本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种利用热解原理处理市政污泥实现三相分离达到环保处置效果的工艺及装置。
背景技术
随着中国经济的快速发展和城市化进程的深入，城市生产、生活污水处理能力以及污水处理率的不断提高，污水处理厂的市政污泥产量也随之增长。然而，在我国的污水处理发展历程中，尽管市政污泥处理应是污水处理流程中的重要环节之一，但是由于长期的认识不足以及忽视，本应占污水处理费用10%-20%的市政污泥处理处置问题被长期搁置。
历史遗留问题使得市政污泥造成的环境污染困境越来越严重，在水污染日益严重、水环境日趋恶化的今天，缺少市政污泥安全处置考虑的污水处理系统是不完整的，也无法满足环境目标要求。市政污泥造成的二次污染问题日显突出，市政污泥的无害化处理处置问题已到了不容忽视、刻不容缓的地步，我们迫切需要解决市政污泥的安全处置问题。
对市政污泥的处理最直接的原因就是其颇具二次污染性，市政污泥中可能含有的可吸附卤化物、邻苯二甲酸二己酯(dehp)、直链烷基苯磺酸盐、多环芳烃(pahs)、壬基酚(np/npe)、多氯联苯(pcb)、多氯代二恶英(pcdd)、多氯代苯并呋喃(pcdf)如果得不到妥善地处理处置，自然挥发或化学反应生成其他化合物到大气中将直接造成大气污染和雾霾天气的增多。
未经妥善处理的市政污泥可能含有重金属和各类病原菌，不规范的填埋、倾倒或者利用肯定会造成土壤、水体等的二次污染，更有不良或无知的商人作为有机肥施入农田，直接进入民众食物链，造成疾病甚至癌症的多发，其后果简直是触目惊心。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种能实现污泥处理的液相、气相、固相的三相分离，析出三相物的处理过程无害化的市政污泥热解处理装置，以克服市政污泥传统处理方法易再次造成二次污染的缺陷。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种市政污泥热解处理装置，包括用于上料的进料装置、用于对市政污泥进行初步处理的热调质装置、对半干化污泥进行热解的热解炭化装置、为整个装置进行供热的供热装置和对整个装置进行尾气处理的尾气处理装置。
以下是本发明对上述方案的进一步优化：所述热调质装置包括可以对市政污泥进行加热的导热腔，导热腔内设置有搅拌器。
进一步优化：所述搅拌器包括沿导热腔的长度方向设置的螺旋状的搅拌叶片。
进一步优化：所述搅拌器上连接有水汽排放口。
进一步优化：所述热解炭化装置包括可以转动的滚筒，滚筒上设置有保温层。
进一步优化：所述保温层与滚筒之间设置有热解碳化反应器导热腔，热解碳化反应器导热腔上连接有燃烧机。
进一步优化：所述滚筒内安装有螺旋叶片，螺旋叶片沿滚筒的长度方向设置。
本发明的另一目的是提供一种全程密闭负压、可固化污泥中重金属、避免二次污染的市政污泥热解处理成套工艺。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种市政污泥热解处理成套工艺，包括以下工序：
一、热调质分离工序
1）、将市政污泥按量送入热调质装置中；
2）、市政污泥在热调质装置中进行热水解；
3）、当热调质反应器内达到一定压力时，开始泄压，使市政污泥半干化。
二、热解炭化工序
1）、将经热调质分离工序中分离出的市政污泥与零价铁、naoh按比例按量送入热解炭化装置中连续加热；
2）、当热解炭化装置内温度达到300±5℃左右时，热解反应器中已生成部分可燃烃气体；
当温度达到410±5℃时，可燃烃气体暂进入稳定生成阶段并持续一段时间。
三、尾气处理工序
1）、将热解碳化工序中热解产生的气态产物输送至分离装置，气态产物中的固体物质将被收集回收；
2）、所述气态产物中的气体将进入冷凝设备，气态产物的大部分产物将变为液状进入中间调节储罐，剩余气体进入中间缓冲气罐通过脱酸净化设备经防回火装置导入燃烧机燃烧，产生的高温气体给热解炭化工序提供所需热能；
热解气燃烧产生的高温热能将回用热解炭化工艺，排出热烟气，经余热回收设备回用于热调质分离工序，实现能量平衡。
以下是本发明对上述方案的进一步优化：在热调质分离工序中，热水解温度为110℃-150℃，热水解时间为45min。
进一步优化：在热解炭化工序中，市政污泥与naoh的重量比为100:2，市政污泥与零价铁的重量比为1000：1。
本发明产生的有益效果为：1、本发明通过分段处置、定向调节、精确控制、协同处理的工艺方式，集合热调质分离、热解炭化、尾气处理三大工序，改变原有市政污泥传统粗放处理的方式，采用热解等核心工艺，热解工艺处理市政污泥获得能源再重新利用，减少外接能源；整个工艺过程可以实现热量平衡，避免了对环境的二次污染问题；
2、经本工艺处理的污泥固体产物（污泥基生物炭），重金属浸出性较原污泥有明显降低，本工艺处理的污泥固体产物（污泥基生物炭）在加大检测物比例及浸出时间的条件下，铜、镍、铅、镉、铬未检出，砷检测为0.0386mg/l，锌检测值为0.107mg/l，检测结果明显优于《城镇污水处理厂污泥处置》标准关于污泥处置的要求；
3、本发明无害化处理后的市政污泥基生物炭可作为园林绿化基肥原料、土壤改良材料，实现市政污泥的资源化利用；
4、本发明产业化后，可以实现“以废治废”的循环发展，对我国污泥无害化资源利用提供了可操作的工艺和创新模式。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明在实施例中热调质装置的结构示意图；
图3是本发明在实施例中热解碳化反应器的结构示意图。
图中：1-水汽排放口；2-进料口；3-出料口；4-传动轴；5-搅拌器；6-导热腔；7-热解炭化反应器进料口；8-燃烧机；9-烟气出口；10-保温层；11-热解炭化反应器导热腔；12-反应区；13-传动齿轮；14-热解炭化反应器出料口；15-支撑轮；16-反应器外壳；17-滚筒；18-螺旋叶片。
具体实施方式
实施例，如图1-3所示，一种市政污泥热解处理装置，包括用于上料的进料装置、用于对市政污泥进行初步处理的热调质装置、对半干化污泥进行热解的热解炭化装置、为整个装置进行供热的供热装置和对整个装置进行尾气处理的尾气处理装置。
所述进料装置包括用于存储物料（污泥）的料仓、用于输送物料的螺旋（绞龙）和用于对物料的流量进行计算的供料计量系统。
所述进料装置设置为两组，一组与热调质装置连接，用于将污泥输送至热调质装置中；
另一组将热调质装置与热解炭化装置进行连接，用于将热调质装置产生的半干化污泥输送至热解炭化装置内。
所述热调质装置包括热调质反应器，热调质反应器包括中空且完全密封的壳体，该壳体的内部形成导热腔6，导热腔6可以对市政污泥进行加热。
所述导热腔6内设置有搅拌器5，搅拌器5用来对市政污泥进行搅拌，以使其更好的进行热水解。
所述搅拌器5包括沿导热腔6的长度方向设置的转轴，该转轴的两端分别与壳体之间转动连接，并分别与壳体外部的传动轴4传动连接。
所述转轴的外圆周上固定安装有螺旋状的搅拌叶片，且该搅拌叶片沿导热腔6的长度方向设置。
所述搅拌器5通过传动轴4传动连接有减速机，该减速机由电机进行驱动。
所述搅拌器5与壳体之间设置有完全密封的搅拌器壳体，该搅拌器壳体沿导热腔6的长度方向设置。
所述搅拌器壳体的两端分别与壳体密封连接，搅拌器壳体的两端分别为锥筒型结构。
所述搅拌器壳体的上端面靠近中部的位置固定连接有进料口2，进料口2的一端贯穿至壳体外一定距离，并与热调质分离工序中的供料计量系统相通。
所述搅拌器壳体的下端面靠近中部的位置固定连接有出料口3，出料口3的一端贯穿至壳体外一定距离，并连接有出料机，该出料机的输出端连接有料仓。
所述搅拌器壳体的上端面靠近一端的位置连接有水汽排放口1，水汽排放口1的一端贯穿至壳体外表面上。
所述热解炭化装置包括热解碳化反应器，热解碳化反应器包括中空的反应器外壳16，外壳16的内壁上贴附有保温层10。
所述反应器外壳16内设置有可以转动的滚筒17，滚筒17沿反应器外壳16的长度方向设置。
所述滚筒17与保温层10之间设置有热解碳化反应器导热腔11，反应器外壳16的外部固定安装有与热解碳化反应器导热腔11相通的燃烧机8。
所述滚筒17的两端分别延伸至反应器外壳16外一定距离并同轴装配有传动齿轮13，传动齿轮13与驱动轮啮合，并由电机驱动。
所述滚筒17的内壁上固定安装有螺旋叶片18，螺旋叶片18沿滚筒17的长度方向设置，滚筒17转动带动螺旋叶片18旋转，继而带动市政污泥按一定方向移动。
所述滚筒17的一端连接有热解炭化反应器进料口7，热解炭化反应器进料口7与热解炭化工序中的供料计量系统相通，热解炭化反应器进料口7可以将市政污泥输送至滚筒17内；
所述滚筒17的另一端连接有热解炭化反应器出料口14，经过热解炭化反应后的市政污泥由热解炭化反应器出料口14输出。
所述滚筒17内部形成反应区12，市政污泥在反应区12中进行热解炭化反应。
所述滚筒17的两端靠近传动齿轮13的位置分别由支撑轮15支撑转动。
所述支撑轮15、反应器外壳16分别固定安装在机架上，且反应器外壳16的上端面设置有与反应区12相通的烟气出口9。
所述尾气处理装置包括与烟气出口9连通的分离装置，分离装置对经烟气出口9输出的气态产物中的固体和气体进行分离。
所述分离装置上连通有冷凝设备和出料机，经分离装置分出的气体进入冷凝设备，经分离装置分出的固体经出料机进行输出。
所述冷凝设备上连通有中间调节设备储罐和中间缓冲气罐，经冷凝设备输出的大部分气体进入中间调节设备储罐，剩余气体进入中间缓冲气罐。
所述中间缓冲气罐的输出端连通有脱酸净化设备，脱酸净化设备和中间调节设备储罐的输出端均与防回火装置连通，防回火装置与燃烧机连通。
所述燃烧机上连接有余热回收设备，余热回收设备的输出端与热调质反应器中的导热腔6相通。
所述燃烧机和余热回收设备构成供热装置。
本发明还公开了一种采用上述装置的市政污泥热解处理成套工艺，包括以下工序：
一、热调质分离工序
a、将市政污泥送入热调质装置中
1、将市政污泥从料仓经螺旋输送进入供料计量系统，并按量送入间接加热的热调质反应器（热调质装置）中；
2、市政污泥在热水解反应器（热调质反应器）中，以110℃-150℃温度范围内进行热水解，热水解时间为45min；
3、市政污泥经热调质处理后，微生物絮体解体，微生物细胞破裂，细胞的有机质（如蛋白质、脂和碳水合物）被释放出来并进一步水解，当热调质反应器内达到一定压力时，开始泄压，此时有大量水蒸汽（水）泄出从而实现对市政污泥的半干化，半干化的市政污泥经过出料机进入料仓待进入热解炭化工序。
二、热解炭化工序
1、将经热调质工序中分离出的市政污泥从料仓经螺旋输送进入供料计量系统，并与零价铁、naoh按比例按量送入热解炭化反应器中连续加热，市政污泥与零价铁的重量比为1000：1，市政污泥与naoh的重量比为100：2；
所述热解炭化反应器启动时能源全部采用天然气燃烧供给，进入正常生产阶段，有部分能源采用市政污泥自身热解产生的可燃烃作为燃料；
所述热解工序（热解炭化工序）主要针对市政污泥进行无害化、资源化处理，主要利用热解原理，在密闭的环境中切断了二噁英及呋喃的再合成途径，实现了对资源的回收和再利用，生成大量可利用的可燃烃。
2、当热解反应器（热解炭化反应器）内温度达到300±5℃时，热解反应器中已生成部分可燃烃气体；
当温度达到410±5℃时，可燃烃气体暂进入稳定生成阶段并持续一段时间。
三、尾气处理工序
a.热解炭化产生的气态产物进入分离装置，气体中的固体物质将被收集回收，气态产物将再进入冷凝设备。
1、将热解碳化工序中热解产生的气态产物输送至分离装置，气态产物中的固体物质将被收集回收，固体物质经过出料机输出后，为市政污泥基生物炭；
2、所述气态产物中的气体（水蒸气以及气态可燃烃）将进入冷凝设备，气态产物的大部分产物（水蒸气）将变为液状进入中间调节储罐，剩余气体进入中间缓冲气罐通过脱酸净化设备（经水浴除尘、汽水分离净化处理后不存在具有催化作用的物质(金属或其氧化物)），经防回火装置导入燃烧机（供热装置）进行燃烧，产生的高温气体给热解炭化工序提供所需热能；
所述热解碳化工序中产生的可燃气体（热解气）的燃烧过程是一个彻底而洁净的氧化过程，热解气燃烧产生的高温热能将回用热解炭化工艺，排出热烟气，经余热回收设备通过能源阶梯利用回用于热水解预处理工艺（热调质分离工序），实现能量平衡。
本发明产生的有益效果为：1、本发明通过分段处置、定向调节、精确控制、协同处理的工艺方式，集合热调质分离、热解炭化、尾气处理三大工序，改变原有市政污泥传统粗放处理的方式，采用热解等核心工艺，热解工艺处理市政污泥获得能源再重新利用，减少外接能源；整个工艺过程可以实现热量平衡，避免了对环境的二次污染问题；
2、经本工艺处理的污泥固体产物（污泥基生物炭），重金属浸出性较原污泥有明显降低，本工艺处理的污泥固体产物（污泥基生物炭）在加大检测物比例及浸出时间的条件下，铜、镍、铅、镉、铬未检出，砷检测为0.0386mg/l，锌检测值为0.107mg/l，检测结果明显优于《城镇污水处理厂污泥处置》标准关于污泥处置的要求；
3、本发明无害化处理后的市政污泥基生物炭可作为园林绿化基肥原料、土壤改良材料，实现市政污泥的资源化利用；
4、本发明产业化后，可以实现“以废治废”的循环发展，对我国污泥无害化资源利用提供了可操作的工艺和创新模式。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。