水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置方法及装置
技术领域
本发明属于资源环境领域，具体涉及一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置方法及装置。
背景技术
脱水污泥作为污水处理的终端产物，其组分复杂多样，含有丰富的有机物和氮、磷等营养物质，同时携带大量的病原体、致病菌等微生物，并潜在含有重金属和持久性有机污染物等有毒有害物质。随着近年来污水处理产业投入加大，城市污水产量、处理量及处理率逐年增加，导致污泥年产量日益剧增，使得脱水污泥的处理处置问题愈发凸显，如何安全有效地解决污泥的处理处置及资源化利用已成为我国乃至世界各国所面临的重大环境难题之一。
目前常用的污泥处理处置技术的应用效果受制于污泥中不易脱除的高含量水分以及存在风险的重金属、多环芳烃等污染物，复杂的预处理及潜在的二次污染风险迫使当前亟需寻找一种不受含水率限制，又可实现高效减量、污染物稳定或资源化利用的安全处理处置技术。基于水热处理技术自身独特的物化性质，恰恰可利用水分作为反应媒介，从而越过高能耗的脱水环节。因此，水热技术存在解决脱水污泥高效减量及资源化处置的可行性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置的方法。
本发明上述目的通过如下技术方案实现：
一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置的方法，包括如下步骤：
S1：脱水污泥经预热系统预热后进入水热反应系统；水热反应系统连接添加剂定量估计系统和辅热系统；
S2：反应完成冷却换热后，进入气液固分离系统；经气液固分离系统分离后，气相产物进入气相净化装置，净化后进入辅热系统，作为辅助热源；液固相进入液固旋流分离系统；同时，气液固分离系统连接换热系统，换热系统连接余热系统；
S3：经液固旋流分离系统后，液体产物进入调节池；固相残留进入压塑装置，经压塑后得到生态砌块。
优选地，S1中，脱水污泥为机械脱水工艺后产生的脱水污泥，脱水污泥原料含水率在60~90 %。
优选的，S1中，水热反应系统为水热反应器。
优选地，S1中，添加剂定量供给系统，以NaOH和双氧水为反应添加剂，氧化剂当量比为0~3，催化剂为0~5 wt.%，反应条件为温度376~500 ℃、压力22~25 Mpa、时间0.5~15min。
优选的，S3中，压塑过程中，固相残留与生态砌块固化剂混合搅拌，经压塑工艺形成免烧生态砌块。
优选地，S3中，所使用的生态砌块固化剂按化学成分质量份百分比为，Al2O3：15～30，SiO2：2～5，CaO：28～40，Fe2O3：2～5，SO3：10～20。
优选地，S3中，固相残留与质量份2-25 wt.% 生态砌块固化剂搅拌均匀后进入压塑机，成型后养护3-10 d，获得生态砌块产品。
机械脱水工艺后产生的脱水污泥，经预热系统预热后进入水热反应系统，反应系统配备了添加剂定量供给系统和辅热系统，反应完成冷却换热后，经气液固三相分离器分离，气相产物主要产物为富氢气体，净化后可作为水热反应器辅助热源；液固旋流分离后压缩，液相产物返回至污水处理厂前段调节池，经污水处理工艺净化，固相产物收集后与生态砌块固化剂混合搅拌，经压塑工艺形成免烧生态砌块产品，实现了水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置，解决市政污泥的最终出路问题。
本发明还公开了一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置装置，包括水热反应系统、添加剂定量供给系统、辅热系统、气液固三相分离系统、液固旋流分离系统、压塑装置、调节池、换热系统；所述预热系统连接水热反应系统，所述水热反应系统连接气液固分离系统，所述水热反应系统连接添加剂定量供给系统和辅热系统；所述气液固分离系统的气相出口连接气相净化装置，所述气相净化装置连接辅热系统；所述气液固分离系统还连接换热系统，所述换热系统连接预热系统；所述气液固分离系统的液固相出口连接液固旋流分离系统，所述液固旋流分离系统的液相出口连接调节池；所述液固旋流分离系统的固相出口连接压塑装置。
进一步的，水热反应系统为水热反应器。
进一步的，所述压缩装置连接固化材料供给装置。
进一步的，机械脱水系统连接预热系统，所述预热系统连接水热反应系统。
有益效果：
1、本发明制备的生态砌块，不仅质量、强度等指标满足市面上生态砌块产品的性能了良好的吸附性能，同时对表层多孔结构表现出良好的生物负载性能，便于使用过程中微生物的附着，提高净化能力，且制备方法简单、成本低；
2、本发明提供的技术方案可获得能源化利用的高品质富氢气体，作为辅助热源可以抵消系统热量损失，总体实现工艺能量的自持平衡；
3、本发明提供的技术方案以脱水污泥为处理对象，以脱水污泥中不易脱出的水分形成水热媒介，越过常规较为耗能的脱水干化环节，液相产物中主要小分子有机物和氨氮等成分为主，可返回至污水处理工艺前段实现后续处理，残留的固相产物以生态砌块产品的形式实现脱水污泥的“零排放”。最终实现以经济有效的方式同步实现了脱水污泥高效减量、无害化处理及资源化利用，具备可操作的良好应用前景。
附图说明
图1为用水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本发明实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。
实施例1：脱水污泥的水热处理
如图1所示，一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置的方法，包括如下步骤：
S1：机械脱水工艺后产生的脱水污泥（脱水污泥原料含水率在60~90 %）经预热系统预热后进入水热反应器；水热反应器连接添加剂定量估计系统和辅热系统；添加剂定量供给系统，以NaOH和双氧水为反应添加剂，氧化剂当量比为0~3，催化剂为0~5 wt.%，反应条件为温度376~500 ℃、压力22~25 Mpa、时间0.5~15 min。
S2：反应完成冷却换热后，进入气液固分离系统；经气液固分离系统分离后，气相产物进入气相净化装置，净化后进入辅热系统，作为辅助热源；液固相进入液固旋流分离系统；同时，气液固分离系统连接换热系统，换热系统连接余热系统；
S3：经液固旋流分离系统后，液体产物进入调节池；固相残留进入压塑装置，经压塑后得到生态砌块。压塑过程中，固相残留与生态砌块固化剂混合搅拌，经压塑工艺形成免烧生态砌块。所使用的生态砌块固化剂按化学成分质量份百分比为，Al2O3：15～30，SiO2：2～5，CaO：28～40，Fe2O3：2～5，SO3：10～20。固相残留与质量份2-25 wt.% 生态砌块固化剂搅拌均匀后进入压塑机，成型后养护3-10 d，获得生态砌块产品。
将经机械脱水后获得的脱水污泥直接输送进入预热系统，脱水污泥含水率控制在80%，经预热系统升温至150℃后，由柱塞泵送入水热反应器继续升温至400℃进行水热反应，反应停留时间为5min；反应气液固三相产物降温分离后，气相富氢气体收集后作为水热反应器辅助热源，液相产物返回前段污水调节池完成后续处理，获得高效减量后的固相残留。
实施例2
如图1所示，本发明还公开了一种水热系统实现脱水污泥高效减量及资源化处置装置，包括水热反应系统、添加剂定量供给系统、辅热系统、气液固三相分离系统、液固旋流分离系统、压塑装置、调节池、换热系统；预热系统连接水热反应系统，水热反应系统连接气液固分离系统，水热反应系统连接添加剂定量供给系统和辅热系统；气液固分离系统的气相出口连接气相净化装置，气相净化装置连接辅热系统；气液固分离系统还连接换热系统，换热系统连接预热系统；气液固分离系统的液固相出口连接液固旋流分离系统，液固旋流分离系统的液相出口连接调节池；液固旋流分离系统的固相出口连接压塑装置。
水热反应系统为水热反应器。
压缩装置连接固化材料供给装置。
机械脱水系统连接预热系统，所述预热系统连接水热反应系统。
实施例3：生态砌块制备
将实施例1中获得的固相残留与质量份10 wt.%固化材料搅拌均匀后进入压塑机，成型后养护10 d，获得生态砌块产品。
实施例4：生态砌块指标检测
将实施例3中制备的生态砌块与浙江制造团体标准T/ZZB 0775-2018的部分性能指标对比结果如下表所示：
本发明使用的生态砌块固化剂易于配制、使用方法简单、成本低廉。
本发明制备的生态砌块规格均匀、密度小、抗压强度高、比表面积大，不仅性质指标满足市面现有生态砌块产品及相关标准，同时表现出更优的生物载体功能，便于生物膜的附着，进而发挥出更好的净化能力。
本发明提供的技术方案首次以水热系统解决水处理行业产生的脱水污泥的“零排放”问题，越过常规的深度脱水干化环节，以远低于常规焚烧工艺的能耗实现对脱水污泥的处理处置利用，并以可能源化利用的高品质富氢气体作为补充热源，固相残渣最终以生态砌块产品的形式实现了脱水污泥废弃物的最终消灭。整个工艺实现了污染物“零排放”的新需求，具备可操作的良好应用前景。
上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。
