一種用于有機(jī)物料深度脫水裝置及其深度脫水方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于有機(jī)物料深度脫水裝置及其深度脫水方法，屬于污泥處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)污水處理廠生化污泥處理的方法，一般采用濃縮、穩(wěn)定、脫水、干化/固化、裂解等處理方法，然后進(jìn)行填埋、焚燒、堆肥及有效利用(多為園林或農(nóng)用)等處置方法。一般污水處理廠的生化污泥重力沉淀后其含水率甚高，可達(dá)98至99%。污泥濃縮后含水率可降為約91%至97%間。濃縮可以實現(xiàn)污泥的減量化?，F(xiàn)行不加絮凝劑的污泥的濃縮方法有重力濃縮法、機(jī)械濃縮法、氣浮濃縮法、離心濃縮法等。重力濃縮法用于污泥處理是廣泛采用的一種方法，已有超過半世紀(jì)歷史。機(jī)械濃縮方法出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代的美國，此方法占地面積小，造價低，但運行費用與機(jī)械維修費用較高。氣浮濃縮于1957年出現(xiàn)在美國。此法運行中與前述諸法均有臭味問題，動力費用也高。離心濃縮法效果較好，操作也較簡便；但投資較高，動力費用也相對高，維護(hù)復(fù)雜。不管用何種濃縮法，脫水的效果均非常有限。因濃縮后污泥含固率僅為3%至9%，必須經(jīng)適當(dāng)?shù)脑倜撍幚聿趴商幹谩?br>[0003]上述的污泥再脫水處理，一般可經(jīng)由二途徑:污泥穩(wěn)定法、及加絮凝劑后用機(jī)械脫水。前者可將生化污泥脫水至約90%含水率。而后者則可脫水至約80%含水率。中國迄今大部分的污水處理廠一般采用后者，處理后才達(dá)約80%含水率。穩(wěn)定法處理的目的為降解污泥中的部分有機(jī)物質(zhì)(此在污水廠的生化污泥一般指好氧菌細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)的降解)，進(jìn)一步減少污泥含量及含水量，殺滅污泥中的部分細(xì)菌、病原體等，消除臭味。污泥穩(wěn)定化的方法主要有厭氧消化、好氧消化、堆肥化、石灰干燥等法。厭氧消化法過程中產(chǎn)生大量甲烷可為能源用途，但產(chǎn)生臭氣如硫化氫、氨、硫醇等則可能造成二次公害，須處理。其運行管理要求高，消化池需密閉、池容大、池數(shù)多。而且厭氧消化的處理周期甚長，且處理后沼液及沼渣問題嚴(yán)重。沼液及沼渣因數(shù)量大，溶解及固態(tài)性的易降解有機(jī)物濃度仍甚高，目前尚缺經(jīng)濟(jì)有效的方法處理。好氧消化法降解程度相對較高，無臭，較易再脫水，其肥分也較高，運行管理簡單，基建費用較低。但處理周期也長，運行費用較高，降解程度隨溫度波動大。堆肥作為污泥直接的穩(wěn)定法成效不彰，因含水率高空氣不易打入以增發(fā)酵及腐熟效率。故堆肥之法常在用其他脫水法脫水至45至50%，再用堆肥法作為污泥的資源化法。石灰穩(wěn)定技術(shù)在污泥的穩(wěn)定已行之六、七十年，在投加石灰的條件下，保持一定pH值及一定時間，可以殺滅傳染病菌，并防腐與抑制臭氣的產(chǎn)生。該技術(shù)操作簡單、成本較低，處理后較容易脫水。但污泥最終處置也因此受限，一般采用衛(wèi)生填埋或焚燒制磚，此法無法進(jìn)行較高經(jīng)濟(jì)價值的資源化。
[0004]污泥加絮凝劑后用壓濾的機(jī)械法脫水是目前國內(nèi)一般污水廠的生化污泥常采用的脫水法。此法一般僅能脫水至約80%含水率。其他如加絮凝劑后用滾壓帶式及真空吸濾的機(jī)械法也可使用，其效果常在含水率80%或更高。加絮凝劑后的高速離心脫水效果一般低于壓濾，同時能耗也較高。
[0005]目前中國污水處理廠產(chǎn)生的污泥很少進(jìn)行資源化，原因之一為僅脫水至80%含水率。此高含水率在以往法規(guī)不嚴(yán)時仍采取填埋或焚燒處置。為了避免含水率80%的脫水污泥增加衛(wèi)生填埋場操作困難及滲濾液產(chǎn)生的問題，以及焚燒處置含熱值不足的問題，目前政府規(guī)定處置前含水率應(yīng)少于60%含水率。但現(xiàn)行的方法中，很少工藝技術(shù)能脫水到少于60%含水率的處置要求，甚至少于45%含水率的多數(shù)資源回收法的要求。
[0006]污泥脫水至適當(dāng)含水率是后續(xù)再處理、處置、及資源化的必要舉措，也是污泥能否資源化有效利用的關(guān)鍵步驟。污泥脫水可以是整個污泥處理處置資源化工藝的一個最重要環(huán)節(jié)。其目的是使固體富集，減少污泥體積，使后續(xù)的處理處置資源化可進(jìn)行。
[0007]為了解有機(jī)小顆粒污泥難脫水原因，必須先了解其水分存在的現(xiàn)象。一般有機(jī)或生化污泥中含有下述存在的水分:(I)重力水，(2)間隙水，(3)毛細(xì)水，(4)吸附水，及(5)生化水。上述重力水是靠重力即可脫離之水，一般重力濃縮法可去此類水，至約97% -98%含水率。而一般氣浮濃縮(可達(dá)95% -97% )、框式離心(可達(dá)91 % -92% )、轉(zhuǎn)鼓離心(可達(dá)92% -95% )則可去除間隙水(即污泥顆粒間游離態(tài)水)。部分毛細(xì)水的去除則需加絮凝劑及較高的機(jī)械力才可達(dá)到。既使如此，加絮凝劑的機(jī)械去除法一般僅能去除生化污泥至約80%含水率！國內(nèi)近數(shù)年來也有超過上百件的污泥機(jī)械或電極脫水的專利申請。在這些專利中大部分采用污泥改性(一般為加絮凝劑)后再板式壓濾、帶式壓濾、螺旋壓濾、疊螺式壓濾、或隔膜壓濾等等。僅有少數(shù)專利在壓力增加(即壓榨)情況下含水率可脫水至60%的報導(dǎo)。
[0008]為使生化污泥的含水率低于80%，必須繼續(xù)克服部分的毛細(xì)水、吸附水、甚至細(xì)胞顆粒外及其內(nèi)存于有機(jī)質(zhì)中的“生化水”的釋放。最近在“2013年第五屆上海水業(yè)熱點論壇”中，有許多較為新型的污泥深度脫水至或小于60%含水率的技術(shù)實際示范應(yīng)用的工程，舉例如下:上海市奉賢區(qū)污水處理廠的“電滲透脫水機(jī)”、蘇州江遠(yuǎn)熱電廠的污泥“蒸汽干化”再焚燒項目，南京龍?zhí)段鬯幚韽S的“低溫真空脫水干化”、美華盛頓特區(qū)的“熱水解再氣炸”的污泥深度脫水處理廠、浙江寧海縣八座污水廠污泥處理的“滾筒式通氣發(fā)酵技術(shù)”、嘉興聯(lián)合污水處理廠的“圓盤式污泥熱干燥技術(shù)”、武漢市湯遜湖污水廠的“圓筒干燥”加“污泥碳化技術(shù)”、深圳上洋污水廠的污泥“薄層蒸發(fā)再帶式干化”技術(shù)、及眾多的日本污水廠污泥的“熔爐干化”及“水泥窯干化”處理技術(shù)等。一般干化法可去除含水率至低於60%，但能源費用高昴。
[0009]使生化污泥的含水率降至或低于60%的困難，大致與污泥中的部分毛細(xì)水、吸附水及生化水無法被釋出有關(guān)。迄今的專利技術(shù)或已應(yīng)用的工程案例一般很少觸及上述問題。在現(xiàn)行的深度脫水方法中，清華大學(xué)的水熱干化法是一個最為典型的觸及釋放毛細(xì)水、吸附水及部分生化水的技術(shù)。水熱干化法用高溫?zé)崴?，在約170至200°C間，30至90分鐘污泥熱處理后，再進(jìn)行壓濾，其含水率可降至約50% (參考東莞市污水處理廠污泥水熱干化示范工程)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明涉及一種用于有機(jī)物料深度脫水裝置及其深度脫水方法，以實現(xiàn)有機(jī)顆粒物料深度脫水。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種用于有機(jī)物料深度脫水方法，包括如下步驟:
[0012](a)預(yù)處理:攪拌有機(jī)顆粒物料，并調(diào)節(jié)有機(jī)顆粒物料的含水率與溫度；視資源化情況需要則加入有機(jī)質(zhì)添加劑。
[0013](b)熱水解:將步驟(a)中預(yù)處理后的有機(jī)顆粒物料放入水解釜中，有機(jī)顆粒物料進(jìn)行熱水解、熱酸水解、或熱堿水解以破壞有機(jī)顆粒物料外的粘稠有機(jī)物，降低污泥比阻，減少污泥中的吸附水及生化水，破壞生化污泥的細(xì)胞壁顆粒外壁，釋放出顆粒內(nèi)含生化水有機(jī)物，以進(jìn)行水解顆粒內(nèi)所含生化水的有機(jī)質(zhì)；
[0014](c)熱氧化:將步驟(b)中熱水解產(chǎn)物放入氧化釜中，熱水解產(chǎn)物進(jìn)行熱氧化以釋出生化水；
[0015](d)固液分離:將步驟(C)中熱氧化產(chǎn)物放入固液分離裝置中，熱氧化產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，獲得深度脫水產(chǎn)物。
[0016]進(jìn)一步的，來源于濃縮槽、厭氧消化槽或好氧消化槽內(nèi)的有機(jī)顆粒物料，以及含水率超過90%的有機(jī)物料，在步驟(a)之前，需要對有機(jī)顆粒物料進(jìn)行初步脫水，以實現(xiàn)有機(jī)顆粒物料含水率達(dá)到85% -90%。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的污泥脫水方法中，其中所述預(yù)處理的步驟還包括在所述物料中加入有機(jī)質(zhì)(例如秸桿、木肩等)、及其他添加劑等。有機(jī)物料中的污泥一般有機(jī)質(zhì)甚低，加入有機(jī)質(zhì)添加劑的需求是符合產(chǎn)品作為有機(jī)肥的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。加入其他添加劑例如褐煤或泥碳等，亦可增進(jìn)有些產(chǎn)品資源化的品質(zhì)。預(yù)處理步驟的攪拌操作可將物料充分混合。而預(yù)處理步驟中物料的預(yù)提溫可高至約90°C，一方面可避免預(yù)處理設(shè)備成為昴貴的壓力容器，另一方面則可回收由熱氧化步驟產(chǎn)生的能源，達(dá)到節(jié)能，并讓物料在進(jìn)入熱水解步驟后的反應(yīng)可加速啟動。
[0018]物料由預(yù)處理步驟后進(jìn)行一系列不同有機(jī)物的水解。為了增進(jìn)水解速率或降低能源需求，催化劑亦可加入熱水解釜中。這些物料的熱水解可將所述污泥或泥漿物料的顆粒外的粘稠有機(jī)物，或顆粒內(nèi)含生化水有機(jī)物包括蛋白質(zhì)，脂肪、糖類等水解。所述水解的步驟，可將蛋白質(zhì)在120°C _230°C之間在2小時內(nèi)幾乎完全水解，而在140°C _180°C之間的溫度范圍約30分鐘內(nèi)可大部分水解而獲得蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物。所述水解的步驟也可在80°C _180°C之間的溫度將預(yù)處理后的脂肪產(chǎn)物水解數(shù)分鐘至約2小時，獲得水解產(chǎn)物。且所述水解的步驟包括在140°C _230°C之間的溫度可將預(yù)處理后的所述肝糖或淀粉等糖類水解數(shù)分鐘至約2小時，獲得水解產(chǎn)物。
[0019]進(jìn)一步的，所述水解步驟(b)包括提溫?zé)崴?、加溫加酸水解、加溫催化劑水解、加溫堿水解、或加入酸化催化劑的水解，將預(yù)處理后的所述物料進(jìn)行水解，獲得水解產(chǎn)物；所述酸化催化劑包括弱堿強(qiáng)酸鹽，所述弱堿強(qiáng)酸鹽包括氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鈣、硝酸鈣、硫酸鈣、氯化鎂、硝酸鎂和硫酸鎂中一種或多種；所述催化劑還包括金屬氧化物，所述金屬氧化物包括氧化鋁、氧化鐵、二氧化鈦、氧化鋅、氧化銅、氧化鎂、氧化鋯中的一種或多種。
[0020]進(jìn)一步的，步驟(b)中，水解溫度為120°C -160°C，水解時間為2min-60min ;所述的熱水解的步驟亦可包括在140°C _180°C之間的溫度將預(yù)處理后的所述物料水解2分鐘至30分鐘，獲得水解產(chǎn)物。
[0021]進(jìn)一步的，步驟(b)中，所述有機(jī)顆粒物料外圍繞有粘稠有機(jī)物，有機(jī)顆粒物料內(nèi)含生化水有機(jī)物，粘稠有機(jī)物和含生化水有機(jī)物包括蛋白質(zhì)，水解溫度為120°C _230°C，水解時間為