申請日2015.09.18

　　公開(公告)日2015.11.18

　　IPC分類號(hào)C02F11/04; C02F11/00; C02F11/10

　　摘要

　　本發(fā)明公開了厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，包括以下具體工藝步驟：調(diào)理污泥：采用物理方法、或化學(xué)方法、或先采用物理方法再采用化學(xué)方法、或先采用化學(xué)方法再采用物理方法對污泥進(jìn)行調(diào)理;污泥混合厭氧消化處理：將通過步驟1)調(diào)理后符合要求的污泥輸送到完全混合厭氧消化罐內(nèi)，進(jìn)行厭氧消化處理;消化液固液分離;沼渣碳化處理：采用木屑或廢紙與步驟3)中分離的含水率55～85%沼渣輸送到高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應(yīng)18～25min，產(chǎn)生碳化氣體和污泥生物碳，對城市污泥厭氧消化和碳化處理，生產(chǎn)沼氣和制備污泥碳化物，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、能源化、肥料化，最終達(dá)到污泥的資源化綜合利用。

　　權(quán)利要求書

　　1.厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，其特征在于：包括以下具體工藝步驟：

　　1)調(diào)理污泥：采用物理方法、或化學(xué)方法、或先采用物理方法再采用化學(xué)方法、或先采用化學(xué)方法再采用物理方法對污泥進(jìn)行調(diào)理，使調(diào)理后的污泥含水率為93～95%、碳氮比值為12～18、pH為6.7～7.4;其中所述的物理方法是在污泥中添加木屑或廢紙，使其污泥與木屑或廢紙按照質(zhì)量比100～450:1的比例混合;所述化學(xué)方法是在污泥中同時(shí)添加15.0～90.0mg/L殼聚糖和30.0～120.0mg/L氫氧化鈣，或同時(shí)添加30.0～80.0mg/L殼聚糖、30.0～120.0mg/L氫氧化鈣和2.0～8.0mg/L聚丙烯酰胺，使污泥的pH達(dá)到6.7～7.4;

　　2)污泥混合厭氧消化處理：將通過步驟1)調(diào)理后符合要求的污泥輸送到完全混合厭氧消化罐內(nèi)，控制完全混合厭氧消化罐內(nèi)的溫度為38～40℃，并調(diào)控完全混合厭氧消化罐內(nèi)局部溫差在±0.5℃，然后通過氣動(dòng)攪拌、或間歇式機(jī)械攪拌、或同時(shí)進(jìn)行氣動(dòng)攪拌和間歇式機(jī)械攪拌使罐內(nèi)的污泥混合均勻，進(jìn)行厭氧消化處理16-19天后，產(chǎn)生厭氧消化液和含甲烷62～68%的沼氣，將產(chǎn)生的含甲烷62～68%的沼氣經(jīng)過現(xiàn)有的脫水、脫硫及脫碳處理后收集到沼氣罐中備用，在厭氧消化過程中：所述氣動(dòng)攪拌是采用沼氣攪拌方式，間歇式機(jī)械攪拌是采用轉(zhuǎn)速為15～55r/min的間歇式機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行的攪拌方式;

　　3)消化液固液分離：采用旋流反應(yīng)器對步驟2)中產(chǎn)生的厭氧消化液進(jìn)行固液分離，分離出含水率55～85%的沼渣，分離后的沼液作為有機(jī)肥的原料，或經(jīng)過生物氧化塘工藝處理后達(dá)標(biāo)排放和綜合利用;

　　4)沼渣碳化處理：采用木屑或廢紙與步驟3)中分離的含水率55～85%沼渣按照質(zhì)量比1：5～15比例直接混合得到含水率為22～28%的沼渣，再將含水率為22～28%的沼渣輸送到高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應(yīng)18～25min，產(chǎn)生碳化氣體和污泥生物碳，其中反應(yīng)后產(chǎn)生的碳化氣體直接通過管道輸送到高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置的燃燒室內(nèi)繼續(xù)燃燒，為碳化反應(yīng)提供熱量;反應(yīng)過程中：高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度為650～750℃、壓力為16.5～18.5Mpa。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，其特征在于：步驟2)中所述的污泥混合厭氧消化處理是在完全混合厭氧消化罐內(nèi)進(jìn)行的，所述完全混合厭氧消化罐的罐體采用三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，外層為復(fù)合板層、中間層為保溫層、內(nèi)層為不銹鋼復(fù)合板層，完全混合厭氧消化罐內(nèi)設(shè)置氣動(dòng)攪拌裝置、間歇式機(jī)械攪拌裝置和恒溫模糊調(diào)控系統(tǒng)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，其特征在于：步驟4)中所述的沼渣碳化處理是在高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置進(jìn)行的，所述高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置包括內(nèi)部轉(zhuǎn)爐、中間燃燒室以及外部殼體，沼渣輸送內(nèi)部轉(zhuǎn)爐的爐膛中，采用電加熱啟動(dòng)方式高溫碳化反應(yīng)，生成碳化氣體和生物碳產(chǎn)品;產(chǎn)生的碳化氣體通過噴射技術(shù)噴射到燃燒室中燃燒，為轉(zhuǎn)爐內(nèi)沼渣進(jìn)行碳化反應(yīng)提供熱量。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，其特征在于：在所述步驟4)中制備的污泥生物碳粒徑0.6～0.8mm、含水率為6～8%、填充比重為0.52～0.54g/cm3、含有N、P、K元素。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，其特征在于：在所述步驟4)中制備的污泥生物碳粒徑0.6～0.8mm、含水率為6～8%、填充比重為0.52～0.54g/cm3、含有N、P、K元素。

　　說明書

　　厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來，在國家節(jié)能減排和積極的財(cái)政政策作用下，城鎮(zhèn)污水處理得到迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)水環(huán)境治理取得顯著成效，隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量也急劇增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥只有小部分進(jìn)行不同程度的處理和處置，而大部分未進(jìn)行規(guī)范化的處理處置。污泥含有病原體、重金屬和持久性有機(jī)物等有毒有害物質(zhì)，含水率很高，未經(jīng)有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接威脅環(huán)境安全和公眾健康，使污水處理設(shè)施的環(huán)境效益大大降低，影響國家節(jié)能減排戰(zhàn)略實(shí)施的積極效果。

　　目前國內(nèi)城市污泥的處理主要采用填埋、干化焚燒、用作農(nóng)肥等方式處理及處置;填埋污泥需要占用大量農(nóng)用耕地;污泥的干化焚燒，普遍存在工程投資大，運(yùn)行費(fèi)用高的問題，在經(jīng)濟(jì)上難以支撐。相比以上處理方法，采用厭氧消化技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無害化、穩(wěn)定化及資源化;污泥經(jīng)厭氧消化后，體積減小50%左右，可以實(shí)現(xiàn)減量化;經(jīng)過中溫發(fā)酵后，污泥中的有害細(xì)菌得到大量的消滅，可以實(shí)現(xiàn)無害化和穩(wěn)定化;厭氧消化產(chǎn)生的沼氣可以用于燃料和發(fā)電，補(bǔ)償水廠的能耗，為企業(yè)節(jié)能30%，是目前最可行的污泥處理工藝之一，可以實(shí)現(xiàn)資源化及節(jié)能化。

　　但是目前的所使用的污泥厭氧處理工藝，存在技術(shù)水平低，污泥處理效果差，沼氣利用率低等一系列問題。而且，污泥厭氧處理工藝除了產(chǎn)生沼氣外，還會(huì)產(chǎn)生沼渣;現(xiàn)有的沼渣處置工藝大部分采用堆肥技術(shù)制備有機(jī)肥，但該工藝需要大量的土地資源，在發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用受到限制。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，解決現(xiàn)有厭氧消化污泥處理的不足，采用厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合的處理技術(shù)，對城市污泥厭氧消化和碳化處理，生產(chǎn)沼氣和制備污泥碳化物，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、能源化、肥料化，最終達(dá)到污泥的資源化綜合利用。

　　本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：厭氧發(fā)酵與碳化處理相結(jié)合技術(shù)進(jìn)行污泥綜合利用的方法，包括以下具體工藝步驟：

　　1)調(diào)理污泥：采用物理方法、或化學(xué)方法、或先采用物理方法再采用化學(xué)方法、或先采用化學(xué)方法再采用物理方法對污泥進(jìn)行調(diào)理，使調(diào)理后的污泥含水率為93～95%、碳氮比值為12～18、pH為6.7～7.4;其中所述的物理方法是在污泥中添加木屑或廢紙，使其污泥與木屑或廢紙按照質(zhì)量比100～450:1的比例混合;所述化學(xué)方法是在污泥中同時(shí)添加15.0～90.0mg/L殼聚糖和30.0～120.0mg/L氫氧化鈣，或同時(shí)添加30.0～80.0mg/L殼聚糖、30.0～120.0mg/L氫氧化鈣和2.0～8.0mg/L聚丙烯酰胺，使污泥的pH達(dá)到6.7～7.4;

　　2)污泥混合厭氧消化處理：將通過步驟1)調(diào)理后符合要求的污泥輸送到完全混合厭氧消化罐內(nèi)，控制完全混合厭氧消化罐內(nèi)的溫度為38～40℃，并調(diào)控完全混合厭氧消化罐內(nèi)局部溫差在±0.5℃，然后通過氣動(dòng)攪拌、或間歇式機(jī)械攪拌、或同時(shí)進(jìn)行氣動(dòng)攪拌和間歇式機(jī)械攪拌使罐內(nèi)的污泥混合均勻，進(jìn)行厭氧消化處理16-19天后，產(chǎn)生厭氧消化液和含甲烷62～68%的沼氣，將產(chǎn)生的含甲烷62～68%的沼氣經(jīng)過現(xiàn)有的脫水、脫硫及脫碳處理后收集到沼氣罐中備用，在厭氧消化過程中：所述氣動(dòng)攪拌是采用沼氣攪拌方式，間歇式機(jī)械攪拌是采用轉(zhuǎn)速為15～55r/min的間歇式機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行的攪拌方式;

　　3)消化液固液分離：采用旋流反應(yīng)器對步驟2)中產(chǎn)生的厭氧消化液進(jìn)行固液分離，分離出含水率55～85%的沼渣，分離后的沼液作為有機(jī)肥的原料，或經(jīng)過生物氧化塘工藝處理后達(dá)標(biāo)排放和綜合利用;

　　4)沼渣碳化處理：采用木屑或廢紙與步驟3)中分離的含水率55～85%沼渣按照質(zhì)量比1：5～15比例直接混合得到含水率為22～28%的沼渣，再將含水率為22～28%的沼渣輸送到高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應(yīng)18～25min，產(chǎn)生碳化氣體和污泥生物碳，其中反應(yīng)后產(chǎn)生的碳化氣體直接通過管道輸送到高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置的燃燒室內(nèi)繼續(xù)燃燒，為碳化反應(yīng)提供熱量;反應(yīng)過程中：高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置內(nèi)的反應(yīng)溫度為650～750℃、壓力為16.5～18.5Mpa。

　　進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，步驟2)中所述的污泥混合厭氧消化處理是在完全混合厭氧消化罐內(nèi)進(jìn)行的，所述完全混合厭氧消化罐的罐體采用三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，外層為復(fù)合板層、中間層為保溫層、內(nèi)層為不銹鋼復(fù)合板層，完全混合厭氧消化罐內(nèi)設(shè)置氣動(dòng)攪拌裝置、間歇式機(jī)械攪拌裝置和恒溫模糊調(diào)控系統(tǒng)。

　　進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，步驟4)中所述的沼渣碳化處理是在高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置進(jìn)行的，所述高溫高壓內(nèi)熱式轉(zhuǎn)爐碳化裝置包括內(nèi)部轉(zhuǎn)爐、中間燃燒室以及外部殼體，沼渣輸送內(nèi)部轉(zhuǎn)爐的爐膛中，采用電加熱啟動(dòng)方式高溫碳化反應(yīng)，生成碳化氣體和生物碳產(chǎn)品;產(chǎn)生的碳化氣體通過噴射技術(shù)噴射到燃燒室中燃燒，為轉(zhuǎn)爐內(nèi)沼渣進(jìn)行碳化反應(yīng)提供熱量。

　　進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在所述步驟4)中制備的污泥生物碳粒徑0.6～0.8mm、含水率為6～8%、填充比重為0.52～0.54g/cm3、含有N、P、K元素。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

　　本發(fā)明實(shí)現(xiàn)城市污泥的減量化、能源化、肥料化以及資源化處理，沼氣生產(chǎn)效率高，產(chǎn)生的沼液和沼渣都可以很好的處理或再次利用，采用完全混合厭氧消化技術(shù)進(jìn)行污泥厭氧處理，其產(chǎn)氣量比一般厭氧消化技術(shù)高出5%～15%;采用內(nèi)熱式碳化設(shè)備處置沼渣制備生物活性炭，工藝設(shè)備占地面積小，能耗低;生產(chǎn)的生物活性碳體積小，方便運(yùn)輸與儲(chǔ)存;且富含N、P、K營養(yǎng)元素，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域