專(zhuān)利名稱(chēng)：城市污泥的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)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(shù)：
近年來(lái)城市化進(jìn)程越來(lái)越快，城市生活污水的產(chǎn)生量和處理率也越來(lái)越高，盡管采取了各種方法，來(lái)削減城市污泥的產(chǎn)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(guó)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(shí)間長(zhǎng)(20～30天)，處理處置費(fèi)用高(占水廠總運(yùn)行費(fèi)用的一半)等缺點(diǎn)。如何經(jīng)濟(jì)有效地對(duì)污泥進(jìn)行處理處置，是污水處理廠最亟待解決的問(wèn)題。
熱處理技術(shù)能夠使不溶性的污泥顆粒解體，細(xì)胞破裂，細(xì)胞有機(jī)質(zhì)釋放并進(jìn)一步水解，提高污泥的生物沉降性和脫水性，同時(shí)改善污泥及其液相的生物降解性能。發(fā)達(dá)國(guó)家較早開(kāi)始了污泥熱處理技術(shù)的研究，已經(jīng)有一些工程應(yīng)用的實(shí)例。然而國(guó)外熱處理的主要目標(biāo)是最大程度氧化去除污泥中的有機(jī)物，因此反應(yīng)溫度高于300℃，壓力高于9MPa，對(duì)設(shè)備和控制的要求相當(dāng)高；日本對(duì)催化氧化研究較多，雖然能降低反應(yīng)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(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)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(guò)熱處理—焚燒處理，達(dá)到城市污泥處理減量化、無(wú)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(jī)將污水廠的濃縮池原污泥調(diào)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(yù)熱，預(yù)熱溫度至80～160℃，3)預(yù)熱后的污泥與高壓蒸汽(250℃，4Mpa以上)混合進(jìn)入反應(yīng)器(在反應(yīng)器中，蒸汽液化釋放大量潛熱)，加熱至120～225℃，停留時(shí)間為15～200min；4)反應(yīng)后的污泥進(jìn)入換熱器，與步驟2)中的污泥進(jìn)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水后的泥餅作為燃料，進(jìn)入蒸汽鍋爐焚燒，產(chǎn)生高壓蒸汽，回送到反應(yīng)器入口用于加熱污泥；6)經(jīng)脫水機(jī)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(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。
上述步驟3)中反應(yīng)時(shí)也可以同時(shí)采用低壓氧化方式(有氧氣存在時(shí)，污泥水解更加充分)，即加入濃度為90％以上的純氧，與預(yù)熱后的污泥混合，與高壓蒸汽同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的消化+機(jī)械脫水的污泥處理工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)減量化程度高。本發(fā)明最后得到的殘?jiān)欠贌曳?，每噸干固體產(chǎn)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(chǎn)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(fèi)用以及脫水能耗。
(3)生物質(zhì)能利用程度高。城市污泥中的生物質(zhì)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(jìn)步。
(4)處理效率高，設(shè)備緊湊。與傳統(tǒng)消化20～30天的停留時(shí)間相比，本系統(tǒng)整個(gè)處理流程只需要2～3天，因此整個(gè)系統(tǒng)的體積都遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)施例方式
本發(fā)明提出的城市污泥的處理方法結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明方法采用的工藝設(shè)備可以分為四個(gè)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(shè)備及工藝過(guò)程分別說(shuō)明如下(1)熱處理單元本單元主體是反應(yīng)器4和換熱器2。
將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)固體濃度到5～10％的原泥9經(jīng)高壓泵1送入換熱器2預(yù)熱后，與高壓蒸汽15同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器4，高壓蒸汽液化放熱，將反應(yīng)器4內(nèi)溫度升高至120～225℃，反應(yīng)時(shí)間15～200min。在該溫度條件下，污泥顆粒解體，細(xì)胞破裂，細(xì)胞有機(jī)質(zhì)釋放并進(jìn)一步水解。反應(yīng)后污泥經(jīng)換熱器2冷卻后，進(jìn)入脫水單元。
本單元還可包括一個(gè)制氧機(jī)3，能夠產(chǎn)生濃度90％以上的純氧10，與預(yù)熱后的原泥混合，與高壓蒸汽15同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器4，進(jìn)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(jī)6。
反應(yīng)后污泥沉降性能較好，進(jìn)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(gè)升流式厭氧污泥床(UASB)8。
濃縮池5的上清液和脫水機(jī)6的濾液11進(jìn)入該單元進(jìn)行厭氧生物處理，產(chǎn)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(lái)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(chǎn)生高壓蒸汽，用于加熱原泥。蒸汽鍋爐用厭氧單元所產(chǎn)沼氣12起動(dòng)，焚燒殘?jiān)?6從焚燒鍋爐排出。
在下面的實(shí)施例中，用測(cè)定脫水泥餅低位熱值的方法來(lái)代替泥餅焚燒。
實(shí)施例1、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預(yù)熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時(shí)間為15min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，總固體(TS)去除2％，總有機(jī)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為16％。
實(shí)施例2、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例1。反應(yīng)結(jié)果，TS去除14％，TVS去除21％，SS溶解15％，SCOD為8600mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為19％。
實(shí)施例3、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預(yù)熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時(shí)間為200min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，TS去除2％，TVS去除17％，SS溶解29％，SCOD為8500mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為21％。
實(shí)施例4、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例3。反應(yīng)結(jié)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為29％。
實(shí)施例5、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預(yù)熱至160℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至225℃，停留時(shí)間為15min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，TS去除2％，TVS去除4％，SS溶解31％，SCOD為6800mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為42％。
實(shí)施例6、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例5。反應(yīng)結(jié)果，TS去除36％，TVS去除41％，SS溶解39％，SCOD為7900mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為46％。
實(shí)施例7、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預(yù)熱至160℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至225℃，停留時(shí)間為200min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，TS去除9％，TVS去除18％，SS溶解51％，SCOD為9950mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為58％。
實(shí)施例8、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例7。反應(yīng)結(jié)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為60％。
實(shí)施例9、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為10％；污泥在換熱器中預(yù)熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時(shí)間為15min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，TS去除8％，TVS去除14％，SS溶解6％，SCOD為5100mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為17％。
實(shí)施例10、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例9。反應(yīng)結(jié)果，TS去除10％，TVS去除37％，SS溶解10％，SCOD為7100mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為17％。
實(shí)施例11、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為10％；污泥在換熱器中預(yù)熱至80℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至120℃，停留時(shí)間為200min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為18％。
實(shí)施例12、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例11。反應(yīng)結(jié)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(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為29％。
實(shí)施例13、用濃縮機(jī)將污水廠的濃縮池污泥調(diào)節(jié)濃度到固含量為5％；污泥在換熱器中預(yù)熱至120℃，與高壓蒸汽(250℃，4MPa)混合進(jìn)入反應(yīng)器，將污泥溫度加熱至160℃，停留時(shí)間為60min；污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱冷卻。反應(yīng)結(jié)果，TS去除2％，TVS去除5％，SS溶解31％，SCOD為10050mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為48％，低位熱值6257kJ/kg。經(jīng)脫水機(jī)脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行中溫厭氧反應(yīng)，反應(yīng)溫度34～38℃，容積負(fù)荷10kgCOD/m3d，COD去除率79％。
實(shí)施例14、其他反應(yīng)條件同實(shí)施例13，經(jīng)脫水機(jī)脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行高溫厭氧反應(yīng)，反應(yīng)溫度50～55℃，容積負(fù)荷10kgCOD/m3d，COD去除率71％。
實(shí)施例15、向反應(yīng)器通入濃度90％以上的純氧，其他反應(yīng)條件同實(shí)施例13。反應(yīng)結(jié)果，TS去除18％，TVS去除21％，SS溶解37％，SCOD為8900mg/L。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水泥餅的固含量為54％，低位熱值7135kJ/kg。經(jīng)脫水機(jī)脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行中溫厭氧反應(yīng)，反應(yīng)溫度34～38℃，容積負(fù)荷10kgCOD/m3d，COD去除率71％。
實(shí)施例16、其他反應(yīng)條件同實(shí)施例15，經(jīng)脫水機(jī)脫水處理的濾液與濃縮池的上清液混合，泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行高溫厭氧反應(yīng)，反應(yīng)溫度50～55℃，容積負(fù)荷10kgCOD/m3d，COD去除率68％。
權(quán)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(jī)將污水廠的濃縮池原污泥調(diào)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(yù)熱，預(yù)熱溫度至80～160℃，3)預(yù)熱后的污泥與高壓蒸汽混合進(jìn)入反應(yīng)器，加熱至120～225℃，停留時(shí)間為15～200min；4)反應(yīng)后的污泥進(jìn)入換熱器，與步驟2)中的污泥進(jìn)行換熱冷卻；5)冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮；底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水，脫水后的泥餅作為燃料，送入蒸汽鍋爐焚燒，產(chǎn)生的高壓蒸汽回送到反應(yīng)器入口用于加熱污泥；6)經(jīng)脫水機(jī)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(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。
2.按照權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述步驟3)中反應(yīng)時(shí)還加入濃度為90％以上的純氧，與預(yù)熱后的污泥混合后，與高壓蒸汽同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器。
3.按照權(quán)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(jìn)行的厭氧反應(yīng)為反應(yīng)溫度34～38℃的中溫厭氧反應(yīng)或反應(yīng)溫度50～55℃的高溫厭氧反應(yīng)。
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(lǐng)域。本方法為污泥在換熱器中預(yù)熱后，與高壓蒸汽混合，進(jìn)入反應(yīng)器。在反應(yīng)過(guò)程中，可以選擇往反應(yīng)器中充純氧或者不充氧。污泥反應(yīng)后進(jìn)入換熱器，與原泥進(jìn)行換熱。冷卻后的污泥進(jìn)行重力濃縮，濃縮底泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水。脫水泥餅作為燃料，進(jìn)入蒸汽鍋爐焚燒，產(chǎn)生高壓蒸汽，回送到反應(yīng)器入口用于加熱污泥。濾液與濃縮池的上清液混合，泵入U(xiǎn)ASB進(jìn)行厭氧反應(yīng)，所產(chǎn)沼氣用于蒸汽鍋爐助燃。本發(fā)明可達(dá)到城市污泥處理減量化、無(wú)害化、資源化的目的。
文檔編號(hào)C02F11/00GK1631821SQ20041009869
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者王偉, 夏洲, 王治軍, 萬(wàn)曉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)