一种污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法
技术领域
本发明属于环保技术和污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法。
背景技术
城市污水处理厂及工业污水处理厂都会产生大量的污泥，污水厂的污泥是处理污水过程中产生的沉淀物质，这些污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。除了含有大量有机质、无机盐和丰富的氮、磷等营养物质以外，还含有病原菌、寄生虫(卵)、重金属等有害成分，而且会散发出大量的有毒气体及恶臭气味，且如果污泥处理不当，极易造成二次污染，病原菌和寄生虫快速传播，破坏周边生态环境。污泥的主要特点是含水率高，平均为 81%，污泥中的碳元素和氧元素含量高，主要基于污泥中存在一定量的有机成分，如蛋白质、脂肪和纤维素等，蛋白质的组成单元是氨基酸，氨基酸同时含有羧基和氨基，因此，污泥中也含有较多的氮元素。
现有的污泥处理方法是干化后焚烧或做绿化用肥，填埋的方式逐步被淘汰。绿化用肥也很少，今后的主流是干化后焚烧或资源化利用。干化的类型主要包括热干化、太阳能干化、微波加热干化、超声波干化及生物干化等，其中应用最广泛最成熟的是污泥热干化技术。热干化过程中的所采用的热介质一般采用导热油、水蒸气、热空气、热烟气等，根据热介质与污泥接触方式，干化分为直接加热式即对流干化技术、间接加热式即传导干化技术以及直接与间接联合式干化技术。
直接热干化是热对流型干化技术的应用。在直接干化过程中，是将热媒与污泥直接混合使污泥加热，热介质加热后被送入干化机中与需要处理的湿污泥直接接触混合，在干化机内发生换热，污泥升温、水分蒸发。在这类干化装置运行的过程中，由于热媒与蒸发水汽、干化过程中污泥的副产气一同排出，且排气量很大，所以增加了后续废气收集、治理的费用和难度。该类干化技术的传热速率及水分蒸发速率较高，干化后得到的干化污泥含固率可以高达 85%-95% 。目前污泥直接热干化常用的技术主要有转鼓干化、闪蒸式干化、带式干化技术等。直接热干化系统的明显特点是：污泥的干化处置需要在无氧环境中操作，不产生灰尘，干污泥粒径可以控制，干化后的污泥呈颗粒状，尾气的处理成本由于采用气体循环回用的设计可以大减少。直接热干化，在与污泥进行接触的过程中，热媒会受到污染。由于热媒与蒸发水汽、干化过程中污泥的副产气一同排出，且排气量很大，所以增加了后续废气收集、治理的费用和难度。
间接热干化是热传导型干化技术的应用。在间接干化的过程中，热介质通过加热干化机器壁，通过干化机器壁的换热，使干化机内的污泥受热，水分蒸发。在间接干化的过程中热介质不与需要处置的湿污泥直接接触，热介质不会受到污染，因此，此类干化工艺采用的热介质不局限于采用蒸汽，也可用热油等其它热介质。此类技术传热效率和水分蒸发速率低于直接干化技术，但在干化工程中由于污泥不与热介质接触，产生的尾气量较小，而且可以采取有效措施避免烟气污染，装置的环境保护性能较好，目前污泥间接热干化常用的技术主要有转盘式干化、立式多盘干化、桨叶式干化技术等。间接热干化系统的特点是：流程简单，操作简便，装置易于控制，干化后污泥的干度可以调节控制，在干化器终端干污泥产物为粉末状。
直接-间接联合热干化是对流-传导热干化技术的的有效合理结合，该类型技术的代表有流化床干化技术和涡轮薄层干化技术。该干化系统的特点是：装置无返料系统，热媒介与污泥间接加热，干燥机本身无动部件，故几乎无需维修，但干化颗粒的粒径无法控制。
我国目前正处在无水处理率大幅高、污泥产量猛增的阶段，探索一种新的污泥处理方法，在将污泥转化为有机肥料或土壤改良剂的同时，进一步提高污泥处理效率、降低运营成本、解决处理过程中存在的污染隐患，已经是目前污泥发展面临的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供一种污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法。所述方法完全用导热的方式将污泥干化，在热量传递的三个过程中（导热、对流、辐射），导热的速度最快。本发明利用蓄热体与污泥直接接触，通过导热的热传递方式将污泥干燥。因为污泥本身具有一定的热值（干燥基3000Kcal/kg），与生物质混合后，制作成生物质混合燃料，以燃烧该燃料为热源产生热烟气加热蓄热体，蓄热体通过导热方式干燥污泥，实现污泥干化、燃料化、资源化的目的。本发明提供的污泥处理方法将污泥高效干燥并达到无害化、资源化处理，所述方法适用于城市污水处理厂的污泥、工业污水处理厂的污泥，也适用于高含水的菌糠等细小颗粒的物料干化。
为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法，具体步骤如下。
步骤1、将干化的污泥即含水率小于20%与生物质粉混合压制成型，调制成混合燃料；将该混合燃料送入到机械炉排燃烧。
步骤2、热烟气进入加热塔底部，加热塔内充满蓄热球，冷球从加热塔上部进，经烟气逆向对流加热后，蓄实现高温烟气对蓄热球的加热过程。
步骤3、蓄热球通过无轴输送机送到双轴搅拌加热器中，在双轴搅拌加热器中加入污泥或被干燥的物料，实现污泥和蓄热球的导热换热过程，双轴搅拌加热器出来的污泥和蓄热球的混合物料再送到回转式筛分机中，蓄热球与干化的污泥分离，干化的污泥含水率小于20%，蓄热球通过提升机送到加热塔的顶部，完成蓄热球载热体的加热—冷却循环。
步骤4、双轴搅拌加热器产生的水蒸汽和VOC气体通过抽气泵送到风冷冷凝器中或水冷，VOC等不凝气体送到燃烧炉内焚烧，凝结水送到城市污水处理系统。
步骤5、燃烧炉产生的烟气经布袋除尘后达标排放，因燃料不含硫，无需脱硫装置，燃烧产生的灰渣可做一般性固废达标排放。
进一步地，所述步骤1中混合燃料热值大于2500 Kcal/kg。
进一步地，所述步骤1中机械炉排可以是往复式、链条式或回转式。
进一步地，所述步骤1中燃烧产生的热烟气小于1000℃。
进一步地，所述步骤2中蓄热球为陶瓷球或者金属球。
进一步地，所述步骤2中蓄热球的直径为50毫米。
进一步地，所述步骤2中冷球温度小于100℃。
进一步地，所述步骤2中蓄热球温度700-900℃。
进一步地，所述步骤2中烟气温度小于180℃。
本法发明提供的方法通过燃烧炉产生的热烟气将蓄热体加热，蓄热体可以是陶瓷球，也可以是金属球，陶瓷球的特点是蓄热量大、导热系数小、耐温高，金属球的特点是蓄热量小、导热系数大、耐温低，针对污泥的特点选取。加热后的蓄热球与污泥直接混合送入双轴搅拌机中，搅拌机搅动翻转混合物料，使得蓄热球与污泥反复滚动接触，从而将热量传递到污泥，达到干燥的目的，蓄热球与污泥的重量混合比按照热平衡计算结果获得，一般用陶瓷球时，加热温度在1000度以下；用金属球时，加热温度在700度以下，通过实验，蓄热球的直径以50毫米为宜，适于加热、放热以及输送。采用球的形状方便混合及低阻力输送。双轴搅拌机输出的干燥的污泥和蓄热球进入回转式筛分机，此时污泥的含水量在20%以下，蓄热球表面粘结的污泥处于松散状态，经过旋转振动摩擦等机械过程，实现了蓄热体与粉状物料的分离，干污泥通过螺旋输送机送到下一级处理系统。分离的蓄热球温度在100度以内，冷却的蓄热球再送入加热系统，实现加热、放热循环。干燥的污泥料收集，与生物质粉混合并加入粘结剂，压制成型作为燃料，因为污泥干燥基热值约在3000Kcal/kg，加入生物质粉增强其燃料属性，燃烧的更完全，符合焚烧炉1100度炉温和2秒停留时间的要求。污泥料的水份含量通过计算机控制系统可调可控。加热析出的水蒸汽通过风冷或水冷系统，凝结水回到污水处理厂，VOC等不凝气体进入到燃烧炉焚烧。这样的循环实现了污泥资源化利用的目的。
与现有技术比，本发明具有以下有益效果。
（1）本发明提供的污泥处理方法利用蓄热球导热的方式对污泥进行干化，蓄热球与粘性大的污泥直接接触，滚动加热的过程破除了污泥的粘性，解决了高粘物料干燥的难题。
（2）本发明提供的污泥处理方法以导热为主的热传递方式，使得干燥效率高、出力大，可快速大量处理污泥，占地面积小。
（3）本发明提供的污泥处理方法中VOC气体和蒸汽一起析出，方便凝结水与VOC气体的分离，系统处于密闭状态，分离的VOC 气体直接送到燃烧炉焚烧，没有气味析出。
（4）本发明提供的污泥处理方法所用干燥热源取自于污泥和生物质的混合燃料，实现了污泥的资源化利用。
附图说明
图1是污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法系统图。
图2是以天燃气为热源时，污泥蓄热式干化系统。
图3是以菌糠为热源时，污泥蓄热式干化系统图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的阐述，以下实施例仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1城市污水、污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法及技术效果分析
利用泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法，如图1所示，具体步骤如下。
步骤1、将干化的污泥（含水率小于20%）与生物质粉混合压制成型，调制成热值大于2500 Kcal/kg的混合燃料。将该混合燃料送入到机械炉排燃烧，炉排可以是往复式、链条式或回转式，燃烧产生的热烟气小于1000度。
步骤2、热烟气进入加热塔底部，加热塔内充满蓄热球，冷球从加热塔上部进入，冷球温度小于100度，经烟气逆向对流加热后，蓄热球温度在900-700度，烟气温度小于180度，实现高温烟气对蓄热球的加热过程。
步骤3、蓄热球通过无轴输送机送到双轴搅拌加热器中，在双轴搅拌加热器中加入污泥（或被干燥的物料），实现污泥和蓄热球的导热换热过程，双轴搅拌加热器出来的污泥和蓄热球的混合物料再送到回转式筛分机中，蓄热球与干化的污泥分离，干化的污泥含水率小于20%，蓄热球通过提升机送到加热塔的顶部，完成蓄热球载热体的加热—冷却循环。
步骤4、双轴搅拌加热器产生的水蒸汽和VOC气体通过抽气泵送到风冷冷凝器中（也可水冷），VOC等不凝气体送到燃烧炉内焚烧，凝结水送到城市污水处理系统。
步骤5、燃烧炉产生的烟气经布袋除尘后达标排放，因燃料不含硫，无需脱硫装置，燃烧产生的灰渣可做一般性固废达标排放。
城市污水、污泥蓄热式干化及燃料化、资源化处理方法的技术效果分析见表1。
备注：以上均干化至含水率40%，处置费按300元/吨，折旧按15年测算。
以天燃气为热源时，污泥蓄热式干化系统图如图2所示
以菌糠为热源时，污泥蓄热式干化系统图如图3所示。
本发明提供的污泥处理方法所用干燥热源取自于污泥和生物质的混合燃料，实现了污泥的资源化利用，并且其处理方法投资和运营成本较低，投资回报期短。
