一种高效循环处理剩余污泥的方法与流程

本发明涉及污泥处理，尤其涉及一种高效循环处理剩余污泥的方法。

背景技术：

1、随着我国城市化及工业化的迅速发展，污泥处理的排放量日益增加；污泥是一种稳定的胶体，具有微生物含量高、含水率高、有机质多、稳定性差、多孔分形和凝胶状网络结构等特点；且污泥中含有重金属元素、致癌有机物、病原微生物等有毒有害的物质，若处理不当，极易造成二次污染，严重破坏生态环境及危害人类的身体健康。

2、目前，我国污泥处理的方式包括：卫生填埋、焚烧、堆肥、污泥热解等，卫生填埋无法消除污泥中的污染物质，且随着城市化进程的发展，卫生填埋的土地资源逐渐饱和、可供卫生填埋的场地越来越少；焚烧能够产生热量并大幅减少污泥体积，但焚烧会产生诸多有毒有害副产物，如飞灰、二噁英等，造成环境污染；堆肥工艺成本低、能实现污泥中营养元素的循环利用，但污泥中含有的重金属元素等污染物容易打破土壤的平衡、造成土壤土质改变，进而影响生态平衡。污泥热解技术能够实现污泥中生物质能源的转化与利用、其裂解产生的热解气与生物油可直接用作能源，同时能够制备出具有比表面积大、离子交换性强、孔隙度高及表面官能团丰富的污泥质生物炭，是近年来国内外社会广泛关注的处理剩余污泥的技术之一。

3、然而，污泥热解前进行脱水干化的处理能耗高、脱水效率低，热解固态产物利用困难、制备出的污泥生物炭存在表面重金属释放的风险，且热解产生的合成气处理、利用工艺复杂等，严重制约着污泥热解处理技术的发展。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效循环处理剩余污泥的方法，该方法能够循环利用污泥处理后的生物炭与热解气，同时提高污泥脱水性能、有效避免生物炭表面的重金属释放风险，从而实现污泥资源化的最大、最充分利用，有效降低成本、提升污泥处理效率与效果。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种高效循环处理剩余污泥的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

4、s01、污泥调理：将过硫酸盐、阳离子聚丙烯酰胺与改性污泥生物炭加入剩余污泥中，同时进行搅拌使其充分混合；

5、s02、污泥脱水干燥：将步骤s01中充分混合后的剩余污泥进行脱水，脱水后采用低温进行干燥，获得干燥污泥；

6、s03、污泥热解：将步骤s02中的干燥污泥置于管式炉中，进行热解过程，热解获得污泥热解气与污泥生物炭；

7、s04、污泥热解气的分离：采用油气分离装置对步骤s03中的污泥热解气进行分离，从而分离出油气(如重质焦油)与混合气体(如h2s、so2、nh3、co、co2、h2、烃类及含氧官能团类的气体等)；分离出油气用于进行能源化利用，分离出的混合气体采用气体分离装置进行二次分离，收集改性气体备用、排除非改性气体；

8、s05、改性污泥生物炭的制备：将步骤s03中的污泥生物炭继续置于管式炉中，同时向管式炉中通入步骤s04中分离出的改性气体，加热管式炉，从而在高温条件下进行化学气相沉积反应，获得改性污泥生物炭，改性污泥生物炭作为步骤s01中调理药剂组成部分、实现改性污泥生物炭的循环。

9、作进一步优化，所述过硫酸盐、阳离子聚丙烯酰胺与改性污泥生物炭的质量比为：11.5～12.5:0.8～1.2:45～55；且过硫酸盐、阳离子聚丙烯酰胺与改性污泥生物炭组成的调理药剂投加量不超过干基污泥的50％。

10、污泥生物炭(即直接热解得到的污泥生物炭)直接作为催化剂活化过硫酸盐的氧化破解污泥，一是污泥生物炭催化过硫酸盐的能力不高、催化效率低，需要经过改性或负载功能性的纳米粒子才能提升其催化效率，而无论是化学活化、物理活化，还是纳米材料改性，均增加了改性生物炭的制造成本、增加了物料的使用且操作繁琐，增加污泥处理的成本与处理步骤。

11、本技术直接通过剩余污泥热解后的分离气体、同时直接对剩余污泥热解后产生的生物炭进行化学气相沉积，实现对污泥生物炭的改性，从而在污泥生物炭表面形成丰富的含氧官能团与石墨碳晶格组成的薄膜。其中，含氧官能团(如—c＝o、—oh、—cooh等)作为电子穿梭体能够有效调节生物炭的电子转移反应和氧化还原性能，从而使得过硫酸盐产生裂解、释放硫酸根自由基，而硫酸根自由基具有较高的氧化还原点位、更有效的矿化率及较好的稳定性，其能够氧化破解污泥、从而使得污泥释放更多的水；石墨碳晶格能够在非自由基途径中促进污染物与过硫酸盐间的电子转移，从而将电子从吸附于生物炭上的污泥转移到活化的过硫酸盐上，从而促进污泥与过硫酸盐之间的电子穿梭，进一步促进过硫酸盐对于污泥的破解、增加污泥脱水能力。此外，含氧官能团与石墨碳晶格组成的薄膜能够对生物炭表面形成包裹，从而避免生物炭表面重金属在污泥调理过程中、释放到剩余污泥中、增加剩余污泥中重金属含量的问题。

12、并且，改性后的污泥生物炭具有更多的活性位点、更大的比表面积以及丰富的含氧官能团和石墨碳晶格，从而作为剩余污泥调理过程中的骨架构建作用，进一步提高污泥透水能力、使得污泥中被释放出来的自由水更容易被压滤分离，从而使得污泥含水率降低；最后通过阳离子聚丙烯酰胺对污泥进行絮凝，避免污泥分散而堵塞脱水装置(具体为带式脱水压滤机)的滤网及管道。

13、作进一步优化，所述过硫酸盐采用过硫酸钠或过硫酸钾中的任一种。

14、作进一步优化，所述步骤s02中采用带式脱水压滤机对剩余污泥进行脱水。

15、作进一步优化，所述步骤s02中低温干燥的温度为65～90℃。

16、作进一步优化，所述步骤s03中热解的过程具体为：先进行100～200℃的低温预热、保温时间为3～5min，再进行650～850℃的高温裂解、保温20～35min；热解过程中管式炉的压力为3.5～6.5mpa。

17、在热解初始阶段，通过低温预热使得污泥中残余水分快速转换为水蒸气，既实现污泥的进一步干燥，又为后续高温裂解提供一定量的水蒸气；高温裂解过程中，水蒸气与生物炭反应生成氢气，从而增加了整个系统中的氢气浓度，提高后续化学气相沉积改性生物炭的原料气体，从而进一步提高化学气相沉积过程中生物炭表面的官能团。

18、作进一步优化，所述步骤s04中改性气体包括h2、小分子烃类cxhy与含氧官能团类(如醇类、醛类、羧酸类、酯类等)的气体；非改性气体为除改性气体之外的剩余污泥热解后的所有气体，如h2s、so2、nh3、co、co2等。

19、作进一步优化，所述步骤s05中化学气相沉积温度为600～800℃、沉积时间为30～60min。

20、本发明具有如下技术效果：

21、本技术通过剩余污泥热解后的分离出的气体、对剩余污泥热解后的生物炭进行改性，从而最大、最充分的实现了污泥的资源化利用，实现了污泥的循环利用，减少污泥生物炭改性原料的使用，节约物料成本；同时，本技术在同一热解炉中便可进行污泥热解生物炭及生物炭的改性，从而简化操作流程，有效节约设备成本及人力成本，降低了污泥的处理成本。此外，本技术改性后的污泥生物炭能够有效促进过硫酸盐裂解释放过硫酸自由基，从而增加污泥生物炭的催化效果，促使污泥释放更多的水，进而增加后续污泥脱水效果，从而降低压滤脱水后的污泥泥饼含水率，为后续处理带来便利。

22、本技术流程简便、易操作，且适用范围广、能够用于各类污泥处理厂，污泥处理后的副产物及处理气体能够进行污泥处理时的循环利用，实现了废物资源化，从而有效减少能源及物料的使用、绿色环保，处理成本低廉、处理效率高。