蒸汽热浸提处理污泥的新方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用蒸汽浸提处理污泥的方法，以实现污泥的减量化、资源化和无害化，属于固废处理【技术领域】。本方法将污泥盛放于物料框内并置于密闭反应釜中；对反应釜抽真空后通入高温蒸汽；蒸汽加热污泥，破碎细胞，溶出有机质；富含有机质的浸出液在重力的作用下与污泥分离并汇集于反应釜底部。污泥始终只与新鲜的蒸汽接触，污泥中大部分有机质被浸出进入浸提液并降解为易生化的小分子物质。浸提液可作为液体肥、土壤改良剂、污水处理厂反硝化碳源等利用；残余污泥中有机质含量低，可经简单脱水或自然风干后作为建材、土地回用或填埋等得到彻底处置。
【专利说明】蒸汽热浸提处理污泥的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污泥的处理方法，具体涉及采用蒸汽热浸提处理污泥的方法，属于固 废处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 2012年我国投入运营的污水处理设施日处理污水1. 16亿立方，日产污泥近10万 吨（以80%含水率计）。污泥中富集了难降解有机物、重金属、病毒、细菌等，治理难度高。 不同于焚烧和填埋等传统技术，热水解技术可显著改善污泥的脱水性能和可生化性能，其 处理后的产物可资源化利用，在实现污泥减量化的同时实现资源化和无害化。
[0003] 中国专利20041203414. 2公开了一种剩余污泥的处理方法，由热水解、厌氧消化 和脱水三个单元组成。热水解单元采用高压釜为反应器，反应温度110?190°C，反应时间 15?75分钟。厌氧消化单元采用厌氧序批式反应器，停留时间7. 5?10天。脱水单元采用 离心脱水，转速2500?3000转/分钟，脱水后泥饼含水率为45 %?50%。该专利属于"热 水解-厌氧消化"工艺，整个工艺较为繁琐；热水解在该类工艺中仅为预处理，相比传统厌 氧消化虽节省了一半的时间，但仍然需要近10天的后续厌氧消化，处理效率仍不够理想。
[0004] 中国专利20121023419. 4公开了一种用于污泥水热预处理的装置及方法，由两个 交替运行的蒸煮釜组成。首先向第一蒸煮釜注入添加了碱的稀释水，再将第二蒸煮釜的泄 压蒸汽注入第一蒸煮釜以预热稀释水；污泥经破碎进入第一蒸煮釜并与稀释水混合均匀； 最后通入高温蒸汽直接加热污泥，反应温度130?180°C，反应压力0. 5?1. 5MPa，停留时 间15?45min。如此循环交替运行两个蒸煮釜，以最大程度利用余热。该专利仍然仅用于 污泥的预处理，需要添加稀释水和碱；虽对泄压蒸汽进行了充分利用，但稀释水的加入使得 能耗增加。
[0005] 中国专利20091026548. 7公开了一种用于污泥水热反应的卧式反应器。该专利 的反应器为双层卧式反应釜，中轴线上水平安装有搅拌器，搅拌刮刀具有一定角度，可实现 污泥的卸料。高温水蒸汽一部分直接进入内筒与污泥直接接触，另一部分进入夹套加快升 温过程。该发明无需对80%含水率污泥进行稀释，降低了能量消耗。该专利将传统立式反 应釜改为卧式反应釜，并且无需对污泥进行稀释，但搅拌器的能耗较高，综合来看能耗也较 商。
[0006] 中国专利20081021666. 9公开了一种从污泥制备液体肥料的工艺及系统。该专 利采用150?300°C、1. 5?3. OMPa的水蒸气与湿污泥原料混合搅拌，加热并保持20?60 分钟，后在0. 5?8小时内冷却至KKTC以下，经固液分离得到液体肥和半干固体。该专利 采用了搅拌，对大型高温高压容器实施搅拌难度大，且搅拌能耗较高；整个过程中污泥与蒸 汽、水混杂在一起，未能实现泥水的及时分离。
[0007] 可以看出，目前污泥的处理技术普高能耗高、工艺繁杂、处理不彻底，亟需开发一 种成本低廉、工艺简便、资源化利用程度高的新的污泥处理方法。
【发明内容】
[0008] 针对现有污泥处理技术能耗高、工艺复杂等问题，本发明提出了采用蒸汽热降解 处理污泥的新方法，同时可浸提污泥中有机质，即采用蒸汽破坏污泥细胞结构，溶出有机质 并将其中的大部分转移至液相产物（浸提液）中，从而达到污泥的减量化和资源再利用的 目的。
[0009] 本发明所述的蒸汽热浸提处理污泥的方法，包括如下步骤：
[0010] (1)将污泥盛放于物料框内并置于反应釜中，物料框为上部敞口的网状结构，能够 截住污泥停留于物料框的同时，过滤水份和浸提液并滴落于釜底成为釜液，并且物料框不 与釜液接触，密闭反应釜，抽真空至表压为-〇. 〇6MPa?-0. 07MPa ;
[0011] (2)将高温蒸汽通入反应釜，保持釜内温度在150°C?300°C，维持5?20小时； 高温蒸汽直接与污泥接触传热，利用蒸汽的相变热加热、降解污泥；
[0012] (3)浸提后的反应釜自然降温至室温，打开反应釜，从物料框内取出残余污泥，排 放釜液。
[0013] 反应釜整个外表面保温良好，反应釜内部有盛放待处理污泥的物料框，物料框上 端敞口，可从敞口处添加和取出污泥，四周和底部为200?300目的滤网。滤网用于过滤污 泥中的水份，同时可将污泥截留于物料框内，滤网可以为耐腐蚀、耐高温、强度好的材质制 成，优选不锈钢材质的滤网。
[0014] 物料框以不接触釜液的方式置于反应釜中，可悬挂于反应釜中，也可支撑放置于 反应釜中，即使得在整个浸提过程中污泥只与蒸汽接触，而不与釜液接触；处理时污泥盛放 于物料框内，通入蒸汽，蒸汽可从反应釜上方通入，也可从反应釜侧面通入，使蒸汽通入口 不与釜液接触即可，产生的冷凝水和浸提液即釜液，在重力作用下从物料框内下落至反应 釜底部的釜液收集器中，釜液收集器可以直接是反应釜的底部，也可以是单独放置于反应 釜底部的一个可接收和排放釜液的容器；而残余污泥始终停留于物料框内，以实现泥水的 及时分离。
[0015] 经过5?20小时的浸提，残余污泥中的水以自由水的形式存在，残余污泥的脱水 性能得到显著改善，可采用自然风干的方式脱水，经自然风干至含水率5%左右；也可经过 机械脱水快速将含水率降至50 %以下，再自然风干至含水率5 %左右。脱水设备可以是离 心脱水、带式压滤脱水、板框压滤脱水等常用污泥脱水设备。含水率5%左右的泥饼中有机 质含量低，可经建材利用、燃煤掺烧、水泥混烧、土地利用或填埋等得到彻底处置。
[0016] 本发明所述的蒸汽浸提方法可将原污泥中70%以上的有机质浸出进入浸提液。汇 集于反应釜底部的釜液主要有两种排出方法，第一种排出方法为一次性排出法，即在反应 完全后一次性排出反应釜；一次性排出法排出的釜液在高温下长时间停留，其中难降解有 机物被降解为易生化物质，该液相产物为易生化水，B0D 5/C0D& >0. 4,可作为液体肥、土壤 改良剂和污水厂反硝化碳源等加以利用。第二种排出方法为实时排出法，即通过液位监测 器和排水系统，在反应过程中及时将釜液排出反应釜；采用实时排出法排出的釜液具有可 生化性，0. 3 < B0D5/C0D& < 0. 4,可经过高温厌氧发酵等彻底处理。
[0017] 采用本发明所述方法，所处理的污泥可包括脱水污泥、浓缩污泥、硝化污泥等。
[0018] 本发明所采用的方法属于污泥热水解技术，但与传统的热水解有着本质的区别： 本发明中，蒸汽直接与污泥接触传热、热解并浸提其中的有机质，至始至终污泥只与蒸汽接 触，即采用"蒸"代替现有"煮"的方法热解污泥。这样的新的处理方法与传统热水解方法 相比，主要有如下优点：
[0019] (1)污泥中不添加任何物质，设备无需搅拌，因此设备简单，操作简便，成本低廉， 安全可靠，其处理量根据实际情况而定，单批次处理量可达几吨到几十吨。
[0020] (2)本发明采用的是蒸汽"蒸"污泥，污泥中70%以上的有机质被浸提至水中；残 余污泥中有机质低，再处理简单。
[0021] ⑶实时排出法可实现冷凝水和浸提液的实时排放，节约了能耗；1吨蒸汽可处理 2?3吨污泥（以80 %含水率计）。
[0022] (4) -次排放法可提高浸提液的可生化性，其B0D5/C0D&彡0. 4。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的处理流程示意图。
[0024] 1蒸汽分布器2反应釜 3物料框 4釜液收集器
[0025] 5脱水设备 6 -次性排出水7实时排出水8泥饼
[0026] 9易生化水
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0028] 实施例1
[0029] 污泥浸提反应釜2内设有一个盛放污泥的物料框3,该物料框上端敞口，四周和底 部为200目的陶瓷滤片，物料框悬挂于反应釜2中，物料框内盛放有2. 5kg污泥待处理。待 处理的污泥含水率为81. 4%，烘干固体T0C为217mg/g，盛放于所述的物料框3内，密闭反 应釜2,抽真空至表压为-0. 07MPa。
[0030] 处理流程如图1所示，将1. 2kg200°C蒸汽从反应釜上部的蒸汽分布器1通入反应 釜2内，保持釜内温度在150°C，维持20小时；在蒸汽加热和浸提过程中产生的浸提液和冷 凝水汇集于反应釜2底部的釜液收集器4中。
[0031] 浸提完全后，自然冷却至室温，釜液采用实时排出；从物料框3中将残余污泥取 出，送入脱水设备5中。
[0032] 污泥脱水产生的水为易生化水9,经检测，易生化水的B0D5/C0D&为0. 62,作为液 体肥、土壤改良剂、污水处理厂反硝化碳源等利用；实时排出的水7的B0D5/C0D&为0. 39,经 过高温厌氧发酵等彻底处理。脱水设备5脱水后产生的泥饼8,经过机械脱水将含水率降 至40 %，再自然风干至含水率5 %后，干基T0C为63mg/g，为原污泥T0C的29 %，作为建材 利用、土地回用或填埋等得到彻底处置。
[0033] 实施例2
[0034] 污泥浸提反应釜2内设有一个盛放污泥的物料框3,该物料框上端敞口，四周和底 部为300目的不锈钢滤网，物料框支撑放置于反应釜2中，物料框内盛放有8吨污泥待处 理。待处理的污泥含水率为80. 8%，烘干固体T0C(总有机碳）为214mg/g，密闭反应釜2， 抽真空至表压为-0. 〇6MPa。
[0035] 将3吨600°C蒸汽从反应釜上部的蒸汽分布器1通入反应釜2内，保持釜内温度在 300°C，维持5小时；在蒸汽加热和浸提过程中产生的浸提液和冷凝水汇集于反应釜2底部 成为荃液。
[0036] 浸提完全后，自然冷却至室温，釜液采用一次性排出；从物料框3中将残余污泥取 出，送入脱水设备5中。
[0037] 污泥脱水产生的水与一次性排出的水6均为易生化水9,经检测，易生化水的 B0D5/C0D&为0. 52,作为液体肥、土壤改良剂、污水处理厂反硝化碳源等利用。脱水设备5 脱水后产生的泥饼8,经自然风干至含水量为5 %左右后，干基T0C为65mg/g，为原污泥T0C 的30. 4%，作为建材利用、土地回用或填埋等得到彻底处置。
[0038] 实施例3
[0039] 与实施例2相同之处不再累述，不同之处在于，有两套污泥浸提反应釜2,交替运 行。首先，在第一个反应釜浸提完全后，将其内的乏汽泄压至第二个待加热反应釜2内，泄 压完毕后，再将1. 5吨新鲜的300°C蒸汽继续通入第二个反应釜2内，物料框内盛放有4. 5 吨污泥待处理，保持釜内温度在200°C，维持10小时。
[0040] 采用两套装置进行热浸提，可以节约蒸汽用量，使成本更低。对于交替运行的第一 套设备，反应前，待处理的污泥含水率为82. 3%，干基污泥的T0C值为221mg/g ;处理后，泥 饼干基T0C为61mg/g，为原污泥T0C的27. 6%，易生化水的B0D5/C0D&为0. 56。交替运行 的第二套设备，反应前，待处理污泥的含水率为81. 6%，干基污泥T0C为229mg/g ;处理后， 泥饼干基T0C为67mg/g，为原污泥T0C的29. 3%，易生化水的B0D5/C0D&为0. 55。
【权利要求】
1. 一种蒸汽热浸提处理污泥的新方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将污泥盛放于物料框内并置于反应釜中，物料框为上部敞口的网状结构，密闭反应 釜，抽真空至表压为-0. 〇6MPa?-0. 07MPa ; (2) 将高温蒸汽通入反应釜，保持釜内温度在150°C?300°C，维持5?20小时； (3) 浸提后的反应釜自然降温至室温，打开反应釜，从物料框内取出残余污泥，排放釜 液。
2. 根据权利要求1所述的蒸汽热浸提处理污泥的新方法，其特征在于，物料框的四周 和底部为200?300目的滤网。
3. 根据权利要求2所述的蒸汽热浸提处理污泥的新方法，其特征在于，所述滤网为不 锈钢滤网。
4. 根据权利要求1所述的蒸汽热浸提处理污泥的新方法，其特征在于，所述的釜液采 用如下方法排放： (1) 一次性排出，在反应完全后一次性排出反应釜；或 (2) 实时排出，通过液位监测器和排水系统，在反应过程中及时将水排出反应釜。
5. 根据权利要求1所述的蒸汽热浸提处理污泥的新方法，其特征在于，处理后的残余 污泥可风干至含水率5 %左右。
【文档编号】C02F11/12GK104193132SQ201410468152
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】徐愿坚, 王光伟, 陈忠, 陈鸿珍, 殷逢俊, 杨舒 申请人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院