本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种污泥综合利用装置及方法。
背景技术：
目前，我国每年产生3000～4000万吨的市政污泥(含水率80％)。如何经济、安全、无害、资源化处置污泥是近年来迫切需要解决的重大环境问题之一。市政污泥成分复杂，在含有大量有机物、无机物的同时，也含有重金属、细菌、病毒等对人体有毒有害物质，如不妥善处置，随意抛弃或填埋将对生态环境造成污染并严重威胁人类健康。
目前，国内外常见的污泥处置方法主要有填埋、堆肥、土地利用、焚烧等，从实际应用来看，各种技术都存在优点和缺陷。其中，填埋法随着国内可用填埋场地的日益减少，已不可持续；堆肥产品市场接受度低；土地利用一般仅用于林地等，用量和范围有较大限制；焚烧法虽然具有减量化、无害化程度高，处理速度快，占地面积小等显著优点，但其投资运行成本高，存在烟气二次污染等问题，一定程度上制约其推广应用。
针对污泥处置技术，研究者们开展了广泛研究。中国发明专利201710449260.0公开了一种污泥资源化系统，利用污泥做肥料，但在制作过程中存在废水、臭气等污染问题，同时污泥肥料使用过程中也存在重金属污染土壤、农作物等问题。中国发明专利201711166042.2公开了一种污泥资源化利用装置及其方法，利用污泥生产热解气实现工业锅炉、窑炉烟气脱硝，但工艺过程存在臭气、烟气so2、重金属等二次污染问题。中国发明专利201510753048.4公开了一种污泥资源化处理方法，该方法通过水热处理、固液分离、复合吸附材料吸附及厌氧发酵等步骤对污泥处理实现资源化，但工艺复杂、能耗高。
可见，虽然目前针对污泥无害化、资源化利用已开展了较为广泛的研究，但上述研究仍存在较多问题，无法实现污泥真正意义上的完全无害化、资源化利用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种污泥安全化环保综合利用方法，在对污泥进行安全化、无害化处置的同时，实现污泥的资源化、能源化利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种污泥综合利用装置，包括湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元、污泥碳储存单元、热处理设备和废气处理单元；所述湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元和污泥碳储存单元顺次连通，所述热处理设备的燃料来源于污泥热解气化单元，所述热处理设备产生的烟气输送至污泥热解气化单元、污泥干燥脱水单元和废气处理单元。
优选的，所述湿污泥储存输送单元为密封单元，包括连通的湿污泥皮带输送系统和湿污泥储罐；所述湿污泥皮带输送系统与所述污泥干燥脱水单元连通。
优选的，所述污泥干燥脱水单元包括干燥机、旋风除尘器和布袋除尘器；所述干燥机、旋风除尘器和布袋除尘器依次连通；所述干燥机与湿污泥储存输送单元连通；所述干燥机的干污泥出口、旋风除尘器的卸灰口、布袋除尘器的卸灰口与所述干污泥储存输送单元连通。
优选的，所述干污泥储存输送单元为密封单元，包括连通的干污泥储罐和干污泥输送系统；所述干污泥储罐与所述污泥干燥脱水单元连通，所述干污泥输送系统与所述污泥热解气化单元连通。
优选的，所述污泥热解气化单元包括污泥热解气化炉、布袋除尘器和热解气储罐；所述污泥热解气化炉与所述干污泥储存输送单元连通，所述污泥热解气化炉中产生的污泥热解气经布袋除尘器除尘后输送至所述热解气储罐中，所述热解气储罐中的污泥热解气作为燃料输送至热处理设备和污泥热解气化炉中。
本发明提供了上述技术方案所述污泥综合利用装置进行污泥处理的方法，包括以下步骤：
(1)将待处理污泥经湿污泥储存输送单元输送至污泥干燥脱水单元进行干燥脱水，得到干污泥；
(2)将所述干污泥经干污泥储存输送单元输送至污泥热解气化单元进行热解气化，得到污泥热解气和污泥碳；
(3)将所述污泥碳输送至污泥碳储存单元；将部分污泥热解气作为燃料回用至污泥热解气化单元，将剩余污泥热解气作为燃料输送至热处理设备，在所述热处理设备中燃烧产生烟气；
(4)将部分烟气输送至污泥干燥脱水单元和污泥热解气化单元，将剩余烟气输送至废气处理单元进行处理后达标排放。
优选的，所述步骤(1)中干污泥的含水率为5-35％。
优选的，所述步骤(2)中热解气化的温度为350-600℃。
优选的，所述步骤(4)中输送至污泥干燥脱水单元的烟气的温度为200-300℃。
优选的，所述步骤(4)中输送至污泥热解气化单元的烟气中氧含量为2-10％。
本发明提供了一种污泥综合利用装置，包括湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元、污泥碳储存单元、热处理设备和废气处理单元；所述湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元和污泥碳储存单元顺次连通，所述热处理设备的燃料来源于污泥热解气化单元，所述热处理设备产生的烟气输送至污泥热解气化单元、污泥干燥脱水单元和废气处理单元。
本发明利用该污泥综合利用装置进行污泥处理，在污泥处置全过程中无污染排放，避免了现有污泥处置技术存在的二次污染问题，是一种绿色清洁环保的污泥资源化处置新技术；
本发明以可再生资源--污泥为原料生产热解气，为工业生产提供气体燃料，可替代现有不可再生的煤炭、石油等化石燃料，在减少资源消耗的同时，也降低了企业生产成本；
本发明在利用污泥生产热解气的同时，也生产固体吸附剂——污泥碳，可用于废气、废水和土壤污染治理，实现以废治废和污泥资源化利用；
本发明的污泥综合利用装置及方法实现了污泥安全化、无害化、清洁化、资源化处置。
附图说明
图1为本发明的污泥综合利用装置及工艺流程图。
图1中：1-湿污泥储罐，2-湿污泥皮带输送系统，3-污泥干燥机，4-旋风除尘器，5-布袋除尘器，6-干污泥储罐，7-干污泥输送系统，8-防爆预警装置，9-污泥热解气化炉，10-布袋除尘器，11-热解气储罐，12-污泥碳储罐，13-污泥碳输送系统，14-热处理设备，15-余热利用设备，16-废气处理单元。
具体实施方式
本发明提供了一种污泥综合利用装置，包括湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元、污泥碳储存单元、热处理设备和废气处理单元；所述湿污泥储存输送单元、污泥干燥脱水单元、干污泥储存输送单元、污泥热解气化单元和污泥碳储存单元顺次连通，所述热处理设备的燃料来源于污泥热解气化单元，所述热处理设备产生的烟气输送至污泥热解气化单元、污泥干燥脱水单元和废气处理单元。所述污泥综合利用装置装置的具体连接关系如图1所示，图1中：1-湿污泥储罐，2-湿污泥皮带输送系统，3-污泥干燥机，4-旋风除尘器，5-布袋除尘器，6-干污泥储罐，7-干污泥输送系统，8-防爆预警装置，9-污泥热解气化炉，10-布袋除尘器，11-热解气储罐，12-污泥碳储罐，13-污泥碳输送系统，14-热处理设备，15-余热利用设备，16-废气处理单元。
在本发明的实施例中，所述湿污泥储存输送单元为密封单元，包括连通的湿污泥皮带输送系统和湿污泥储罐；所述湿污泥皮带输送系统与所述污泥干燥脱水单元连通。在本发明的实施例中，具体是将待处理污泥储存在湿污泥储罐内，由湿污泥皮带输送系统输送至污泥干燥脱水单元中。本发明将湿污泥储存输送单元设置为密封单元，可以起到密闭、除臭、抑尘、防止蚊虫滋生、改善工作环境的作用。
在本发明的实施例中，所述污泥干燥脱水单元包括干燥机、旋风除尘器和布袋除尘器；所述干燥机与湿污泥储存输送单元连通；所述干燥机的干污泥出口、旋风除尘器的卸灰口、布袋除尘器的卸灰口与所述干污泥储存输送单元连通。在本发明中，所述干燥机优选为卧式滚筒干燥机或立式悬浮气流干燥机。在本发明的实施例中，具体是将湿污泥皮带输送系统输送来的待处理污泥在干燥机中进行干燥脱水，得到的干污泥以及干燥后的废气中携带的干污泥经由旋风除尘器和布袋除尘器收尘后经干污泥输送系统输送至干污泥储存输送单元；干燥后的废气经旋风除尘器和布袋除尘器除尘后进入热处理设备焚烧处置或进入废气处理单元处理达标排放。
在本发明的实施例中，所述干污泥储存输送单元为密封单元，包括连通的干污泥储罐和干污泥输送系统；所述干污泥储罐与所述污泥干燥脱水单元连通，所述干污泥输送系统与所述污泥热解气化单元连通。本发明将干污泥储存输送单元设置为密封单元，可以起到密闭、除臭、抑尘、改善工作环境的作用。在本发明的实施例中，所述干污泥储存输送单元还包括防爆预警装置，所述防爆预警装置与干污泥储罐连接；所述防爆预警装置可以监控粉尘浓度，做出防爆提醒。在本发明的实施例中，具体是将污泥干燥脱水单元产生的干污泥储存在干污泥储罐内，由干污泥输送系统输送至污泥热解气化单元。
在本发明的实施例中，所述污泥热解气化单元包括污泥热解气化炉、布袋除尘器和热解气储罐；所述污泥热解气化炉与所述干污泥储存输送单元连通，所述污泥热解气化炉中产生的污泥热解气经布袋除尘器除尘后输送至所述热解气储罐中，所述热解气储罐中的污泥热解气作为燃料输送至热处理设备和污泥热解气化炉中。
在本发明的实施例中，所述污泥碳储存单元包括污泥碳储罐和污泥碳输送系统。在本发明的实施例中，所述污泥碳储罐与污泥热解气化炉连通，所述污泥碳输送系统与废气处理单元连通。在本发明的实施例中，具体是将污泥热解气化单元产生的污泥碳储存在污泥碳储罐中，然后经污泥碳输送系统输送至废气处理单元用作废气吸附剂或用于其他领域，如用于废气、废水和土壤污染治理。
在本发明中，所述热处理设备优选包括工业锅炉或工业窑炉。在本发明的实施例中，所述热处理设备分别与热解气储罐和污泥干燥脱水单元中的干燥机连通。在本发明的实施例中，所述热处理设备还包括余热利用设备；所述余热利用设备与工业锅炉或工业窑炉连通。在本发明的实施例中，具体是将热解气储罐中的污泥热解气作为燃料输送至工业锅炉或工业窑炉，所述工业锅炉或工业窑炉产生的烟气经余热利用设备利用余热后的部分烟气输送至污泥热解气化炉和污泥干燥脱水单元的干燥机，剩余烟气输送至废气处理单元进行处理后达标排放。同时干燥机产生的含臭气、vocs的干燥废气将进入热处理设备焚烧处置。
在本发明中，所述废气处理单元优选为吸附罐；所述吸附罐中所用的吸附剂优选为污泥碳或活性炭。在本发明的具体实施例中，所述吸附剂吸附饱和后不回用，直接进入热处理设备进行焚烧处置。在本发明的实施例中，所述废气处理单元分别与污泥干燥脱水单元、污泥碳储存单元和余热利用设备连通。在本发明的实施例中，具体是将污泥碳储存单元产生的污泥碳作为吸附剂用于废气处理单元，并将污泥干燥脱水单元的干燥机产生的含臭气、vocs的干燥废气和余热利用设备输出的烟气输送至废气处理单元进行处理；进入所述废气处理单元的污泥碳作为吸附剂使用后成为废污泥碳，所述废污泥碳输送至热处理设备使用。
本发明提供了上述技术方案所述污泥综合利用装置进行污泥处理的方法，包括以下步骤：
(1)将待处理污泥经湿污泥储存输送单元输送至污泥干燥脱水单元进行干燥脱水，得到干污泥；
(2)将所述干污泥经干污泥储存输送单元输送至污泥热解气化单元进行热解气化，得到污泥热解气和污泥碳；
(3)将所述污泥碳输送至污泥碳储存单元；将部分污泥热解气作为燃料回用至污泥热解气化单元，将剩余污泥热解气作为燃料输送至热处理设备，在所述热处理设备中燃烧产生烟气；
(4)将部分烟气输送至污泥干燥脱水单元和污泥热解气化单元，将剩余烟气输送至废气处理单元进行处理后达标排放。
本发明将待处理污泥经湿污泥储存输送单元输送至污泥干燥脱水单元进行干燥脱水，得到干污泥。在本发明中，所述待处理污泥优选为市政污泥。在本发明的具体实施例中，具体为市政污水处理厂的脱水污泥。在本发明中，所述干污泥的含水率优选为5-35％，更优选为10-25％。
得到干污泥后，本发明将所述干污泥经干污泥储存输送单元输送至污泥热解气化单元进行热解气化，得到污泥热解气和污泥碳。在本发明中，所述热解气化的温度优选为350-600℃，更优选为450-550℃。在本发明中，所述热解气化优选先由天然气作为燃料，将炉膛温度升到350-600℃，当污泥热解气能持续供应时，停止供应天然气，改用污泥热解气作为污泥热解气化燃料。
得到污泥热解气和污泥碳后，本发明将所述污泥碳输送至污泥碳储存单元；将部分污泥热解气作为燃料回用至污泥热解气化单元，将剩余污泥热解气作为燃料输送至热处理设备，在所述热处理设备中燃烧产生烟气。
在所述热处理设备中燃烧产生烟气后，本发明将部分烟气输送至污泥干燥脱水单元和污泥热解气化单元，将剩余烟气输送至废气处理单元进行排放处理。在本发明中，所述输送至污泥干燥脱水单元的烟气的温度优选为200-300℃，更优选为230-280℃。在本发明中，所述烟气与污泥的接触加热方式优选为逆流直接接触加热。本发明利用输送至污泥干燥脱水单元的烟气对湿污泥进行干燥，干燥后的部分烟气含有大量恶臭物质不能直接排放，将以二次风的形式重新回到热处理设备中燃烧除去恶臭物质；部分烟气进入废气处理单元进行处理至达标排放。本发明利用输送至污泥热解气化单元的烟气作为污泥热解气化的气源，实现污泥热解气化。在本发明中，所述输送至污泥热解气化单元的烟气中氧含量优选为2-10％，更优选为5-8％。本发明通过调节热处理设备过剩空气系数来控制烟气中氧含量。
在本发明中，所述污泥碳优选经皮带输送机输送至污泥碳储存单元，所述污泥碳可作为吸附剂用于废气处理单元及废气、废水和土壤污染治理等领域。
下面结合实施例对本发明提供的污泥综合利用装置及方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
来自市政污水处理厂的脱水污泥经皮带输送系统输送至湿污泥储罐，随后经湿污泥皮带输送系统将湿污泥输送至干燥机中，在卧式滚筒干燥机内湿污泥与300℃的干燥烟气直接接触，湿污泥被干燥成含水率为5％的干污泥，随后干污泥及由旋风除尘器、布袋除尘器收集的部分干污泥经干污泥输送系统输送至干污泥储存罐保存，最终干污泥经皮带输送系统输送至污泥热解气化炉，在600℃条件下进行热解气化，其中，污泥热解气化炉首先由天然气作为燃料起炉，将炉膛温度升到600℃，当污泥热解气化产生的污泥热解气能持续供应时，停止供应天然气，改用污泥热解气作为污泥热解气化燃料。
污泥热解气化炉产生的污泥热解气经布袋除尘后由管道输送至热解气储罐，随后一部分污泥热解气导入污泥热解气化炉作为燃料，燃烧产生污泥热解气化所需的热量；一部分作为气体燃料输送至工业窑炉，在其中燃烧，实现热能利用。工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的烟气经余热利用设备利用后温度在300℃，氧含量在5％，随后一部分烟气作为干燥风进入污泥干燥机，对湿污泥进行干燥，干燥后的烟气含有大量恶臭物质不能直接排放，将以二次风的形式重新回到工业窑炉中燃烧除去恶臭物质；一部分烟气由管道输送至污泥热解气化炉，作为污泥热解气化的气源，实现污泥热解气化。当工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的干燥臭气、烟气量过多时，多余的废气将进入装填有污泥碳的废气处理单元处理达标排放。
污泥热解气化单元产生的污泥碳经皮带输送机输送至污泥碳储罐，随后污泥碳作为吸附剂用于工艺废气处理单元，同时将污泥碳作为吸附剂用于废气污染控制领域。具体的工艺流程参见图1。
实施例2
来自市政污水处理厂的脱水污泥经皮带输送系统输送至湿污泥储罐，随后经湿污泥皮带输送系统将湿污泥输送至干燥机，在卧式滚筒干燥机内湿污泥与250℃的干燥烟气直接接触，湿污泥被干燥成含水率为20％的干污泥，随后干污泥及由旋风除尘器、布袋除尘器收集的部分干污泥经干污泥皮带输送系统输送至干污泥储存罐保存，最终干污泥经皮带输送系统输送至污泥热解气化炉，在450℃条件下进行热解气化，其中，污泥热解气化炉首先由天然气作为燃料起炉，将炉膛温度升到450℃，当污泥热解气化产生的污泥热解气能持续供应时，停止供应天然气，改用污泥热解气作为污泥热解气化燃料。
污泥热解气化炉产生的污泥热解气经布袋除尘后由管道输送至热解气储罐，随后一部分污泥热解气导入污泥热解气化炉作为燃料，燃烧产生污泥热解气化所需的热量；一部分作为气体燃料输送至工业窑炉，在其中燃烧，实现热能利用。工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的烟气经余热利用设备利用后温度在250℃，氧含量在2％，随后一部分烟气作为干燥风进入污泥干燥机，对湿污泥进行干燥，干燥后的烟气含有大量恶臭物质不能直接排放，将以二次风的形式重新回到工业窑炉中燃烧除去恶臭物质；一部分烟气由管道输送至污泥热解气化炉，作为污泥热解气化的气源，实现污泥热解气化。当工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的干燥臭气、烟气量过多时，多余的废气将进入装填有污泥碳的废气处理单元处理达标排放。
污泥热解气化单元产生的污泥碳经皮带输送机输送至污泥碳储罐，随后污泥碳作为吸附剂用于工艺废气处理单元，同时将污泥碳作为吸附剂用于废水污染控制领域。
实施例3
来自市政污水处理厂的脱水污泥经皮带输送系统输送至湿污泥储罐，随后经湿污泥皮带输送系统将湿污泥输送至干燥机，在卧式滚筒干燥机内湿污泥与200℃的干燥烟气直接接触，湿污泥被干燥成含水率为35％的干污泥，随后干污泥及由旋风除尘器、布袋除尘器收集的部分干污泥经干污泥皮带输送系统输送至干污泥储存罐保存，最终干污泥经皮带输送系统输送至污泥热解气化炉，在350℃条件下进行热解气化，其中，污泥热解气化炉首先由天然气作为燃料起炉，将炉膛温度升到350℃，当污泥热解气化产生的污泥热解气能持续供应时，停止供应天然气，改用污泥热解气作为污泥热解气化燃料。
污泥热解气化炉产生的污泥热解气经布袋除尘后由管道输送至热解气储罐，随后一部分污泥热解气导入污泥热解气化炉作为燃料，燃烧产生污泥热解气化所需的热量；一部分作为气体燃料输送至工业窑炉，在其中燃烧，实现热能利用。工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的烟气经余热利用设备利用后温度在350℃，氧含量在10％，随后一部分烟气作为干燥风进入污泥干燥机，对湿污泥进行干燥，干燥后的烟气含有大量恶臭物质不能直接排放，将以二次风的形式重新回到工业窑炉中燃烧除去恶臭物质；一部分烟气由管道输送至污泥热解气化炉，作为污泥热解气化的气源，实现污泥热解气化。当工业窑炉中污泥热解气燃烧产生的干燥臭气、烟气量过多时，多余的废气将进入装填有污泥碳的废气处理单元处理达标排放。
污泥热解气化单元产生的污泥碳经皮带输送机输送至污泥碳储罐，随后污泥碳作为吸附剂用于工艺废气处理单元，同时将污泥碳作为吸附剂用于土壤污染控制领域。
由以上实施例可知，本发明提供了一种污泥综合利用装置及方法，在污泥处置全过程中无污染排放，避免了现有污泥处置技术存在的二次污染问题，是一种绿色清洁环保的污泥资源化处置新技术；以可再生资源--污泥为原料生产热解气，为工业生产提供气体燃料，可替代现有不可再生的煤炭、石油等化石燃料，在减少资源消耗的同时，也降低了企业生产成本；在利用污泥生产热解气的同时，也生产固体吸附剂--污泥碳，可用于废气、废水和土壤污染治理，实现以废治废和污泥资源化利用；实现了污泥安全化、无害化、清洁化、资源化处置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。