厌氧发酵与碳化处理相结合技术进行污泥综合利用的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源技术领域，具体的说，是厌氧发酵与碳化处理相结合技术进行污泥综合利用的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，在国家节能减排和积极的财政政策作用下，城镇污水处理得到迅速发展，城镇水环境治理取得显著成效，随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。据不完全统计，目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行不同程度的处理和处置，而大部分未进行规范化的处理处置。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，含水率很高，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低，影响国家节能减排战略实施的积极效果。
[0003]目前国内城市污泥的处理主要采用填埋、干化焚烧、用作农肥等方式处理及处置；填埋污泥需要占用大量农用耕地；污泥的干化焚烧，普遍存在工程投资大，运行费用高的问题，在经济上难以支撑。相比以上处理方法，采用厌氧消化技术不但可以实现污泥的减量化、无害化、稳定化及资源化；污泥经厌氧消化后，体积减小50%左右，可以实现减量化；经过中温发酵后，污泥中的有害细菌得到大量的消灭，可以实现无害化和稳定化；厌氧消化产生的沼气可以用于燃料和发电，补偿水厂的能耗，为企业节能30%，是目前最可行的污泥处理工艺之一，可以实现资源化及节能化。
[0004]但是目前的所使用的污泥厌氧处理工艺，存在技术水平低，污泥处理效果差，沼气利用率低等一系列问题。而且，污泥厌氧处理工艺除了产生沼气外，还会产生沼渣；现有的沼渣处置工艺大部分采用堆肥技术制备有机肥，但该工艺需要大量的土地资源，在发达地区应用受到限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于设计出厌氧发酵与碳化处理相结合技术进行污泥综合利用的方法，解决现有厌氧消化污泥处理的不足，采用厌氧发酵与碳化处理相结合的处理技术，对城市污泥厌氧消化和碳化处理，生产沼气和制备污泥碳化物，实现污泥的减量化、能源化、肥料化，最终达到污泥的资源化综合利用。
[0006]本发明通过下述技术方案实现:厌氧发酵与碳化处理相结合技术进行污泥综合利用的方法，包括以下具体工艺步骤:
O调理污泥:采用物理方法、或化学方法、或先采用物理方法再采用化学方法、或先采用化学方法再采用物理方法对污泥进行调理，使调理后的污泥含水率为93?95%、碳氮比值为12?18、pH为6.7?7.4 ;其中所述的物理方法是在污泥中添加木肩或废纸，使其污泥与木肩或废纸按照质量比100?450:1的比例混合；所述化学方法是在污泥中同时添加15.0?90.0mg/L壳聚糖和30.0?120.0mg/L氢氧化I丐，或同时添加30.0?80.0mg/L壳聚糖、30.0?120.0mg/L氢氧化钙和2.0?8.0mg/L聚丙烯酰胺，使污泥的pH达到6.7?
7.4；
2)污泥混合厌氧消化处理:将通过步骤I)调理后符合要求的污泥输送到完全混合厌氧消化罐内，控制完全混合厌氧消化罐内的温度为38?40°C，并调控完全混合厌氧消化罐内局部温差在±0.5°C，然后通过气动搅拌、或间歇式机械搅拌、或同时进行气动搅拌和间歇式机械搅拌使罐内的污泥混合均匀，进行厌氧消化处理16-19天后，产生厌氧消化液和含甲烷62?68%的沼气，将产生的含甲烷62?68%的沼气经过现有的脱水、脱硫及脱碳处理后收集到沼气罐中备用，在厌氧消化过程中:所述气动搅拌是采用沼气搅拌方式，间歇式机械搅拌是采用转速为15?55r/min的间歇式机械搅拌装置进行的搅拌方式；
3)消化液固液分离:采用旋流反应器对步骤2)中产生的厌氧消化液进行固液分离，分离出含水率55?85%的沼渣，分离后的沼液作为有机肥的原料，或经过生物氧化塘工艺处理后达标排放和综合利用；
4)沼渣碳化处理:采用木肩或废纸与步骤3)中分离的含水率55?85%沼渣按照质量比1:5?15比例直接混合得到含水率为22?28%的沼渣，再将含水率为22?28%的沼渣输送到高温高压内热式转炉碳化装置中，厌氧或缺氧反应18?25min，产生碳化气体和污泥生物碳，其中反应后产生的碳化气体直接通过管道输送到高温高压内热式转炉碳化装置的燃烧室内继续燃烧，为碳化反应提供热量；反应过程中:高温高压内热式转炉碳化装置内的反应温度为650?750°C、压力为16.5?18.5Mpa。
[0007]进一步的为更好的实现本发明，步骤2)中所述的污泥混合厌氧消化处理是在完全混合厌氧消化罐内进行的，所述完全混合厌氧消化罐的罐体采用三层结构构成，外层为复合板层、中间层为保温层、内层为不锈钢复合板层，完全混合厌氧消化罐内设置气动搅拌装置、间歇式机械搅拌装置和恒温模糊调控系统。
[0008]进一步的为更好的实现本发明，步骤4)中所述的沼渣碳化处理是在高温高压内热式转炉碳化装置进行的，所述高温高压内热式转炉碳化装置包括内部转炉、中间燃烧室以及外部壳体，沼渣输送内部转炉的炉膛中，采用电加热启动方式高温碳化反应，生成碳化气体和生物碳产品；产生的碳化气体通过喷射技术喷射到燃烧室中燃烧，为转炉内沼渣进行碳化反应提供热量。
[0009]进一步的为更好的实现本发明，在所述步骤4)中制备的污泥生物碳粒径0.6?0.8_、含水率为6?8%、填充比重为0.52?0.54g/cm3、含有N、P、K元素。
[0010]本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
本发明实现城市污泥的减量化、能源化、肥料化以及资源化处理，沼气生产效率高，产生的沼液和沼渣都可以很好的处理或再次利用，采用完全混合厌氧消化技术进行污泥厌氧处理，其产气量比一般厌氧消化技术高出5%?15%;采用内热式碳化设备处置沼渣制备生物活性炭，工艺设备占地面积小，能耗低；生产的生物活性碳体积小，方便运输与储存；且富含N、P、K营养元素，广泛应用于农业等领域。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0012]实施例1: 厌氧发酵与碳化处理相结合技术进行污泥综合利用的方法，包括以下具体工艺步骤:
1)调理污泥:采用物理方法、或化学方法、或先采用物理方法再采用化学方法、或先采用化学方法再采用物理方法对污泥进行调理，使调理后的污泥含水率为93?95%、碳氮比值为12?18、pH为6.7?7.4 ;其中所述的物理方法是在污泥中添加木肩或废纸，使其污泥与木肩或废纸按照质量比100?450:1的比例混合；所述化学方法是在污泥中同时添加15.0?90.0mg/L壳聚糖和30.0?120.0mg/L氢氧化I丐，或同时添加30.0?80.0mg/L壳聚糖、30.0?120.0mg/L氢氧化钙和2.0?8.0mg/L聚丙烯酰胺，使污泥的pH达到6.7?
7.4；
2)污泥混合厌氧消化处理:将通过步骤I)调理后符合要求的污泥输送到完全混合厌氧消化罐内，控制完全混合厌氧消化罐内的温度为38?40°C，并调控完全混合厌氧消化罐内局部温差在±0.5°C，然后通过气动搅拌、或间歇式机械搅拌、或同时进行气动搅拌和间歇式机械搅拌使罐内的污泥混合均匀，进行厌氧消化处理16-19天后，产