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CN113603321A - 一种污泥热解利用方法 - Google Patents

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CN113603321A
CN113603321A CN202110941091.9A CN202110941091A CN113603321A CN 113603321 A CN113603321 A CN 113603321A CN 202110941091 A CN202110941091 A CN 202110941091A CN 113603321 A CN113603321 A CN 113603321A
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dehydration
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Abstract

本发明涉及一种污泥热解利用方法，它依次包括以下步骤：原剩余污泥中投加调理剂进行调理，压滤脱水，热解，回收热解气体、固相产物；将所得固相产物循环回污泥中，投加调理剂调理，压滤脱水，重复热解步骤，回收固相产物；将所得固相产物循环回污泥中投加调理剂调理，压滤脱水，重复热解步骤，回收固相产物；将所得固相产物循环回污泥中调理；压滤脱水，回收固相产物；将所得固相产物循环回污泥中调理，压滤脱水，回收固相产物；将固相产物循环用于污泥调理‑脱水‑热解工艺中。本发明方法简单、实用性强，成本低、可持续性较好；此方法中，每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70~80%，污泥生物炭比表面积为50~80m2/g。

Description

一种污泥热解利用方法
本申请是针对申请号为201811099471.7、发明名称为“一种剩余污泥循环式处理的方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及剩余污泥的处理处置，具体涉及一种污泥热解利用方法。
背景技术
剩余污泥是污水处理产生的副产物。剩余污泥的处理处置包括污泥的处理和污泥的处置两个阶段：在污泥的处理中，以污泥的调理和脱水作为关键环节，通过对污泥进行调理，从而提高污泥的脱水性能；对于污泥的处置阶段，国内外采取的手段主要包括卫生填埋、水体消纳、焚烧、堆肥处理、土地利用等。其中，污泥热解在对污泥进行处置的同时，可以回收能源以及制备生物炭，成为目前研究的一大热点，但目前的研究存在以下两个问题：1、大部分研究中，促进污泥脱水的的骨架调理剂和促进污泥热解的共热解物质均为外源物质颗粒，可能会提高这些投加物质原材料的收集难度；2、以污泥热解为目标的污泥调理-脱水-热解的系统工艺尚未形成，即污泥前处理与后续资源化处置方式脱节。而且，不同的调理方法不仅对调理后的污泥脱水性能造成影响，也会对调理后的污泥化学成分、性质以及泥饼含水率造成影响，从而对污泥的后续热解效果及固相产物产生影响。Liu Huan等人发现CaO调理后的污泥能够提高污泥热解气中氢气含量，同时也能降低热解过程中HCN和NOx的释放，还发现了不同的脱水深度对污泥热解效果的影响较大。上述研究表明脱水污泥中残留调理剂对热解的影响较大，但研究建立在前期以提高污泥脱水性能为目的的研究上，而污泥脱水性能最佳、泥饼含水率最低并非使得污泥热解效果最好，即以脱水为目的的最佳工艺参数并非对污泥最终热解有利。
目前，尚无一套系统性的将剩余污泥资源化的循环处理与处置方法，现有处理过程依然存在脱水环节效果不理想，影响脱水率的调控，导致工艺效果不稳定；固相产物中的污泥调节剂不易暴露在表面，多数被包裹在污泥内部无法起到热解催化作用，热解效率不高，热解后得到的固相产物品质低，限制了循环利用，或者无法实现循环再利用或无法实现长期循环利用，即使循环再利用，热解效率会大大降低，热解后产物含碳量低，硬度低易碎等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥热解利用方法，该方法简单、实用性强，成本低、可持续性较好。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种污泥热解利用方法，其特征在于：它是先向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理，具体是向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min，然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8-1:5；将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10 min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；然后将脱水后的污泥进行热解，将热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解系统中，具体是将热解后的固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的6%~10%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的2%~6%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，然后重复脱水处理、热解步骤即又得到固相产物，即完成污泥的热解循环利用；在循环利用过程中的热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g。
作为进一步优化，上述热解步骤是首先在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，然后将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700 ℃热解20~40 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物。
一种污泥热解利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min，然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；
（2）是将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700℃热解20~40min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为新的活性污泥干重的60~80%，同时投加污泥干重质量的6%~10%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，同时投加污泥干重质量的2%~6%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物污泥调理剂，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
更为具体来说，一种污泥热解利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向原剩余污泥中投加120g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，充分搅拌，对污泥进行调理；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在78%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入6分钟的氩气，停止通气，然后先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥，于600℃热解20 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在375ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.3%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加75 g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在58%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388 ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.9%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加35g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在389ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的73.3%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.7%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中；每一步热解产氢量体积比平均达到72.8%，污泥生物炭比表面积平均达到50.032m2/g。
本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种污泥热解利用方法，其脱水率易控制、工艺稳定，热解后得到的固相产物品质高，操作方法简单、实用性强，对于解决污泥资源化及可持续处理处置问题具有重要意义。此方法中，在循环利用过程中的热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥（标干状态），至少2年内可循环有效利用，成本低、可持续性较好，同时，过渡金属调理剂调理后的污泥热解固相产物在污泥调理-脱水-热解各环节具有较好的促进作用，提高了污泥处理与处置的系统性，且所产生的氢气量以及污泥生物炭品质要优于传统的污泥热解工艺，每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70~80%，污泥生物炭比表面积为50~80m2/g。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
本实施例中所用的过渡金属元素污泥调理剂为工业品，实施例1、实施例2中的剩余污泥为取自重庆市万州区明镜滩污水处理厂，原污泥含水率为98.9~99.5%。
实施例 1
（1）向原剩余污泥中投加120g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，充分搅拌，对污泥进行调理；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在78%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入6分钟的氩气，停止通气，然后先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥，于600℃热解20 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在375ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.3%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加75 g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在58%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388 ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.9%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加35g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在389ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的73.3%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的72.7%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
所得结果如下：每一步热解产氢量体积比平均达到72.8%，污泥生物炭比表面积平均达到50.032m2/g。同时，本实施例1固相产物已循环使用2年，目前持续性良好，可继续使用。
实施例 2
（1）向原剩余污泥中投加105g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，充分搅拌，对污泥进行调理；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在72%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入10分钟的氩气，停止通气，先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥于500℃热解30min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在403ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的75.8%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75%污泥干重，同时投加70g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在65%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在440 ml/g 干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的74.7%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75%污泥干重，同时投加30g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，其混合的质量比为1:8，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在60%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在437ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的75.4%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为75% 污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在60%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在430ml/g干污泥（标干状态），其中氢气体积占总热解气体的76.1%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
所得结果如下：每一步热解产氢量体积比平均达到75.5%，污泥生物炭比表面积平均达到56.064 m2/g。同时，本实施例2固相产物已循环使用2年，目前持续性良好，可继续使用。

Claims (4)

1.一种污泥热解利用方法，其特征在于：它是先向污泥中加入过渡金属元素作为污泥调理剂进行调理，具体是向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min，然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8-1:5；将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10 min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；然后将脱水后的污泥进行热解，将热解产物循环回用于污泥调理-脱水-热解系统中，具体是将热解后的固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的6%~10%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，同时投入总干重质量的2%~6%的过渡金属作为污泥调理剂，然后重复脱水处理步骤、热解步骤即又得到固相产物；再次将固相产物投入到新的污泥中，投加量为新的污泥干重的60~80%，然后重复脱水处理、热解步骤即又得到固相产物，即完成污泥的热解循环利用；在循环利用过程中的热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；每一步污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g。
2.如权利要求1所述的污泥热解利用方法，其特征在于：所述热解步骤是首先在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，然后将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700 ℃热解20~40 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物。
3.一种污泥热解利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向原剩余污泥中投加污泥干重质量的10%~14%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂，先快速搅拌0.5~2min，快速搅拌转速为300~500r/min，然后在慢速搅拌5~8min，慢速搅拌转速为30~80r/min，对污泥进行调理；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；
（2）是将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水压力为0.4~0.7MPa，脱水时间为5~10min，保证压滤脱水后的污泥饼水分为60%~80%；在管式电炉通入氩气，通气5~10分钟后停止通气，将管式电炉加热升温至300~400℃，然后加入脱水后的污泥，于400~700℃热解20~40min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为新的活性污泥干重的60~80%，同时投加污泥干重质量的6%~10%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，同时投加污泥干重质量的2%~6%的过渡金属元素化合物作为污泥调理剂进行调理，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:8~1:5；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为60~80%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物污泥调理剂，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在50~70%，重复步骤（2）；热解产气效率均稳定保持在350～500ml/g干污泥；污泥热解产氢量体积占总热解气体的70～80%，污泥生物炭比表面积为50～80m2/g；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中。
4.一种污泥热解利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向原剩余污泥中投加120g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，充分搅拌，对污泥进行调理；所述剩余污泥的含水率优选为98.9~99.5%；
（2）将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在78%；将脱水后的污泥放入管式电炉，先通入6分钟的氩气，停止通气，然后先将管式电炉升温至400℃，然后加入脱水后的污泥，于600℃热解20 min，同时回收热解气体，待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在375ml/g 干污泥，其中氢气体积占总热解气体的72.3%；
（3）将步骤（2）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加75 g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在58%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388 ml/g 干污泥，其中氢气体积占总热解气体的72.9%；
（4）将步骤（3）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70% 污泥干重，同时投加35g/kg污泥干重的过渡金属元素化合物，所述过渡金属元素化合物是由高铁酸钾和三氯化铁组成，其混合的质量比为1:6，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在389ml/g 干污泥，其中氢气体积占总热解气体的73.3%；
（5）将步骤（4）所述的污泥热解固相产物循环回用到污泥调理中，投加量为70%污泥干重，不再投加过渡金属元素化合物，将调理后的污泥进行压滤脱水，脱水后的污泥泥饼含水率保持在55%，重复步骤（2），待热解结束后回收固相产物，热解产气效率均稳定保持在388ml/g干污泥，其中氢气体积占总热解气体的72.7%；
（6）循环重复步骤（5），将热解固相产物循环用于污泥调理-脱水-热解工艺中；每一步热解产氢量体积比平均达到72.8%，污泥生物炭比表面积平均达到50.032m2/g。
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