一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，屬污泥處理領(lǐng)域，適用于各種類別污泥的脫水，特別適用于剩余污泥的脫水。污泥首先與高溫濾液換熱，提高溫度后的污泥注入熱調(diào)理處理單元中并在120～250℃溫度下進(jìn)行充分的水熱反應(yīng)。隨后立即在帶壓情況下進(jìn)行壓濾脫水，水分以液態(tài)形式被脫除，最后對(duì)對(duì)帶壓的高溫污泥濾餅進(jìn)行泄壓，利用污泥自身高溫和熱量進(jìn)一步蒸發(fā)脫水，提高脫水效率。該脫水方法在改善污泥結(jié)構(gòu)、物化特性和水分分布的基礎(chǔ)上，節(jié)約并充分利用熱能，實(shí)現(xiàn)了污泥的高干度低能耗脫水，并提高了其再利用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，適用于各種類別污泥的脫水處理，特別適用于剩余污泥的脫水處理，屬于污泥處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】[0002]鑒于中華人民共和國(guó)環(huán)保法規(guī)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的實(shí)施，經(jīng)過(guò)污水處理廠處理的污水?dāng)?shù)量逐年增加，從而導(dǎo)致污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥數(shù)量亦在逐年增加，且數(shù)量龐大。根據(jù)《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》中的污水排放數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮我國(guó)生活污水中的含固率為0.015%及城鎮(zhèn)污水處理廠的平均處理效率，估算我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生含水率為80%的剩余污泥量，其數(shù)值從2004年的353.54萬(wàn)噸快速增加到了 2010年的1854.94萬(wàn)噸，且每年以近250多萬(wàn)噸的速率在增長(zhǎng)。如此大量的剩余污泥必須進(jìn)行有效的處理和再利用，以實(shí)現(xiàn)污廢水處理的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]剩余污泥是污廢水在利用生物法處理過(guò)程中產(chǎn)生的，由大量微生物及其代謝產(chǎn)物以及吸附的污廢水中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物所組成的，具有高有機(jī)物含量和高含水率的生物質(zhì)固體。由于剩余污泥中的EPS通過(guò)靜電引力、氫鍵作用、物理和化學(xué)吸附以及裹挾作用束縛了大量的水分，使得污泥屬于難脫水物料，通常把污泥中的水分分為自由水分、間隙水分、表面吸附水分和內(nèi)部結(jié)合水分。
[0004]對(duì)于污泥填埋、好氧堆肥、土地利用和焚燒等污泥最終處理和處置方法，都對(duì)污泥中的含水率提出了一定的要求。《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)規(guī)定城市污泥進(jìn)入生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)污泥含水率必須小于60% ；《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定好氧堆肥時(shí)污泥的含水率必須小于65% ;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(CJ248-2007)規(guī)定園林綠化用泥質(zhì)含水率必須小于45% ;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》(CJ/T290-2008)規(guī)定污泥自持燃燒時(shí)污泥的含水率必須小于50%。所以污泥深度脫水是污泥處理與處置的必經(jīng)之路。
[0005]目前廣泛使用的機(jī)械脫水和熱干燥脫水都存在一定的局限性，例如，機(jī)械脫水通常很難使污泥的含水率降到75%以下，而熱能干燥脫水的能耗卻非常高，故非常有必要尋求一種高效低能耗污泥脫水方法。水熱處理是20世紀(jì)初期發(fā)展起來(lái)的一種用以模擬含碳生物質(zhì)煤化過(guò)程的技術(shù)方法，屬于物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。在水熱過(guò)程中發(fā)生的脫水和脫羧基等反應(yīng)使固體產(chǎn)品不僅具有較高的熱值，而且表現(xiàn)出明顯的疏水特性。因此，把機(jī)械脫水和水熱調(diào)理處理有機(jī)的結(jié)合到一起不僅可以實(shí)現(xiàn)剩余污泥的高干度低能耗脫水，而且可以提高剩余污泥的有效再利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于污泥脫水困難的特性、污泥最終處理處置對(duì)污泥脫水的要求和目前熱能與機(jī)械脫水組合脫水方式的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，不但利用熱能改善了污泥結(jié)構(gòu)、物化特性和水分分布，提高了壓濾脫水效率，而且污泥中水分主要以液態(tài)形式被壓濾脫除，避免了水分汽化的熱能消耗，同時(shí)污泥中水分在水熱過(guò)程中吸收的熱能(高溫濾液中含有的熱能)被回收再利用(預(yù)熱污泥)，污泥中固體吸收的熱能亦被進(jìn)一步利用(蒸發(fā)脫水)，降低了脫水能耗，同時(shí)熱調(diào)理處理過(guò)程屬于放熱過(guò)程，有效節(jié)約了能耗輸入，最后得到的熱調(diào)理處理產(chǎn)品的熱值顯著提高，有利于脫水污泥的后續(xù)利用與處置。
[0007]本發(fā)明提出的是一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0008]I)本方法中的污泥是指污水廠、凈水廠剩余污泥、消化污泥經(jīng)濃縮和機(jī)械脫水后的污泥或其他高含水率膏狀污泥類物質(zhì)；
[0009]2)污泥在預(yù)熱處理單元與高溫濾液進(jìn)行換熱，一方面回收高溫壓濾水的熱能，提升自身溫度；另一方面可將高溫濾液溫度降至大氣壓沸點(diǎn)以下以排除帶壓系統(tǒng)；
[0010]3)經(jīng)預(yù)熱的污泥在密閉的水熱處理單元中被加熱至120°C以上，停留一定時(shí)間進(jìn)行熱調(diào)理，在熱調(diào)理過(guò)程中，污泥充分進(jìn)行脫羥基、脫羧基和水解等反應(yīng)，改善了污泥結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)特性和水分分布；
[0011]4)熱調(diào)理完全后的污泥在熱狀態(tài)下立即注入壓濾脫水處理單元中，壓濾脫水處理單元中提前充有空氣等氣體，并使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓，以使污泥中的水分不發(fā)生沸騰，在0.3~IOMPa的有效機(jī)械壓力作用下一定時(shí)間，污泥中水分以液態(tài)形式被脫除，避免了水分汽化的熱能消耗，得到了高溫液態(tài)濾液；濾液收集裝置中的高溫液態(tài)濾液經(jīng)過(guò)換熱器回收熱能，并用于污泥預(yù)熱處理單元提高污泥溫度，既可以降低污泥熱調(diào)理處理過(guò)程中的能量輸入，同時(shí)使濾液溫度降低；低溫液態(tài)濾液進(jìn)行泄壓處理，得到低溫常壓濾液，再對(duì)低溫常壓濾液進(jìn)行凈化處理；
[0012]5)對(duì)帶壓的高溫污泥濾餅進(jìn)行泄壓，利用污泥自身高溫和熱量進(jìn)一步蒸發(fā)脫水，直至污泥溫度降至常溫，收集高干度濾餅；
[0013]6)過(guò)程中產(chǎn)生的氣態(tài)水分經(jīng)過(guò)冷凝處理后，進(jìn)入濾液凈化處理單元進(jìn)行凈化處理，經(jīng)過(guò)凈化處理后的水分可以作為換熱器交換熱能的載體。
[0014]本發(fā)明的主要特點(diǎn):
[0015]I)本方法中的污泥是指污水廠、凈水廠剩余污泥、消化污泥經(jīng)濃縮和機(jī)械脫水后的污泥或其他高含水率膏狀污泥類物質(zhì)。
[0016]2)污泥在120~250°C下熱調(diào)理處理一定時(shí)間，污泥顆粒的鋼彈性增強(qiáng)，物理化學(xué)特性(粒度分布、表面電荷、疏水性、流變學(xué)特性)發(fā)生轉(zhuǎn)變，污泥中的水分分布和顆粒結(jié)構(gòu)的極大改善，使得水分與污泥顆粒的結(jié)合能顯著降低。
[0017]3)在熱調(diào)理處理過(guò)程中，細(xì)胞破裂，釋放出胞內(nèi)水分，同時(shí)胞內(nèi)和胞外大分子有機(jī)物主要發(fā)生脫羥基、脫羧基和水解等反應(yīng)，水分分布向易脫水方向轉(zhuǎn)化，C和H含量顯著增加，O含量降低，提高了污泥熱值。
[0018]4)污泥熱調(diào)理處理過(guò)程為放熱過(guò)程，在水熱反應(yīng)開始后能夠有效節(jié)約能耗輸入。
[0019]5)污泥在120~250°C范圍內(nèi)進(jìn)行熱調(diào)理反應(yīng)，不但有利于熱脫水的進(jìn)行，而且避免了溫度過(guò)高(>250°C)導(dǎo)致的污泥中有機(jī)物大量分解，抑制了美拉德反應(yīng)和糖類的焦糖化反應(yīng)的發(fā)生，降低了濾液處理的難度。
[0020]6)污泥與高溫濾液進(jìn)行換熱，既能回收高溫壓濾水的熱能，提升自身溫度；又可將高溫濾液溫降至大氣壓沸點(diǎn)以下以排除帶壓系統(tǒng)。
[0021]7)熱調(diào)理處理單元需具有良好的耐熱性和密封性，污泥在熱調(diào)理反應(yīng)處理單元中的氣壓由污泥中水分產(chǎn)生的飽和蒸汽壓、熱調(diào)理反應(yīng)產(chǎn)生的氣體氣壓和相應(yīng)大氣壓力構(gòu)成。
[0022]8)在熱調(diào)理反應(yīng)完全后的污泥注入壓濾脫水處理單元之前，壓濾脫水處理單元需要充入空氣等氣體，使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓，可以抑制污泥中水分的蒸發(fā)，避免了水分蒸發(fā)的熱能消耗，使得經(jīng)壓濾而脫除的水分呈高溫液態(tài)。
[0023]9)由于是在高溫條件下進(jìn)行壓濾脫水，濾液溫度較高，顯著降低了濾液粘度，有助于壓濾脫水速率的提聞。
[0024]10)脫水后濾餅的含水率低，可以實(shí)現(xiàn)剩余污泥的深度脫水。
[0025]11)熱調(diào)理可以是間歇運(yùn)行方式也可以是連續(xù)運(yùn)行方式，壓濾脫水過(guò)程為間歇運(yùn)行方式。
[0026]綜上所述，該污泥脫水處理方法充分利用了水熱處理和機(jī)械壓濾脫水的優(yōu)點(diǎn)，具有熱能利用充分，脫水效率高，脫水能耗低的特性，低含水率的脫水濾餅?zāi)軌驖M足污泥的多樣化利用和處置的要求，為由于大量的剩余污泥而影響城鎮(zhèn)污水處理廠的正常運(yùn)行提供了新的解決途徑。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]附圖是一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖所示，本發(fā)明提出的基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，包括以下步驟:
[0029](I)將污泥通過(guò)污泥泵加入到污泥預(yù)熱處理單元中。
[0030](2)污泥在預(yù)熱處理單元中停留30~60分鐘，預(yù)熱后的污泥通過(guò)泵泵入熱調(diào)理處
理單元中。
[0031](3)污泥在熱調(diào)理處理單元中被加熱到120~250°C，在此溫度下停留10~90分鐘。
[0032](4)在熱調(diào)理處理完成前，在壓濾脫水處理單元中充入空氣等氣體，使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓。
[0033](5)將熱調(diào)理反應(yīng)后的污泥立即轉(zhuǎn)移到帶壓的壓濾脫水處理單元中，在0.3~IOMPa的有效機(jī)械壓力下壓濾10~30分鐘，進(jìn)行壓濾脫水，同時(shí)調(diào)節(jié)壓濾脫水處理單元中的氣壓調(diào)節(jié)閥，使壓濾脫水處理單元中的氣壓保持平穩(wěn)。
[0034](6)濾液收集裝置中的高溫液態(tài)濾液經(jīng)過(guò)換熱器，其中的熱量被回收，回收的熱能用于預(yù)熱污泥。
[0035](7)對(duì)通過(guò)換熱器的濾液進(jìn)行泄壓處理，得到常壓低溫液態(tài)濾液。
[0036](8)對(duì)帶壓的高溫污泥濾餅進(jìn)行泄壓，利用污泥自身高溫和熱量進(jìn)一步蒸發(fā)脫水，直至污泥溫度降至常溫，收集高干度濾餅。
[0037](9)自蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)冷凝收集，與降溫后的濾液一起進(jìn)行凈化處理，經(jīng)過(guò)凈化處理后的水分作為換熱器交換熱能的載體。
[0038](10)按照上述方法循環(huán)`進(jìn)行下一批次污泥的脫水處理。
【權(quán)利要求】
1.一種基于熱調(diào)理耦合壓濾的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于以下步驟: 1)污泥在預(yù)熱處理單元與高溫濾液進(jìn)行換熱，回收高溫壓濾水的熱能，提升自身溫度，同時(shí)將高溫濾液溫度降至大氣壓沸點(diǎn)以下以排除帶壓系統(tǒng)； 2)經(jīng)預(yù)熱的污泥在密閉的熱調(diào)理處理單元中被加熱至120~250°C，停留10~90分鐘進(jìn)行熱調(diào)理；加熱溫度和停留時(shí)間，根據(jù)污泥性質(zhì)和需要達(dá)到的脫水效果進(jìn)行調(diào)整； 3)熱調(diào)理后的污泥在熱狀態(tài)下立即注入壓濾脫水處理單元中，壓濾脫水處理單元中的氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓，使污泥中的水分不發(fā)生沸騰，在0.3~IOMpa有效機(jī)械壓力下壓濾10~30分鐘，污泥中水分以液態(tài)形式被脫除，避免了水分汽化的熱能消耗；濾液收集裝置中的高溫液態(tài)濾液經(jīng)過(guò)換熱器，將熱量傳遞到污泥預(yù)熱處理單元，回收熱能，用于預(yù)熱污泥，降低污泥熱調(diào)理處理過(guò)程中的能量輸入，同時(shí)濾液溫度降低，低溫液態(tài)濾液進(jìn)行泄壓處理，得到低溫常壓濾液，并對(duì)濾液進(jìn)行凈化處理； 4)對(duì)帶壓的高溫污泥濾餅進(jìn)行泄壓，利用污泥自身高溫和熱量進(jìn)一步蒸發(fā)脫水，直至污泥溫度降至常溫，自蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)冷凝收集，與降溫后的濾液一起進(jìn)行凈化處理，經(jīng)過(guò)凈化處理后的水分作為換熱器交換熱能的載體； 5)卸開壓濾脫水處理單元，收集高干度濾餅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:所述的污泥是指污水廠、凈水廠剩余污泥、消化污泥經(jīng)濃縮和機(jī)械脫水后的污泥或其他高含水率膏狀污泥類物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:熱調(diào)理是間歇運(yùn)行方式或連續(xù)運(yùn)行方式，壓濾脫水過(guò)程為間歇運(yùn)行方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:高溫液態(tài)濾液中的熱量通過(guò)換熱器回收并用于預(yù)熱污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:高溫液態(tài)濾液中的熱量通過(guò)換熱器回收并用于預(yù)熱污泥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:壓濾脫水前，在壓濾脫水處理單元充有空氣等氣體，使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:壓濾脫水前，在壓濾脫水處理單元充有空氣等氣體，使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥類物質(zhì)深度脫水方法，其特征在于:壓濾脫水前，在壓濾脫水處理單元充有空氣等氣體，使氣壓高于相應(yīng)溫度時(shí)水分的飽和蒸汽壓 。
【文檔編號(hào)】C02F11/12GK103508648SQ201310451590
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】李愛(ài)民, 王利平 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)