[發明專利]一種基于水熱前處理的污泥高效能源化處理方法

有效

• 申請號: 202010039941.1
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111018309B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 董濱;陳仁杰;邱瞧清;李昕;陳思思;沈丹妮;戴曉虎
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F11/143
• 分類號: C02F11/143;C02F11/10;C02F11/122;C10J3/00
• 代理公司: 寧波市天晟知識產權代理有限公司 33219
• 代理人: 張文忠;任漢平

本發明的一種基于水熱前處理的污泥高效能源化處理方法，包括以下步驟：步驟一、將含固率為5%~20%污水處理廠產生的污泥進行水熱前處理；步驟二、脫水所得濾渣進入熱解氣化系統進行轉化，利用污泥水熱產生的水蒸氣和脫水污泥中存在的水分作為氣化劑，對污泥進行熱解氣化處理；熱解停留時間為60min，使用的載氣為N2；熱解氣化得到富氫氣體、熱解油和生物炭；步驟三、脫水處理后的濾液收集輸送進行厭氧消化處理，得到沼氣。本發明的優點在于:通過將污泥中進行水熱前處理，使其液化或部分炭化，實現污泥中固相和液相的高效分離，并且通過對固相進行催化氣化，制備富氫氣體燃料和催化劑的高效資源化處理方法。

技術領域

本發明涉及固體廢物資源化技術領域，尤其是一種基于水熱前處理的污泥高效能源化處理方法。

背景技術

隨著中國工業化和城市化水平的不斷提高，城鎮污水排放量逐年增加，另外中國污水治理力度加大，污水排放標準變得更加嚴格。截止2017年12月底，全國城鎮污水廠的處理能力已達到1.82億立方米/日，污泥作為污水處理過程中產生的最大副產物，全國污泥產量達到了808.40萬噸(干基)。由于污泥中含有大量有機物，致病菌，重金屬，無機物等，如何使污泥得到有效安全的處理處置成為國內外學者的研究熱點。傳統污泥處理主要方式包括厭氧消化，填埋，焚燒，好氧堆肥，污泥干化等方式。近幾年，熱化學處理技術在實現污泥的穩定化，減量化，資源化表現出較大的優勢。熱化學處理是利用高溫將污泥中的有機物轉化為不同形式，不同相態的能源產物的過程，主要包括焚燒技術，水熱技術，熱解技術，氣化技術。

污泥熱解技術作為一種極具潛力的污泥處理處置技術，可以在控制污泥污染環境的同時回收能源，成為目前國際上最受歡迎的污泥減量化和資源化處理技術之一。熱解能減少污泥的體積；破壞致病菌，實現污泥穩定化；產生的熱解氣和熱解油可作為燃料。熱解油作為污泥熱解重要的產物之一，具有高熱值，高粘度，穩定性較差的特點。很多學者嘗試通過添加催化劑提高熱解油的質量，或通過氣化的方式將熱解油以及熱解炭轉化為可以被直接利用的合成氣。目前，國內外學者常用O₂、水蒸氣、CO₂作為氣化劑，使熱解油轉化為合成氣。當采用CO₂作為氣化劑時，學者發現在熱解氣化過程中，污泥可以固定CO₂，減少C排放。當采用水蒸氣作為氣化劑時，可以現在的提高氣化產物中H₂的產量。由于污泥中含有大量的水分，大量學者考慮利用污泥中自身隨帶的水分，在熱解過程蒸發產生水蒸氣污泥進行熱解氣化過程。發現當污泥的含水率達到43.38%時，污泥的氣化效果最好，氫氣產量最高。隨著污泥含水率的進一步提高，由于污泥中水分蒸發消耗大量的熱量污泥氣化效果降低。故熱解技術結合氣化技術共同作為新型的污泥熱化學處理工藝單元。

水熱技術作為一種污泥脫水工藝，污泥經過水熱處理可以將污泥中的結合水轉化成自由水，使污泥的脫水性能大大提高。并且水熱處理過程中，隨著水熱溫度的不斷升高，污泥中的固態有機物發生溶解、水解，實現了污泥的水解液化。隨后當溫度超過180℃時，污泥中的小分子有機物發生脫水、脫羧和縮聚、芳構化等反應，實現了污泥的碳化。污泥經過水熱改性后：第一，污泥的脫水性能顯著提高；第二，污泥的液化和部分碳化，有利于提高污泥后續熱解氣化的氣化效率，降低熱解油的產生。污泥水熱前處理為后續污泥的高效資源化利用奠定了基礎。水熱前處理對污泥脫水性能和泥質的改變有利于污泥中富含有機物的水熱炭分離出來，進行熱解氣化處理，而被分離的濾液可以進行高效厭氧消化處理。已有的污泥資源化處理工藝多為厭氧、好氧、熱解、土地利用等，均有別于本發明的技術路線。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供了一種基于水熱前處理的污泥高效能源化處理方法，通過將污泥中進行水熱前處理，使其液化或部分炭化，實現污泥中固相和液相的高效分離，并且通過對固相進行催化氣化，制備富氫氣體燃料和催化劑的高效資源化處理方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種基于水熱前處理的污泥高效能源化處理方法，包括以下步驟：