一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝。首先將含固率10~25%污水處理廠的污泥置于水熱反應釜中，在200~300℃(1.6~8.6MPa)亞臨界高溫高壓狀態(tài)下保持5~30min，使污泥中胞內(nèi)物質(zhì)充分溶出、固態(tài)有機物充分溶解、水解和部分分解；并使污泥中結(jié)合水和表面水的釋放有利于提高污泥的脫水性能。水熱改性后的污泥進行脫水，使脫水后污泥含固率不高于60%，繼而進行好氧堆肥化穩(wěn)定處理。污泥脫水所得的富含溶解性有機質(zhì)的濾液進入高速厭氧消化系統(tǒng)充分回收沼氣。該技術高效實現(xiàn)了污泥的為生化、資源化和穩(wěn)定化，由于亞/超臨界反應速率快、后續(xù)高效厭氧消化水力停留時間短、水熱改性脫水后產(chǎn)生的固態(tài)殘渣少，本發(fā)明水熱環(huán)節(jié)、厭氧環(huán)節(jié)和好氧環(huán)節(jié)均可采用小容量反應器實現(xiàn)較大規(guī)模的城市污泥處理量。
【專利說明】
一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于固廢資源化領域，涉及一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝。

【背景技術】
[0002]城市污水處理廠因凈化生活污水而產(chǎn)生的脫水污泥量巨大，目前全年的可收集量在3000萬噸左右，傳統(tǒng)的污泥處理方法，如土地填埋、露天堆放和外運等方式已經(jīng)無法適應日趨嚴格的污泥處理處置標準，近年來，全球能源結(jié)構正經(jīng)歷以礦物能源為主向多種能源并存的方向的轉(zhuǎn)變，糧食安全和環(huán)境惡化等問題也日益突出，采用厭氧發(fā)酵技術回收污泥中的非糧生物質(zhì)能源一沼氣逐漸得到重視。
[0003]傳統(tǒng)的厭氧消化工藝首先用來處理生活污水，繼而用于處理污水廠剩余污泥。在上個世紀五十年代之前，厭氧消化工藝的運行溫度、停留時間(SRT)和有機負荷(OLR)未經(jīng)控制，厭氧消化裝置內(nèi)不具備攪拌設施，厭氧微生物在反應器里的停留時間(SRT)與污水/廢水的停留時間(HRT)是相同的，因此厭氧微生物在反應器里濃度較低，因而具有HRT較長(30-90天)，處理效率較低，處理效果不好，臭味嚴重等特點，稱為低速厭氧消化系統(tǒng)或常速厭氧消化系統(tǒng)，現(xiàn)在也通稱為“第一代厭氧消化工藝”。進入上世紀50、60年代，特別是70年代的中后期，通過維持厭氧微生物在系統(tǒng)中的停留時間，增加厭氧微生物量，相繼出現(xiàn)了一批被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應器的處理工藝，稱為“第二代厭氧生物反應器”，它們的主要特點有=HRT大大縮短，有機負荷大大提高，處理效率大大提高；HRT與SRT分離，SRT相對很長，HRT則可以較短，反應器內(nèi)生物量很高。主要包括:厭氧接觸法、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)反應器、厭氧流化床(AFB)、厭氧附著膜膨脹床(AAFEB)、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(ARBC)和擋板式厭氧反應器等。進入20世紀90年代以后，隨著以顆粒污泥為主要特點的UASB反應器的廣泛應用，在其基礎上又發(fā)展起來了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床(EGSB)反應器和厭氧內(nèi)循環(huán)(IC)反應器。這些高速反應器又被統(tǒng)稱為“第三代厭氧生物反應器”。
[0004]第二代和第三代高效厭氧消化工藝之所以能夠有效提高厭氧消化效率，主要由于污水和廢水中的有機污染物是以溶解態(tài)存在的，而厭氧微生物是固態(tài)懸浮的，因此能夠通過分別控制水力停留時間和固體停留時間的方式提高微生物濃度，降低污染物停留時間，從而提高處理效率。然而，城市污泥富含微生物殘體，固態(tài)有機污染物的比例較高，這導致污泥采用厭氧消化技術進行資源化和無害化過程中存在如下問題:第一，污泥中的有機物大部分以固態(tài)方式存在，與厭氧微生物混合在一起，無法分別控制厭氧微生物和污染物的停留時間，因此傳統(tǒng)的高速厭氧消化工藝未在污泥厭氧消化領域進行應用；第二，相比污水中的溶解性有機物，污泥中的固態(tài)有機物在厭氧消化過程中需增加一步“溶解”過程，另外，污泥中有機物多為微生物殘體，較為復雜，溶解、水解速率較低，這兩方面特征均降低了污泥厭氧消化的效率。
[0005]水熱技術是在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在高溫高壓的條件下進行化學反應的各種技術的統(tǒng)稱，在化工、冶金等領域被廣泛應用。在水熱反應體系中，水的性質(zhì)發(fā)生強烈改變，蒸汽壓變高、密度變低、表面張力變低、粘度變低、電離常數(shù)增大，離子積變高。利用水的這些性質(zhì)變化，無須添加藥劑即可對污泥進行改性。污泥經(jīng)水熱改性后:第一，污泥中原先無法通過機械脫水去除的結(jié)合水和表面水大量釋放，固態(tài)有機物溶解、水解，高分子有機物向小分子方向轉(zhuǎn)化，因此污泥脫水性能顯著提高；第二，固體有機物大量溶解、水解以及部分有機物分解成小分子有機物，有利于污泥后續(xù)厭氧消化效率提高。
[0006]污泥水熱技術為污泥的高效資源化處理奠定了基礎。水熱改性對污泥脫水性能和有機物溶解方面的作用有利于將污泥中富含溶解性有機污染物的液體分離出來，進行高速厭氧消化處理。已有的污泥高效資源化方法或工藝多為厭氧、好氧、熱解、建材利用、提取可商業(yè)化物質(zhì)，或通過物化改性進一步提高工藝效率，均有別于本發(fā)明的技術路線。本發(fā)明將公開一種污泥高效資源化處理工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝，所述工藝將污泥中的有機質(zhì)在亞臨界水熱條件下充分水解液化，并實現(xiàn)固相與液相有機質(zhì)高效資源化利用的處理工藝。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:通過亞臨界水熱技術，使污泥中的有機物最大限度往溶解態(tài)、易降解和小分子方向轉(zhuǎn)化，并充分將溶解性有機物富集在液相中，殘留的固態(tài)有機物存留在固相中，通過固液兩相的分離，富含溶解性有機質(zhì)的液體進行高速厭氧消化回收沼氣，含有殘留固態(tài)有機質(zhì)的固態(tài)部分進行高溫好氧發(fā)酵處理制肥，以區(qū)別于傳統(tǒng)污泥進行長時間(HRT=20天)厭氧消化后，再進行脫水后沼渣的好氧穩(wěn)定的資源化方式。
[0009]本發(fā)明提出的基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝，具體步驟如下:
(1)將含固率1(Γ25%污水處理廠的污泥置于水熱反應釜中，在高溫高壓狀態(tài)下保持5?30min，或者將污水處理廠的污泥以高壓泵連續(xù)進入水熱反應釜中，進料速度以保證污泥在水熱反應釜中停留5?30min，達到所需的亞臨界高溫高壓水熱反應條件為200^300°C, 1.6^8.6MPa，污泥含固率降低20°/Γ40% ;在該步驟中，具有肽鍵結(jié)合體結(jié)構的微生物細胞壁因熱振動而不穩(wěn)定，并發(fā)生水解反應而生成單糖、氨基酸或它們的低聚物，使得胞內(nèi)物質(zhì)充分溶出、固態(tài)有機物充分溶解、水解和部分分解；污泥中結(jié)合水和表面水的釋放有利于提高污泥的脫水性能。經(jīng)水熱改性后污泥的物化特征為:亞臨界反應條件為200^3000C (1.6?8.6MPa)，污泥含固率降低 20%?40% ；
(2)水熱反應結(jié)束后，水蒸氣可回收熱量用于污泥預熱，水熱改性后的污泥可采用板框壓濾等傳統(tǒng)脫水技術進行脫水，使脫水后污泥含固率不高于60% ；
(3)步驟(2)中污泥脫水所得的濾液進入高速厭氧消化系統(tǒng)充分回收沼氣，高效厭氧消化系統(tǒng)指:傳統(tǒng)的用于高濃度污水/廢水處理領域、能夠通過微生物截留或附著等手段使微生物停留時間和水力停留時間分開，因而在較短的水力停留時間下快速降解有機污染物而回收沼氣能源的厭氧消化工藝構造，如UASB、AFB、EGSB、IC以及厭氧MBR等。
[0010](4)步驟(2)中脫水后的污泥殘渣收集輸送進行好氧堆肥化處理。
[0011]本發(fā)明中，步驟(I)中所述污泥為初沉污泥、剩余污泥或兩者混合物，濃縮污泥或脫水污泥均可。
[0012]該工藝具有以下優(yōu)點:
1.該工藝從以下兩方面提高液相有機質(zhì)濃度，有利于污泥中有機污染物的富集及高效能源化利用:第一、采用水熱技術作為該方法的第一步，進料污泥濃度可提高至1(Γ25% ；第二、水熱反應進一步提高液相有機物濃度。
[0013]2.水熱改性后，污泥中微生物EPS被水解破壞，污泥脫水性能顯著提高，脫水后含水率不高于60%，相比傳統(tǒng)脫水污泥(含水率7510%)，已呈松散狀，可不添加輔料進行好氧堆肥化處理。與傳統(tǒng)厭氧消化后沼渣相比，水熱后脫水的泥渣含有未穩(wěn)定有機質(zhì)，容易發(fā)酵升溫實現(xiàn)穩(wěn)定化，而傳統(tǒng)的沼渣則往往存在發(fā)酵過程難以啟動的問題。
[0014]3.水熱改性環(huán)節(jié)反應溫度高，污泥首先實現(xiàn)了衛(wèi)生化，后續(xù)濾液的厭氧處理和殘渣的堆肥化處理充分實現(xiàn)了資源化和無害化。
[0015]4.由于亞臨界反應速率快、后續(xù)高效厭氧消化水力停留時間短、水熱改性脫水后產(chǎn)生的固態(tài)殘渣少，因此，該方法水熱環(huán)節(jié)、厭氧環(huán)節(jié)和好氧環(huán)節(jié)均可采用小容量反應器實現(xiàn)較大規(guī)模的城市污泥處理量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1.污泥高效資源化方法流程示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍不限于所述內(nèi)容。
[0018]實施例1:
某污水處理廠脫水污泥，測得含固率為10%，將儲泥罐中的污泥50Kg放入有效容積為75L的水熱反應釜內(nèi)膽中，設定溫度為200°C，壓力為1.6MPa，達到設定溫度后維持30min，水蒸氣回收并用于預熱儲泥罐污泥，測得水熱改性后的污泥含固率降為8%，經(jīng)板框壓濾脫水后得到濾液46kg，泥餅4kg，濾液進入UASB厭氧消化進水儲水池進行后續(xù)沼氣回收，多批次產(chǎn)生的泥餅共同進行好氧堆肥化處理。
[0019]實施例2:
某污水處理廠的脫水污泥，測得含固率為25%，將50kg污泥經(jīng)高壓泵以半連續(xù)式進入溫度為300°C，壓力為8.6MPa的亞臨界水熱反應器中，達到設定溫度后維持lOmin，水蒸氣回收并用于預熱儲泥罐污泥，測得水熱改性后的污泥含固率降為15%，經(jīng)板框壓濾脫水后得到濾液40kg，泥餅10kg，反應物料經(jīng)多級減壓冷卻后進入脫水系統(tǒng)，脫水濾液進入?yún)捬鮉BR系統(tǒng)的進水儲水池以進行后續(xù)沼氣回收，脫水殘渣進入好氧堆肥化處理。
【權利要求】
1.一種基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝，其特征在于具體步驟如下: (1)將含固率1(Γ25%污水處理廠的污泥置于水熱反應釜中，在亞臨界高溫高壓狀態(tài)下保持5?30min，或者將污水處理廠的污泥以高壓泵連續(xù)進入水熱反應釜中，控制進料速度以保證污泥在水熱反應釜中停留5?30min ;所述亞臨界水熱反應條件為:溫度20(T30(TC，壓力為1.6?8.6MPa ;所得污泥含固率降低20%?40% ； (2)水熱反應結(jié)束后，水熱改性后的污泥進行脫水；脫水后污泥含固率不高于60%； (3)污泥脫水所得的濾液進入高速厭氧消化系統(tǒng)充分回收沼氣； (4)步驟(2)中脫水后的污泥殘渣收集輸送進行好氧堆肥化處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝，其特征在于，步驟(3)高效厭氧消化系統(tǒng)為UASB、AFB、EGSB, 1C、厭氧MBR中任一種或與上述構造具有相似功能的工藝構造。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于亞臨界水熱處理的污泥高效資源化處理工藝，其特征在于，步驟(I)中所述污泥為初沉污泥、剩余污泥或兩者混合物，濃縮污泥或脫水污泥均可。
【文檔編號】C02F11/00GK104355512SQ201410586720
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】戴曉虎, 董濱, 段妮娜, 張靜思, 陳思思 申請人:同濟大學