一種低能耗的污泥處理系統(tǒng)及處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及污泥處理領域，特別是涉及一種低能耗的污泥處理系統(tǒng)及處理方法。
【背景技術】
[0002]進入“十一五”以來，我國的污水處理產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，污水處理能力及處理率增長迅速，帶來了迅速增加的污泥產(chǎn)量。根據(jù)住建部資料顯示，截止到2009年年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達到280億立方米，濕污泥(含水率80%)產(chǎn)生量突破2000萬噸。根據(jù)調(diào)研結果顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題已經(jīng)凸顯出來，并且引起了社會的關注。
[0003]現(xiàn)行的污泥處理技術有幾下幾種:
[0004]一、污泥焚燒
[0005]經(jīng)焚燒處理后，其體積可以減少85%?95%，質(zhì)量減少70%?80%。高溫焚燒還可以消滅污泥中的有害病菌和有害物質(zhì)。通過主要可分為兩大類:一類是將脫水污泥直接用焚燒爐焚燒；另一類是將脫水污泥先干化再焚燒。污泥焚燒要求污泥有較高的熱值，因此污泥一般不進行消化處理。一般當污泥不符合衛(wèi)生要求，有毒物質(zhì)含量高，不能作為農(nóng)副業(yè)利用時，或污泥自身的燃燒熱值高，可以自燃并可利用燃燒熱量發(fā)電時，可考慮采用污泥焚燒。焚燒所需熱量，主要靠污泥含有的有機物燃燒，如污泥所含有的有機物燃燒所產(chǎn)生的熱能。焚燒最大優(yōu)點是可以迅速和較大程度地使污泥減容，并且在惡劣的天氣條件下不需存儲設備，能夠滿足越來越嚴格的環(huán)境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的部分污泥。污泥的焚燒處置不僅是一種有效降低污泥體積的方法，設計良好的焚燒爐不但能夠自動運行，還能夠提供多余的能量和電力，因此幾乎所有的發(fā)達國家均期望通過焚燒處置污泥來解決日益增長的污泥量和以前通過填理處置的部分污泥。但是污泥焚燒的缺點也很明顯，運行費用高，現(xiàn)在運行的污泥焚燒技術運行費用都在400元以上。
[0006]二、衛(wèi)生填埋
[0007]這種處置方法簡單、易行、成本低，污泥又不需要高度脫水，適應性強。但是污泥填埋也存在一些問題，尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重污染的液體，如果填埋場選址或運行不當會污染地下水環(huán)境。填埋場產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。
[0008]三、土地利用
[0009]污泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優(yōu)點，科學合理的土地利用，可減少污泥帶來的負面效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土地利用的有效方式。污泥用于嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區(qū)等需要復墾的土地)的修復與重建，減少了污泥對人類生活的潛在威脅，既處置了污泥又恢復了生態(tài)環(huán)境。不過由于城市化的進行，適合土地利用的地已經(jīng)越來越少，而污泥產(chǎn)量卻越來越多。
[0010]四、污泥干燥
[0011]污泥干燥是應用人工熱源以工業(yè)化設備對污泥進行深度脫水的處理方法，盡管污泥干燥的直接結果是污泥含水率的下降(脫水)，但與機械脫水相比，其應用目的與效果均有很大的不同。
[0012]污泥機械脫水(也包括污泥濃縮)，其應用的目的以減少污泥處理的體積為主(污泥濃縮和機械脫水通常均可使污泥體積減少4倍左右)，但脫水污泥餅除了含水率和相關的物理性質(zhì)，如流動性與原狀污泥有差異外，其化學、生物等方面性質(zhì)并不因脫水而產(chǎn)生變化。
[0013]污泥干燥則由于提高水分蒸發(fā)強度的要求，使用人工熱源，其操作溫度(對污泥顆粒而言)通常大于100°c，干燥對污泥的處理效應，不僅是深度脫水，還具有熱處理的效應；加之，污泥干燥處理的產(chǎn)物，其含水率可控制在20%以下，即達到抑制污泥中的微生物活動的水平，因此污泥干燥處理可同時改變污泥的物理、化學和生物特性。污泥干燥的缺點是能耗大、運行費用高、臭味大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是針對污泥濕式氧化處理過程中能源消耗大、處理效率低的問題，提出一種低能耗的污泥處理系統(tǒng)及處理方法。
[0015]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低能耗的污泥處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括預處理單元、換熱單元、氧化基質(zhì)單元、反應器、分離單元以及催化劑投入單元，所述反應器分別與換熱單元、氧化基質(zhì)單元以及分離單元相連接，所述預處理單元分別與換熱單元、分離單元相連接；
[0016]所述預處理單元包括儲存污泥的污泥儲罐、與所述污泥儲罐相連接的預處理罐、輸送污泥的固體泵以及設置在所述預處理罐內(nèi)的攪拌器，
[0017]所述換熱單元包括與所述預處理罐和反應器相連接的預熱換熱器、與所述反應器相連接的冷卻換熱器以及設置在所述預熱換熱器和冷卻換熱器之間的導熱油鍋爐，
[0018]所述氧化基質(zhì)單元包括空壓機、與所述空壓機相連接的分子篩吸附塔、與所述分子篩吸附塔和反應器相連接的增壓機以及與所述增壓機相連接的臭氧發(fā)生器，
[0019]所述分離單元包括與所述冷卻換熱器相連接的氣液分離器、與所述氣液分離器相連接的板框壓濾機，所述板框壓濾機與預處理罐相連接。
[0020]優(yōu)選地，所述預熱換熱器和冷卻換熱器均為套管換熱，導熱介質(zhì)為導熱油。
[0021]優(yōu)選地，所述套管的外管包覆保溫隔熱材料。
[0022]優(yōu)選地，所述反應器為塔式平推流反應器，并且所述反應器內(nèi)部不設折流擋板或者設置短折流擋板，所述短折流擋板為寬度在10?30cm的圓環(huán)形擋板。
[0023]優(yōu)選地，所述氣液分離器采用立式兩相氣液分離器，并且所述氣液分離器的頂端采用絲網(wǎng)捕霧氣。
[0024]本發(fā)明還提供了一種低能耗的污泥處理方法，所述處理方法包括如下步驟:
[0025]A、將儲存在污泥儲罐中的污泥用固體泵注入預處理罐，在預處理罐中與分離單元的液相回流水混合，并通過催化劑投入單元加入催化劑，配成含水率為90%的物料；
[0026]B、預處理單元處理后的含水90%的物料，經(jīng)過預熱換熱器，使物料溫度上升至120?150°C，并將物料送入反應器；
[0027]C、將從氧化基質(zhì)單元制取的氧氣通入反應器，物料與氧氣在所述反應器中進行氧化反應，其中反應器內(nèi)的溫度為120?150°C，壓力為1.5?3.5MPa，反應時間為20?30min ；
[0028]D、反應結束后，高溫的物料和氣體經(jīng)冷卻換熱器進行冷卻換熱，之后進入氣液分離器進行氣液分離，分離后的氣體直接排放，物料則進入板框壓濾機，壓濾后得到含水率^ 40%的泥餅；
[0029]E、經(jīng)板框壓濾機壓濾后得到的液相，作為回流水注入預處理罐進行再利用。
[0030]優(yōu)選地，在步驟C中，所述氧化基質(zhì)單元制高壓氧氣和臭氧的過程為:采用螺桿式空壓機將空氣增壓至1.0?1.3MPa，通過分子篩吸附塔將氧氣增濃至50%?80%，再通過增壓機將增濃后的空氣和從臭氧發(fā)生器中制取的臭氧壓力升高。
[0031 ] 優(yōu)選地，在步驟A中，所述催化劑以氧化鋁為載體，采用Cu-Fe-Ce催化劑或貴金屬催化劑。
[0032]優(yōu)選地，在步驟D中，還包括將所述壓濾后的泥餅加工為有機肥料的原料進行資源化利用的步驟。
[0033]基于上述技術方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0034]本發(fā)明利用高溫高壓使得污泥中的細胞破壁，使細胞中的細胞水脫除，使后續(xù)的固液分離較為容易。更重要的是利用水熱氧化原理，在氧化基質(zhì)中添加臭氧，使污泥中的有機物徹底、快速地進行液相氧化，減少了反應時間，也就是減少了能源消耗。與此同時，通過高效的換熱器用反應后的物料預熱初始物料，采用封閉式的換熱結構，不僅避免了氣體直接排放時將帶走大量水蒸氣，造成熱能損失，還能夠減少蒸汽的產(chǎn)生，減少了水的相變熱消耗的能量，進而能夠減少能量投入，節(jié)約運行費用。另一方面，在污泥中添加Cu-Fe-Ce催化劑或貴金屬催化劑，降低了反應的活化能，使得反應所需的溫度下降，節(jié)約了能源的消耗降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0035]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0036]圖1為低能耗的污泥處理系統(tǒng)示意圖
[0037]其中，I?預處理單元；2?換熱單元；3?氧化基質(zhì)單元；4?反應器；5?分離單元；6?催化劑投入單元；7?污泥儲罐；8?預處理器；9?預熱換熱器；10?冷卻換熱器；1