专利名称：一种污泥脱水并燃料化处理的方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及污泥的处理技术。
背景技术：
随着经济社会的高速发展，生产、生活用水量不断增加，产生的工业废水和生活污 水也迅速增长。为改善生态环境，促进水资源的可持续利用，我国城市污水处理厂的处理量 和处理率也逐年提高，预计2010年污水排放总量为1050亿mVa，处理率要达到50% 。污水 的处理过程中，必然产生大量的活性污泥，污泥量占污水处理量的0. 3% -0. 5% (体积)或 1%-2% (质量)，如果进行深度处理，污泥量会增加0.5%_1%。据统计，欧美等发达国家 的污泥产量每年大约以5% _10%的速度增长，1992年欧盟的干污泥产量为650万吨，2000 年增加到890万吨，2005年突破了 1000万吨。据美国环保署统计，1998年美国的干污泥产 量为690万吨，2005年达到760万吨，预计2010年将超过820万吨。据我国环保总局统计， 2003年我国城市污水厂的湿污泥产量为900万吨(含水率为80% )，约为180万吨干污泥。 污泥的急剧增加已成为一个严重的环境问题。 污泥组成十分复杂，变异性大，含有大量的有机物质、病原物生物、重金属、有机 物、氮、磷等富营养化元素及其它有害物质，如不适当处理，会污染堆放地区的水体、上壤和 大气等周围环境，将对动物、人类以及环境造成极大的危害。如何妥善处置污泥，使其减量 化、安定化、无害化、资源化已成为全球关注的课题。 污泥的处理与处置一般流程是浓縮一硝化一脱水一填埋或焚烧。通常把污泥的 稳定和脱水称作污泥的处理，将污泥的堆肥、填埋、干化和加热处理及最终利用称为污泥的 处置。 由于污泥具有较高的含水率以及颗粒结构疏松的物理性质和极不稳定的化学性 质，处理难度和处理成本较大，因此在对污泥实施最终处置之前，往往需要进行脱水稳定处 理，其处理效果将直接影响最终处置。污泥的脱水稳定处理基本包括如下4个步骤。
(1)浓縮污泥浓縮可使污泥初步减容，使其体积减小为原来的几分之一，从而便 于后续的处理或处置。污泥浓縮的常规方法有重力浓縮、气浮浓縮和离心浓縮。污泥浓縮 后其含水率可降为95%左右，呈流动状。 (2)调理污泥调理主要是指通过添加化学药剂或采用物理、生物方法来改善污 泥沉降性能与脱水性能。依据调理机制可将其分为物理法、化学法、生物法，其中化学调理 法操作简单，投资成本较低，调理效果较稳定，是目前广泛应用的方法。 (3)脱水污泥脱水分为自然干化脱水和机械脱水两大类。自然干化脱水指将污 泥摊置到由砂石铺垫的干化场上，通过蒸发、渗透和清液溢流等方式实现脱水。这种脱水 方式维护管理工作量很大，并产生大范围的恶臭。机械脱水指利用机械设备进行污泥脱 水，占地少，恶臭影响也较小，但运行维护费用较高。按脱水原理可将机械脱水分为三类 真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水。机械脱水可进一步降低污泥含水率(一般可降至 70% -80% )，减少体积。目前常用的机械脱水设备有真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机。 (4)稳定厌氧消化是目前我国最常用的污泥稳定处理工艺，包括水解、酸化、产 乙酸、产甲烷四个阶段。厌氧消化一般有中温消化和高温消化，在国内的实践中，最常用的 是中温消化(32°C _35°C )。随着该技术的不断革新，厌氧消化又发展为两相消化工艺和两 级消化工艺。厌氧消化能产生大量的沼气，可以将其作为热能或者用来发电，同时消化污泥 是一种很好的土壤改良剂，含有一定的灰分和有机物，能有效提高土壤肥力、改善土壤结， 但是厌氧消化投资大，时间长，易受环境条件的影响，存在一定的局限性。 对污泥进行处置的方法很多，各国之间也有很大差异，一般有以下几种堆肥处 理、农用绿化、卫生填埋、海洋倾倒、焚烧处理等。污泥的处置应该朝着无害化、资源化和能 源化的方向发展，避免二次污染，并对污泥自身实现充分的利用。 (1)堆肥农用堆肥农用被认为是一种积极、有效的污泥处置方法。污泥中含有丰 富的有机营养成分如氮、磷、钾等和植物所需的各种微量元素如Ca， Mg， Cu， Zn， Fe等，其中 有机物的浓度一般为40% _70%，高于普通的农家肥。如果污泥得到合理利用，可以改良土 壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生长，是一种非常有价值的资源。但是污泥中含有重金 属、病原菌、寄生虫、有机污染物等有害成分，直接施用会污染土壤、水体，影响农作物质量， 危害人体健康，因此施用前必须经过无害化、稳定化的处理。 (2)卫生填埋卫生填埋是使用历史最久，也是最普遍的方法，其优点是能将污泥 和其他固体废弃物一起处理，不需要高度脱水或自然干化，操作费用较低，其缺点是对场址 和场地防护处理的要求较高。近年来，由于废弃物运输费用逐渐提高以及填埋场址的饱和， 该方法受到了很大的限制。英国从年月开始对污泥的陆地填埋征收一定的税收，德国从年 开始要求填埋污泥的有机物含量小于5% ，美国污泥填埋的比例也逐步下降，许多地区甚至 已经禁止了污泥的填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国6500个填埋场将有个被关 闭5000个。污泥填埋并不能避免环境污染，而只是延缓了时间。 (3)污泥焚烧污泥焚烧是利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，通过高温氧化污泥 中的有机物，使污泥变成灰渣。污泥焚烧可以大量减少污泥体积干污泥焚烧后仅产出灰渣， 便于后续处理和运输，又能杀灭细菌。另外，污泥中所含有的重金属在高温下被氧化成稳定 的氧化物，可以制造陶粒、瓷砖等建材，综合利用的话可以真正实现污泥的稳定化、无害化 和资源化。但是焚烧也存在一些不足之处，如焚烧过程中会产生二次污染物如二恶英等有 毒物质等，处理不当会对周围居民的健康产生一定的危害。1992年欧盟各国的污泥焚烧比 例上升至，1995年日本用于焚烧的污泥已达49%。从可持续发展的角度来看，污泥焚烧能 实现最大化地减量，采用干燥——流化床焚烧技术的污泥焚烧厂几乎不需使用矿物燃料助 燃，且产生的余热可用于供暖发电，将是污泥处置的最终出路。 (4)投放海洋污泥投放海洋是利用水体来消纳城市污泥，该方法简便经济，对于 靠近海岸的大型污水处理厂来说尤其方便。但此法对海洋生态系统和人类食物链构成威 胁，可能造成严重的后果，已在各国环保人员和公众当中引起激烈的争论，遭到严厉的批 评。1991年起美国全面禁止向海洋投弃污泥，1998年欧盟也做了类似的规定，中国政府于 1994年初接受3项国际协议，承诺于1994年2月24日起不在海上处置工业废弃物和污水 污泥。 世界各国对污泥的处置各有侧重，目一前发达国家以填埋、农用及焚烧为主。西欧以填埋为主，美国、英国和丹一麦以农用为主，日本由于围土的限制，也以减量安定化为考 虑因素，以焚烧为主。 目前，国内外对污泥处理处置技术的研究和工程应用已经较为成熟，取得了一定 的成果。 一般认为，污泥脱水是污泥处置及资源化过程中必不可少的前处理过程，也是污泥 处理过程中机理极为不清楚的过程之一。奥兰治环保部门的研究表明，污水污泥的含水率 在78%以下每降低一个百分点，每吨污泥的后续处理就将减少1美元以上。高效脱出占污 水污泥重量95%以上的水分，成为经济、高效处理污泥的瓶颈。 污泥中的固体物主要是胶质微粒，其结构复杂，与水亲和力很强；因此在对污泥进 行机械脱水处理前，各水厂通常根据实际情况借助各种不同的预处理手段，以改变污泥粒 子表面的物化性质，破坏污泥的胶体结构，减小与水的亲和力，从而改善脱水性能。目前的 污泥预处理方法主要有化学调节法、热处理法、淘洗法和冻结熔融法4种。
(1)化学调整法污泥的化学调整就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂之类的化学 药剂，改变污泥的表面特性(去稳定化作用)并通过架桥作用使污泥颗粒絮凝，从而改善其 脱水性能。现在国内外许多学者和科研机构在开发利用新的高效的混凝剂方面做了大量的 工作，取得了很大的进展。美国研究之一就是用多官能团的单体聚合成新的、多分支的、高 分子量的阴离子聚合絮凝剂。 (2)热处理法热处理法是在1.42-2.94MPa压力下177_240°C的温度下加热 15-40min，使部分有机物分解，并使亲水性胶体物质水解，颗粒结构改变，改善污泥的浓縮 性能与脱水性能，经机械脱水后，泥饼含水率可降至30-45% 。并使污泥消毒，污泥中的致病 微生物和寄生虫卵可以完全被杀灭。然而此法费用高、产生臭气和浓上清液，应用有限。
(3)淘洗法污泥淘洗时可利用固体颗粒大小和比重的不同而沉降速度不同的性 质，将细颗粒和部分有机微粒除去，降低污泥的粘度，提高污泥的浓縮效果。淘洗法通常用 于冲洗厌氧消化污泥，可以采用单级、多级串联或逆流洗涤等多种形式，但是这一方法由于 增加设备提高造价。 (4)冻结熔融法冻结熔融法是先将污泥在低温下冷冻，然后再将其融解，经过这 个过程，污泥的胶体性质完全被破坏，颗粒迅速沉降。由于这一方法成本高、设备复杂、应用 有限，仅在芬兰、瑞典、加拿大等国略有采用，在我国尚无应用先例。 随着对污泥特性认识的深入，各国科研人员又在不断的开发新的污泥脱水方法， 主要技术方向包括污泥电脱水、污泥的超声处理技术、生物絮凝技术和污泥的超临界氧化 处理技术。 就现有污泥脱水技术应用程度而言，化学调整法在各国的应用占50%以上，且主 要应用药剂为铁盐、铝盐和聚合电解质，脱水机理主要为混凝失稳。Benitez等指出经化学 调整的污泥会产生多孔的泥饼结构，但是更为重要的是如果在过滤过程中形成的泥饼具有 比较高的可压縮性，随着泥饼的不断增长，在压力的作用下其絮体会崩溃。因此调整的目的 不仅要减小过滤时的阻力，也要减小污泥的可压縮性。近年来，经常在化学调整过程中加入 物理调理剂，通常这些物理调整剂是惰性的并且多数是工业废水的一部分。在污泥调整中， 它们可以作为一种絮凝骨架，形成可渗透的、更加稳定的格子状的结构，这种结构可以在机 械脱水的高压下，仍然保持多孔状态，阻止絮体崩溃，降低了污泥的可压縮性。飞灰、混凝土 渣、生石灰、木屑等都已经成功地在污泥脱水过程中发挥了骨架地作用。
对污泥进行妥善处理处置的一个基本原则是，根据污泥特性，优化设计处理和处
置方案，尽量较大的发挥拟定工艺流程中各技术环节的作用，节约经济成本，有效的利用废
物资源，控制二次污染的产生，最终实现环境效益、社会效益和经济效益的共赢。 现阶段，对污泥处理处置工艺的单个技术环节的研究和应用已经颇为成熟。但是，
从整体工艺的协同性出发，立足于工业化应用，考虑污泥处理处置流程各个技术环节的相
互配合的应用研究仍然较为鲜见。
发明内容
针对目前污泥处理技术的不足之处，本发明提供一种污泥脱水并燃料化处理的方 法，达到将污泥燃料化、经济合理地处理污泥的目的。 本发明的技术核心为采用可燃型刚性颗粒状结构的物质——煤对污泥进行物理 调整，强化脱水效果和提高燃料化的可行性。以煤作为物理调整剂，其刚性颗粒结构可以在 污泥脱水过程中形成滤饼骨架、降低过滤阻力；其疏水性吸附功能可以污泥中部分高热值 的油组分，不仅可以降低污泥粘度，而且可以提供滤饼热值；其可燃性提高了污泥的燃料化 的利用前景。本发明方法对污泥没有选择性，适用于各类城市污水处理厂和工业行业废水、 污水处理厂的浓縮污泥处理。
工艺步骤如下。
(1)助滤剂预处理 采用煤为助滤剂，常用的市售煤均可。对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度为 0. 05mm 0. 5mm的煤粉。
(2)煤泥混合 将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积 计算，为20 100g/l。混合方式采用搅拌混合，搅拌速率200 600转/分钟，搅拌时间 5min 30min ;或采用管道混合器混合，控制污泥流速为0. 9 1. 2m/s。
(3)机械脱水 煤泥混合完毕后进行机械脱水。机械脱水方式为过滤，过滤温度为常温，选择真空 过滤、空气压力过滤或板框过滤；过滤压差0. 02MPa 0. 8MPa ;过滤时间控制为10min 80min。 (4)滤饼利用 经机械脱水后，按质量比计，煤泥混合物料含水率下降至30% 50%，热值提高 至3000kcal/kg 4500kcal/kg，可进行资源化利用，资源化利用的方式为燃烧、气化或热解。 本工艺流程简单、实用，可有效的实现污泥处理处置的目的，工艺流程中污泥和煤 可协同作用，无物料的浪费，具有产业化前景。采用本发明方法可以有效的减量化处理含油 污泥，且为含油污泥中可燃物质的资源化利用奠定了基础。
具体实施方式
实施例1 辽河油田污水处理厂含油污泥，污泥含水率为95. 2%，油含量为22187. 5mg/L， pH值为8. 06。 污泥脱水并燃料化处理的方法工艺步骤如下。 [OO41] (1)助滤剂预处理 采用常用的市售无烟煤为助滤剂。对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度级为 0. 315mm 0. 5mm的煤粉。 [OO43] (2)煤泥混合 将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积 计算，为50g/l。混合方式采用搅拌混合，搅拌速率400转/分钟，搅拌时间20min。 [OO45] (3)机械脱水 煤泥混合完毕后进行机械脱水。机械脱水方式为过滤，过滤温度为常温，采用空气 压力过滤，过滤压差0. 4MPa ;过滤时间控制为65min。
(4)滤饼利用 经机械脱水后，按质量比计，煤泥混合物料含水率下降至50%，热值提高至 3700kcal/kg。经折算滤饼中添加煤贡献的热值为1650kcal/kg，污泥中可燃物质贡献的热 值为2050kcal/kg，可进行资源化利用，资源化利用的方式为燃烧。
实施例2 沈阳北部污水处理厂城市污泥，污泥含水率为96. 06%， pH值为7. 64。
污泥脱水并燃料化处理的方法工艺步骤如下。
(1)助滤剂预处理 采用常用的市售长焰煤为助滤剂。对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度级为 0. 075mm 0. 15mm的煤粉。
(2)煤泥混合 将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积 计算，为80g/l。混合方式采用搅拌混合，搅拌速率200转/分钟，搅拌时间30min。
(3)机械脱水 煤泥混合完毕后进行机械脱水。机械脱水方式为过滤，过滤温度为常温，采用两 段过滤一段真空过滤，过滤压差0. 025MPa，过滤时间20min ;二段空气压力过滤，过滤压差 0. 3MPa，过滤时间15min。
(4)滤饼利用 经机械脱水后，按质量比计，煤泥混合物料含水率下降至38.4%，热值提高至 3735kcal/kg，经折算滤饼中添加煤贡献的热值为2090kcal/kg，污泥中可燃物质贡献的热 值为1245kcal/kg，可进行资源化利用，资源化利用的方式为气化。
实施例3 辽河油田污水处理厂含油污泥，含水率为97. 1%，油含量为3516. 3mg/L， pH值为 7. 2。 污泥脱水并燃料化处理的方法工艺步骤如下。
(1)助滤剂预处理 采用常用的市售焦煤为助滤剂。对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度级为 0. 25mm 0. 42mm的煤粉。
(2)煤泥混合 将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积 计算，为32g/L。混合方式采用搅拌混合，搅拌速率600转/分钟，搅拌时间5min。
(3)机械脱水 煤泥混合完毕后进行机械脱水。机械脱水方式为过滤，过滤温度为常温，采用板框 过滤，过滤压差0. 4MPa ;过滤时间控制为80min。 [OO69] (4)滤饼利用 经机械脱水后，按质量比计，煤泥混合物料含水率下降至48.2%，热值提高至 3106kcal/kg，经折算滤饼中添加煤的贡献热值为2048kcal/kg，污泥中可燃物质的贡献热 值为1058kcal/kg，可进行资源化利用，资源化利用的方式为热解。
实施例4 辽河油田污水处理厂含油污泥，含水率为96. 0%，油含量为14375mg/L， pH值为 7. 98。 污泥脱水并燃料化处理的方法工艺步骤如下。 [OO 4] (1)助滤剂预处理 采用常用的市售褐煤为助滤剂。对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度级为 0. 15mm 0. 37mm的煤粉。 [OO 6] (2)煤泥混合 将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积 计算，为45g/L。混合方式采用采用管道混合器混合，控制污泥流速为1.0m/s。
(3)机械脱水 煤泥混合完毕后进行机械脱水。机械脱水方式为过滤，过滤温度为常温，采用空气 压力过滤，过滤压差0. 8MPa ;过滤时间控制为15min。
(4)滤饼利用 经机械脱水后，按质量比计，煤泥混合物料含水率下降至40. 1%，热值提高至 4500kcal/kg，经折算滤饼中添加煤的贡献热值为2983kcal/kg，污泥中可燃物质的贡献热 值为1517kcal/kg，可进行资源化利用，资源化利用的方式为热解。
权利要求
一种污泥脱水并燃料化处理的方法，其特征在于步骤如下(1)助滤剂预处理采用煤为助滤剂，对煤进行破碎、磨细和分级，得到粒度为0.05mm～0.5mm的煤粉；(2)煤泥混合将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积计算，为20～100g/l；(3)机械脱水煤泥混合完毕后进行机械脱水，机械脱水方式为过滤；(4)滤饼利用资源化利用的方式为燃烧、气化或热解。
2. 按照权利要求1所述的污泥脱水并燃料化处理的方法，其特征在于步骤(2)中，混合 方式采用搅拌混合，搅拌速率200 600转/分钟，搅拌时间5min 30min ;或采用管道混 合器混合，控制污泥流速为0. 9 1. 2m/s。
3. 按照权利要求1所述的污泥脱水并燃料化处理的方法，其特征在于步骤(3)中，过滤 温度为常温，采用真空过滤、空气压力过滤或板框过滤；过滤压差0. 02MPa 0. 8MPa ;过滤 时间控制为10min 80min。
全文摘要
一种污泥脱水并燃料化处理的方法，首先进行助滤剂预处理，采用煤为助滤剂，对煤进行破碎、磨细和分级，将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积计算，为20～100g/l；煤泥混合完毕后进行机械脱水，滤饼资源化利用的方式为燃烧、气化或热解。本发明工艺流程简单、实用，可有效的实现污泥处理处置的目的，工艺流程中污泥和煤可协同作用，无物料的浪费，具有产业化前景。采用本发明方法可以有效的减量化处理含油污泥，且为含油污泥中可燃物质的资源化利用奠定了基础。
文档编号C02F11/00GK101781073SQ20101010115
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者叶舒帆, 孙承志, 胡筱敏, 董俊, 陈朝中, 马云松, 齐轩 申请人:东北大学