本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种污泥处理系统及处理工艺，尤其涉及一种污水处理厂在水处理过程中产生的污泥的处理系统及处理工艺。
背景技术：
随着我国污水处理工作的发展，水污染问题得到了有效缓解，但污水厂污泥产量却越来越大。污泥量占污水量的0.3％～0.5％(体积)或污水处理量的1％～2％，如果进行深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。由于污泥处理技术难度高、投资大、回报不确定等因素，国内涉足此领域的企业少且规模小，与国外先进国家相比差距较大。在我国现有的污水处理设施中，有污泥稳定化处理设施的不到25％，处理工艺和配套设备完善的不到10％。污泥期特点是：(1)重金属含量高，污水处理过程中50％重金属转移至污泥中；(2)有机质及N、P含量高，有机质含量在25％～50％之间，N含量在2％～5％之间，P含量在0.5％～2％之间；(3)热值高，热值可达到9MJ/KG～20MJ/KG(污泥干基热值)。目前，污泥处理及资源化新技术的研究已成为国内外环保工作者极为关心的一项热门研究课题。
目前，国内现有污泥的处理技术有如下4种：
(1)卫生填埋
污泥的卫生填埋目前已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术。其优点是投资少、容量大、见效快。基本方式是城市污泥经过简单的脱水及灭菌处理，直接倾倒于填埋场、低地或谷地制造人工平原。它对前期的污泥处理技术要求较低，一般进行消化减容或让其自然干化即可。因此它需要大面积的场地和大量的运输费用，且地基需作防渗处理以免污染地下水，故近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，因为填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生时间。
(2)焚烧
焚烧可达最大限度减量的目的。焚烧可破坏全部有机质，杀死一切病原体。如果城市卫生要求高或污泥有毒物质含量高，则会使污泥无法再利用，但污泥自身的燃烧热值较大时，可采用焚烧方法进行处理。但污泥焚烧后的灰分，目前还没有合理的处理方法。焚烧过程中产生的烟气还会造成二次污染。此外，污泥焚烧处理消耗大量能源，不经济且成本昂贵。
(3)厌氧消化
厌氧消化利用厌氧微生物的分解作用，使污泥中的有机物分解并趋于稳定。厌氧消化一般是在密闭的消化槽内，在30℃下贮停30天左右，主要是通过兼性厌氧细菌和厌氧细菌的作用使有机物分解，最终生成以甲烷为主的沼气。厌氧消化处理能达到污泥减量的目的，且可以回收一部分能源，也为后续处理减轻负担。但消化后污泥含水率较高，仍需进一步脱水。
(4)堆肥
堆肥是利用污泥中的微生物进行发酵的过程。在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂(如秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等)，利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质。经过堆肥的污泥质地疏松，阳离子交换量(CEC)显著增加、容重减小、可被植物利用的营养成分增加、病原菌和寄生虫卵几乎全被杀灭。但堆肥后污泥中砷、铜、铬、汞等重金属和有毒有害物质无法去除，易造成污染物的转移。
几种典型的国内外污泥处置工艺工程运用情况列表如表1所示。
表1
为了更合理综合利用污泥中的有机物及其热值，特别是解决污泥处理过程中重金属含量高、投资费用高、管理复杂、运行成本高的问题。必须采用能够满足更先进、更经济、更高效的垃圾渗滤液处理新工艺。因此如何克服现有技术的不足是目前水处理技术领域亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种污泥处理系统及处理工艺，本发明工艺利用物化、干燥、炭化技术联用对污泥进行直接处理，可达到资源化利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种污泥处理系统，包括污泥浓缩池、污泥调理池、高压机械板框压滤机、污泥干燥炉、污泥炭化炉、生物炭冷却设备、调理剂加药系统、焚烧热风炉、尾气净化塔、尾气风机、贮气罐和油水分离器；
所述的污泥浓缩池的污泥出口与污泥调理池的污泥进口通过管道相连；调理剂加药系统的加药出口与污泥调理池的加药口通过管道相连；污泥调理池的污泥出口与高压机械板框压滤机的入口通过管道相连；高压机械板框压滤机的污泥出口与污泥干燥炉的污泥入口通过管道相连；污泥干燥炉的污泥出口与污泥炭化炉的污泥入口通过管道相连；污泥炭化炉的生物炭出口与生物炭冷却设备通过管道相连；
焚烧热风炉的烟气出口与污泥炭化炉的进气口通过管道相连；
污泥炭化炉的出气口与污泥干燥炉的进气口通过管道相连；
污泥干燥炉的出气口与尾气净化塔的进气口通过管道相连；
尾气净化塔的可燃气体出口与尾气风机的进风口通过管道相连；尾气风机的出风口与贮气罐的进气口通过管道相连；贮气罐的出气口与焚烧热风炉的进气口通过管道相连；
尾气净化塔的含油废水出口与油水分离器的进水口通过管道相连；油水分离器的废油出口与焚烧热风炉的进油口通过管道相连。
本发明还提供一种污泥处理工艺，采用上述的污泥处理系统，包括如下步骤：
步骤(1)，污水处理厂在水处理过程中产生的污泥进入污泥浓缩池中稳定泥质泥量并使其含水率达到98％～99％，之后污泥进入污泥调理池，通过调理剂加药系统投加调理剂至污泥絮体和污泥细胞膜发生破壁效果；
步骤(2)，将经步骤(1)调理得到的污泥进入高压机械板框压滤机压滤至含水率降低至55％～60％，得到脱水污泥；
步骤(3)，将步骤(2)得到的脱水污泥送入污泥干燥炉中，利用污泥炭化炉输送来的温度为359℃～400℃的低温烟气进行干燥，干燥至污泥含水量为10％以下；
步骤(4)，经步骤(3)干燥的污泥进入污泥炭化炉中，通过焚烧热风炉输送来的温度为700℃～800℃高温烟气进行热解，将经步骤(3)干燥的污泥热解成尾气和生物炭；
步骤(5)，步骤(4)得到的生物炭进入生物炭冷却设备中进行冷却，冷却至40℃～50℃；冷却后的生物炭装袋运出进行综合利用；
步骤(6)，污泥干燥炉中产生的尾气进入尾气净化塔中，采用湿法脱酸的方法对进行尾气净化，得到可燃气体和含油废水；
步骤(7)，步骤(6)得到的可燃气体通过尾气风机进入贮气罐中，之后供给至用焚烧热风炉进行焚烧；步骤(6)得到的含油废水通过油水分离器进行油水分离，分离后的废油送入焚烧热风炉进行焚烧处理，废水则排到污水厂进行处理。
进一步，优选的是，所述的生物炭冷却设备采用冷却循环水来对生物炭进行冷却。
进一步，优选的是，所述的调理剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铁和粉煤灰中一种或几种的混合物。当为混合物时，各组分之间的比例没有要求。本发明所采用的调理剂不限于此，本领域中常规使用的污水调理剂均可。
污泥干燥炉：通过焚烧热风炉焚烧产生的低温烟气与污泥进行间接的热交换，将经过高压机械板框压滤机脱水后的污泥进行干燥的炉体。
污泥炭化炉：通过焚烧热风炉焚烧产生的高温烟气与污泥进行间接的热交换，将经过干燥后的污泥进行热解的炉体。
焚烧热风炉：通过焚烧天然气、污泥干燥炉干燥过程产生的可燃气体、污泥炭化炉热解过程产生的可燃气体以及分离后的废油进行焚烧的炉体。
尾气净化塔：将污泥干燥炉及污泥炭化炉产生的烟气进行净化及分离的塔体。
本发明中将废油再利用，具有良好的经济效益，但是利用方式不限于此。
本发明从贮气罐排出的可燃气体，通入焚烧热风炉进行焚烧处理，所产生的高温烟气先通入污泥炭化炉的滚筒与外保温间的空隙，经滚筒将干污泥加热炭化成生物炭；之后从污泥炭化炉排出的低温烟气，再通入污泥干燥炉的滚筒与外保温间的空隙，经滚筒将脱水污泥加热干化成干污泥；最后所产生的达标气体排到大气中。
与传统采用机械脱水后填埋和厌氧或堆肥工艺的处理方法比较，本发明具有以下显著优点和效果：
1、采用污泥生物破壁方法和高压机械板框压滤方式，使污泥脱水后含水率低于60％且无其他化学药剂增加，保证了污泥的含水率降低及污染物可控性。
2、采用污泥干燥炉设备(温度在350～400℃间)对污泥进行深度的脱水，使污泥含水率降低至10％以下，从而降低污泥炭化阶段能耗。
3、采用污泥炭化炉设备(温度在700～800℃间)进行污泥炭化，使污泥含水率降低至5％以下从而实现污泥的减量化及资源化。
4、采用尾气净化塔及油水分离器对污泥干燥炉和污泥炭化炉产生的烟气进行处理及收集，保证烟气的环保达标及可利用资源的回收。
5、采用贮气罐和热风炉对污泥炭化段产生的可燃气体进行回收并燃烧，降低污泥干燥及炭化阶段能耗。
6、本发明工艺方法可实现污泥的资源化利用，保护生态环境，为污水厂污泥的处置解决了关键性问题。
本发明系统的碳化工艺与现有污泥处置工艺进行对比分析，如表1所示。
表1
附图说明
图1为本发明污泥处理系统的结构示意图。
其中，1、污泥浓缩池；2、污泥调理池；3、高压机械板框压滤机；4、污泥干燥炉；5、污泥炭化炉；6、生物炭冷却设备；7、调理剂加药系统；8、焚烧热风炉；9、尾气净化塔；10、尾气风机；11、贮气罐；12、油水分离器；；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用装置或材料未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
如图1所示，一种污泥处理系统，包括污泥浓缩池1、污泥调理池2、高压机械板框压滤机3、污泥干燥炉4、污泥炭化炉5、生物炭冷却设备6、调理剂加药系统7、焚烧热风炉8、尾气净化塔9、尾气风机10、贮气罐11和油水分离器12；
所述的污泥浓缩池1的污泥出口与污泥调理池2的污泥进口通过管道相连；调理剂加药系统7的加药出口与污泥调理池2的加药口通过管道相连；污泥调理池2的污泥出口与高压机械板框压滤机3的入口通过管道相连；高压机械板框压滤机3的污泥出口与污泥干燥炉4的污泥入口通过管道相连；污泥干燥炉4的污泥出口与污泥炭化炉5的污泥入口通过管道相连；污泥炭化炉5的生物炭出口与生物炭冷却设备6通过管道相连；
焚烧热风炉8的烟气出口与污泥炭化炉5的进气口通过管道相连；
污泥炭化炉5的出气口与污泥干燥炉4的进气口通过管道相连；
污泥干燥炉4的出气口与尾气净化塔9的进气口通过管道相连；
尾气净化塔9的可燃气体出口与尾气风机10的进风口通过管道相连；尾气风机10的出风口与贮气罐11的进气口通过管道相连；贮气罐11的出气口与焚烧热风炉8的进气口通过管道相连；
尾气净化塔9的含油废水出口与油水分离器12的进水口通过管道相连；油水分离器12的废油出口与焚烧热风炉8的进油口通过管道相连。
一种污泥处理工艺，上述的污泥处理系统，包括如下步骤：
步骤(1)，污水处理厂在水处理过程中产生的污泥进入污泥浓缩池1中稳定泥质泥量并使其含水率达到98％～99％，之后污泥进入污泥调理池2，通过调理剂加药系统7投加调理剂至污泥絮体和污泥细胞膜发生破壁效果；
步骤(2)，将经步骤(1)调理得到的污泥进入高压机械板框压滤机3压滤至含水率降低至55％～60％，得到脱水污泥；
步骤(3)，将步骤(2)得到的脱水污泥送入污泥干燥炉4中，利用污泥炭化炉5输送来的温度为359℃～400℃的低温烟气进行干燥，干燥至污泥含水量为10％以下；
步骤(4)，经步骤(3)干燥的污泥进入污泥炭化炉5中，通过焚烧热风炉8输送来的温度为700℃～800℃高温烟气进行热解，将经步骤(3)干燥的污泥热解成尾气和生物炭；
步骤(5)，步骤(4)得到的生物炭进入生物炭冷却设备6中进行冷却，冷却至40℃～50℃；冷却后的生物炭装袋运出进行综合利用；
步骤(6)，污泥干燥炉4中产生的尾气进入尾气净化塔9中，采用湿法脱酸的方法对进行尾气净化，得到可燃气体和含油废水；
步骤(7)，步骤(6)得到的可燃气体通过尾气风机10进入贮气罐11中，之后供给至用焚烧热风炉8进行焚烧；步骤(6)得到的含油废水通过油水分离器12进行油水分离，分离后的废油送入焚烧热风炉8进行焚烧处理，废水则排到污水厂进行处理。
优选实施例，所述的生物炭冷却设备采用冷却循环水来对生物炭进行冷却。所述的调理剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铁和粉煤灰中一种或几种的混合物。当为混合物时，各组分之间的比例没有要求。本发明所采用的调理剂不限于此，本领域中常规使用的污水调理剂均可。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。