一种热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺的制作方法

本发明属于城镇污水处理厂污泥处理与资源化领域，更具体地，涉及一种热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺。

背景技术：

城镇污水处理厂污泥是污水处理的副产物，集中了污水处理过程中约50％的cod。污泥是否得到无害化处理和资源化处置是评估污水处理效果好坏的关键环节。污泥热水解高级厌氧消化系统实现了污泥的无害化。污泥热解碳化采用城镇污泥为原料制备污泥基活性炭材料，实现污泥的资源化。

污泥碳化过程包含了污泥干化和碳化两个过程，以降低原料含水率和热解反应，这两个过程均需要消耗大量的能源，造成运行成本高，限制了热解碳化工艺的推广应用。与传统污泥相比，高级厌氧消化污泥颗粒更小，脱水更为困难，需要在污泥中加入了大量高电导率的调理剂，使脱水污泥中的tds含量过高，不利于污泥的土地利用。

因此，如何充分利用污泥自身的能源供给污泥碳化过程，是推广污泥碳化工程应用的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种热水解高级厌氧消化和与热解碳化耦合工艺，通过充分挖掘污泥厌氧消化产生沼气的能力，提供清洁的高品位能源，最大程度实现高级厌氧消化系统和热解碳化耦合系统的能源自给。

为了实现上述目的，本发明提供一种热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺，该热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺包括：

(1)离心脱水：将污泥离心脱水至含水率为80％～85％；

(2)热水解：将步骤(1)所得污泥在热水解单元进行热水解；

(3)厌氧消化：将热水解后的污泥在厌氧消化单元进行厌氧消化并产生沼气，使产物厌氧消化污泥的有机物含量≤45％；

(4)板框脱水：将厌氧消化污泥进行板框脱水，将污泥含水率降低至65％～75％，得到泥饼；

(5)造粒：将泥饼进行造粒或压条，得到污泥颗粒；

(6)干化：在干化单元进行干化处理，干化处理的能源来源于厌氧消化所产生的沼气；

其中，干化单元的处理能力≥0.6*热水解单元的处理能力，将造粒后的污泥颗粒采用干化单元中的干化机干燥至含水率为20％～30％，得到干化污泥；

(7)碳化：将干化污泥输送至碳化单元的碳化炉中进行碳化处理，得到污泥碳化产品，其中，碳化单元的处理能力≥0.45*热水解单元的处理能力；

其中，厌氧消化单元产生的沼气，经净化后分别供应给热水解单元、干化单元和碳化单元。

根据本发明，上述热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺可采用现有的厌氧消化与热解碳化耦合系统。本发明中，厌氧消化单元产生的沼气经净化后进入到沼气罐中储存，沼气经管路分别输送至向热水解单元供应热能的沼气锅炉、向干化单元和碳化单元供热的燃烧炉，通过沼气流量控制实现各单元的沼气分配量。与常规方法的不同之处在于，本发明准确限定了干化单元的处理能力、热水解单元的处理能力碳化单元的处理能力之间的关系。在实际运行过程中，热水解单元消耗的沼气量+干化单元消耗的沼气量+碳化单元消耗的沼气量+沼气剩余量≈厌氧消化单元产生的沼气量。其中，沼气剩余量可能为0也可能不为0，即使不为0，但在持续的运行过程中，因热水解单元消耗的沼气量、干化单元消耗的沼气量、碳化单元消耗的沼气量基本没有变化，所以沼气剩余量也为定值，使得剩余沼气可定量用于其他工艺步骤。

作为优选方案，步骤(1)中，所述污泥为以生活污水为主的污水处理过程中产生的栅渣、初沉污泥、剩余污泥中的至少一种，如处理城镇生活污水过程中产生的污泥。

作为优选方案，步骤(1)中，所述污泥的初始有机份含量≥50％。

作为优选方案，步骤(1)中，所述污泥的初始含水率为95％～99.7％。

作为优选方案，步骤(2)中，热水解的反应温度为150℃～180℃，反应时间为30min～45min。

作为优选方案，步骤(3)中，厌氧消化的反应温度为38℃～42℃，反应时间为15d～25d。

作为优选方案，步骤(5)中，污泥颗粒的直径为3mm-5mm。

作为优选方案，步骤(6)中，干化机为低温热泵干化机或低温真空干化机。

作为优选方案，步骤(7)中，所述碳化炉为连续式固定床热解反应炉、连续式多段固体热解反应炉、连续式移动床热解反应炉或流化床热解反应炉。

作为优选方案，步骤(7)中，碳化处理的温度为500℃～800℃，反应时间为30min～90min。

作为优选方案，离心脱水和板框脱水的步骤各自还包括：采用脱水药剂辅助脱水，脱水药剂的投配率为待脱水物料的5‰～15％。

本发明中，用于脱水的设备本领域技术人员可根据需要进行选择，如带式脱水机、板框压滤机。

本发明的有益效果：

本发明可用于城镇生活污水预处理及深度处理、工业污水处理、土壤改良、载体材料等领域。本发明通过控制工艺条件，解决了各系统单元处理能力的匹配性问题，实现了高效运行、能量自给，具有很高的推广应用价值。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1示出了本发明的一个工艺流程图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明的一个工艺流程图。参见图1，本发明实施例中，热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺包括如下步骤，具体参数详见各实施例：

(1)离心脱水：将污泥(以生活污水为主的污水处理过程中产生的栅渣、初沉污泥、剩余污泥中的至少一种，初始有机份含量≥50％，初始含水率为95％～99％)离心脱水至含水率为80％～85％；

(2)热水解：将步骤(1)所得污泥在热水解单元进行热水解，热水解的反应温度为150℃～180℃，反应时间为30min～45min；

(3)厌氧消化：将热水解后的污泥在厌氧消化单元进行厌氧消化(厌氧消化的反应温度为38℃～42℃，反应时间为15d～25d)并产生沼气，使产物厌氧消化污泥的有机物含量≤45％；

(4)板框脱水：将厌氧消化污泥进行板框脱水，将污泥含水率降低至65％～75％，得到泥饼；

(5)造粒：将泥饼进行造粒或压条，得到直径为3-5mm的污泥颗粒；

(6)干化：在干化单元进行干化处理，干化处理的能源来源于厌氧消化所产生的沼气；

其中，干化单元的处理能力≥0.6*热水解单元的处理能力，将造粒后的污泥颗粒采用干化单元中的干化机(低温热泵干化机或低温真空干化机)干燥至含水率为20％～30％，得到干化污泥；

(7)碳化：将干化污泥输送至碳化单元的碳化炉(连续式固定床热解反应炉、连续式多段固体热解反应炉、连续式移动床热解反应炉或流化床热解反应炉)中进行碳化处理(碳化处理的温度为500℃～800℃，反应时间为30min～90min)，得到污泥碳化产品，其中，碳化单元的处理能力≥0.45*热水解单元的处理能力；

其中，厌氧消化单元产生的沼气，经净化后分别供应给热水解单元、干化单元和碳化单元。

本发明实施例中，城市污水处理厂产生的污泥为处理某城镇生活污水过程中产生的污泥。

实施例1

以热水解单元进泥量为1tds为例：

某城市污水处理厂产生的污泥，含水率为97％，有机份含量为70％，将其离心脱水至含水率为83.5％。

热水解温度165℃，反应时间30min，热水解单元沼气消耗量：150m³。

厌氧消化温度40℃，反应时间18d，污泥经厌氧消化后有机物含量为45％，沼气产生量：400m³。

经板框脱水后，污泥泥饼含水率降低至65％。

将泥饼进行造粒，得到直径为3-5mm的污泥颗粒。

采用低温热泵干化机对造粒后的污泥进行干化，污泥颗粒含水率降低至30％，干化单元沼气消耗量：87m³。

碳化单元采用连续式移动床热解反应炉，碳化温度800℃，反应时间30min，碳化单元沼气消耗量：58m³，本单元产生的热解气供给本单元使用。

经破碎筛分后，获得的污泥碳化产品用作炭基脱水材料。

经处理后，污泥被完全转化为污泥碳化产品，污泥厌氧消化产生的沼气除用于污泥热水解、干化和碳化外，剩余沼气约105m³。

本实施例中，干化单元的处理能力＝0.65*热水解单元的处理能力，碳化单元的处理能力＝0.55*热水解单元的处理能力。

实施例2

以热水解单元进泥量为1tds为例：

某城市污水处理厂产生的污泥，含水率为97％，有机份含量为60％，将其离心脱水至含水率为83.5％。

热水解温度165℃，反应时间30min，热水解单元沼气消耗量：150m³。

厌氧消化温度40℃，反应时间18d；污泥经厌氧消化后有机物含量为45％，沼气产生量310m³。

经板框脱水后，污泥泥饼含水率降低至65％。

将泥饼进行造粒，得到直径为3-5mm的污泥颗粒。

经过热泵干化机对造粒后的污泥进行干化，污泥颗粒含水率降低至30％，干化单元沼气消耗量：98m³。

碳化系统采用连续式移动床热解反应炉，碳化温度500℃，反应时间30min，碳化单元沼气消耗量：59m³，本单元产生的热解气经高温燃烧净化后作为废热排放。

经破碎筛分后，获得的污泥碳化产品用作土壤修复材料。

经处理后，污泥被完全转化为污泥碳化产品，污泥厌氧消化产生的沼气除用于污泥热水解、干化和碳化外，剩余沼气约3m³。

本实施例中，干化单元的处理能力＝0.85*热水解单元的处理能力，碳化单元的处理能力＝0.75*热水解单元的处理能力。

实施例3

以热水解单元进泥量为1tds为例：

某城市污水处理厂产生的污泥，含水率为97％，有机份含量为75％，将其离心脱水至含水率为83.5％。

热水解温度180℃，反应时间30min，热水解单元沼气消耗量：190m³。

厌氧消化温度40℃，反应时间18d，污泥经厌氧消化后有机物含量为45％，沼气产生量：530m³。

经板框脱水后，污泥泥饼含水率降低至65％。

将泥饼进行造粒，得到直径为3-5mm的污泥颗粒。

采用低温热泵干化机对造粒后的污泥进行干化，污泥颗粒含水率降低至30％，干化单元沼气消耗量：65m³。

碳化单元采用连续式移动床热解反应炉，碳化温度800℃，反应时间30min，碳化单元沼气消耗量：45m³，本单元产生的热解气供给本单元使用。

经破碎筛分后，获得的污泥碳化产品用作炭基脱水材料。

经处理后，污泥被完全转化为污泥碳化产品，污泥厌氧消化产生的沼气除用于污泥热水解、干化和碳化外，剩余沼气约230m³。

本实施例中，干化单元的处理能力＝0.60*热水解单元的处理能力，碳化单元的处理能力＝0.45*热水解单元的处理能力。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。