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CN108793653B - 一种污泥全组分综合利用系统及方法 - Google Patents

一种污泥全组分综合利用系统及方法 Download PDF

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CN108793653B CN201810471901.7A CN201810471901A CN108793653B CN 108793653 B CN108793653 B CN 108793653B CN 201810471901 A CN201810471901 A CN 201810471901A CN 108793653 B CN108793653 B CN 108793653B
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Abstract

本发明公开了一种综合利用污泥系统及方法，所述系统包括：污泥仓(1)、水力旋流器(2)、生物反应器(3)、压滤机(4)、热水解反应器(5)、炭化装置(6)、浓缩池(7)、吸附剂产品仓(8)、肥料产品仓(9)、菌种罐(10)、菌肥产品仓(11)、金属泥处理仓(12)和调理池(13)。本发明优点在于：水力旋流器无运动部件，构造简单，单位容积的生产能力大；利用不同工艺处理不同粒径有机质：复合菌群分解粒径较大中颗粒中有机质，热水解分解小粒径轻颗粒中有机质，提高了有机质分解效率的同时降低能耗；既回收了重金属，又充分利用其中的N、P、K等有机物质与无机物质。

Description

一种污泥全组分综合利用系统及方法
技术领域
本发明属于环保领域，具体地，本发明涉及将污泥全组分综合利用的系统和方法。
背景技术
污泥中含水量高，易腐烂，成分复杂，不仅含有N、P、K等营养元素，而且含有大量的病原菌、细菌、寄生虫卵及重金属等有毒有害物质及致癌物质，并伴有强烈恶臭。中国专利CN106949475A(一种污泥焚烧系统及其焚烧方法)采用焚烧的常规方法处理污泥，但常规方法无法利用污泥中有机物质，并且污泥中的贵金属及有毒物质不能得到有效处理，污染环境。中国专利CN106747779A(一种污泥堆肥改良方法)，在污泥中加入发酵菌等进行堆肥发酵，可以综合利用污泥中的有机物质，但是不能有效的处理工业污泥中含量较高的重金属，会对环境造成污染。
发明内容
本发明目的在于，提供一种污泥全组分综合利用系统及方法，该方法解决常规工艺污泥处理后不能彻底除去重金属等有毒物质、有机物质不能综合利用、能耗高的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种污泥全组分综合利用系统，所述系统包括：污泥仓1、水力旋流器2、生物反应器3、压滤机4、热水解反应器5、炭化装置6、浓缩池7、吸附剂产品仓8、肥料产品仓9、菌种罐10、菌肥产品仓11、金属泥处理仓12和调理池13；
所述水力旋流器2包括一段水力旋流器2-1和二段水力旋流器2-2；
所述压滤机4包括第一压滤机4-1和第二压滤机4-2；
所述污泥仓1的出料口与一段水力旋流器2-1的进料口连接，一段水力旋流器2-1的底流出口与第一压滤机4-1的进料口连接；第一压滤机4-1的溢流出口与浓缩池7的进料口连接，第一压滤机4-1的滤饼出口与炭化装置6的进料口连接，炭化装置6的出料口与吸附剂产品仓8的进料口连接；
所述一段水力旋流器2-1的溢流出口与二段水力旋流器2-2的进料口连接，二段水力旋流器2-2的溢流出口与热解反应器5的进料口连接，二段水力旋流器2-2的底流出口与生物反应池3的进料口连接，生物反应池3的出料口和热解反应器5的出料口均与第二压滤机4-2的进料口连接；第二压滤机4-2的滤液出口与浓缩池7的进料口连接，浓缩池7的出料口与调理池13的进料口连接，调理池13的液体出口与水力旋流器2相连，使液体返回水力旋流器2循环利用，调理池13的固体出口与金属泥处理仓12的进料口连接；
所述第二压滤机4-2的滤饼出口与肥料产品仓9，肥料产品仓9的菌种进料口与菌种罐10的出料口连接，肥料产品仓9的出料口与菌肥产品仓11的进料口连接。
优选地，一段水力旋流器和二段水力旋流器串联使用；一段水力旋流器的直径200-300mm，放置锥角20-30°；二段水力旋流器的直径50-150mm，放置锥角10-15°。
本发明还提供了一种基于上述系统的污泥全组分综合利用方法，所述方法包括如下步骤：
1)污泥从污泥仓1泵入到一段水力旋流器2-1，经一段水力旋流器2-1分离后，重颗粒物质底流泵入到第一压滤机4-1，第一压滤机4-1的滤液通入浓缩池7，滤饼进入炭化装置6，炭化处理后作为吸附剂进入吸附剂产品仓8；
2)一段水力旋流器2-1溢流自流到二段水力旋流器2-2进行再处理，二段水力旋流器2-2分离的轻颗粒物质溢流进入热水解反应器5，加入添加剂进行热水解，热水解所得物质进入第二压滤机4-2过滤，滤液进入浓缩池7，浓缩后进入调理池13进行生物化学调理，液体返回旋流器2循环利用，固体物质进入金属泥处理仓12回收利用金属泥；第二压滤机4-2过滤的滤饼进入肥料产品仓9，加入菌种罐10的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓11；
3)二段水力旋流器2-2分离的中颗粒物质底流进入生物反应池3并加入复合菌群进行反应处理，反应产物进入第二压滤机4-2过滤；滤液进入浓缩池7，浓缩后进入调理池13进行生物化学调理，液体返回旋流器2循环利用，固体物质进入金属泥处理仓12回收利用金属泥；第二压滤机4-2过滤的滤饼进入肥料产品仓9，加入菌种罐10的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓11。
优选地，所述步骤1)中，炭化装置6中炭化温度为180℃-300℃，炭化时间为2h-4h。
优选地，所述步骤2)中，热水解反应器5的热水解温度为150℃-250℃，时间为2h-4h。
优选地，所述步骤2)中，添加剂为铵盐，进一步优选地，所述铵盐为氯化铵。
优选地，所述步骤3)中，加入的复合菌群为嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌，嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的比例为4:1-2:1。
优选地，步骤2)和3)中，根据不同污泥重金属种类的差异，通过调节温度、pH、电化学环境，或添加微生物加速其还原等不同方法使重金属形成金属化合物(络合物)或金属单质，形成金属泥进行回收。
本发明属于环保-资源综合处理领域，涉及将一种污泥进行全组分综合处理的方法和设备，首先污泥通入水力旋流器，分离得到重颗粒、中颗粒、轻颗粒物质；以二氧化硅等无机物为主的重颗粒在180℃-300℃的温度条件下进行炭化焙烧，以中粒级有机物为主的中颗粒进行混菌酸性处理，以小粒级有机物为主的轻颗粒加入铵盐等添加剂，在200℃条件下热水解处理。过程中过滤产生的滤液通入浓缩池进行生物化学调理，形成重金属化合物(络合物)和金属单质，混合金属泥回收利用，上清液返回到旋流器，进入下一循环。重颗粒处理后用作吸附剂，中、轻颗粒处理后形成的肥料，加入菌制成菌肥。本发明根据污泥所含物质密度和粒度的不同，使用水力旋流器将污泥分为可无机物质、不同粒度大小的有机物质，再进一步加工成吸附剂、肥料、菌肥和金属泥，将污染全元素回收利用。优点在于：利用不同的工艺处理不同粒径的有机物质，大大提高了分解有机质的效率，既回收了重金属，又充分利用其中的N、P、K等有机物质和无机物质。
本发明使用的水力旋流器无运动部件，构造简单，造价低，单位容积的生产能力大；利用不同工艺处理不同粒径有机质：复合菌群分解粒径较大中颗粒中有机质，热水解分解小粒径轻颗粒中有机质，提高了有机质分解效率的同时降低能耗，分离后的产物利用复合菌群处理及热处理的方法可以分解有机质并加以回收；根据污泥自身的物理性质，使用水力旋流器将污泥分离，既可以回收污泥中的贵金属等有害物质，又可以充分利用其中的N、P、K等有机物质与无机物质。
附图说明
图1为本发明的污泥全组分综合利用方法技术路线图；
图2为本发明的污泥全组分综合利用系统的结构示意图；
附图标记：
1、污泥仓；2、水力旋流器；2-1、一段水力旋流器；2-2、二段水力旋流器；3、生物反应器；4、压滤机；4-1、第一压滤机；4-2、第二压滤机；5、热水解反应器；6、炭化装置；7、浓缩池；8、吸附剂产品仓；9、肥料产品仓；10、菌种罐；11、菌肥产品仓；12、金属泥处理仓；13、调理池。
具体实施方式
本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图2所示，一种污泥全组分综合利用系统，所述系统包括：污泥仓1、水力旋流器2、生物反应器3、压滤机4、热水解反应器5、炭化装置6、浓缩池7、吸附剂产品仓8、肥料产品仓9、菌种罐10、菌肥产品仓11、金属泥处理仓12和调理池13；
所述水力旋流器2包括一段水力旋流器2-1和二段水力旋流器2-2；
所述压滤机4包括第一压滤机4-1和第二压滤机4-2；
所述污泥仓1的出料口与一段水力旋流器2-1的进料口连接，一段水力旋流器2-1的底流出口与第一压滤机4-1的进料口连接；第一压滤机4-1的溢流出口与浓缩池7的进料口连接，第一压滤机4-1的滤饼出口与炭化装置6的进料口连接，炭化装置6的出料口与吸附剂产品仓8的进料口连接；
所述一段水力旋流器2-1的溢流出口与二段水力旋流器2-2的进料口连接，二段水力旋流器2-2的溢流出口与热解反应器5的进料口连接，二段水力旋流器2-2的底流出口与生物反应池3的进料口连接，生物反应池3的出料口和热解反应器5的出料口均与第二压滤机4-2的进料口连接；第二压滤机4-2的滤液出口与浓缩池7的进料口连接，浓缩池7的出料口与调理池13的进料口连接，调理池13的液体出口与水力旋流器2相连，使液体返回水力旋流器2循环利用，调理池13的固体出口与金属泥处理仓12的进料口连接；
所述第二压滤机4-2的滤饼出口与肥料产品仓9，肥料产品仓9的菌种进料口与菌种罐10的出料口连接，肥料产品仓9的出料口与菌肥产品仓11的进料口连接。
一段水力旋流器和二段水力旋流器串联使用；一段水力旋流器的直径200-300mm，放置锥角20-30°；二段水力旋流器的直径50-150mm，放置锥角10-15°。
实施例2
如图1所示，一种基于实施例1所述系统的污泥全组分综合利用方法，所述方法包括如下步骤：
1)污泥从污泥仓1泵入到一段水力旋流器2-1，经一段水力旋流器2-1分离后，重颗粒物质底流泵入到第一压滤机4-1，第一压滤机4-1的滤液通入浓缩池7，滤饼进入炭化装置6，炭化处理后作为吸附剂进入吸附剂产品仓8；
2)一段水力旋流器2-1溢流自流到二段水力旋流器2-2进行再处理，二段水力旋流器2-2分离的轻颗粒物质溢流进入热水解反应器5，加入添加剂进行热水解，热水解所得物质进入第二压滤机4-2过滤，滤液进入浓缩池7，浓缩后进入调理池13进行生物化学调理，液体返回旋流器2循环利用，固体物质进入金属泥处理仓12回收利用金属泥；第二压滤机4-2过滤的滤饼进入肥料产品仓9，加入菌种罐10的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓11；
3)二段水力旋流器2-2分离的中颗粒物质底流进入生物反应池3并加入复合菌群进行反应处理，反应产物进入第二压滤机4-2过滤；滤液进入浓缩池7，浓缩后进入调理池13进行生物化学调理，液体返回旋流器2循环利用，固体物质进入金属泥处理仓12回收利用金属泥；第二压滤机4-2过滤的滤饼进入肥料产品仓9，加入菌种罐10的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓11。
所述步骤1)中，炭化装置6中炭化温度为180℃-300℃，炭化时间为2h-4h。
所述步骤2)中，热水解反应器5的热水解温度为150℃-250℃，时间为2h-4h。
所述步骤2)中，添加剂为铵盐。
所述步骤3)中，加入的复合菌群为嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌，复合菌群接种率为10％-20％。
步骤2)和3)中，根据不同污泥重金属种类的差异，通过调节温度、pH、电化学环境，或添加微生物加速其还原等不同方法使重金属形成金属化合物(络合物)或金属单质，形成金属泥进行回收。
实施例3
取自北京某地区市政污泥，化学多元素分析如下：取自北京某地区市政污泥，化学多元素分析如下表：
Figure BDA0001663473890000051
Figure BDA0001663473890000061
所选市政污泥含水量高，pH为6.59，含水率90％，含有丰富的N、P、K及Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等重金属。
基于实施例1的系统和实施例2的方法，称取一定质量污泥浆化，用泵打入水力旋流器中，分级得到35％重颗粒物质、35％中颗粒物质、30％轻颗粒物质。重颗粒物质过滤后180℃下炭化4h，炭化后固体加工为吸附剂，滤液通入浓缩池；将嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌以3：1的比例加入到中颗粒中进行复合菌群处理，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌后续加工为菌肥；氯化铵作为添加剂加入到轻颗粒物质中，150℃热水解，过滤滤液通入浓缩池，滤渣加入菌制作菌肥；滤液在浓缩池浓缩后进行生物化学调理，通过调PH，微生物直接还原，得到Zn、Cu、Mg等金属化合物(络合物)和金属单质等沉淀。
实验中测得滤液中COD较低，有机质充分分解，最终得到的菌肥中有机质含量为30％，水分为20％，Cr含量为131mg/Kg，Cd含量为8.6mg/kg，符合生产复合菌肥的生产标准；测得脱除重金属的水中Zn含量为3.2mg/l，Cu含量为2.1mg/l，Pb含量为0.9mg/l，Cr含量为1.1mg/l,水中重金属含量低于国家标准，并且得到的重金属可以回收利用。
实施例4
取自某地区冶金钢铁混合污泥，化学多元素分析如下表：
Figure BDA0001663473890000062
所选工业污泥为冶金钢铁污泥，pH＝6.32，含水率78％，Cu、Zn、Pb等重金属含量较高，不同于其他污泥，钢铁冶金混合污泥中Fe含量较高。
基于实施例1的系统和实施例2的方法，称取一定量的污泥，加入一定比例的水浆化处理后，用泵打入水力旋流器中，分级得到25％重颗粒物质、35％中颗粒物质、40％轻颗粒物质。重颗粒物质过滤后200℃下炭化3.5h，炭化后固体加工为吸附剂，滤液通入浓缩池；将嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌以4：1的比例加到中颗粒产物中进行复合菌群处理，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂后续加工为菌肥；氯化铵作为添加剂加入到轻颗粒物质产物中，200℃热水解，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂制作菌肥；滤液在浓缩池浓缩后进行生物化学调理，通过调PH、生物化学调理的方法，得到Zn、Cu、PB等金属化合物(络合物)和金属单质等沉淀。
实验中所得菌肥有机质含量为27％，水分21％，cfu为0.52亿/g，P80mg/kg，符合复合菌肥国家标准；吸附剂经过吸附性能试验复合行业标准；金属泥中铁的回收率为75％，Zn含量为2.9mg/l，Cu含量为1.9mg/l，Pb含量为0.75mg/l，As含量为0.4％，废水可充分利用或排放，金属回收利用。
实施例5
取自某地区电镀污泥，化学多元素分析如下表：
Figure BDA0001663473890000071
所选工业污泥为电镀污泥，pH＝7.99，含水率80％，Cd和Pb含量较低，Zn、Cu、Cr含量远超国家标准值，N、P、K、S等营养元素含量较低。
基于实施例1的系统和实施例2的方法，称取一定量的污泥，加入一定比例的水浆化处理后，用泵打入水力旋流器中，分级得到15％重颗粒物质、45％中颗粒物质、40％轻颗粒物质。重颗粒物质过滤后250℃下炭化3h，炭化后固体加工为吸附剂，滤液通入浓缩池；将嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌以4：1的比例加到中颗粒产物中进行复合菌群处理，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂后续加工为菌肥；氯化铵作为添加剂加入到轻颗粒物质产物中，250℃热水解，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂制作菌肥；滤液在浓缩池浓缩后进行生物化学调理，通过调PH、生物化学调理，得到Zn、Cu、Cr、Sn等金属化合物(络合物)和金属单质等沉淀。
电镀污泥中有机质含量较低，经过复合菌群处理后，滤液中COD小，所得菌肥有机质含量为25.2％，水分20.5％，cfu为0.48亿/g，Cr含量为120mg/kg；所得金属泥Al的回收率为75％，分离后可加工利用，回收再利用；污泥中含量较高的Cu经处理后含量为2.6％，CR含量为1.3％，符合国家标准。
实施例6
取自某地区化工污泥，化工废水处理后污泥含水率同样较高，在70％～98％不等甚至更高，在未脱水前通常呈流体状或胶状，其颗粒较细，比重接近1。污泥成分复杂，化工污泥中含有病原微生物、细菌、合成有机物和重金属离子等大量毒害物质。通常其固体成分主要为有机残片、微生物菌体、无机颗粒和胶体等。
基于实施例1的系统和实施例2的方法，称取一定量的污泥，加入一定比例的水浆化处理后，用泵打入水力旋流器中，分级得到25％重颗粒物质、50％中颗粒物质、25％轻颗粒物质。重颗粒物质过滤后300℃下炭化2h，炭化后固体加工为吸附剂，滤液通入浓缩池；将嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌以2：1的比例加到中颗粒产物中进行复合菌群处理，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂后续加工为菌肥；氯化铵作为添加剂加入到轻颗粒物质产物中，200℃热水解，过滤后滤液通入浓缩池，滤渣加入菌剂制作菌肥；滤液在浓缩池浓缩后进行生物化学调理，通过调PH、生物化学调理的方法，得到重金属化合物(络合物)和金属单质等沉淀。
实验中复合菌群处理中颗粒后，污泥中有机合成物含量降低，被分解为可利用的有机小分子，菌肥有机质含量为26.7％，水分21.3％，cfu为0.52亿/g；化工污泥的重金属离子得到富集回收。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种污泥全组分综合利用系统，其特征在于，所述系统包括：污泥仓(1)、水力旋流器(2)、生物反应器(3)、压滤机(4)、热水解反应器(5)、炭化装置(6)、浓缩池(7)、吸附剂产品仓(8)、肥料产品仓(9)、菌种罐(10)、菌肥产品仓(11)、金属泥处理仓(12)和调理池(13)；
所述水力旋流器(2)包括一段水力旋流器(2-1)和二段水力旋流器(2-2)；
所述压滤机(4)包括第一压滤机(4-1)和第二压滤机(4-2)；
所述污泥仓(1)的出料口与一段水力旋流器(2-1)的进料口连接，一段水力旋流器(2-1)的底流出口与第一压滤机(4-1)的进料口连接；第一压滤机(4-1)的溢流出口与浓缩池(7)的进料口连接，第一压滤机(4-1)的滤饼出口与炭化装置(6)的进料口连接，炭化装置(6)的出料口与吸附剂产品仓(8)的进料口连接；
所述一段水力旋流器(2-1)的溢流出口与二段水力旋流器(2-2)的进料口连接，二段水力旋流器(2-2)的溢流出口与热水解反应器(5)的进料口连接，二段水力旋流器(2-2)的底流出口与生物反应器(3)的进料口连接，生物反应器(3)的出料口和热水解反应器(5)的出料口均与第二压滤机(4-2)的进料口连接；第二压滤机(4-2)的滤液出口与浓缩池(7)的进料口连接，浓缩池(7)的出料口与调理池(13)的进料口连接，调理池(13)的液体出口与水力旋流器(2)相连，使液体返回水力旋流器(2)循环利用，调理池(13)的固体出口与金属泥处理仓(12)的进料口连接；
所述第二压滤机(4-2)的滤饼出口与肥料产品仓(9)，肥料产品仓(9)的菌种进料口与菌种罐(10)的出料口连接，肥料产品仓(9)的出料口与菌肥产品仓(11)的进料口连接。
2.根据权利要求1所述的污泥全组分综合利用系统，其特征在于，一段水力旋流器和二段水力旋流器串联使用；一段水力旋流器的直径200-300mm，放置锥角20-30°；二段水力旋流器的直径50-150mm，放置锥角10-15°。
3.一种基于权利要求1所述系统的污泥全组分综合利用方法，所述方法包括如下步骤：
1)污泥从污泥仓(1)泵入到一段水力旋流器(2-1)，经一段水力旋流器(2-1)分离后，重颗粒物质底流泵入到第一压滤机(4-1)，第一压滤机(4-1)的滤液通入浓缩池(7)，滤饼进入炭化装置(6)，炭化处理后作为吸附剂进入吸附剂产品仓(8)；
2)一段水力旋流器(2-1)溢流自流到二段水力旋流器(2-2)进行再处理，二段水力旋流器(2-2)分离的轻颗粒物质溢流进入热水解反应器(5)，加入添加剂进行热水解，热水解所得物质进入第二压滤机(4-2)过滤，滤液进入浓缩池(7)，浓缩后进入调理池(13)进行生物化学调理，液体返回水力旋流器(2)循环利用，固体物质进入金属泥处理仓(12)回收利用金属泥；第二压滤机(4-2)过滤的滤饼进入肥料产品仓(9)，加入菌种罐(10)的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓(11)；
3)二段水力旋流器(2-2)分离的中颗粒物质底流进入生物反应器(3)并加入复合菌群进行反应处理，反应产物进入第二压滤机(4-2)过滤；滤液进入浓缩池(7)，浓缩后进入调理池(13)进行生物化学调理，液体返回水力旋流器(2)循环利用，固体物质进入金属泥处理仓(12)回收利用金属泥；第二压滤机(4-2)过滤的滤饼进入肥料产品仓(9)，加入菌种罐(10)的菌，得到的菌肥进入到菌肥产品仓(11)。
4.根据权利要求3所述污泥全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤1)中，炭化装置(6)中炭化温度为180℃-300℃，炭化时间为2h-4h。
5.根据权利要求3所述污泥全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤2)中，热水解反应器(5)的热水解温度为150℃-250℃，时间为2h-4h。
6.根据权利要求3所述污泥全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤2)中，添加剂为铵盐。
7.根据权利要求6所述污泥全组分综合利用方法，其特征在于，所述铵盐为氯化铵。
8.根据权利要求3所述污泥全组分综合利用方法，其特征在于，所述步骤3)中，加入的复合菌群为嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌，嗜酸性氧化硫硫杆菌和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的比例为4:1-2:1。
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