一种水热法污泥脱水方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种水热法污泥脱水方法及装置。其中，该方法，包括以下步骤：储料和预热：储存湿污泥，并利用余热对其进行预热，湿污泥中干物质含量为2-25%；两级水热反应：对预热后的湿污泥进行两级水热反应，一级水热反应温度为220-280℃，反应时间5-15分钟，二级水热反应温度为160-200℃，反应时间为20-60分钟，两级水热反应的pH值均小于7；快速降温和三相分离：对两级水热反应后的湿污泥进行降温，降至常温后，将固体、液体和气体分离。本发明提供的水热法污泥脱水方法及装置具有以下优点：脱水性能好，可以获得含水率在50%到60%之间的半干泥饼；无需外加蒸汽，工艺集成性高；反应快，占地省，处理规模灵活；减缓底部沉积和器壁结垢问题。
【专利说明】一种水热法污泥脱水方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种水热法污泥脱水方法及装置。
【背景技术】
[0002]市政污泥的安全处置是我国污水处理行业正面临的一大挑战。我国的市政污泥量很大，而安全处置率还非常低。预计2015年我国每年将产生3000万吨的湿泥饼(含水率约80%)，不论是填埋、堆肥，还是焚烧处理都建立在较低的泥饼含水率基础上。而板框压滤、带式压滤、离心分离以及螺压等污泥脱水手段的机械化和自动化促进了污泥的脱水普及率。但这些机械脱水方法只能使脱水污泥含水率降低到80%左右，难以进一步降低污泥含水率。污泥难脱水和难消化的特征制约了污泥有效安全的处理与处置。就我国污泥处理的现实而言，首要解决的问题是如何有效减少泥饼含水率，以利于后续处理。因此，从技术上研发经济有效的改善污泥脱水性能的新技术已成为当务之急。
[0003]污泥水热处理(hydrothermal treatment)始于20世纪30年代，原理是在污泥在一定的温度和压力环境下，污泥发生脱水和脱羧反应，使污泥的微生物絮体解散，微生物细胞破裂，污泥中的有机物水解。有机物的水解降低了污泥的黏度，降低了黏性物质对水的束缚能力；同时在加热至一定温度并保持一段时间后，污泥中的细胞破裂，胞内的大分子有机物释放并水解，胞内以各类大分子相结合的水也被释放，导致水更容易与污泥颗粒分离，从而降低脱水污泥的含水率。因此污泥的水热处理可以有效改善污泥脱水及沉降性能。
[0004]目前使用的基于水热反应的污泥脱水技术的主要特征在于，采用了高压蒸汽作为热源，提高水热反应所需要的温度和压力环境，这种工艺的工艺链条长，设备运行的控制流程复杂，也可能存在大气污染的隐患。具体分析如下:
[0005]需要高压蒸汽，然而蒸汽锅炉燃烧时，产生的烟气需要特别的环保控制装置，如果这些装置及其运行不到位，就意味着产生蒸汽的同时，锅炉也在排放PM2.5和PMlO等颗粒物，因此会加剧雾霾发生。
[0006]不方便建造可移动的污泥脱水设施，因此不利用水热处理的方法向小型污水处理厂推广。
[0007]通过蒸汽加热，反应釜内的污泥所获得的水热反应条件(温度和压力)可能不均匀，因此处理效果不稳定。
[0008]工艺单元多，流程管理较复杂，因此投资和运行费用高。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种水热法污泥脱水方法及装置，以解决上述的问题。
[0010]在本发明的实施例中提供了一种水热法污泥脱水方法，包括以下步骤:
[0011]储料和预热:储存湿污泥，并利用余热对其进行预热，使湿污泥中干物质含量为2-25% ；
[0012]两级水热反应:对预热后的湿污泥进行两级水热反应，一级水热反应温度为220-280°C，反应时间5-15分钟，二级水热反应温度为160_200°C，反应时间为20-60分钟，两级水热反应的pH值均小于7 ；
[0013]快速降温和三相分离:对两级水热反应后的湿污泥进行降温，降至常温后，将固体、液体和气体分离。
[0014]进一步的，所述储料和预热后，湿污泥中干物质含量为5_20%。
[0015]进一步的，所述两级水热反应中，pH值为3-5之间。
[0016]进一步的，所述一级水热反应中，反应时间为10分钟，所述二级水热反应中，反应时间为40分钟。
[0017]进一步的，所述储料和预热过程中添加催化剂。
[0018]优选的，所述催化剂为有机酸、无机酸或水热反应液。
[0019]一种水热法污泥脱水装置，包括两个相互连接的带有螺杆的管道式耐压反应器，分别为第一级反应器和第二级反应器；
[0020]所述第一级反应器连接有封闭式储料罐，所述第二级反应器连接有热交换装置和用于收集三相分离产物的收集装置；
[0021]所述收集装置包括固态收集装置、液态收集装置和气态收集装置。
[0022]进一步的，所述第一级反应器和所述第二级反应器连接有温控装置和压力监控装置。
[0023]进一步的，第一级反应器连接有电加热装置。
[0024]进一步的，所述热交换装置与所述封闭式储料罐之间设有用于传输热量的管路。
[0025]本发明实施例提供的一种水热法污泥脱水方法及装置，包括以下优点:
[0026]1、脱水性能好:可以获得含水率在50%到60%之间的半干泥饼。传统的污泥机械脱水装置(板框压滤、带式压滤、离心分离以及螺压等)一般很难将污泥的含水率降到80%以下，为了进一步降低污泥的含水率，都需要采用热源进行干化处理。
[0027]2、无需外加蒸汽，工艺集成性高，可精准控制水热反应的顺序温度，便于运行管理:该方法技术工艺不需要外加蒸汽，螺杆管式反应器很好地集成了物料混合、传质、传热或物料分离的功能。
[0028]3、反应快，占地省，处理规模灵活:管式反应器升温迅速，降温也很迅速，反应物的总停留时间短，本装置既可以利用一条或多条工艺线为大、中型污水处理厂提供污泥脱水服务，也可以集成到一个集装箱，建造“移动式”小型污泥脱水装置。实现多个小型污水厂的湿污泥先就地深度脱水，再外运集中处理，从而节约大量运输成本。
[0029]4、减缓底部沉积和器壁结垢问题。该方法及装置采用的螺杆水平管式反应器，即带有搅拌装置，有助于避免常规立式反应釜中固体物质沉积在反应器底部或在反应器壁上积垢的现象。
[0030]5、出料平稳:目前的污泥水热反应器在闪蒸，迅速泄压过程中有可能将物料带出，该方法及装置设计的第二级反应器在出料前温度已经降到常温，因此出料平稳。
[0031]6、投资少，易于维护。该方法及装置采用的螺杆水平管式反应器集成了多个处理工艺，如物料混合、传质、传热或物料分离的功能。因此节省了设备购置和土地占用成本。设备省和工艺运行稳定，因此可节省投资和运行维护成本。【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1示出了本发明实施例所述的一种水热法污泥脱水方法及装置的结构示意图。
[0033]图中:
[0034]1、第一级反应器；2、封闭式储料罐；3、第二级反应器；4、热交换装置；5、固态收集装置；6、液态收集装置；7、气态收集装置；8、催化剂添加装置。
【具体实施方式】
[0035]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0036]如图1所示，一种水热法污泥脱水方法，包括以下步骤:
[0037]储料和预热:储存湿污泥，并利用余热对其进行预热，使湿污泥中干物质含量为2-25% ；
[0038]两级水热反应 :对预热后的湿污泥进行两级水热反应，一级水热反应温度为220-280°C，反应时间5-15分钟，二级水热反应温度为160_200°C，反应时间为20-60分钟，两级水热反应的pH值均小于7 ；
[0039]快速降温和三相分离:对两级水热反应后的湿污泥进行降温，降至常温后，将固体、液体和气体分离。
[0040]优选的，储料和预热后，湿污泥中干物质含量为5_20%。
[0041]其中，两级水热反应中，pH值优选的是小于7，更优的是pH值为3-5之间。
[0042]优选的,一级水热反应中，反应时间为10分钟,二级水热反应中，反应时间为40分钟。
[0043]两级水热反应过程中，将降温产生的热量用于湿污泥预热。在两级水热反应过程中，需要降温，降温时一定会产生热量，而预热过程中，湿污泥又需要热量，将该处的热量用于预热实现了能源再利用。
[0044]储料和预热过程中添加催化剂。水热反应的脱水和脱羧过程都可以通过加入合适的催化剂被促进。因此，所需的转化程度已经可以在较低的温度和较少的反应时间达到。
[0045]优选的，催化剂为有机酸、无机酸或水热反应液。
[0046]—种水热法污泥脱水装置，包括两个相互连接的带有螺杆的管道式耐压反应器，分别为第一级反应器I和第二级反应器3 ；
[0047]第一级反应器I连接有封闭式储料罐2，第二级反应器3连接有热交换装置4和用于收集三相分离产物的收集装置；
[0048]收集装置包括固态收集装置5、液态收集装置6和气态收集装置7。
[0049]其中，液态收集装置6:第二级反应器末端的水热反应液。其余部分进入下一级工艺。下一级工艺优选厌氧反应产生沼气，特别适合与其它有机废弃物进行混合发酵。在符合污水处理厂需要的情况下可选择回流到进入污水处理厂的生物处理单元或反消化单元，补充碳源。根据湿污泥的不同属性，某些情况下，水热反应液可能含有酚类物质，其中单价酚类，像苯酚，甲酚和愈创木酚要求特殊处理，因为它们会抑制厌氧反应，直接排放会危害健康和环境。
[0050]固态收集装置5:经第二级反应器分离出的固体物质，称为“半干泥”，其含水率已经从开始的80%左右降低到50%-60%之间。[0051]气态收集装置7:水热反应的一个副产物是分离出的气体。气体需要进行收集，并使其通过气体净化滤池，然后才能排放到环境。气体滤池中的填料可选择生物滤料外加一些添加剂。水热气的主要成分是CO2还包括少量的其它气体。也可以根据需要，利用现有的碳补足技术回收co2。
[0052]第一级反应器I和第二级反应器3连接有温控装置和压力监控装置。控制反应器运行过程中的参数，保证反应器的正常使用。其中，第一级反应器I连接有电加热装置，第一级反应器采用电加热的方式进行加热，加热快，避免环境污染。
[0053]为了便于水热反应的进行，可以在其中添加催化剂，封闭式储料罐连接有催化剂添加装置8。
[0054]热交换装置4与封闭式储料罐之间设有用于传输热量的管路。热交换装置4产生的热量通过管路传递给封闭式储料罐，用于对湿污泥的预热，实现能量再利用。
[0055]上述实施例提供的一种水热法污泥脱水方法及装置，包括以下优点:
[0056]1、脱水性能好:可以获得含水率在50%到60%之间的半干泥饼。传统的污泥机械脱水装置(板框压滤、带式压滤、离心分离以及螺压等)一般很难将污泥的含水率降到80%以下，为了进一步降低污泥的含水率，都需要采用热源进行干化处理。
[0057]2、无需外加蒸汽，工艺集成性高，可精准控制水热反应的顺序温度，便于运行管理:该方法技术工艺不需要外加蒸汽，螺杆管式反应器很好地集成了物料混合、传质、传热或物料分离的功能。
[0058]3、反应快，占地省，处理规模灵活:管式反应器升温迅速，降温也很迅速，反应物的总停留时间短，本装置既可以利用一条或多条工艺线为大、中型污水处理厂提供污泥脱水服务，也可以集成到一个集装箱，建造“移动式”小型污泥脱水装置。实现多个小型污水厂的湿污泥先就地深度脱水，再外运集中处理，从而节约大量运输成本。
[0059]4、减缓底部沉积和器壁结垢问题。该方法及装置采用的螺杆水平管式反应器，即带有搅拌装置，有助于避免常规立式反应釜中固体物质沉积在反应器底部或在反应器壁上积垢的现象。
[0060]5、出料平稳:目前的污泥水热反应器在闪蒸，迅速泄压过程中有可能将物料带出，该方法及装置设计的第二级反应器在出料前温度已经降到常温，因此出料平稳。
[0061]6、投资少，易于维护。该方法及装置采用的螺杆水平管式反应器集成了多个处理工艺，如物料混合、传质、传热或物料分离的功能。因此节省了设备购置和土地占用成本。设备省和工艺运行稳定，因此可节省投资和运行维护成本。
[0062]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种水热法污泥脱水方法，其特征在于，包括以下步骤: 储料和预热:储存湿污泥，并利用余热对其进行预热，湿污泥中干物质含量为2-25% ； 两级水热反应:对预热后的湿污泥进行两级水热反应，一级水热反应温度为220-280°C，反应时间5-15分钟，二级水热反应温度为160_200°C，反应时间为20-60分钟，两级水热反应的pH值均小于7 ； 快速降温和三相分离:对两级水热反应后的湿污泥进行降温，降至常温后，将固体、液体和气体分离。
2.根据权利要求1所述的水热法污泥脱水方法，其特征在于，所述储料和预热后，湿污泥中干物质含量为5-20%。
3.根据权利要求1所述的水热法污泥脱水方法，其特征在于，所述两级水热反应中，pH值为3-5之间。
4.根据权利要求1所述的水热法污泥脱水方法，其特征在于，所述一级水热反应中，反应时间为10分钟，所述二级水热反应中，反应时间为40分钟。
5.根据权利要求1所述的水热法污泥脱水方法，其特征在于，所述储料和预热过程中添加催化剂。
6.根据权利要求5所述的水热法污泥脱水方法，其特征在于，所述催化剂为有机酸、无机酸或水热反应液。
7.一种水热法污泥脱水装置，其特征在于，包括两个相互连接的带有螺杆的管道式耐压反应器，分别为第一级反应器和第二级反 应器； 所述第一级反应器连接有封闭式储料罐，所述第二级反应器连接有热交换装置和用于收集三相分离产物的收集装置； 所述收集装置包括固态收集装置、液态收集装置和气态收集装置。
8.根据权利要求7所述的水热法污泥脱水装置，其特征在于，所述第一级反应器和所述第二级反应器连接有温控装置和压力监控装置。
9.根据权利要求7所述的水热法污泥脱水装置，其特征在于，所述第一级反应器连接有电加热装置。
10.根据权利要求7所述的水热法污泥脱水装置，其特征在于，所述热交换装置与所述封闭式储料罐之间设有用于传输热量的管路。
【文档编号】C02F11/12GK103880266SQ201410145753
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】卢红雁, 陈利民, 颜炯, 李泽琼, 曹霞, 鲍迈克 申请人:四川大学