公布日：2022.07.01
申請日：2022.04.26
分類號：C02F11/04(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I
摘要
本發明公開了一種污泥厭氧消化聯合干化炭化系統及方法，污泥厭氧消化聯合干化炭化系統包括厭氧消化單元、板框脫水單元和干化炭化單元。厭氧消化單元設置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、污泥循環泵、儲泥池、沼氣凈化裝置及沼氣柜。板框脫水單元設置污泥泵、污泥調理池、加藥裝置及污泥板框脫水機。干化炭化單元設置泥餅破碎機、污泥進料裝置、干化炭化一體機、水冷螺旋輸送機、第一熱水器及換熱排氣筒。本發明可實現厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產物炭的內部消納，克服產物去向不通暢的瓶頸，系統運行低碳環保，產能集約，余熱在系統內部充分回用，能量最大程度自給，運行成本經濟。
權利要求書
1.一種污泥厭氧消化聯合干化炭化系統，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置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、儲泥池，儲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有用于在泥水換熱器和濕式污泥厭氧消化池之間循環消化污泥的污泥循環泵；板框脫水單元依次設置污泥調理池及污泥板框脫水機；污泥調理池還設有加藥裝置；干化炭化單元依次設置泥餅破碎機、污泥進料裝置、干化炭化一體機、水冷螺旋輸送機；同時干化炭化單元設有第一熱水器及換熱排氣筒；換熱排氣筒內部設置第二熱水器；干化炭化一體機的干化脫除熱蒸汽通入第一熱水器作為熱交換介質；第一熱水器設有冷水進口作為冷交換介質；第一熱水器的冷交換介質出口連通換熱排氣筒內的第二熱水器的冷交換介質進口；沼氣柜連接干化炭化一體機的夾套爐；第一熱水器的熱交換介質的氣體出口連通干化炭化一體機的夾套爐；干化炭化一體機的夾套爐設有燃燒廢氣出口，燃燒廢氣出口連通換熱排氣筒；換熱排氣筒內部還設有空氣預熱器，空氣預熱器設有空氣入口和空氣出口，空氣出口連通干化炭化一體機的夾套爐；換熱排氣筒內的冷凝水出水口連接水冷螺旋輸送機，水冷螺旋輸送機產生的熱水出口及第二熱水器的冷交換介質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；干化炭化一體機連接水冷螺旋輸送機，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.根據權利要求1所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化系統，其特征在于：濕式污泥厭氧消化池形狀為卵形；儲泥池設置溢流口，溢流水進入污水處理系統。
3.一種污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于，使用權利要求1或2所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化系統，包括以下步驟：待處理污泥在泥水換熱器中與由污泥循環泵循環的消化污泥充分混合并加熱，之后進入濕式污泥厭氧消化池，厭氧消化后的污泥經儲泥池進入后續板框脫水單元處理；厭氧消化產沼氣經由沼氣凈化裝置凈化后，進入沼氣柜儲存；儲泥池的厭氧消化出泥進入污泥調理池，與加藥裝置輸送的污泥脫水調理劑進行充分混合，再由污泥泵輸送至污泥板框脫水機中進行脫水，脫水后的沼渣泥餅進入后續干化炭化單元處理；沼渣泥餅進入泥餅破碎機破碎，經污泥進料裝置進入干化炭化一體機；進入干化炭化一體機的沼渣經中溫炭化轉變為生物炭和熱解氣，生物炭進入水冷螺旋輸送機，經充分換熱后，一部分進入厭氧消化單元的濕式污泥厭氧消化池，一部分進入板框脫水單元；干化脫除的熱蒸汽進入第一熱水器與冷水進行換熱后變為冷廢氣和冷凝水，換熱后的冷水變為預熱水進入換熱排氣筒的第二熱水器，經第二熱水器后變為熱水；第一熱水器的冷凝水進入污水處理系統；干化炭化一體機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；水冷螺旋輸送機的冷水源包括換熱排氣筒內得到的冷凝水，水冷螺旋輸送機換熱后得到的熱水與第二熱水器得到的熱水進入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；熱水經過泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機之后，再次成為冷水，作為第一熱水器的冷水源。
4.根據權利要求3所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于：干化炭化一體機的干化和炭化均采用間接換熱方式；干化炭化一體機夾套爐的供氧源包括換熱排氣筒內空氣預熱器加熱后的空氣。
5.根據權利要求3所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于：污泥板框脫水機過濾壓力為6-16bar，壓榨壓力為10-20bar，序批工作時長為1.5-3h；污泥脫水調理劑選用包括鐵鹽、PAM、骨料的復合藥劑，其中鐵鹽、PAM、骨料用量分別不高于絕干泥質量的2%、5‰和2%；污泥脫水調理劑不包括石灰，且總用量不高于絕干泥質量的5%。
6.根據權利要求3所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于：加藥調理污泥由污泥泵輸送至污泥板框脫水機中進行脫水得到的濾除沼液進行濃縮處理；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.根據權利要求3所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于：泥餅破碎機破碎后顆粒直徑小于3cm。
8.根據權利要求3所述的污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，其特征在于：干化炭化一體機炭化溫度為350-650℃，設置分離器分離熱解氣中的粉塵。
發明內容
針對上述技術問題，本發明提供了一種污泥厭氧消化聯合干化炭化系統及方法，可實現厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產物炭的內部消納，克服產物去向不通暢的瓶頸，系統運行低碳環保，產能集約，余熱在系統內部充分回用，能量最大程度自給，運行成本經濟。
為實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
一種污泥厭氧消化聯合干化炭化系統，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置泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池、儲泥池，儲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有用于在泥水換熱器和濕式污泥厭氧消化池之間循環消化污泥的污泥循環泵；板框脫水單元依次設置污泥調理池及污泥板框脫水機；污泥調理池還設有加藥裝置；儲泥池與污泥調理池之間、污泥調理池與污泥板框脫水機之間設有污泥泵；干化炭化單元依次設置泥餅破碎機、污泥進料裝置、干化炭化一體機、水冷螺旋輸送機；同時干化炭化單元設有第一熱水器及換熱排氣筒；換熱排氣筒內部設置第二熱水器；干化炭化一體機的干化脫除熱蒸汽通入第一熱水器作為熱交換介質；第一熱水器設有冷水進口作為冷交換介質；第一熱水器的冷交換介質出口連通換熱排氣筒內的第二熱水器的冷交換介質進口；沼氣柜連接干化炭化一體機的夾套爐；第一熱水器的熱交換介質的氣體出口連通干化炭化一體機的夾套爐；干化炭化一體機的夾套爐設有燃燒廢氣出口，燃燒廢氣出口連通換熱排氣筒。
進一步的，濕式污泥厭氧消化采用中溫一級方式，濕式污泥厭氧消化池形狀為卵形；儲泥池設置溢流口，溢流水進入污水處理系統。
進一步的，換熱排氣筒內部還設有空氣預熱器，空氣預熱器設有空氣入口和空氣出口，空氣出口連通干化炭化一體機的夾套爐。
進一步的，換熱排氣筒內的冷凝水出水口連接水冷螺旋輸送機，水冷螺旋輸送機產生的熱水出口及第二熱水器的冷交換介質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。
本發明還公開一種污泥厭氧消化聯合干化炭化方法，包括以下步驟：
待處理污泥在泥水換熱器中與由污泥循環泵循環的消化污泥充分混合并加熱，之后進入濕式污泥厭氧消化池，厭氧消化后的污泥經儲泥池進入后續板框脫水單元處理。厭氧消化產沼氣經由沼氣凈化裝置凈化后，進入沼氣柜儲存。
儲泥池的厭氧消化出泥進入污泥調理池，與加藥裝置輸送的污泥脫水調理劑進行充分混合，再由污泥泵輸送至污泥板框脫水機中進行脫水，泥餅含水率降低至65％以下。脫水后的沼渣泥餅進入后續干化炭化單元處理。
沼渣泥餅進入泥餅破碎機，經污泥進料裝置進入干化炭化一體機。進入干化炭化一體機的沼渣經中溫炭化轉變為生物炭和熱解氣，生物炭進入水冷螺旋輸送機，經充分換熱后，一部分進入厭氧消化單元的濕式污泥厭氧消化池，一部分進入板框脫水單元。
干化脫除的熱蒸汽進入第一熱水器與冷水進行換熱后變為冷廢氣和冷凝水，第一熱水器的冷凝水進入污水處理系統。換熱后的冷水變為預熱水進入換熱排氣筒的第二熱水器，經第二熱水器后變為熱水；干化炭化一體機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充)；干化炭化一體機夾套爐的燃燒廢氣作為換熱排氣筒的熱源；水冷螺旋輸送機的冷水源包括換熱排氣筒內得到的冷凝水，水冷螺旋輸送機換熱后得到的熱水與第二熱水器得到的熱水進入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。熱水經過泥水換熱器、濕式污泥厭氧消化池，及板框脫水單元的污泥板框脫水機之后，再次成為冷水，作為第一熱水器的冷水源。
優選的，干化炭化一體機的干化和炭化均采用間接換熱方式；干化炭化一體機夾套爐的供氧源包括換熱排氣筒內空氣預熱器加熱后的空氣。
優選的，污泥板框脫水機過濾壓力為6-16bar，壓榨壓力為10-20bar，序批工作時長為1.5-3h。污泥脫水調理劑不包含石灰等顯著影響污泥熱值或易腐蝕設備的原料，且總用量不高于絕干泥質量的5％，優選的，選用由鐵鹽、PAM、骨料組成的復合藥劑，其中鐵鹽、PAM、骨料用量分別不高于絕干泥質量的2％、5‰和2％。厭氧消化單元要求進泥有機質含量為40％以上，厭氧消化池有機負荷為0.5-1.5kgVSS/m3d，厭氧消化周期為18-30d，污泥有機質轉化率為40％-55％，污泥沼氣產率為60-200m3/tDS，消化池排砂率不低于30％。
進一步的，加藥調理污泥由污泥泵輸送至污泥板框脫水機中進行脫水得到的濾除沼液進行濃縮處理，作為液態有機肥外售，或進入污水處理系統；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基質，余下儲存備用。
進一步的，泥餅破碎機破碎后顆粒直徑小于3cm。
優選的，干化炭化一體機炭化溫度為350-650℃，設置分離器分離熱解氣中的粉塵，保障干化炭化一體機夾套爐的清潔燃燒。
本發明的有益之處在于：
(1)本發明使用沼氣、污泥熱解氣等清潔能源，無需設置除塵、除臭、脫硫、脫硝等廢氣凈化裝置，可實現厭氧消化沼氣、沼渣、沼液及干化炭化產物炭的內部消納，克服產物去向不通暢的瓶頸，系統運行低碳環保，產能集約，余熱在系統內部充分回用，能量最大程度自給，運行成本經濟。
(2)厭氧消化除砂沼渣替代原污泥用于干化炭化，在實現碳封存的基礎上，可制備高品位生物炭，并集約干化炭化產能。
(3)產物炭自然載鐵，回用于厭氧消化單元，可提高厭氧消化效率和產氣率，還可抑制H2S的產生。產物炭回用于板框脫水單元充當脫水調理劑，可降低泥餅含水率。產物炭吸附沼液中的NH3-N、TP及COD，既可提高用作園林綠化基質的緩釋肥力，又可降低沼液進入污水處理系統的負荷壓力。
（發明人：朱慧可;賀大立;李惠;沈立茹;馬玉坤;陶先兵）
