申請日2013.09.28

　　公開(公告)日2014.01.15

　　IPC分類號C02F11/10; C02F11/12

　　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，最后對對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，實現(xiàn)了污泥的高干度低能耗脫水，并提高了其再利用價值。

　　權(quán)利要求書

　　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，同時將高溫濾液溫度降至大氣壓沸點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℃，停留10～ 90分鐘進(jìn)行熱調(diào)理;加熱溫度和停留時間，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)溫度時水分的飽和蒸汽壓，使污泥中的水分不發(fā)生沸騰， 在0.3～10Mpa有效機械壓力下壓濾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 程中的能量輸入，同時濾液溫度降低，低溫液態(tài)濾液進(jìn)行泄壓處理，得到低溫常 壓濾液，并對濾液進(jìn)行凈化處理;

　　4)對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 間歇運行方式或連續(xù)運行方式，壓濾脫水過程為間歇運行方式。

　　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)溫度時水分的飽和蒸汽壓。

　　說明書

　　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

　　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)

　　鑒于中華人民共和國環(huán)保法規(guī)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的實施，經(jīng)過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)《中國環(huán)境狀況公報》中的污水排放數(shù)據(jù)，同時考慮我國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353.54萬噸快速增加到了2010年的1854.94萬噸，且每年以近250多萬噸的速率在增長。如此大量的剩余污泥必須進(jìn)行有效的處理和再利用，以實現(xiàn)污廢水處理的可持續(xù)發(fā)展。

　　剩余污泥是污廢水在利用生物法處理過程中產(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物和無機物所組成的，具有高有機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。

　　對于污泥填埋、好氧堆肥、土地利用和焚燒等污泥最終處理和處置方法，都對污泥中的含水率提出了一定的要求�！渡�活垃圾填埋場污染控制標(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焚燒用泥質(zhì)》(CJ/T290-2008)規(guī)定污泥自持燃燒時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。

　　目前廣泛使用的機械脫水和熱干燥脫水都存在一定的局限性，例如，機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)展起來的一種用以模擬含碳生物質(zhì)煤化過程的技術(shù)方法，屬于物理化學(xué)反應(yīng)過程。在水熱過程中發(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，把機械脫水和水熱調(diào)理處理有機的結(jié)合到一起不僅可以實現(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值。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　鑒于污泥脫水困難的特性、污泥最終處理處置對污泥脫水的要求和目前熱能與機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，同時污泥中水分在水熱過程中吸收的熱能(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，同時熱調(diào)理處理過程屬于放熱過程，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。

　　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：

　　1)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)濃縮和機械脫水后的污泥或其他高含水率膏狀污泥類物質(zhì);

　　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以下以排除帶壓系統(tǒng);

　　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℃以上，停留一定時間進(jìn)行熱調(diào)理，在熱調(diào)理過程中，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;

　　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0.3～10MPa的有效機械壓力作用下一定時間，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)理處理過程中的能量輸入，同時使濾液溫度降低;低溫液態(tài)濾液進(jìn)行泄壓處理，得到低溫常壓濾液，再對低溫常壓濾液進(jìn)行凈化處理;

　　5)對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;

　　6)過程中產(chǎn)生的氣態(tài)水分經(jīng)過冷凝處理后，進(jìn)入濾液凈化處理單元進(jìn)行凈化處理，經(jīng)過凈化處理后的水分可以作為換熱器交換熱能的載體。

　　本發(fā)明的主要特點：

　　1)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)濃縮和機械脫水后的污泥或其他高含水率膏狀污泥類物質(zhì)。

　　2)污泥在120～250℃下熱調(diào)理處理一定時間，污泥顆粒的鋼彈性增強，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。

　　3)在熱調(diào)理處理過程中，細(xì)胞破裂，釋放出胞內(nèi)水分，同時胞內(nèi)和胞外大分子有機物主要發(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。

　　4)污泥熱調(diào)理處理過程為放熱過程，在水熱反應(yīng)開始后能夠有效節(jié)約能耗輸入。

　　5)污泥在120～250℃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，而且避免了溫度過高(>250℃)導(dǎo)致的污泥中有機物大量分解，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。

　　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以下以排除帶壓系統(tǒng)。

　　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。

　　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)。

　　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高。

　　10)脫水后濾餅的含水率低，可以實現(xiàn)剩余污泥的深度脫水。

　　11)熱調(diào)理可以是間歇運行方式也可以是連續(xù)運行方式，壓濾脫水過程為間歇運行方式。

　　綜上所述，該污泥脫水處理方法充分利用了水熱處理和機械壓濾脫水的優(yōu)點，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行提供了新的解決途徑。