，同时，还涉及污泥处理中的干馏设备技术领域。

背景技术

城镇污水处理厂产生的剩余污泥的处置一直是困扰污水处理厂正常运行的一个难题，现行处置方法有三种：稳定填埋、土地利用、燃烧，污泥的燃烧是“最彻底”的污泥处置方法。其中以流化床燃烧技术应用最为成功，流化床燃烧技术就是脱水污泥经过干燥，再在流化床的高温下(小于850℃)直接燃烧污泥，流化床是一种激烈的快速处理方法，。其技术特点：流化层内粒子处于激烈运动状态，物料传热速度快，分散均匀，在短时间内能彻底燃烧，设备结构简单，传动部件少，故障率低。但该工程技术在应用中存在投资大、处理费用高、二次污染和污泥燃烧技术的能量回收困难等问题，一般较难适合于中小型污水处理厂污泥的处理。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种组合式污泥处理方法，其安全、污泥处理效果好并有助于降低成本和避免、减轻对环境的二次污染。为此，本发明采用以下技术方案：它包括以下步骤：

1).污泥的半干化，将污泥的含水率降至20％-35％；

2).对半干化后的污泥进行干馏，所述干馏分两段进行，在第一段中，使污泥中的水分蒸发，在第二段中，使污泥中的有机物裂解；

3).对干馏后的污泥燃烧处理。

本发明所采用的组合式污泥处置技术是把脱水污泥经过半干化、干馏裂解和燃烧处理技术结合起来，分步处理，将含水75％的污泥经过处理，无机物高温处理转化为固体残渣，有机物转化为CO_2，H₂O和可回收资源液态油。与流化床相比，本发明所采用的组合式处置技术是一种温和的处理方式。参照下表，本发明把污泥处置技术中半干化、干馏裂解、燃烧技术扬长避短地结合起来，可以进行热能综合理利用进行组合。

处置技术	应用部分	避免部分
			半干化	减量化，能源综合利用	粉尘多，易爆，大量挥发份逸出，尾气难处理。
干馏裂解	把有机物裂解挥发，有机物和渣分离	处理能力小，干馏渣二次污染，操作难控制。
			燃烧	渣中可燃物燃烧，固定重金属离子	粉尘多，二次污染，尾气难处理，工艺难于控制。

污泥处置成功的关键在于处理成本，成本构成的最重要因素是能源消耗的数量和种类，本方法能够在能源采用中直接采用较为廉价的煤作为燃料，能够降低成本。在本发明中，燃烧阶段的尾气用于干馏阶段，在被干馏阶段利用后，所述尾气又可再用于污泥的半干化处理阶段。利用煤燃烧，从高温到低温，按照工艺要求，依次进行干流渣燃烧、干馏裂解、半干化处理，热能得到充分的综合利用，各处理技术合理布局，在增加处理工序时，不增加处理能耗，煤燃烧热能平衡使用，同时没有像流化床那样，需要考虑多余热能回收问题。

本方法可采用大量标准设备，模块组合，工艺要求低，设备的投资和维护成本低，是一种经济处置方法；本方法工艺弹性大，易控制，可适合每天90吨以下不同量脱水污泥的处置。同时在技术上达到污泥处置稳定化、无害化、减量化、资源化的目标。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种污泥处理用的干馏设备，其处理量大、污泥不易结块、有助于节能和环保。为此，本发明采用以下技术方案：它包括干馏箱，干馏箱中设有一组或多组用于污泥处理的两级干馏器，所述两级干馏器包括第一级干馏器和第二级干馏器，第一级干馏器和第二级干馏器分别采用螺旋输送器作为物料输送机构，所述第一级干馏器的螺旋输送器和第二级干馏器的螺旋输送器之间具有物料连接通道。由于采用本发明的技术方案，第一级干馏器的螺旋输送器和第二级干馏器的螺旋输送器可实现两个不同的控制调节速度、不同的推进螺距、不同大小口径，干馏过程中物料进程和搅拌力度不同，在第一级干馏器中主要对物料继续干燥，第二级干馏器中以裂解为主，采用分级设置有利于工艺控制、废气处理和热量回收。

附图说明

图1为本发明所提供的干馏设备实施例的正面示意图。

图2为本发明所提供的干馏设备实施例的背面示意图。

图3为本发明所提供的干馏设备实施例中，一组两级干馏器的示意图。

图4为本发明所提供的组合式污泥处理方法实施例的工艺流程图。

图5为本发明所提供的组合式污泥处理方法实施例的干馏气处理工艺流程图。

图6为本发明所提供的组合式污泥处理方法的工艺设备示意图。

具体实施方式

实施例1，污泥处理所采用的干馏设备，参照附图1、2、3。

本发明所提供的干馏设备包括干馏箱100，墙体15是干馏箱主体，是设备安装的基础，也是抗高温保温层，墙体外还设有保温材料14，以减少散热，提高热效率，同时改善劳动工作环境。在整个污泥处理工艺设备中，所述干馏箱100在图1、2的A方向上可连接燃烧室，在B方向可连接回转窑热风炉。

干馏箱中设有多组两级干馏器，各组干馏器呈模块化设置，组与组之间相互独立，均可与系统断开，设备维护更为便利，有利于检修维护，降低运行成本。所述两级干馏器设有第一级干馏器101和第二级干馏器102，第一级干馏器101和第二级干馏器102分别采用螺旋输送器作为物料输送机构，相对于干馏箱的长度方向，所述螺旋输送器横向排列，第一级干馏器101的螺旋输送器处于第二级干馏器的螺旋输送器的上方，这样，可以利于物料的输送，并且，如图1和2所示，各干馏器的螺旋输送器在干馏箱内呈阵列式横向排列。采用上述结构，不仅提高干馏箱的空间利用率，提高干馏设备的处理量，同时，在相同处理产能条件下，使螺旋输送器的长度缩短，大大降低了对超高温环境螺旋输送器的制造和材质技术要求，相对减少设备投资成本，提高螺旋输送器的工作稳定性，而且，多组干馏器阵列于同一干馏箱内可降低保温和热源要求，保证热气流的流畅的同时，保证干馏箱内温度相对均匀，生产易控制。

第一级干馏器的螺旋输送器要比第二级干馏器的螺旋输送器大，主要考虑第一级以蒸发水分为主，热能消耗大，第二级以污泥中有机物裂解为主，热能消耗较小。同时，第一级比第二级物料体积大，因此第一级容积要大于第二级。第一级干馏器的螺旋输送器和第二级干馏器的螺旋输送器的转速均可被独立调节，通过控制转速，可控制干馏操作进程。

螺旋输送器包括壳体1，它是外部热能的传导体，其内设有输送物料的螺旋转轴2。螺旋转轴2一边输送物料，一边搅动物料使得物料受热均匀，并防止物料结块(在200℃左右污泥有一次易结块过程)。第一级干馏器以水分蒸发为主，主要满足快速传热，不粘壁，物料便于输送，所以其螺旋输送器螺旋转轴的螺旋螺距较大，构造为“U”型。第二级干馏器以污泥中有机物裂解为主，物料停留时间较长(一般20分钟)搅动力度大，其螺旋输送器螺旋转轴的螺距较小，构造为‘V’字型。

附图标号6为螺旋转轴2的转轴7的轴承及轴承座，可避免高温对轴承润滑影响，有利于单个设备维修。考虑到螺旋转轴热胀冷缩发生位移，轴承座设计成如图结构，下部为固定基础，上部为设备安装基座，相互用卡槽联接，这样上部基座只能纵向位移，由于螺旋转轴运动中主要受到扭力作用，达到固定轴承座基座的目的。附图标号10为驱动电机，附图标号9是减速器。附图标号5为密封圈。

第一级干馏器的螺旋输送器和第二级干馏器的螺旋输送器之间有物料连接管11。其密封的结构，上端采用填料密封方式，材料采用石墨配更，下端采用法兰8连接，这样连接有利于解决由于连接管热膨胀，损坏两级螺旋输送器的连接问题。

本发明提供的干馏设备还设有：

1.每组两级干馏器的喂料机构，它包括进料斗3和喂料器4，喂料机构与第一级干馏器的螺旋输送器相连，向其提供半干化的污泥。在进料口位置，需阻隔干馏器内外空气连通。

2.出料器200，它也采用螺旋输送器，它与各第二干馏器的螺旋输送器之间有物料管道13相连，出料器出了口安装星型阀201，可以阻隔外部空气与干馏设备内部连通。出料器出口端的上侧设有气体出口202用于平衡作用。

实施例2，组合式污泥处理，参照图1、2、3、4、5、6。

1.污泥半干化

脱水污泥(经污水处理厂脱水处理后，含水率一般为75％)是一种胶粘的可塑性固体，经过进料器301，把脱水污泥推入回转窑300中(小型厂可用热风炉)，热源气体和污泥从所述设备的同端进入。污泥在回转窑或热风炉中的输送过程中与热源气体充分接触，并随着窑体旋转，物料不断翻动，物料与气流顺流通向窑尾，在窑尾通过出料器把污泥排出回转窑。根据热源气体的温度，通过调整污泥进料量和窑速，控制出料口污泥水分20-35％(简称半干污泥)。半干污泥可直接进入下道工序干馏，也可堆积储存。附图标号302为出料器。

所述热源气体采用干馏尾气。

污泥半干化技术已经有成功单独处置污泥报道，本发明所提供的组合式污泥处理技术主要应用其减少污泥容量，并利用干馏余热，其最大不同是在组合式中半干泥水分要求低(含水20-35％)，避免半干化污泥技术中粉尘防爆、尾气难处理等问题。

与其他半干化技术相比，污泥半干化采用回转窑时，回转窑不断转动，使污泥处于运动状态，热气流与物料充分接触，有较高传热效率。同时窑始终在运动状态，污泥不易粘结，在回转窑中还可悬挂铁链，一方面提高传热效率，另一方面对湿污泥有破碎作用，进一步防止结块。回转窑采取保温措施，提高热效。本方法中生产的半干污泥，较一般半干污泥法水含量较高，避免污泥干燥粉尘多、尾气挥发份浓度高等各种难题，提高污泥干燥过程中操作的安全性和可靠性。

2.干馏裂解

污泥的干馏裂解是组合式处置污泥技术的关键，污泥干馏裂解技术是把污泥隔绝空气加热，污泥中大部分有机物在300～500℃下裂解，生成油、不凝性气体和炭三种可燃物，将有机物与污泥体分离，这样可避免污泥燃烧所带来的问题，达到技术上无害化、减量化、以及资源利用等目的。

污泥干馏裂解在工业运用上存在下列问题：①裂解的机理不明，反应难以控制，热源要求高；②裂解产物稳定性存在问题，对重金属离子的钝化不彻底，干馏渣存在二次污染的隐患；③能源综合利用率不高。

本发明执行外热式干馏技术，分两段进行，在第一段中，使污泥中的水分蒸发，在第二段中，使污泥中的有机物裂解；在本实施例中，干馏设备采用实施例1所述的干馏设备，这种多组组合式干馏设备提高单套设备产能，降低设备规模，减少投资；干馏器有不同调节系统，工艺易控制，传热畅通，热源要求低，同时能提高能源的综合利用率。

第一级干馏器主要把污泥进一步干燥，在干燥过程中，由于污泥温度升高，有大量挥发份在干燥时逸出，随同水蒸气一同挥发，在密闭状态下干燥的目的之一是防止挥发物进入尾气中，造成干燥尾气处理困难。第二级干馏器主要是使有机物裂解，由于污泥在第一组已经水份蒸发完毕，在第二组，由于蒸发量减少，污泥会急速升温，在300-500℃度时，污泥中各类有机物裂解，生成干馏气，离开污泥体，达到泥与有机物分离的目的。根据产能需要，在干馏室内可以模块化组合，横向设置多套干馏器。

本发明所采用的干馏技术，与单一螺旋推进器设备及其他干馏方法相比存在如下的优点：①可有两个不同的控制调节速度、不同的推进螺距、不同大小口径，干馏过程中物料进程和搅拌力度不同，在干馏前期物料继续干燥，后期以裂解为主，两组螺旋推进器装置有利于工艺控制。②在相同处理产能条件下，螺杆缩短，在设备制造和材质技术要求大大降低，相对减少设备投资成本。③多组干馏器阵列于同一干馏箱内，可降低保温和热源要求，各组干馏器均可与系统断开，设备维护更为便利，有利于检修维护，降低运行成本。④干馏箱内干馏器阵列式布置，保证热气流的流畅的同时，保证干馏箱内温度相对均匀，生产易控制。⑤在污泥半干化后，污泥体积降为三分之一，同时减少了干馏时蒸发量，提高设备单台产量，降低设备规模，减少投资。

3.燃烧处理

污泥经过干馏裂解后，大部分有机物已分解，干流渣转变为多孔固体颗粒。为了把污泥中有机物彻底清除，同时固定污泥中的有害金属离子，在燃烧室400中利用燃料煤与干馏后污泥一起燃烧，把污泥转变为烧结粘土，固定重金属离子，并且可和煤渣一起利用。有机物和残炭氧化为CO_2、H₂O等。煤燃烧通常有多种工艺，但燃煤量少易控的常见燃烧方法用链条燃烧炉。该燃烧技术成熟，配件等大部分已标准化生产。对重金属离子的固定，本发明比其他方法均更稳定，同时解决了一般干馏法处理污泥中重金属离子处置的一个难题。

本发明中，燃烧所产生的尾气被用作干馏的热源气体，而该尾气再被干馏过程利用后，再进入回转窑灯半干化处理设备，被再次作为热源气体，从而使能量得到自然的综合利用。并且，燃烧室与半干化处理设备之间加干馏室，可相对稳定半干化处理设备温度，有利解决半干化处理设备干燥过程中局部温度过高，造成粉尘多，尾气难于处理等问题。

本发明中，燃烧阶段采用二次风，能使进入干馏箱气流温度得到控制，避免局部过热现象发生，确保干馏操作稳定。C向为二次风进风方向，D向为一次风进风方向。

4.干馏气处理

干馏气主要成份为水蒸气、不凝性气体和可凝性有机物，它从设在第一级干馏器出口端的管道40排出通入干馏气热交换器，进入热交换器与燃烧室的一次空气进行热交换，再进一步用冷却水把高沸点有机物冷凝为液体，液体经过油水分离，回收可燃性油资源，废水经调节pH值灯污水处理手段后排放。不凝性气体采用碱洗塔洗涤，除去酸性气体可降低酸性气体对设备腐蚀，同时减轻尾气处理难度，经过处理的不凝性气体进入燃烧室，与燃料一起燃烧。

5.半干化尾气处理

燃烧室尾气首先可进入干馏室被利用为干馏热源，然后再进入半干化设备，与污泥直接接触，最后从半干化设备作为半干化尾气排出。半干化尾气的处理包括：除尘、洗气两个步骤。①除尘：在本实施例中，除尘采用旋风除尘和静电二级除尘，半干化尾气进入旋风除尘器501，除去一般大颗粒尘土，再进入静电除尘器502除尘，除尘后其中一部份尾气进入二燃室401，C向为二次风进风方向。其它部分气体进行废气处理，排空。②水吸收：煤和干馏渣在燃烧后会产生SO_x、NO_x等一系列可溶于水的废物，同时污泥干燥过程中有微量H₂S等挥发性物质随水蒸汽逸出，该部分气体通过水吸收塔吸收水可溶性物质。③碱吸收：尾气中有大量的酸性气体，部分未能被水完全吸收，需用碱液完全吸收。④除液器：通过除液器除去尾气中小液滴，避免碱液随烟道飘出。

6.本发明的热能综合利用。

1).煤燃烧的利用：干馏渣是需进一步高温处理的多孔固体，与煤燃烧，高温固定了干馏渣中重金属离子，同时回收渣中剩余热能。

2).热能的利用：由于采用外热式干馏器，热传导效率低，传热速度慢，热能难于充分利用，本发明利用干馏尾气对湿污泥干燥，污泥半干化后，达到减量，再干馏，热能利用更为合理。

3).多项热能回收措施：

I.干馏第一段的干馏气与燃烧室一次空气热交换。

II.燃烧室二次空气采用除尘后的尾气。

III.干馏产生的不凝性气体进入燃烧室燃烧，一方面回收内在热能，另一方面消除其对环境的影响。

IV本发明的燃料为煤，生成油作为资源回收，这样等同于把部分煤液化，在同等热值下，油资源比煤资源价格高，而且不需其他专用设备回收热能，热能平衡易控制，有一定的经济利益空间，可降低整个处理成本，是一个经济的处置方法。

4).各处理技术合理布局，在增加处理工序时，不增加处理能耗，煤燃烧热能综合使用，同时没有像流化床那样，需要考虑多余热能回收问题，在此多余能量以潜热形式存于油中，回收油可以回收多余能量。

7.本发明的特点

(1)、热能平衡利用

煤燃烧的利用：干馏渣是需进一步高温处理的多孔固体，与煤燃烧，高温固定了干馏渣中重金属离子，同时回收渣中剩余热能。热能的利用：由于采用外热式干馏器，热传导效率低，传热速度慢，热能难于充分利用，本技术利用干馏尾气对湿污泥干燥，污泥半干化后，达到减量，再干馏，热能利用更为合理。

(2)、应用污泥干馏裂解技术，使有机物脱离泥渣

半干化污泥经过干馏裂解，达到大部分有机质分解，脱离污泥体系，通过干馏操作把有机物和泥渣基本分开，有机物转化油、二氧化碳和水，干馏渣与煤一起燃烧，和煤渣一并形成固熔渣。干馏裂解技术应用是组合式处置技术成功的关键，在此根据要求，采用外热式干馏器，并且与单独干流裂解处理污泥在工艺设备上进行改进：①工艺控制方面，采用干馏裂解技术的目的不同，单独处理技术主要从污泥中得到回收油，并且达到污泥处置技术要求，控制条件要求高，本发明以分离有机物为目的，以物料在干馏器内不粘结，有机物充分分解为基本要求，对温度，物料推进速度等控制较宽松。②设备进行改进，污泥在200℃时易结块，采用两级组合，由于有两个推进调节速度，更易防止结块、粘壁等现象发生。由于温控要求宽松，可以用干馏箱内布置干馏器方法来达到半干化和干馏裂解工序之间物料平衡。③煤在燃烧过程中与干馏渣一起燃烧，生成固溶体残渣，解决了其他干馏处置污泥方法遇到的干馏渣中重金属离子和剩余有机物的无害化处置问题。

(3)采用消耗固态资源，回收液态油资源

该方法燃料为煤，生成油作为资源回收，这样等同于把部分煤液化，在同等热值下，油资源比煤资源价格高，而且不需其他专用设备回收热能，热能易控制平衡，有一定的经济利益空间，可降低整个处理成本，是一个经济的处置方法，预计吨处置成本58元。

(4)降低投资和维护成本

采用本发明的方法处理污泥，吨设备投资8-12万元，另外本发明采用的设备简单，有利于降低投资和维护成本。

9.经济效果。

①热能直接利用，不增加其他设备投资。

以流化床燃烧污泥技术为例，为了把污泥燃烧产生的热量回收，需要增加如发电等设备，这样就造成庞大的设备投资。在本发明中污泥内涵潜热分解成干馏渣、不凝性气体和油，干馏渣和不凝性气体在燃烧室内燃烧回收热能，油作为资源回收利用，不需庞大投资设备来回收多余热能。

②节约运输成本

由于污泥深度脱水困难，容积大，传统污泥处置中运输成本占有较大比重。本方法采用较为灵活模块组合模式，可适不同规模企业处置污泥，污泥直接处理，不需异地处置，不用长距离运输成本，减小运输成本。

③使用设备为常规设备，技术成熟，大多为标准设备，可降低设备制造成本，减少投资。本发明的干馏设备可模块组合，扩大干馏处理能力，使干馏与烘干物料流动平衡运行。同时整体设备系统组合，可按不同要求进行组合，控制处理能力。

④煤转化为油。

本发明的燃料为煤，生成油作为资源回收，这样等同于把部分煤液化，在同等热值下，油资源比煤资源价格高，而且不需其他专用设备回收热能，热能易控制平衡，有一定的经济利益空间，可降低整个处理成本，是一个经济的处置方法。

Claims (12)

1.一种组合式污泥处理方法，其特征在于它包括以下步骤：

1).污泥的半干化，将污泥的含水率降至20％-35％；

2).对半干化后的污泥进行干馏，所述干馏分两段进行，在第一段中，使污泥中的水分蒸发，在第二段中，使污泥中的有机物裂解；

3).对干馏后的污泥燃烧处理。

2.如权利要求1所述的一种组合式污泥处理方法，其特征在于所述半干化处理的设备采用回转窑或热风炉，其中，热源气体和污泥从所述设备的同端进入。

3.如权利要求1所述的一种组合式污泥处理方法，其特征在于干馏过程是由螺旋输送装置在通热风的干馏箱中一边输送污泥一边进行干馏，所述螺旋输送装置设有对应所述第一段的螺旋输送器和对应第二段的螺旋输送器。

4.如权利要求1所述的一种组合式污泥处理方法，其特征在于燃烧阶段的尾气用于干馏阶段，在干馏过程中，污泥与尾气隔离，在被干馏阶段利用后，所述尾气再用于污泥的半干化处理阶段。

5.如权利要求4所述的一种组合式污泥处理方法，其特征在于经半干化处理阶段后的尾气，经除尘后用于燃烧阶段的二次进风。

6.如权利要求1或4所述的一种组合式污泥处理方法，其特征在于所述干馏第一段的干馏气用于燃烧阶段一次进风的热交换热源。

7.一种用于污泥处理的干馏设备，包括干馏箱，其特征在于干馏箱中设有一组或多组用于污泥处理的两级干馏器，所述两级干馏器包括第一级干馏器和第二级干馏器，第一级干馏器和第二级干馏器分别采用螺旋输送器作为物料输送机构，所述第一级干馏器的螺旋输送器和第二级干馏器的螺旋输送器之间具有物料连接通道。

8.如权利要求7所述的一种用于污泥处理的干馏设备，其特征在于对应每组两级干馏器，所述干馏设备设有喂料机构。

9.如权利要求7所述的一种用于污泥处理的干馏设备，其特征在于相对于干馏箱的长度方向，所述螺旋输送器横向排列。

10.如权利要求7所述的一种用于污泥处理的干馏设备，其特征在于所述第一级干馏器的出口处设有可与热交换器相连的空气出口。

11.如权利要求7所述的一种用于污泥处理的干馏设备，其特征在于它还设有出料器，所述出料器与第二级干馏器之间有物料通道相连，出料器出口安装可以阻隔外部空气与干馏设备内部连通的阀，出料器出口端的上侧设有气体出口。

12.如权利要求7所述的一种用于污泥处理的干馏设备，其特征在于所述干馏箱具有热源气体的进口和出口，所述热源气体的进口与污泥燃烧尾气出口相连，所述热源气体的出口与回转窑或热风炉的进风口相连。

Images