專利名稱：城市污泥的處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理領域，特別涉及適用于市政污水處理廠的城市污泥的資源化、減量化一種方法。
背景技術：
近年來城市化進程越來越快，城市生活污水的產生量和處理率也越來越高，盡管采取了各種方法，來削減城市污泥的產出，其總量還是以每年10％的速率遞增。并且城市污泥的含水率高、脫水困難、泥餅病原菌含量高，目前中國大中型污水處理廠最常用的處理方法是“厭氧消化—加藥脫水”。然而傳統(tǒng)的厭氧消化法存在處理效果差(COD去除率35～40％)、停留時間長(20～30天)，處理處置費用高(占水廠總運行費用的一半)等缺點。如何經濟有效地對污泥進行處理處置，是污水處理廠最亟待解決的問題。
熱處理技術能夠使不溶性的污泥顆粒解體，細胞破裂，細胞有機質釋放并進一步水解，提高污泥的生物沉降性和脫水性，同時改善污泥及其液相的生物降解性能。發(fā)達國家較早開始了污泥熱處理技術的研究，已經有一些工程應用的實例。然而國外熱處理的主要目標是最大程度氧化去除污泥中的有機物，因此反應溫度高于300℃，壓力高于9MPa，對設備和控制的要求相當高；日本對催化氧化研究較多，雖然能降低反應溫度(低于250℃)，但昂貴的金屬催化劑回收困難，成本很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對已有的“厭氧消化—加藥脫水”處理方法的局限性，提供了一種高效處理城市污泥的方法，通過熱處理—焚燒處理，達到城市污泥處理減量化、無害化、資源化的目的。
本發(fā)明提出的方法，包括以下步驟1)用濃縮機將污水廠的濃縮池原污泥調節(jié)濃度到固含量為5～10％的污泥；2)將該污泥在換熱器中預熱，預熱溫度至80～160℃，3)預熱后的污泥與高壓蒸汽(250℃，4Mpa以上)混合進入反應器(在反應器中，蒸汽液化釋放大量潛熱)，加熱至120～225℃，停留時間為15～200min；4)反應后的污泥進入換熱器，與步驟2)中的污泥進行換熱冷卻(可以回收能量，并防止污泥減壓后汽化，帶走熱量)；5)冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水后的泥餅作為燃料，進入蒸汽鍋爐焚燒，產生高壓蒸汽，回送到反應器入口用于加熱污泥；6)經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入升流式厭氧污泥床(UASB)進行厭氧反應，產生沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。
上述步驟3)中反應時也可以同時采用低壓氧化方式(有氧氣存在時，污泥水解更加充分)，即加入濃度為90％以上的純氧，與預熱后的污泥混合，與高壓蒸汽同時進入反應器。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的消化+機械脫水的污泥處理工藝相比具有以下優(yōu)點(1)減量化程度高。本發(fā)明最后得到的殘渣是焚燒灰分，每噸干固體產生0.26噸灰分，而傳統(tǒng)加藥脫水的泥餅含水率為75～80％，每噸干固體將產生泥餅4～5噸，是本發(fā)明的約15～20倍。
(2)節(jié)約大量藥劑費用以及脫水能耗。
(3)生物質能利用程度高。城市污泥中的生物質能有70％左右得到充分利用，相比傳統(tǒng)厭氧消化的36％是很大的進步。
(4)處理效率高，設備緊湊。與傳統(tǒng)消化20～30天的停留時間相比，本系統(tǒng)整個處理流程只需要2～3天，因此整個系統(tǒng)的體積都遠遠小于消化池體積。


圖1為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的城市污泥的處理方法結合附圖及實施例進一步說明。
本發(fā)明方法采用的工藝設備可以分為四個處理單元熱處理單元I、脫水單元II、厭氧單元III和焚燒單元IV，如圖1中的各虛線框所示各單元的設備及工藝過程分別說明如下(1)熱處理單元本單元主體是反應器4和換熱器2。
將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)固體濃度到5～10％的原泥9經高壓泵1送入換熱器2預熱后，與高壓蒸汽15同時進入反應器4，高壓蒸汽液化放熱，將反應器4內溫度升高至120～225℃，反應時間15～200min。在該溫度條件下，污泥顆粒解體，細胞破裂，細胞有機質釋放并進一步水解。反應后污泥經換熱器2冷卻后，進入脫水單元。
本單元還可包括一個制氧機3，能夠產生濃度90％以上的純氧10，與預熱后的原泥混合，與高壓蒸汽15同時進入反應器4，進行低壓氧化方式處理。
(2)脫水單元本單元主體是濃縮池5和脫水機6。
反應后污泥沉降性能較好，進入脫水單元在不加絮凝劑的條件下即可脫水至含水率低于50％。
(3)厭氧單元本單元主體是一個升流式厭氧污泥床(UASB)8。
濃縮池5的上清液和脫水機6的濾液11進入該單元進行厭氧生物處理，產生沼氣12，并排出污水13回水廠。
(4)焚燒單元為蒸汽鍋爐7
從脫水單元出來的脫水泥餅14送入蒸汽鍋爐7燃燒，其低位熱值高于自給燃燒的下限(3500kJ/kg)，并可以產生高壓蒸汽，用于加熱原泥。蒸汽鍋爐用厭氧單元所產沼氣12起動，焚燒殘渣16從焚燒鍋爐排出。
在下面的實施例中，用測定脫水泥餅低位熱值的方法來代替泥餅焚燒。
實施例1、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時間為15min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，總固體(TS)去除2％，總有機固體(TVS)去除4％，懸浮固體(SS)溶解6％，上清液COD(SCOD)為6100mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為16％。
實施例2、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例1。反應結果，TS去除14％，TVS去除21％，SS溶解15％，SCOD為8600mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為19％。
實施例3、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時間為200min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除2％，TVS去除17％，SS溶解29％，SCOD為8500mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為21％。
實施例4、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例3。反應結果，TS去除19％，TVS去除24％，SS溶解31％，上SCOD為7600mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為29％。
實施例5、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預熱至160℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至225℃，停留時間為15min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除2％，TVS去除4％，SS溶解31％，SCOD為6800mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為42％。
實施例6、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例5。反應結果，TS去除36％，TVS去除41％，SS溶解39％，SCOD為7900mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為46％。
實施例7、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預熱至160℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至225℃，停留時間為200min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除9％，TVS去除18％，SS溶解51％，SCOD為9950mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為58％。
實施例8、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例7。反應結果，TS去除37％，TVS去除50％，SS溶解68％，上SCOD為6900mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為60％。
實施例9、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為10％；污泥在換熱器中預熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時間為15min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除8％，TVS去除14％，SS溶解6％，SCOD為5100mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為17％。
實施例10、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例9。反應結果，TS去除10％，TVS去除37％，SS溶解10％，SCOD為7100mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為17％。
實施例11、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為10％；污泥在換熱器中預熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時間為200min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除11％，TVS去除11.2％，SS溶解36％，SCOD為7900mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為18％。
實施例12、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例11。反應結果，TS去除18％，TVS去除24％，SS溶解45％，上SCOD為7550mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為29％。
實施例13、用濃縮機將污水廠的濃縮池污泥調節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預熱至120℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進入反應器，將污泥溫度加熱至160℃，停留時間為60min；污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱冷卻。反應結果，TS去除2％，TVS去除5％，SS溶解31％，SCOD為10050mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為48％，低位熱值6257kJ/kg。經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入UASB進行中溫厭氧反應，反應溫度34～38℃，容積負荷10kgCOD/m3d，COD去除率79％。
實施例14、其他反應條件同實施例13，經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入UASB進行高溫厭氧反應，反應溫度50～55℃，容積負荷10kgCOD/m3d，COD去除率71％。
實施例15、向反應器通入濃度90％以上的純氧，其他反應條件同實施例13。反應結果，TS去除18％，TVS去除21％，SS溶解37％，SCOD為8900mg/L。冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水泥餅的固含量為54％，低位熱值7135kJ/kg。經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入UASB進行中溫厭氧反應，反應溫度34～38℃，容積負荷10kgCOD/m3d，COD去除率71％。
實施例16、其他反應條件同實施例15，經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入UASB進行高溫厭氧反應，反應溫度50～55℃，容積負荷10kgCOD/m3d，COD去除率68％。
權利要求
1.一種城市污泥處理方法，其特征在于，包括以下步驟1)用濃縮機將污水廠的濃縮池原污泥調節(jié)濃度到固含量為5～10％的污泥；2)將該污泥在換熱器中預熱，預熱溫度至80～160℃，3)預熱后的污泥與高壓蒸汽混合進入反應器，加熱至120～225℃，停留時間為15～200min；4)反應后的污泥進入換熱器，與步驟2)中的污泥進行換熱冷卻；5)冷卻后的污泥進行重力濃縮；底泥進入脫水機脫水，脫水后的泥餅作為燃料，送入蒸汽鍋爐焚燒，產生的高壓蒸汽回送到反應器入口用于加熱污泥；6)經脫水機脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入升流式厭氧污泥床(UASB)進行厭氧反應，產生沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。
2.按照權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述步驟3)中反應時還加入濃度為90％以上的純氧，與預熱后的污泥混合后，與高壓蒸汽同時進入反應器。
3.按照權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述泵入升流式厭氧污泥床進行的厭氧反應為反應溫度34～38℃的中溫厭氧反應或反應溫度50～55℃的高溫厭氧反應。
全文摘要
本發(fā)明涉及城市污泥的處理方法，屬于污水處理領域。本方法為污泥在換熱器中預熱后，與高壓蒸汽混合，進入反應器。在反應過程中，可以選擇往反應器中充純氧或者不充氧。污泥反應后進入換熱器，與原泥進行換熱。冷卻后的污泥進行重力濃縮，濃縮底泥進入脫水機脫水。脫水泥餅作為燃料，進入蒸汽鍋爐焚燒，產生高壓蒸汽，回送到反應器入口用于加熱污泥。濾液與濃縮池的上清液混合，泵入UASB進行厭氧反應，所產沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。本發(fā)明可達到城市污泥處理減量化、無害化、資源化的目的。
文檔編號C02F11/00GK1631821SQ20041009869
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者王偉, 夏洲, 王治軍, 萬曉 申請人:清華大學