一種城市污泥厭氧消化與碳化綜合利用的方法技術

本發明專利技術提供一種城市污泥厭氧消化與碳化綜合利用的方法。所述城市污泥厭氧消化與碳化綜合利用的方法是采用物理、或化學、或物理化學方法對污泥進行調理，之后輸送到德國利浦完全混合厭氧消化罐，控制罐內的溫度為35～37℃，攪拌罐內的污泥使之混合均勻進行厭氧消化處理，產生厭氧消化液和含甲烷60～70％的沼氣，采用旋流反應器進行厭氧消化液的固液分離，分離出含水率50～70％的沼渣，再與木屑或廢紙直接混合得到含水率為20～30％的沼渣，輸送到高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應產生碳化氣體和污泥生物碳。本發明專利技術沼氣生產效率高；污泥生物碳體積小，方便運輸與儲存，且富含N、P、K營養元素，廣泛應用于農業等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環境工程技術及生態農業領域，涉及城市污泥的處理與處置，具體是。
技術介紹
近年來，在國家節能減排和積極的財政政策作用下，城鎮污水處理得到迅速發展，城鎮水環境治理取得顯著成效，隨著我國城鎮污水處理率的不斷提高，城鎮污水處理廠污泥產量也急劇增加。2009年，全國投入運行的城鎮污水處理廠1992座，處理污水量280億m3，產生含水率80%的污泥約2005萬t，隨著城鎮化水平和污水處理量的增加，污泥量將很快突破3000萬t。據不完全統計，目前全國城鎮污水處理廠污泥只有小部分進行不同程度的處理和處置，而大部分未進行規范化的處理處置。污泥含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質，含水率很高，未經有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染， 直接威脅環境安全和公眾健康，使污水處理設施的環境效益大大降低，影響國家節能減排戰略實施的積極效果。目前國內城市污泥的處理主要采用填埋、干化焚燒、用作農肥等方式處理及處置；填埋污泥需要占用大量農用耕地；污泥的干化焚燒，普遍存在工程投資大，運行費用高的問題，在經濟上難以支撐。相比以上處理方法，采用厭氧消化技術不但可以實現污泥的減量化、無害化、穩定化及資源化；污泥經厭氧消化后，體積減小50%左右，可以實現減量化；經過中溫發酵后，污泥中的有害細菌得到大量的消滅，可以實現無害化和穩定化；厭氧消化產生的沼氣可以用于燃料和發電，補償水廠的能耗，為企業節能30%，是目前最可行的污泥處理工藝之一，可以實現資源化及節能化。但是目前的所使用的污泥厭氧處理工藝，存在技術水平低，污泥處理效果差，沼氣利用率低等一系列問題。而且，污泥厭氧處理工藝除了產生沼氣外，還會產生沼渣；現有的沼渣處置工藝大部分采用堆肥技術制備有機肥，但該工藝需要大量的土地資源，在發達地區應用受到限制。國家《“十二五”節能環保產業發展規劃》環保產業關鍵技術污泥處理處置技術重點是污泥厭氧消化或好氧發酵后用于農田、焚燒及生產建材產品等處理處置技術，污泥的厭氧效果工藝在《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》的要求中，提出我國污泥處理處置應符合“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”的原則。其中循環利用和節能降耗分別重點提出了通過厭氧消化技術回收污泥中的能量以及鼓勵利用污泥厭氧消化過程中產生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱。因此，厭氧消化處理處置是當前污泥處理處置的重中之重，目前并沒有一種適合污泥處理的綜合利用方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是對城市污泥厭氧消化和碳化處理，生產沼氣和制備污泥碳化物，實現污泥的減量化、能源化、肥料化，最終達到污泥的資源化綜合利用的城市污泥厭氧消化與碳化綜合利用的方法。所述，其特征在于，所述工藝的具體步驟依次如下(I)污泥調理采用物理方法、或化學方法、或先采用物理方法再采用化學方法對污泥進行調理，使調理后的污泥含水率為90 92%、碳氮比值為10 20、pH為6. 5 7. 5 ;(2)污泥的完全混合厭氧消化將通過步驟(I)調理后符合要求的污泥輸送到完全混合厭氧消化罐，這里的完全混合厭氧消化罐采用德國Lipp厭氧消化罐(簡稱德國利浦罐)，控制完全混合厭氧消化罐內的溫度為35 37°C，并調控完全混合厭氧消化罐內局部溫差在±0. 5°C，然后通過氣動攪拌、或間歇式機械攪拌、或同時進行氣動攪拌和間歇式機械攪拌使罐內的污泥混合均勻，進行厭氧消化處理15-20天后，產生厭氧消化液和含甲烷60 70%的沼氣，將生產的含甲烷60 70%的沼氣經過現有的脫水、脫硫及脫碳處理后收集到沼氣罐中備用，在厭氧消化過程中所述氣動攪拌是采用沼氣回流攪拌方式，與現有的沼氣池氣動攪拌方式相同，先將罐內的產生的沼氣抽出罐外，經壓縮后通過氣體擴散管從 罐底部沖入罐內，產生較強的氣體回流，從而達到攪拌料液的目的；所述間歇式機械攪拌是采用轉速為10 60r/min的間歇式機械攪拌裝置進行的攪拌方式；(3)消化液固液分離采用旋流反應器對步驟(2)中產生的厭氧消化液進行固液分離，分離出含水率50 70%的沼渣，分離后的沼液作為有機肥的原料，或經過生物氧化塘工藝處理后達標排放或綜合利用；(4)沼渣碳化處理采用木屑或廢紙與步驟(3)中分離的含水率50 70%沼渣按照質量比為1: 3 10比例直接混合得到含水率為20 30%的沼渣，再將含水率為20 30%的沼渣輸送到高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應10 20min，產生碳化氣體和污泥生物碳，其中反應后產生的碳化氣體直接輸送入高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置的燃燒室內繼續燃燒為碳化反應提供熱量；反應過程中高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置內的反應溫度為600 800°C、壓力為15. O 16. OMpa0步驟(I)中所述的物理調理是在污泥中添加木屑或廢紙，使污泥與木屑或廢紙按照質量比10 500 I的比例混合；所述的化學調理是在經過物理調理后的污泥中添加任意幾種以下量的物質10. O 100. Omg/L殼聚糖、1. O 10. Omg/L聚丙烯酰胺以及20. O 150. Omg/L氫氧化I丐,使污泥的pH達到6. 5 7. 5。步驟(2)中所述的污泥的完全混合厭氧消化，是在完全混合厭氧消化罐內進行的，所述完全混合厭氧消化罐罐體采用三層結構構成，外層為復合板層、中間層為保溫層、內層為不銹鋼復合板層，完全混合厭氧消化罐內設置氣動攪拌裝置、間歇式機械攪拌裝置和恒溫模糊調控系統，所述氣動攪拌裝置、間歇式機械攪拌裝置和恒溫模糊調控系統均采用現有的技術和裝置。步驟(4)中所述的沼渣碳化處理是在高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置進行的，該碳化裝置包括內部轉爐、中間燃燒室以及外部殼體，沼渣輸送至內部轉爐的爐膛中，采用電加熱啟動方式高溫碳化反應，生成碳化氣體和生物碳產品；產生的碳化氣體通過噴射技術噴射到燃燒室中燃燒，為轉爐內沼渣進行碳化反應提供熱量。步驟⑷中制備的生物碳粒徑O. 5 1. 0mm、含水率為5 10%、填充比重為O. 50 O. 55g/cm3、含有 N、P、K 元素。本專利技術的有益效果1.本專利技術中的污泥在經過物理、或化學、或物理和化學混合調理后，進入完全混合厭氧反應罐內進行厭氧消化；德國利浦完全混合厭氧反應罐具有建設周期短，保溫和防腐效果好，產氣效率高(產氣量可提高5. O 15.0%)等特點；產生的沼氣經過脫水脫硫脫碳工藝處理后制備天然氣，制備的天然氣甲烷含量高達98.0%以上，可用于燃料、發電及車載用氣等；2.經過完全混合厭氧反應罐內進行厭氧消化后的沼液一部分可以用于生產有機肥的原料，制備的液態有機肥可用于農業機種植業，可為農業增產20% ;還有一部分采用生物氧化塘工藝處理后達標排放或綜合利用；3.分離后的沼渣直接經過沼渣碳化裝置制備成污泥生物碳，污泥生物碳可用于農用肥料、水處理材料以及土壤改良材料等。本專利技術所述的城市污泥的厭氧消化與碳化處理的綜合利用，可實現城市污泥的減量化、能源化、肥料化以及資源化，沼氣生產效率高，產生的沼液和沼渣都可以很好的處理或再次利用，采用完全混合厭氧消化技術進行污泥厭氧處理，其產氣量比一般厭氧消化技術高出5% 15% ;采用內熱式碳化設備處置沼渣制備生物活性炭，工藝設備占地面積小，能耗低；生產的生物活性碳體積小，方便運輸與儲存；且富本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種城市污泥厭氧消化與碳化綜合利用的方法，其特征在于，所述工藝的具體步驟依次如下：(1)污泥調理：采用物理方法、或化學方法、或先采用物理方法再采用化學方法對污泥進行調理，使調理后的污泥含水率為90～92％、碳氮比值為10～20、pH為6.5～7.5；(2)污泥的完全混合厭氧消化：將通過步驟(1)調理后符合要求的污泥輸送到完全混合厭氧消化罐內，控制完全混合厭氧消化罐內的溫度為35～37℃，并調控完全混合厭氧消化罐內局部溫差在±0.5℃，然后通過氣動攪拌、或間歇式機械攪拌、或同時進行氣動攪拌和間歇式機械攪拌使罐內的污泥混合均勻，進行厭氧消化處理15?20天后，產生厭氧消化液和含甲烷60～70％的沼氣，將產生的含甲烷60～70％的沼氣經過現有的脫水、脫硫及脫碳處理后收集到沼氣罐中備用，在厭氧消化過程中：所述氣動攪拌是采用沼氣攪拌方式，間歇式機械攪拌是采用轉速為10～60r/min的間歇式機械攪拌裝置進行的攪拌方式；(3)消化液固液分離：采用旋流反應器對步驟(2)中產生的厭氧消化液進行固液分離，分離出含水率50～70％的沼渣，分離后的沼液作為有機肥的原料，或經過生物氧化塘工藝處理后達標排放和綜合利用；(4)沼渣碳化處理：采用木屑或廢紙與步驟(3)中分離的含水率50～70％沼渣按照質量比1∶3～10比例直接混合得到含水率為20～30％的沼渣，再將含水率為20～30％的沼渣輸送到高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置中，厭氧或缺氧反應10～20min，產生碳化氣體和污泥生物碳，其中反應后產生的碳化氣 體直接通過管道輸送到高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置的燃燒室內繼續燃燒，為碳化反應提供熱量；反應過程中：高溫高壓內熱式轉爐碳化裝置內的反應溫度為600～800℃、壓力為15.0～16.0Mpa。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陽紅，王建華，徐偉，余敦耀，余婭，熊玲，夏靜，鄂元武，
申請(專利權)人：中船重工環境工程有限公司，
類型：發明
國別省市：