一种污泥高效资源化利用系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及环境治理技术领域，具体涉及一种污泥高效资源化利用系统及其处理方法。
背景技术
污水厂的建设运行伴随着大量剩余污泥的产生，我国目前主要的污泥处理方式包括厌氧消化、高温好氧发酵、用石灰等无机药剂对污泥进行调理、脱水、稳定、干化等。污泥处置是指污泥经处理后的最终去向。我国目前主要的污泥处置方法有卫生填埋、土地利用、焚烧后建材利用等。以上污泥处理处置技术在工程实践中也不断的暴露出一些缺点和不足，比如：①填埋处置消耗大量的土地资源，并可能产生渗滤液渗透污染土壤、地下水的问题；②填埋处置要求污泥含水率低于60％，因为污泥EPS和胞体结构稳定，所以普遍采用石灰等无机药剂对污泥进行调理后再进行机械脱水，药剂用量大，不仅增加运行费用，且增加了绝干污泥量；③采用厌氧消化或好氧发酵后的肥料用于土地改良和园林绿化等土地利用处置，因厌氧消化和好氧发酵不能完全去除污泥中的重金属、有毒有机物等有害成分，使堆肥产品使用受到限制；④因微生物共同体破壁困难，厌氧消化因素精准控制难等问题导致厌氧系统能量净输出低，限制其工程化应用；⑤因好氧系统臭气难控制、含氧量和温度精准控制难等原因限制其大量应用；⑥干化焚烧项目投资大、运行成本高，且焚烧会产生二氧化硫、二噁英气体而造成空气污染等。另一方面，污泥中含有的重金属处理一直是影响污泥处置的重要原因之一，重金属处理不当会造成二次污染，尚无广泛接受的处理办法。目前臭氧催化剂在难降解废水治理中应用广泛，而重金属负载催化剂因普遍具有较高的比表面积、活性组分分散均匀，反应速率高等特点而应用较多。污泥中含有铁、镍、锰等多种金属，其制备臭氧催化剂的可行性值得探讨。鉴于以上原因，导致我国只有少部分污泥通过卫生填埋、堆肥、焚烧、建材利用等方式进行处置，大部分都是随意填埋或者堆放，污染土壤、地下水，对环境造成严重影响。如何妥善处理处置污泥，避免对环境二次污染，又能有效利用污泥中的有机质、重金属等资源，提高处置效率和降低处置成本，是政府近年来越来越关注的问题。因此急需一种既能有效处理污泥，又能极大资源化利用降低运行费用，且控制要求低、运行操作简单、工程化应用可行的污泥″减量化、无害化、资源化″处理处置措施。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，在污泥处理处置过程中最大化利用污泥资源，提供一种污泥高效资源化利用系统及其处理方法。
具体技术如下方案：
一种污泥高效资源化利用系统，依次由破壁热水解装置、厌氧预消化装置、机械深度脱水装置、污泥破碎装置、污泥余热干化单元和污泥焚烧单元组成；所述污泥余热干化单元由污泥干化装置和蒸汽处理装置构成；所述污泥焚烧单元由污泥焚烧装置、蒸汽发电装置、蒸汽余热回收装置和烟气净化装置依次相连构成；所述破壁热水解装置、厌氧预消化装置、机械深度脱水装置、污泥破碎装置、污泥干化装置、污泥焚烧装置间依次通过污泥输送机构相连；所述厌氧预消化装置与污泥焚烧装置相连；所述蒸汽余热回收装置分别与破壁热水解装置、厌氧预消化装置、污泥干化装置相连。
所述机械深度脱水装置为带式脱水机、板框压滤机或叠螺脱水机；所述机械深度脱水装置与原污水处理系统相连。
所述污泥干化装置为污泥烘干机，由螺旋桨叶搅拌轴、烘干筒、电机等构成。
所述污泥焚烧装置为流化床焚烧炉。
所述蒸汽处理装置由袋式蒸汽过滤器、冷凝器和相分离器依次相连构成；所述袋式蒸汽过滤器与污泥干化装置相连；所述相分离器分别与原污水处理系统、污泥焚烧装置相连。
本发明还提供一种采用污泥高效资源化利用系统进行污泥高效资源化利用的方法，其工艺步骤如下：
(1)破壁反应：待处理污泥进入破壁热水解装置进行破壁反应，使大部分细胞破碎，释放出有机质，反应温度为40℃～100℃，反应时间25min～30min。
(2)厌氧预消化反应：破壁水解后的污泥在输送过程降温后进入厌氧预消化装置进行部分消化，反应温度32℃～35℃，使细胞壁进一步破碎，以有利于后续污泥脱水干化，同时产生的沼气通入污泥焚烧装置。
(3)深度脱水处理：预消化后的沼渣沼液混合液细胞壁破碎，不经过加药处理直接进入机械深度脱水装置进行脱水处理，使污泥含水率小于60％；脱水产生的滤液通过管道返回原污水处理系统。
(4)干化处理：机械深度脱水后的泥饼送入污泥破碎装置进行破碎处理，使污泥粒径小于10mm，然后进入污泥干化装置进行干化处理，使污泥含水率小于30％；干化过程产生的废气进入蒸汽处理装置处理，所述袋式蒸汽过滤器截留的粉尘收集后送入污泥焚烧装置；所述相分离器分离的水返回原污水处理系统，吹脱气通入污泥焚烧装置。
(5)焚烧处理处置：干化后的污泥进入污泥焚烧装置进行燃烧，所述污泥焚烧装置为流化床焚烧炉；燃烧产生的热量通过蒸汽发电装置发电，余热通过蒸汽余热回收装置供给破壁热水解装置、厌氧预消化装置或污泥干化装置余热利用；烟气经烟气净化装置净化后高空排放。；飞灰和焚烧灰渣进行资源化利用。
所述污泥高效资源化利用包括污泥有机质资源化利用和无机质资源化利用。
所述污泥有机质资源化利用途径包括：所述厌氧预消化产生的沼气、袋式蒸汽过滤器截留的粉尘和相分离器吹脱气作为污泥焚烧装置的可燃物，所述焚烧有机质产生热量转化的电能供系统设备运行，所述余热利用包括可作为破壁热水解装置、厌氧预消化装置或污泥干化装置的热源。
所述污泥无机质资源化利用指利用飞灰和焚烧灰渣烧制臭氧催化剂。
有益效果
1、本发明实现对污泥有机质和无机质全方位资源化利用，其中有机质资源化利用途径包括消化产生的沼气和干化蒸发水处理产生的粉尘、吹脱气送入焚烧炉增加热值，焚烧发电供系统设备运行，焚烧余热供污泥消化、干化等利用，降低运维成本；焚烧飞灰属于危废，但将其烧制成臭氧催化剂进行固化后可豁免危废，避免飞灰中重金属的二次污染，实现无机质资源化利用；
2、本发明对污泥的最终处理方法是焚烧处理，前端破壁热水解、厌氧预消化等均起预处理作用，处理效率要求低，受限因素少，控制简单，已操作；
3、污泥经过破壁热水解、厌氧预消化后，细胞的胞外聚合物和细胞壁降解，可直接进行机械深度脱水，不用再投加药剂调理，不增加污泥产量，节省药剂费和运行能耗；
4、污泥经过消化处理后实现稳定化、减量化，减少后端工艺臭气产生量，减少机械脱水、干化焚烧的处理规模，降低投资费用；
5、消化产生的沼气直接送入焚烧炉燃烧，一来充分利用沼气资源，二来减少沼气外输脱硫等沼气净化装备投入，经济效益明显。
附图说明
图1为一种污泥高效资源化利用系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种污泥高效资源化利用系统及其处理方法作进一步描述：
由图1可以看出，一种污泥高效资源化利用系统，依次由破壁热水解装置、厌氧预消化装置、机械深度脱水装置、污泥破碎装置、污泥余热干化单元和污泥焚烧单元组成；所述污泥余热干化单元由污泥干化装置和蒸汽处理装置构成；所述污泥焚烧单元由污泥焚烧装置、蒸汽发电装置、蒸汽余热回收装置和烟气净化装置依次相连构成；所述破壁热水解装置、厌氧预消化装置、机械深度脱水装置、污泥破碎装置、污泥干化装置、污泥焚烧装置间依次通过污泥输送机构相连；所述厌氧预消化装置与污泥焚烧装置相连；所述蒸汽余热回收装置分别与破壁热水解装置、厌氧预消化装置、污泥干化装置相连。
所述机械深度脱水装置为带式脱水机、板框压滤机或叠螺脱水机；所述机械深度脱水装置与原污水处理系统相连。
所述污泥干化装置为污泥烘干机，由螺旋桨叶搅拌轴、烘干筒、电机等构成。
所述污泥焚烧装置为流化床焚烧炉。
所述蒸汽处理装置由袋式蒸汽过滤器、冷凝器和相分离器依次相连构成；所述袋式蒸汽过滤器与污泥干化装置相连；所述相分离器分别与原污水处理系统、污泥焚烧装置相连。
本实施例提供的一种污泥高效资源化利用系统的处理方法是：
1、污泥进入破壁热水解装置，装置内反应条件为40℃～100℃，反应时间25min～30min，使污泥胞外聚合物和细胞壁水解，释放细胞内物质，大分子物质转化为小分子物质，便于后续厌氧消化。
2、水解后污泥进入厌氧预消化装置，污泥进料比为45％～60％，投配率5％～12％，C/N比(10～20)∶1，温度32℃～35℃，停留时间1d～2d。整个厌氧预消化过程监测温度在适宜范围即可，运行简便。厌氧预消化处理使污泥进一步稳定化、减量化，减少后续处理负荷。消化产生的沼气通入污泥焚烧装置，即流化床焚烧炉，作为可燃物增强炉料的燃烧性能；消化后的沼渣和沼液混合物进入机械深度脱水装置。
3、污泥因经过水解、消化处理后，脱水性能极大提高，所以进行机械深度脱水处理时，无须再投加调理机，不增加绝干污泥量，且较常规的机械脱水更经济。本实施例机械脱水采用板框压滤机，使污泥的含水率降至60％。机械脱水产生的滤液返回原污水处理系统。
4、60％含水率污泥进入污泥破碎装置，使污泥粒径小于10mm，一方面污泥粒径小，有利于污泥干化，减少干化能耗、缩短干化时间；另一方面，小颗粒污泥在焚烧炉内结团速度慢，利于短时间充分燃烧。
5、破碎后的污泥进入污泥干化装置。干化装置的热源来自蒸汽余热回收装置，极大减少了系统运行的能耗，降低运行成本。污泥干化过程中产生的水蒸气，经过袋式蒸汽过滤器过滤后，粉尘截留下来，截留下来的粉尘为污泥灰分，收集后送入焚烧炉增加热值。过滤后的蒸汽进入冷凝器降温成液体，然后淋入相分离器，在相分离器内通过臭氧吹脱，吹脱出的氨、有机物通过管道送入焚烧炉，增加炉料热值；吹脱后的液相返回原污水处理系统。经污泥干化装置干化后的污泥含水率为20％。这里对粉尘、吹脱气的处理都有利于增加焚烧炉燃烧热值，提高燃烧效率，且避免了粉尘收集处置、吹脱气净化的投资。
6、干化污泥送入焚烧炉，在炉内燃烧产生热能，热能加热水形成水蒸气。热蒸汽进入蒸汽发电装置发电，所产生的电力供系统设备运行，实现资源化利用，降低系统运行费用。焚烧炉燃烧产生的烟气进入烟气净化装置，经净化后排气筒排放。烟气净化装置产生的飞灰和焚烧产生的灰渣，对其中的重金属进行资源化利用，烧制成臭氧催化剂，供水处理用，不占用土地、不产生二次污染。
7、蒸汽发电后的余热通过蒸汽余热回收装置到污泥干化装置，实现余热综合利用。若余热充裕，可分流到破壁热水解装置或厌氧预消化装置，节省能耗。
本发明提供了一种思路及其处理方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
