公布日：2022.07.01
申請(qǐng)日：2022.04.26
分類號(hào)：C02F11/04(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)及方法，污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)包括厭氧消化單元、板框脫水單元和干化炭化單元。厭氧消化單元設(shè)置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、污泥循環(huán)泵、儲(chǔ)泥池、沼氣凈化裝置及沼氣柜。板框脫水單元設(shè)置污泥泵、污泥調(diào)理池、加藥裝置及污泥板框脫水機(jī)。干化炭化單元設(shè)置泥餅破碎機(jī)、污泥進(jìn)料裝置、干化炭化一體機(jī)、水冷螺旋輸送機(jī)、第一熱水器及換熱排氣筒。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產(chǎn)物炭的內(nèi)部消納，克服產(chǎn)物去向不通暢的瓶頸，系統(tǒng)運(yùn)行低碳環(huán)保，產(chǎn)能集約，余熱在系統(tǒng)內(nèi)部充分回用，能量最大程度自給，運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)。
權(quán)利要求書
1.一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)，其特征在于：包括厭氧消化單元、板框脫水單元和干化炭化單元；厭氧消化單元中依次設(shè)置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、儲(chǔ)泥池，儲(chǔ)泥池與板框脫水單元連通；濕式污泥厭氧消化池連接沼氣凈化裝置及沼氣柜；厭氧消化單元中還設(shè)有用于在泥水換熱器和濕式污泥厭氧消化池之間循環(huán)消化污泥的污泥循環(huán)泵；板框脫水單元依次設(shè)置污泥調(diào)理池及污泥板框脫水機(jī)；污泥調(diào)理池還設(shè)有加藥裝置；干化炭化單元依次設(shè)置泥餅破碎機(jī)、污泥進(jìn)料裝置、干化炭化一體機(jī)、水冷螺旋輸送機(jī)；同時(shí)干化炭化單元設(shè)有第一熱水器及換熱排氣筒；換熱排氣筒內(nèi)部設(shè)置第二熱水器；干化炭化一體機(jī)的干化脫除熱蒸汽通入第一熱水器作為熱交換介質(zhì)；第一熱水器設(shè)有冷水進(jìn)口作為冷交換介質(zhì)；第一熱水器的冷交換介質(zhì)出口連通換熱排氣筒內(nèi)的第二熱水器的冷交換介質(zhì)進(jìn)口；沼氣柜連接干化炭化一體機(jī)的夾套爐；第一熱水器的熱交換介質(zhì)的氣體出口連通干化炭化一體機(jī)的夾套爐；干化炭化一體機(jī)的夾套爐設(shè)有燃燒廢氣出口，燃燒廢氣出口連通換熱排氣筒；換熱排氣筒內(nèi)部還設(shè)有空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器設(shè)有空氣入口和空氣出口，空氣出口連通干化炭化一體機(jī)的夾套爐；換熱排氣筒內(nèi)的冷凝水出水口連接水冷螺旋輸送機(jī)，水冷螺旋輸送機(jī)產(chǎn)生的熱水出口及第二熱水器的冷交換介質(zhì)出口連接厭氧消化單元的泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)；干化炭化一體機(jī)連接水冷螺旋輸送機(jī)，然后分別連接到厭氧消化單元的濕式污泥厭氧消化池和板框脫水單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)，其特征在于：濕式污泥厭氧消化池形狀為卵形；儲(chǔ)泥池設(shè)置溢流口，溢流水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。
3.一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1或2所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)，包括以下步驟：待處理污泥在泥水換熱器中與由污泥循環(huán)泵循環(huán)的消化污泥充分混合并加熱，之后進(jìn)入濕式污泥厭氧消化池，厭氧消化后的污泥經(jīng)儲(chǔ)泥池進(jìn)入后續(xù)板框脫水單元處理；厭氧消化產(chǎn)沼氣經(jīng)由沼氣凈化裝置凈化后，進(jìn)入沼氣柜儲(chǔ)存；儲(chǔ)泥池的厭氧消化出泥進(jìn)入污泥調(diào)理池，與加藥裝置輸送的污泥脫水調(diào)理劑進(jìn)行充分混合，再由污泥泵輸送至污泥板框脫水機(jī)中進(jìn)行脫水，脫水后的沼渣泥餅進(jìn)入后續(xù)干化炭化單元處理；沼渣泥餅進(jìn)入泥餅破碎機(jī)破碎，經(jīng)污泥進(jìn)料裝置進(jìn)入干化炭化一體機(jī)；進(jìn)入干化炭化一體機(jī)的沼渣經(jīng)中溫炭化轉(zhuǎn)變?yōu)樯锾亢蜔峤鈿�，生物炭進(jìn)入水冷螺旋輸送機(jī)，經(jīng)充分換熱后，一部分進(jìn)入?yún)捬跸瘑卧臐袷轿勰鄥捬跸�，一部分進(jìn)入板框脫水單元；干化脫除的熱蒸汽進(jìn)入第一熱水器與冷水進(jìn)行換熱后變?yōu)槔鋸U氣和冷凝水，換熱后的冷水變?yōu)轭A(yù)熱水進(jìn)入換熱排氣筒的第二熱水器，經(jīng)第二熱水器后變?yōu)闊崴�；第一熱水器的冷凝水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)；干化炭化一體機(jī)夾套爐的熱源包括沼氣柜中的沼氣、第一熱水器后的冷廢氣、炭化得到的熱解氣；干化炭化一體機(jī)夾套爐的燃燒廢氣作為換熱排氣筒的熱源；水冷螺旋輸送機(jī)的冷水源包括換熱排氣筒內(nèi)得到的冷凝水，水冷螺旋輸送機(jī)換熱后得到的熱水與第二熱水器得到的熱水進(jìn)入?yún)捬跸瘑卧哪嗨畵Q熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)；熱水經(jīng)過泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)之后，再次成為冷水，作為第一熱水器的冷水源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于：干化炭化一體機(jī)的干化和炭化均采用間接換熱方式；干化炭化一體機(jī)夾套爐的供氧源包括換熱排氣筒內(nèi)空氣預(yù)熱器加熱后的空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于：污泥板框脫水機(jī)過濾壓力為6-16bar，壓榨壓力為10-20bar，序批工作時(shí)長為1.5-3h；污泥脫水調(diào)理劑選用包括鐵鹽、PAM、骨料的復(fù)合藥劑，其中鐵鹽、PAM、骨料用量分別不高于絕干泥質(zhì)量的2%、5‰和2%；污泥脫水調(diào)理劑不包括石灰，且總用量不高于絕干泥質(zhì)量的5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于：加藥調(diào)理污泥由污泥泵輸送至污泥板框脫水機(jī)中進(jìn)行脫水得到的濾除沼液進(jìn)行濃縮處理；一部分中溫炭化得到的生物炭用于吸附濾除沼液中的NH3-N、TP及COD，吸附后晾干。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于：泥餅破碎機(jī)破碎后顆粒直徑小于3cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，其特征在于：干化炭化一體機(jī)炭化溫度為350-650℃，設(shè)置分離器分離熱解氣中的粉塵。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)及方法，可實(shí)現(xiàn)厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產(chǎn)物炭的內(nèi)部消納，克服產(chǎn)物去向不通暢的瓶頸，系統(tǒng)運(yùn)行低碳環(huán)保，產(chǎn)能集約，余熱在系統(tǒng)內(nèi)部充分回用，能量最大程度自給，運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化系統(tǒng)，包括厭氧消化單元、板框脫水單元和干化炭化單元；厭氧消化單元中依次設(shè)置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、儲(chǔ)泥池，儲(chǔ)泥池與板框脫水單元連通；濕式污泥厭氧消化池連接沼氣凈化裝置及沼氣柜；厭氧消化單元中還設(shè)有用于在泥水換熱器和濕式污泥厭氧消化池之間循環(huán)消化污泥的污泥循環(huán)泵；板框脫水單元依次設(shè)置污泥調(diào)理池及污泥板框脫水機(jī)；污泥調(diào)理池還設(shè)有加藥裝置；儲(chǔ)泥池與污泥調(diào)理池之間、污泥調(diào)理池與污泥板框脫水機(jī)之間設(shè)有污泥泵；干化炭化單元依次設(shè)置泥餅破碎機(jī)、污泥進(jìn)料裝置、干化炭化一體機(jī)、水冷螺旋輸送機(jī)；同時(shí)干化炭化單元設(shè)有第一熱水器及換熱排氣筒；換熱排氣筒內(nèi)部設(shè)置第二熱水器；干化炭化一體機(jī)的干化脫除熱蒸汽通入第一熱水器作為熱交換介質(zhì)；第一熱水器設(shè)有冷水進(jìn)口作為冷交換介質(zhì)；第一熱水器的冷交換介質(zhì)出口連通換熱排氣筒內(nèi)的第二熱水器的冷交換介質(zhì)進(jìn)口；沼氣柜連接干化炭化一體機(jī)的夾套爐；第一熱水器的熱交換介質(zhì)的氣體出口連通干化炭化一體機(jī)的夾套爐；干化炭化一體機(jī)的夾套爐設(shè)有燃燒廢氣出口，燃燒廢氣出口連通換熱排氣筒。
進(jìn)一步的，濕式污泥厭氧消化采用中溫一級(jí)方式，濕式污泥厭氧消化池形狀為卵形；儲(chǔ)泥池設(shè)置溢流口，溢流水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。
進(jìn)一步的，換熱排氣筒內(nèi)部還設(shè)有空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器設(shè)有空氣入口和空氣出口，空氣出口連通干化炭化一體機(jī)的夾套爐。
進(jìn)一步的，換熱排氣筒內(nèi)的冷凝水出水口連接水冷螺旋輸送機(jī)，水冷螺旋輸送機(jī)產(chǎn)生的熱水出口及第二熱水器的冷交換介質(zhì)出口連接厭氧消化單元的泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)。
本發(fā)明還公開一種污泥厭氧消化聯(lián)合干化炭化方法，包括以下步驟：
待處理污泥在泥水換熱器中與由污泥循環(huán)泵循環(huán)的消化污泥充分混合并加熱，之后進(jìn)入濕式污泥厭氧消化池，厭氧消化后的污泥經(jīng)儲(chǔ)泥池進(jìn)入后續(xù)板框脫水單元處理。厭氧消化產(chǎn)沼氣經(jīng)由沼氣凈化裝置凈化后，進(jìn)入沼氣柜儲(chǔ)存。
儲(chǔ)泥池的厭氧消化出泥進(jìn)入污泥調(diào)理池，與加藥裝置輸送的污泥脫水調(diào)理劑進(jìn)行充分混合，再由污泥泵輸送至污泥板框脫水機(jī)中進(jìn)行脫水，泥餅含水率降低至65％以下。脫水后的沼渣泥餅進(jìn)入后續(xù)干化炭化單元處理。
沼渣泥餅進(jìn)入泥餅破碎機(jī)，經(jīng)污泥進(jìn)料裝置進(jìn)入干化炭化一體機(jī)。進(jìn)入干化炭化一體機(jī)的沼渣經(jīng)中溫炭化轉(zhuǎn)變?yōu)樯锾亢蜔峤鈿猓锾窟M(jìn)入水冷螺旋輸送機(jī)，經(jīng)充分換熱后，一部分進(jìn)入?yún)捬跸瘑卧臐袷轿勰鄥捬跸�，一部分進(jìn)入板框脫水單元。
干化脫除的熱蒸汽進(jìn)入第一熱水器與冷水進(jìn)行換熱后變?yōu)槔鋸U氣和冷凝水，第一熱水器的冷凝水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。換熱后的冷水變?yōu)轭A(yù)熱水進(jìn)入換熱排氣筒的第二熱水器，經(jīng)第二熱水器后變?yōu)闊崴�；干化炭化一體機(jī)夾套爐的熱源包括沼氣柜中的沼氣、第一熱水器后的冷廢氣、炭化得到的熱解氣(不足部分以市售天然氣作為補(bǔ)充)；干化炭化一體機(jī)夾套爐的燃燒廢氣作為換熱排氣筒的熱源；水冷螺旋輸送機(jī)的冷水源包括換熱排氣筒內(nèi)得到的冷凝水，水冷螺旋輸送機(jī)換熱后得到的熱水與第二熱水器得到的熱水進(jìn)入?yún)捬跸瘑卧哪嗨畵Q熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)。熱水經(jīng)過泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機(jī)之后，再次成為冷水，作為第一熱水器的冷水源。
優(yōu)選的，干化炭化一體機(jī)的干化和炭化均采用間接換熱方式；干化炭化一體機(jī)夾套爐的供氧源包括換熱排氣筒內(nèi)空氣預(yù)熱器加熱后的空氣。
優(yōu)選的，污泥板框脫水機(jī)過濾壓力為6-16bar，壓榨壓力為10-20bar，序批工作時(shí)長為1.5-3h。污泥脫水調(diào)理劑不包含石灰等顯著影響污泥熱值或易腐蝕設(shè)備的原料，且總用量不高于絕干泥質(zhì)量的5％，優(yōu)選的，選用由鐵鹽、PAM、骨料組成的復(fù)合藥劑，其中鐵鹽、PAM、骨料用量分別不高于絕干泥質(zhì)量的2％、5‰和2％。厭氧消化單元要求進(jìn)泥有機(jī)質(zhì)含量為40％以上，厭氧消化池有機(jī)負(fù)荷為0.5-1.5kgVSS/m3d，厭氧消化周期為18-30d，污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率為40％-55％，污泥沼氣產(chǎn)率為60-200m3/tDS，消化池排砂率不低于30％。
進(jìn)一步的，加藥調(diào)理污泥由污泥泵輸送至污泥板框脫水機(jī)中進(jìn)行脫水得到的濾除沼液進(jìn)行濃縮處理，作為液態(tài)有機(jī)肥外售，或進(jìn)入污水處理系統(tǒng)；一部分中溫炭化得到的生物炭用于吸附濾除沼液中的NH3-N、TP及COD，吸附后晾干，可用作園林綠化營養(yǎng)基質(zhì)，余下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/span>
進(jìn)一步的，泥餅破碎機(jī)破碎后顆粒直徑小于3cm。
優(yōu)選的，干化炭化一體機(jī)炭化溫度為350-650℃，設(shè)置分離器分離熱解氣中的粉塵，保障干化炭化一體機(jī)夾套爐的清潔燃燒。
本發(fā)明的有益之處在于：
(1)本發(fā)明使用沼氣、污泥熱解氣等清潔能源，無需設(shè)置除塵、除臭、脫硫、脫硝等廢氣凈化裝置，可實(shí)現(xiàn)厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產(chǎn)物炭的內(nèi)部消納，克服產(chǎn)物去向不通暢的瓶頸，系統(tǒng)運(yùn)行低碳環(huán)保，產(chǎn)能集約，余熱在系統(tǒng)內(nèi)部充分回用，能量最大程度自給，運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)。
(2)厭氧消化除砂沼渣替代原污泥用于干化炭化，在實(shí)現(xiàn)碳封存的基礎(chǔ)上，可制備高品位生物炭，并集約干化炭化產(chǎn)能。
(3)產(chǎn)物炭自然載鐵，回用于厭氧消化單元，可提高厭氧消化效率和產(chǎn)氣率，還可抑制H2S的產(chǎn)生。產(chǎn)物炭回用于板框脫水單元充當(dāng)脫水調(diào)理劑，可降低泥餅含水率。產(chǎn)物炭吸附沼液中的NH3-N、TP及COD，既可提高用作園林綠化基質(zhì)的緩釋肥力，又可降低沼液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷壓力。
（發(fā)明人：朱慧可;賀大立;李惠;沈立茹;馬玉坤;陶先兵）
