CN102583923B - 市政和/或工业污泥节能减排处置与资源化集成工艺及其设备 - Google Patents
市政和/或工业污泥节能减排处置与资源化集成工艺及其设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及到以市政和/或工业污泥为处置对象，实现了杀灭所有的病原体、减少污泥排弃量的环境保护目标，同时回收可利用资源、开发综合产品的集成工艺和设备。其特征是污泥经含固浓度调节，预热均质浆化，热水解生成水解泥浆，以水解产物为节点分别进行：①厌氧消化得到沼气产品，沼气作锅炉燃料，生产蒸汽和电。②将水解产物继续完成化学水解反应，化学水解产物进行分离得到水解物清液，水解物清液作为工业发泡剂的主要原料用于建材保温定型板和异形板、现浇保温材料产品、泡沫灭火剂产品等的生产。分离得到的浓渣相并入厌氧消化罐或经进一步处理加以利用。③最终，处置对象完成了灭菌、减量目的，其残渣作为农用肥的制备基料或建筑砌块材料等用途。
Description
技术领域
本发明涉及市政和/或工业污泥节能减排处置与资源化集成工艺及其设备领域，特别涉及城镇污水处理厂富含微生物、后生动物、藻类、有机质类型的市政和/或工业污泥中杀灭所有病原体、减少污泥排弃量处理，同时联合生产沼气及水解生物蛋白产品的集成技术领域。
背景技术
目前，以生物化学方法为主工艺的城镇污水处理厂，市政和工业污泥是排弃的必然产物。对其进行环境处理中，一种完善的污泥处置技术尚未形成规模。一般方法，如填埋、脱水或干化焚烧、用作工程土、制备农用肥等都存在着很多的需要解决的技术难题。无组织排弃严重影响了环境质量，排弃的做法已因发生二次污染被禁止。
我国每年的污泥量以10％的速度递增，经济有效的处置技术，节能减排已成为紧迫的环境处理任务。在处置过程中，对其资源加以开发利用更加重要。
中国专利申请01126637.6公开了一种污泥低氧消化-膜分离处理工艺技术，污泥消化生产的上清液通过膜分离装置直接排放。由于发明的技术核心采用了膜技术进行上清液的分离，膜的透过速率和膜被堵塞，减少了膜的工作寿命，受到产业化实现的约束。
中国专利申请96196796.X公开了一种处理剩余活性污泥的方法，用硫酸纸浆生产过程得到的白泥，加入增稠后的剩余活性污泥的体积比为1∶5～10，操作温度75℃～104℃，通过固液分离设备进行脱水，固形物被干化，焚烧。
中国专利ZL200610019063.7公布了“用生石灰水解剩余活性污泥制备水解蛋白质的生产工艺”；中国申请专利200710150330.9公布了“一种活性污泥处理工艺”；中国专利申请200710150331.3公布了“一种微生物蛋白质的制备方法”。上述三篇专利公开的工艺均只涉及蛋白液的提取，其工艺需要外界提供热源，不能实现能量自供给。
中国专利申请200920252082.3公布了“污泥水解提取生物蛋白质系统”，上述工艺方法通过在重新将污泥添加CaO或Ca(OH)2作为化学处理剂条件下，进行化学水解，pH为13，反应工作压力P＝0.4～0.6MPa，水解时间大于3小时；水解液降压降温后，通过过滤装置得到滤液和液饼，滤液即被提取的水解产品。这类工艺蛋白的提取率低。由于水解污泥将具有高粘度、固形颗粒小，低温过滤(＜80℃)的特征，过滤操作温度低过滤装置的生产能力很低。生产的滤饼含水量大，为后期处理带来困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于工业化生产的污泥节能减排处理与资源化的集成工艺与设备。
本发明是这样实现的，其方法为如下步骤：
(1)待处理污泥经初步脱水后加入调浆器(1)内，制备均质泥浆；
(2)将上述均质泥浆送入热水解器(2)中，制备水解泥浆；(3)将上述水解泥浆置于一级闪蒸器(3)中，释压闪蒸，释压蒸汽回至调浆器(1)中，为调浆器(1)提供所需热量；
(4)将经过一次闪蒸器(3)闪蒸后的水解泥浆分流成两股，其中一股接入消化压力调节器(4)进行闪蒸降温；
(5)消化压力调节器(4)闪蒸后得到二次闪蒸水解泥浆，二次闪蒸水解泥浆经过换热器降温后送入厌氧消化器(5)中制备沼气；
(6)厌氧消化器(5)消化反应后产生的污泥残渣经脱水分离后制备农用基肥，清液送至预沉池(19)；
(7)将从一次闪蒸器(3)分流出的第二股水解泥浆，送入化学水解反应器(7)，在化学水解反应器(7)中，将水解泥浆化学水解；
(8)在化学水解反应器(7)中，将化学水解后的水解泥浆用碱调节pH值后，送入分离设备中，实现分离，分离成轻、重两相流体；
(9)步骤(8)分离设备分离得到的轻相，即水溶性蛋白液接入二次闪蒸器(11)，在二次闪蒸器(11)中完成一次浓缩，一次浓缩液再经后续浓缩设备浓缩后得成品浓缩蛋白液；
(10)消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽共同为步骤(9)中的后续浓缩设备提供热源；
(11)步骤(8)分离设备分离得到的重相流体，输送至厌氧消化器(5)制备沼气；
(12)由厌氧消化器(5)产生的沼气储存在沼气储罐(6)中，沼气用作锅炉燃料，生产高压水蒸汽产品；上述水蒸汽产品的一部分送至热水解器(2)，用作热水解热源，其余用作发电。
其中，步骤(9)中的后续浓缩过程为：一次浓缩液进入长管蒸发器组(12)完成二次浓缩，二次浓缩液进入在刮板蒸发器组(13)完成最终浓缩，成品浓液蛋白含量为15～30％；消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽为长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)提供热源；步骤(8)中的分离设备为卧螺离心机(10)。
步骤(1)中调浆器(2)的操作条件为：控制泥浆含水率为80％～85％，预热温度为95～97℃，预热时间为2小时，搅拌制备均质泥浆；步骤(2)中热水解器(2)的操作条件为：通入蒸汽进行水解，温度160℃±5℃，停留时间为30分钟，水解泥浆含水率为87％～88％。
步骤(3)中一级闪蒸器(3)的操作温度为140℃±5℃；步骤(4)中消化压力调节器(4)的闪蒸温度为100℃±2℃，停留时间为90分钟；步骤(5)中厌氧消化器(5)的反应温度为30-40℃。
步骤(7)中，热水解反应条件为：采用有机酸调节pH值，pH值为5～6.9，控制温度140℃±5℃，实现水解泥浆化学水解，停留时间0.5～3.5小时；步骤(8)中碱调节后的pH值为6.5～8。
所述有机酸为醋酸，柠檬酸，磷酸中的至少一种，碱为Ca(OH)2。
一种实现上述工艺的设备，该设备包括：调浆器(1)、热水解器(2)、一次闪蒸器(3)、消化压力调节器(4)，厌氧消化器(5)，沼气储罐(6)，化学水解反应器(7)，有机酸加料器(8)，碱加料器(9)，卧螺离心机(10)，二次闪蒸器(11)，后续浓缩设备，热力锅炉站(15)，发电机组(16)，过滤脱水机(17)，农肥基料储池(18)，预沉池(19)。
所述的后续浓缩设备为长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)。
所述的刮板蒸发器组可以为真空刮板蒸发器组。
所述的调浆器(1)为连续机械搅拌罐、间歇机械搅拌罐、静态混合反应器中的至少一种。
热水解器(2)的加热方式为蒸汽直接加热，蒸汽间壁式加热，蒸汽内置管式加热中的至少一种。
过滤脱水机(17)是沉降离心机，离心过滤机，过滤机，重压沉降器中的至少一种；卧螺离心机(10)对两相混合流体实现液-固分离。
本发明所具有的有益效果为：
(1)本发明是对市政和/或工业污泥的处理技术的集成工艺，由热水解过程，厌氧消化过程，厌氧消化制备沼气过程，化学水解制备蛋白水溶液过程，消化残渣脱水制备基料过程，各过程有机的结合组成一个污泥环保处理和资源利用实用技术。该技术的实现具有极大环境效益和经济效益。
(2)实现的热水解过程控制温度160℃，灭活时间30分钟，安全杀灭所有的病原体。残渣脱水后的细菌不再存活再生。
(3)厌氧消化过程生产沼气，为洁净再生燃料，一部分作为蒸汽锅炉的自供燃料节约了煤炭和化石燃料。以洁净能源为燃料的热动力装置避免了环境污染和节约建设投资及运行费用。确定本技术应用市场的广范性。
(4)采用热水解和厌氧消化联合模式，强化了厌氧消化系统，装置设计紧凑，容易实现污泥处理厂的升级改造。
(5)采用有效保温和蒸汽多层次循环利用，其能源效率高。
(6)化学热水解制备水溶蛋白产品中采用有机酸和Ca(OH)2的酸法生产过程，次生产物避免了Cl-和SO4 2-离子进入最终固体渣产品，减少对土壤的危害。
(7)在140℃热状态下，采用沉降离心机分离回收轻液作为水溶性蛋白，重相被回收至厌氧消化罐的工艺，避开了产品过滤分离的多种困难。
(8)本发明技术的污泥环境处理和资源化的技术，实现的热动力自给节约煤炭、化石资源消耗并减排污染物SO2、NOX、CO2等，广泛适应了大中小水处理厂，在处理环境污泥的同时得到的资源化产品带来的效益，减少了操作费用。
本发明的工艺成本与其他工艺成本进行对比，结果如下表(本发明的各项成本记为1)：
表1：成本对比表
| 工艺路线 | 直接投资 | 占地(公顷) | 运行费用 |
| 堆肥(生物干化)土地利用 | 1.205 | 1.187 | 1.384 |
| 热干化+焚烧 | 1.245 | 0.896 | 2.135 |
| 热水解+有机氮提取+厌氧消化 | 1 | 1 | 1 |
可见，采用本发明的工艺，可以明显降低成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中：1-调浆器，2-热水解器，3-一次闪蒸器，4-消化压力调节器，5-厌氧消化器，6-沼气储罐，7-化学水解反应器，8-有机酸加料器，9-碱加料器，10-卧螺离心机，11-二次闪蒸器，12-长管蒸发器组，13-刮板蒸发器组，14-产品，15-热力锅炉站，16-发电机组，17-脱水机，18-农肥基料储池，19-预沉池
具体实施方式
实施例一
(1)市政污泥经初步脱水后加入调浆器(1)内，控制泥浆含水率为80％，预热温度为95℃，预热时间为2小时；搅拌制备均质泥浆；
(2)将上述均质泥浆送入热水解器(2)中，通入蒸汽，制备成水解泥浆；热水解器(2)的操作条件为：温度155℃，停留时间30分钟，水解泥浆含水率为87％；
(3)将上述水解泥浆置于一级闪蒸器(3)中，释压闪蒸，释压蒸汽回至调浆器(1)中，为调浆器(1)提供所需热量；一级闪蒸器(3)的操作温度为135℃；
(4)将经过一次闪蒸汽器(3)闪蒸后的水解泥浆分流成两股，一股接入消化压力调节器(4)进行闪蒸降温；消化压力调节器(4)的闪蒸温度为98℃，停留90分钟；
(5)消化压力调节器(4)闪蒸后得到二次闪蒸水解泥浆，二次闪蒸水解泥浆将经过换热降温送入厌氧消化器(5)中制备沼气；厌氧消化器(5)的反应温度为30℃；
(6)厌氧消化器(5)消化反应后产生的污泥残渣经脱水分离制备农用基肥，清液送至预沉池(19)；
(7)将从一次闪蒸器(3)分流出的第二股水解泥浆，送入化学水解反应器(7)，在化学水解反应器(7)中，采用醋酸调节pH值为5，控制温度135℃，实现水解泥浆化学水解，停留时间0.5h；
(8)在化学水解反应器(7)中，将化学水解后的水解泥浆用Ca(OH)2调节pH值为6.5，然后送入卧螺离心机(10)中，实现分离，分离成轻、重两相流体；
(9)由卧螺离心机(10)分离得到的轻相，即水溶性蛋白液接入二次闪蒸器(11)，在二次闪蒸器(11)中完成一次浓缩，一次浓缩液进入长管蒸发器组(12)完成二次浓缩，二次浓缩液进入在刮板蒸发器组(13)完成最终浓缩；成品浓液蛋白含量为15％；该蛋白液可以用于制作保温材料；
(10)由卧螺离心机(10)分离得到的重相流体，经降温压输送至厌氧消化器(5)制备沼气；
(11)由厌氧消化器(5)产生的沼气储存在沼气储罐(6)中，沼气用作锅炉燃料，生产高压水蒸汽产品；上述水蒸汽产品一部分送至热水解器(2)，用作热水解热源，其余用作发电；
(12)消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽共同为步骤(9)中蛋白液的长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)提供热源；
(13)通过上述步骤实现污泥无害化和减排处置目标，同时蒸汽实现热水解自供。
实施例二
(1)工业污泥经初步脱水后加入调浆器(1)内，控制浆体含水率为85％，预热温度为97℃，预热时间为2小时；搅拌制备均质泥浆；
(2)将上述均质泥浆送入热水解器(2)中，通入蒸汽，制备成水解泥浆；热水解器(2)的操作条件为：温度165℃，停留时间30分钟，水解泥浆含水率为88％；
(3)将上述水解泥浆置于一级闪蒸器(3)中，释压闪蒸，释压蒸汽回至调浆器(1)中，为调浆器(1)提供所需热量；一级闪蒸器(3)的操作温度为145℃；
(4)将经过一次闪蒸汽器(3)闪蒸后的水解泥浆分流成两股，其中-股接入消化压力调节器(4)进行闪蒸降温；消化压力调节器(4)的闪蒸温度为102℃，停留90分钟；
(5)消化压力调节器(4)闪蒸后得到二次闪蒸水解泥浆，二次闪蒸水解泥浆将经过换热降温送入厌氧消化器(5)中制备沼气，厌氧消化器(5)的反应温度为40℃；
(6)厌氧消化器(5)消化反应后产生的污泥残渣经脱水分离制备农用基肥，清液送至预沉池(19)；
(7)将从一次闪蒸器(3)分流出的第二股水解泥浆，送入化学水解反应器(7)，在化学水解反应器(7)中，采用柠檬酸调节pH值6.9，控制温度145℃，实现水解泥浆化学水解，停留时间3.5h；
(8)在化学水解反应器(7)中，将化学水解后的水解泥浆用Ca(OH)2调节pH值为8，然后送入卧螺离心机(10)中，实现分离，分离成轻、重两相流体；
(9)由卧螺离心机(10)分离得到的轻相，即水溶性蛋白液接入二次闪蒸器(11)，在二次闪蒸器(11)中完成一次浓缩，一次浓缩液进入长管蒸发器组(12)完成二次浓缩，二次浓缩液进入在刮板蒸发器组(13)完成最终浓缩；成品浓液蛋白含量为30％；该蛋白液可以用于制作泡沫灭火剂；
(10)由卧螺离心机(10)分离得到的重相流体，输送至厌氧消化器(5)制备沼气；
(11)由厌氧消化器(5)产生的沼气储存在沼气储罐(6)中，沼气用作锅炉燃料，生产高压水蒸汽产品；上述水蒸汽产品一部分送至热水解器(2)，用作热水解热源，其余用作发电；
(12)消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽共同为步骤(9)中蛋白液的长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)提供热源；
(13)通过上述步骤实现污泥无害化和减排处置目标，同时蒸汽实现热水解自供。
Claims (8)
1.一种污泥节能减排处置与其资源化集成工艺，其包括以下步骤：
(1)待处理污泥经初步脱水后加入调浆器(1)内，制备均质泥浆；
(2)将上述均质泥浆送入热水解器(2)中，制备水解泥浆；
(3)将上述水解泥浆置于一次闪蒸器(3)中，释压闪蒸，释压蒸汽送至调浆器(1)中，为调浆器(1)提供所需热量；
(4)将经过一次闪蒸器(3)闪蒸后的水解泥浆分流成两股，其中一股接入消化压力调节器(4)进行闪蒸降温；
(5)消化压力调节器(4)闪蒸后得到二次闪蒸水解泥浆，二次闪蒸水解泥浆经过换热器降温后送入厌氧消化器(5)中制备沼气；
(6)厌氧消化器(5)消化反应后产生的污泥残渣经脱水分离后制备农用基肥，清液送至预沉池(19)；
(7)将从一次闪蒸器(3)分流出的第二股水解泥浆，送入化学水解反应器(7)，在化学水解反应器(7)中，完成化学水解；
(8)在化学水解反应器(7)中，将化学水解后的水解泥浆用碱调节pH值后，送入分离设备中，实现分离，分离成轻、重两相流体；
(9)步骤(8)分离设备分离得到的轻相，即水溶性蛋白液接入二次闪蒸器(11)，在二次闪蒸器(11)中完成一次浓缩，一次浓缩液再经后续浓缩设备浓缩后得成品浓缩蛋白液；
(10)消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽共同为步骤(9)中的后续浓缩设备提供热源；
(11)步骤(8)分离设备分离得到的重相流体，输送至厌氧消化器(5)制备沼气；
(12)由厌氧消化器(5)产生的沼气储存在沼气储罐(6)中，沼气用作锅炉燃料，生产高压水蒸汽产品；上述水蒸汽产品的一部分送至热水解器(2)，用作热水解热源，其余用作发电。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤(9)中的后续浓缩过程为：一次浓缩液进入长管蒸发器组(12)完成二次浓缩，二次浓缩液进入刮板蒸发器组(13)完成最终浓缩，成品浓液蛋白含量为15～30％；消化压力调节器(4)和二次闪蒸器(11)产生的蒸汽为长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)提供热源；步骤(8)中的分离设备为卧螺离心机(10)。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述调浆器(1)的操作条件为：控制浆体含水率为80％～85％，预热温度为95～97℃，预热时间为2小时，搅拌制备均质泥浆；步骤(2)中热水解器(2)的操作条件为：通入蒸汽进行水解，温度160℃±5℃，停留时间30分钟，水解泥浆含水率为87％～88％。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中一级闪蒸器(3)的操作温度为140℃±5℃；步骤(4)中消化压力调节器(4)的闪蒸温度为100℃±2℃，停留时间为90分钟；步骤(5)中厌氧消化器(5)的反应温度为30-40℃。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(7)中，热水解反应条件为：采用有机酸调节pH值，pH值为5～6.9，控制温度140℃±5℃，实现水解泥浆化学水解，有机酸为醋酸，柠檬酸，磷酸中的至少一种，停留时间0.5～3.5小时；步骤(8)中碱调节后的pH值为6.5～8，碱为Ca(OH)2。
6.一种实现权利要求1所述工艺的设备，该设备包括：调浆器(1)、热水解器(2)、一次闪蒸器(3)、消化压力调节器(4)，厌氧消化器(5)，沼气储罐(6)，化学水解反应器(7)，有机酸加料器(8)，碱加料器(9)，卧螺离心机(10)，二次闪蒸器(11)，后续浓缩设备，热力锅炉站(15)，发电机组(16)，脱水机(17)，农肥基料储池(18)，预沉池(19)；所述热水解器(2)的加热方式为蒸汽直接加热，蒸汽间壁式加热，蒸汽内置管式加热中的至少一种；所述的调浆器(1)为连续机械搅拌罐、间歇机械搅拌罐、静态混合管式反应器中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述的后续浓缩设备为长管蒸发器组(12)和刮板蒸发器组(13)。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，脱水机(17)是沉降离心机，离心过滤机，重力沉降器中的至少一种；卧螺离心机(10)对两相混合流体实现液-固分离。
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2012
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