一种污水污泥水热处理方法技术

本发明专利技术涉及环境治理技术领域，公开了一种污水污泥水热处理方法，包括如下步骤：步骤I：污泥的机械脱水，污泥机械脱水后含水量为65

【技术实现步骤摘要】
一种污水污泥水热处理方法


[0001]本专利技术涉及环境治理
，具体涉及一种污水污泥水热处理方法。

技术介绍

[0002]当前，城市污水处理厂大多采用好氧活性污泥法处理污水，将污水中的污染物转化为二氧化碳、水等物质，过程中会产生大量污泥。污泥中含有水分、有机质、氮、磷、金属元素以及其他微量元素等营养元素，同时还含有难降解的有机物、重金属及细菌病原体等有毒有害物质。从污泥中回收有利用价值的元素或物质，不仅可以解决污泥处理处置问题，还能够回收利用资源，降低污染排放。然而。在我国污水处理发展过程中，一直存在的“注重污水处理、轻视污泥处理”现象，使得非常大的一部分城市污水污泥未进行有效的处理处置，从而导致我国“污泥问题”日益严重。
[0003]氮磷元素是污水中一种重要的污染元素，虽有部分氮元素通过硝化
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反硝化作用以氮气形式进入大气中，但仍有部分氮元素以氨氮为主的形式固定在污泥中，污泥中的氮元素占污泥干基的1％
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5％，因此污水污泥中的氮元素存在一定的回用价值。此外，污水污泥中还含有一定量的磷元素，由于磷矿石是一种不可再生的资源，开发新型磷制备工艺对可持续农业发展至关重要。虽已有相关文献专利报道了污泥制备肥料的相关方法，但这些方法通常氮磷含量较低，因此限制了此类方法的推广使用。如何实现污水污泥中氮磷元素的高效利用，不仅可解决农业肥料生产问题，还可以实现污水污泥合理处置，降低其填埋焚烧等处理造成的环境污染问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种污水污泥水热处理方法，以实现污水污泥中氮磷元素的回收与转化。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种污水污泥水热处理方法，包括如下步骤：
[0006]步骤I：污泥的机械脱水，污泥机械脱水后含水量为65
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90％(wt)；
[0007]步骤II：将机械脱水后的污泥与氯化镁、氯化钙混合；
[0008]步骤III：将污水污泥与氯化镁、氯化钙的混合体系进行水热反应；
[0009]步骤IV：水热反应结束后进行固液分离，液体产物用于反硝化池碳源补给，固体产物用于土壤改良剂。
[0010]本方案的原理及优点是：本技术方案中，通过在水热处理之前将污水污泥与氯化镁、氯化钙混合，能够实现将污水污泥的氨氮资源化；在水热处理过程中，能够将污水污泥中的TOC转移至液体产物内，将氮、磷等营养元素固定在固体产物内，经验证污水污泥中95％以上的氮磷营养元素被固定在固体产物中，35％以上TOC转移至液体产物中；在进行水热处理之后，通过将固体产物与液体产物进行分别的应用，由于氮磷等营养元素大部分转移到了固体产物中，一方面使得固体产物中的营养成分得以大量的富集，有利于后期作用
土壤改良剂对土壤提供营养；另一方面，也使得液体产物中氨氮含量降低，而碳元素的占比增高，在应用于反硝化池时，能够降低对液体产物进行氨氮处理工作量。
[0011]本技术方案的有益效果在于：
[0012]1、本技术方案污水污泥水热碳化过程清洁，全过程无废水废气产生，实现了环境友好。
[0013]2、本技术方案污水污泥水热处理过程中，95％以上的氮磷营养元素被固定在固体产物中，35％以上TOC转移至液体产物中，液体产物用于反硝化碳源补给不会增加体系的氮磷负荷。
[0014]3、本技术方案实现污水污泥的高质化利用：利用污水污泥制备土壤改良剂，或者回收碳化后产生类似于煤质的高附加值产品，不仅解决了市政污泥处理处置问题，而且还能变废为宝。
[0015]优选的，作为一种改进，步骤I中，污泥为初沉污泥和/或活性污泥经厌氧硝化后的污泥。
[0016]本技术方案中，所处理的污水污泥为初沉污泥和/或活性污泥经厌氧硝化后的污泥，这一类的污泥中氨氮含量丰富，在进行水热处理之后能够在固体产物中获得更高比例的营养物质。
[0017]优选的，作为一种改进，步骤II中，氯化镁、氯化钙的质量比为1：3～5，氯化镁、氯化钙的总重量为污泥干基质量的0.5％
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3.5％。
[0018]本技术方案中，通过实验验证，上述的添加比例为最适的添加比例，添加量过高会增加成本，同时会增加水热反应后产物中金属离子的含量，还有可能会降低反应的选择性；添加量过低会使反应物分子与催化剂活性位的结合很少，不能更多的提供利于反应的条件，使反应速率缓慢，达不到反应效果。
[0019]优选的，作为一种改进，步骤III中，水热反应的条件为：温度250～400℃，时间10～60min，搅拌转速50～300rpm。
[0020]本技术方案中，通过对水热反应的条件进行优化，能够提高水热反应的效果，反应温度过高或反应时间过长会促进重金属向稳态转变，随着温度升高和增加反应时间会增加重金属在固体产物中的富集，并且水热碳中重金属浸出毒性会随着温度与时间的升高和延长而降低；提高反应温度和延长反应时间对炭化过程和产物的特性有很大的好处，如提高反应速率、提高转化率、提高氢焦中的碳和能量含量、改善脱水性能等。此外，本技术方案不需要对污水污泥进行生化反应，能够使反应产物更加的定向化，单纯可控。
[0021]优选的，作为一种改进，步骤III中，水热反应的压力为0.2～1.0MPa，且水热反应过程中热源为高温蒸汽。
[0022]本技术方案中，在向反应体系内加入热源的时候，是通过添加高温蒸汽的形式添加的，一方面蒸汽的比热容较大，换热效果好，能够实现体系的快速升温，另一方面高温蒸汽相较于热水而言，对反应体系内的水分含量影响较小，使得水热反应过程更加的平稳。
[0023]优选的，作为一种改进，步骤III中，污水污泥水热反应结束后进行换热处理，回收体系热量。
[0024]本技术方案中，在水热反应过程中，是通过通入高温蒸汽实现体系的升温过程的，在水热反应结束后，体系内仍有大量的余热，通过加工这一部分热量进行回收处理一方面
能够实现能量的回收再利用，避免浪费；另一方面还能够同步实现体系的降温，便于后期进行固液分离操作。
[0025]优选的，作为一种改进，步骤IV中，在固液分离后固体产物进行低温干化处理。
[0026]本技术方案中，在固液分离之后会得到液体产物和固体产物，此时的固体产物为增稠污泥，通过对固体产物(增稠污泥)进行低温干化处理，能够得到干化污泥和冷凝液，进而形成不同状态的土壤改良剂，增加了其适用范围，也提供了更多的使用选择。
[0027]优选的，作为一种改进，低温干化处理的温度为45～80℃，经低温干化后的污泥中的含固率为60～97％。
[0028]本技术方案中，通过对低温干化的处理条件进行选择和优化，能够提高干化处理效果，保证干化后的污泥中的含固率。
[0029]优选的，作为一种改进，步骤IV中，在固液分离后液体产物进行反硝化处理。
[0030]本技术方案中，通过对液体产物进行反硝化处理，能够降低液体产物中掺杂的部分含氮物质。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污水污泥水热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤I：污泥的机械脱水，污泥机械脱水后含水量为65
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90％(wt)；步骤II：将机械脱水后的污泥与氯化镁、氯化钙混合；步骤III：将污水污泥与氯化镁、氯化钙的混合体系进行水热反应；步骤IV：水热反应结束后进行固液分离，液体产物用于反硝化池碳源补给，固体产物用于土壤改良剂。2.根据权利要求1所述的一种污水污泥水热处理方法，其特征在于：步骤I中，所述污泥为初沉污泥和/或活性污泥经厌氧硝化后的污泥。3.根据权利要求2所述的一种污水污泥水热处理方法，其特征在于：步骤II中，氯化镁、氯化钙的质量比为1：3～5，氯化镁、氯化钙的总重量为污泥干基质量的0.5％
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3.5％。4.根据权利要求3所述的一种污水污泥水热处理方法，其特征在于：步骤III中，水热反应的条件为：温度250～400℃，时间10～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟成，何强，李果，阳虎，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：