一种低能耗的污泥处理系统及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污泥处理领域，特别是涉及一种低能耗的污泥处理系统及处理方法。
【背景技术】
[0002]进入“十一五”以来，我国的污水处理产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率增长迅速，带来了迅速增加的污泥产量。根据住建部资料显示，截止到2009年年底，全国城镇污水处理量达到280亿立方米，湿污泥(含水率80%)产生量突破2000万吨。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。
[0003]现行的污泥处理技术有几下几种:
[0004]一、污泥焚烧
[0005]经焚烧处理后，其体积可以减少85%?95%，质量减少70%?80%。高温焚烧还可以消灭污泥中的有害病菌和有害物质。通过主要可分为两大类:一类是将脱水污泥直接用焚烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。污泥焚烧要求污泥有较高的热值，因此污泥一般不进行消化处理。一般当污泥不符合卫生要求，有毒物质含量高，不能作为农副业利用时，或污泥自身的燃烧热值高，可以自燃并可利用燃烧热量发电时，可考虑采用污泥焚烧。焚烧所需热量，主要靠污泥含有的有机物燃烧，如污泥所含有的有机物燃烧所产生的热能。焚烧最大优点是可以迅速和较大程度地使污泥减容，并且在恶劣的天气条件下不需存储设备，能够满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。污泥的焚烧处置不仅是一种有效降低污泥体积的方法，设计良好的焚烧炉不但能够自动运行，还能够提供多余的能量和电力，因此几乎所有的发达国家均期望通过焚烧处置污泥来解决日益增长的污泥量和以前通过填理处置的部分污泥。但是污泥焚烧的缺点也很明显，运行费用高，现在运行的污泥焚烧技术运行费用都在400元以上。
[0006]二、卫生填埋
[0007]这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。
[0008]三、土地利用
[0009]污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地)的修复与重建，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。不过由于城市化的进行，适合土地利用的地已经越来越少，而污泥产量却越来越多。
[0010]四、污泥干燥
[0011]污泥干燥是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法，尽管污泥干燥的直接结果是污泥含水率的下降(脱水)，但与机械脱水相比，其应用目的与效果均有很大的不同。
[0012]污泥机械脱水(也包括污泥浓缩)，其应用的目的以减少污泥处理的体积为主(污泥浓缩和机械脱水通常均可使污泥体积减少4倍左右)，但脱水污泥饼除了含水率和相关的物理性质，如流动性与原状污泥有差异外，其化学、生物等方面性质并不因脱水而产生变化。
[0013]污泥干燥则由于提高水分蒸发强度的要求，使用人工热源，其操作温度(对污泥颗粒而言)通常大于100°c，干燥对污泥的处理效应，不仅是深度脱水，还具有热处理的效应；加之，污泥干燥处理的产物，其含水率可控制在20%以下，即达到抑制污泥中的微生物活动的水平，因此污泥干燥处理可同时改变污泥的物理、化学和生物特性。污泥干燥的缺点是能耗大、运行费用高、臭味大。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是针对污泥湿式氧化处理过程中能源消耗大、处理效率低的问题，提出一种低能耗的污泥处理系统及处理方法。
[0015]为实现上述目的，本发明提供了一种低能耗的污泥处理系统，所述处理系统包括预处理单元、换热单元、氧化基质单元、反应器、分离单元以及催化剂投入单元，所述反应器分别与换热单元、氧化基质单元以及分离单元相连接，所述预处理单元分别与换热单元、分离单元相连接；
[0016]所述预处理单元包括储存污泥的污泥储罐、与所述污泥储罐相连接的预处理罐、输送污泥的固体泵以及设置在所述预处理罐内的搅拌器，
[0017]所述换热单元包括与所述预处理罐和反应器相连接的预热换热器、与所述反应器相连接的冷却换热器以及设置在所述预热换热器和冷却换热器之间的导热油锅炉，
[0018]所述氧化基质单元包括空压机、与所述空压机相连接的分子筛吸附塔、与所述分子筛吸附塔和反应器相连接的增压机以及与所述增压机相连接的臭氧发生器，
[0019]所述分离单元包括与所述冷却换热器相连接的气液分离器、与所述气液分离器相连接的板框压滤机，所述板框压滤机与预处理罐相连接。
[0020]优选地，所述预热换热器和冷却换热器均为套管换热，导热介质为导热油。
[0021]优选地，所述套管的外管包覆保温隔热材料。
[0022]优选地，所述反应器为塔式平推流反应器，并且所述反应器内部不设折流挡板或者设置短折流挡板，所述短折流挡板为宽度在10?30cm的圆环形挡板。
[0023]优选地，所述气液分离器采用立式两相气液分离器，并且所述气液分离器的顶端采用丝网捕雾气。
[0024]本发明还提供了一种低能耗的污泥处理方法，所述处理方法包括如下步骤:
[0025]A、将储存在污泥储罐中的污泥用固体泵注入预处理罐，在预处理罐中与分离单元的液相回流水混合，并通过催化剂投入单元加入催化剂，配成含水率为90%的物料；
[0026]B、预处理单元处理后的含水90%的物料，经过预热换热器，使物料温度上升至120?150°C，并将物料送入反应器；
[0027]C、将从氧化基质单元制取的氧气通入反应器，物料与氧气在所述反应器中进行氧化反应，其中反应器内的温度为120?150°C，压力为1.5?3.5MPa，反应时间为20?30min ；
[0028]D、反应结束后，高温的物料和气体经冷却换热器进行冷却换热，之后进入气液分离器进行气液分离，分离后的气体直接排放，物料则进入板框压滤机，压滤后得到含水率^ 40%的泥饼；
[0029]E、经板框压滤机压滤后得到的液相，作为回流水注入预处理罐进行再利用。
[0030]优选地，在步骤C中，所述氧化基质单元制高压氧气和臭氧的过程为:采用螺杆式空压机将空气增压至1.0?1.3MPa，通过分子筛吸附塔将氧气增浓至50%?80%，再通过增压机将增浓后的空气和从臭氧发生器中制取的臭氧压力升高。
[0031 ] 优选地，在步骤A中，所述催化剂以氧化铝为载体，采用Cu-Fe-Ce催化剂或贵金属催化剂。
[0032]优选地，在步骤D中，还包括将所述压滤后的泥饼加工为有机肥料的原料进行资源化利用的步骤。
[0033]基于上述技术方案，本发明的优点是:
[0034]本发明利用高温高压使得污泥中的细胞破壁，使细胞中的细胞水脱除，使后续的固液分离较为容易。更重要的是利用水热氧化原理，在氧化基质中添加臭氧，使污泥中的有机物彻底、快速地进行液相氧化，减少了反应时间，也就是减少了能源消耗。与此同时，通过高效的换热器用反应后的物料预热初始物料，采用封闭式的换热结构，不仅避免了气体直接排放时将带走大量水蒸气，造成热能损失，还能够减少蒸汽的产生，减少了水的相变热消耗的能量，进而能够减少能量投入，节约运行费用。另一方面，在污泥中添加Cu-Fe-Ce催化剂或贵金属催化剂，降低了反应的活化能，使得反应所需的温度下降，节约了能源的消耗降低了生产成本。
【附图说明】
[0035]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0036]图1为低能耗的污泥处理系统示意图
[0037]其中，I?预处理单元；2?换热单元；3?氧化基质单元；4?反应器；5?分离单元；6?催化剂投入单元；7?污泥储罐；8?预处理器；9?预热换热器；10?冷却换热器；1