一种市政污泥土壤化处理方法与流程

1.本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种市政污泥土壤化处理方法。


背景技术：

2.随着城市化的发展，污水处理厂规模的扩张，污水处理过程中产生的由微生物菌胶团、有机质、无机颗粒、水分组成的污泥产量逐渐增加，容易对环境造成二次污染。但污泥由于具有有机物含量高、营养元素丰富等特点，被认为是一种潜在的、可利用的能源化资源。因此，污泥处理的目标是实现污泥的减量化、稳定化、无害化，鼓励回收和利用污泥中的资源，在环保、安全、经济的前提下实现污泥的处理和利用。
3.污泥土壤化是实现资源节约、环境友好的重要手段，其通过化学、物理、生物等调理技术将污泥加工成具有生态土壤性质的产物，使其具有保水、保肥特性，具有一定孔隙度、以适宜土壤微生物及植物生长。专利cn106587572b(城市污水厂污泥土壤化处理工艺及其制备所得污泥和污泥应用)采用化学处理方法，在污泥中添加复合氧化剂和复合脱水剂以实现污泥的灭菌、脱水，但该方法添加的药剂主要是无机药剂，添加量为干基的10-17％，不利于污泥的减量；此外，其污泥处理时间较长，不利于实现污泥的快速资源化；专利cn110463563b(一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法)提供了一种采用改性蒙脱石、磷石膏、电石渣等调理污泥使其土壤化的方法，但该方法适用于河湖底泥，对于有机质含量较高的污水厂污泥无法起到稳定有机质的作用；此外，该方法反应时间长，不利于实现污泥的快速资源化。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种市政污泥土壤化处理方法，在快速促进污泥破解和减量的同时，实现污泥的稳定化，以满足后续营养土的制作要求。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供一种市政污泥土壤化处理方法，所述方法包括如下步骤：
7.a、将待处理污泥送入预处理器中进行预处理，以获得浆化污泥；所述浆化污泥的含水量为85％～90％，浆化污泥的温度为80℃～90℃；
8.b、将浆化污泥送入水热反应器内进行水热反应，获得水解产物；水热分解反应的温度为130℃～140℃，反应时间为30min～60min；
9.c、将水解产物送入水热氧化反应器，并通入空气，使污泥与氧气在水热氧化反应器内进行低氧水热反应，获得水热氧化产物；氧化温度为180℃～220℃，氧化压强为1.5mpa～5mpa，氧气浓度为0.5ppm～2ppm，氧化反应时间为15min～20min；
10.d、将水热氧化产物送入闪蒸容器中进行减压闪蒸，获得剩余污泥；
11.e、对闪蒸容器排出的剩余污泥进行固液分离，获得脱水污泥；
12.f、对脱水污泥进行破碎，获得颗粒粒径不大于1cm的破碎产物，在破碎产物中中混
合复合土壤调理剂以获得营养土。
13.在本发明的一些实施方式中，所述复合土壤调理剂包括水溶性生物质和土壤疏松剂；所述水溶性生物质添加量占待混合脱水污泥质量的0.5％～2％；所述水溶性生物质为羧甲基纤维素、壳聚糖或半乳甘露聚糖；所述土壤疏松剂的质量占待混合脱水污泥质量的5％～10％。
14.在本发明的一些实施方式中，所述土壤疏松剂为木屑和干枯树叶的混合物，且木屑与干枯树叶的重量比例为1：10～20。
15.在本发明的一些实施方式中，步骤e分离出的液体回流至预热反应器中与待处理污泥混合，调节污泥含水量至85％～90％，并对待处理污泥进行预热。
16.在本发明的一些实施方式中，将步骤d中减压闪蒸得到的闪蒸蒸气回收至预热反应器中与待处理污泥混合，以对待处理污泥进行预热。
17.在本发明的一些实施方式中，所述步骤a中的预处理包括搅拌污泥。
18.本发明的技术方案相较于现有技术具有以下优点：
19.本发明先通过水热反应使污泥中的微生物细胞破裂，释放胞内水，同时污泥絮体被破坏，污泥中的有机物发生溶出和部分水解，使蛋白质、复合碳水化合物等大分子有机物水解产生还原糖、氨基酸、有机酸、亚硝酸盐等小分子有机物及多酚类物质；由于水热反应温度偏低，不利于还原糖与氨基酸脱水聚合生成糖醛类难降解有机物，有效减少糖醛类难降解有机物的生成，提高污泥中小分子有机物的浓度；而低氧水热反应的设置，一方面，对水热反应生成的糖醛类难降解有机物进行进一步氧化降解，以避免影响土壤微生物和植物的生长；另一方面，将多酚类物质氧化后与含氮化合物缩合生成对土壤生态有益的腐殖质，同时氧化稳定易腐有机物，确保污泥的有机物含量(即确保污泥中含有足够的营养物质)；由于氧化反应会释放大量的热量，其不仅可以为自身反应供热，节省系统能耗，又可有效消灭病毒、病菌、寄生虫等有害生物；水热反应与低氧水热反应的结合，有效提高污泥脱水效果，实现污泥减量化的同时，保证污泥营养物质的稳定性；
20.经过水热反应和低氧水热氧化反应，污泥中的有机质被充分水解和稳定，脱水性能大大改善，脱水后的污泥干燥、无臭味、结构松散、粘度下降，利用具有粘度的水溶性生物质和土壤疏松剂调节脱水污泥的孔隙度和颗粒之间的力学性质，增加其对湿度、温度的自调节和自适应能力，使其成为具有良好保水保肥作用、适宜微生物生长、具备生态功能的营养土，实现污泥的资源化利用。
附图说明
21.图1为本发明的市政污泥土壤化处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
22.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。
23.在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，
通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
24.当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，除本发明中使用的具体方法、设备、材料外，根据本领域技术人原对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似性或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
25.如图1所示，本发明的一种市政污泥土壤化处理方法，包括如下步骤：
26.a、将待处理污泥送入预处理器中进行预处理，以获得均质的浆化污泥；所述浆化污泥的含水量为85％～90％，浆化污泥的温度为80℃～90℃；
27.进一步地，预处理步骤包括污泥预热和/或污泥搅拌，以使污泥浆化形成均质的流体状态(即获得均质的浆化态污泥)；污泥预热采用回收的热蒸汽和/或分离出来的热滤液对污泥进行预热以使其温度加热至80℃～90℃。
28.b、将步骤a中的浆化态污泥送入水热反应器内进行水热分解反应；水热分解反应的温度为130℃～140℃，反应时间为30min～60min；
29.通过水热反应，使污泥中的有机物溶出和部分水解，使蛋白质、复合碳水化合物等大分子有机物水解产生还原糖、氨基酸、有机酸、亚硝酸盐等小分子有机物及多酚类物质，增加自由水含量；同时，由于水解温度较低，不利于还原糖和氨基酸脱水聚合生成糖醛类难降解有机物，有效减少糖醛类难降解有机物的生成，提高污泥中小分子有机物的浓度。
30.c、将步骤b中水热反应后的污泥送入水热氧化反应器，并通入空气，使污泥与氧气在水热氧化反应器内进行低氧水热反应；氧化温度为180℃～220℃，氧化压强为1.5mpa～5mpa，氧气浓度为0.5ppm～2ppm，氧化反应时间为15min～20min；
31.低氧水热反应，一方面对水热反应生成的糖醛类难降解有机物进行进一步氧化降解，以避免影响土壤微生物和植物的生长；另一方面，将多酚类物质氧化后与含氮化合物缩合生成对土壤生态有益的腐殖质，实现有机物的氧化稳定，保证固体产物中具有足够的营养物质；此外，氧化反应会释放大量的热量，可有效降低系统能耗。
32.d、将步骤c中低氧水热反应后的污泥送入闪蒸容器中进行减压闪蒸；
33.污泥在闪蒸容器中迅速沸腾汽化，实现汽液分离，分离出来的热蒸汽可回收至预处理器中进行污泥预热。
34.e、对闪蒸容器排出的污泥进行固液分离，获得脱水污泥；
35.可采用板框压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机、带式脱水机等各种固液分离装置对闪蒸容器排出的污泥进行固液分离，获得热滤液和含水率不高于50％的脱水污泥，热滤液的一部分可回流至预处理器中进行污泥预热和污泥含水量调配，热滤液的另一部分回流至污水厂处理后排放。
36.f、对脱水污泥进行破碎，获得颗粒粒径不大于1cm的破碎产物，在破碎产物中混合复合土壤调理剂以获得营养土。
37.复合土壤调理剂包括水溶性生物质溶液和土壤疏松剂；水溶性生物质添加量占待混合脱水污泥质量的0.5％～2％；水溶性生物质为羧甲基纤维素、壳聚糖和/或半乳甘露聚糖；土壤疏松剂的质量占待混合脱水污泥质量的5％～10％，且土壤疏松剂为木屑和干枯树叶的混合物，其中，木屑与干枯树叶的重量比例为1：10～20。
38.可以理解的是，当水溶性生物质为半乳甘露聚糖时，半乳甘露聚糖优选采用瓜尔胶。
39.以下为具体实施例说明：
40.实施例一
41.一种市政污泥土壤化处理方法，该方法包括以下步骤：
42.a、将1kg含水率为81％，有机质含量47.2％的污水厂脱水污泥送入预处理器中与水混合搅拌成含水量为87％的污泥，然后通过回收的闪蒸蒸气对混合后的污泥进行预热浆化，获得浆化污泥，浆化污泥的温度为90℃；
43.b、将浆化污泥送入水热反应器进行水热反应，获得水解产物；反应温度为130℃，反应时间30min；水解产物中含有大量易被植物吸收的还原糖、多种氨基酸、有机酸等小分子水溶性有机物、多酚类物质及少量糖醛类难降解有机物；
44.c、将水解产物送入水热氧化反应器，并向水热氧化反应器中通入空气进行低氧水热反应，获得水热氧化产物；反应器内氧气浓度为1ppm，反应温度180℃，反应压强1.5mpa，反应时间15min，以对糖醛类难降解有机物进行进一步氧化降解，并将多酚类物质氧化后与含氮化合物缩合生成对土壤生态有益的腐殖质；
45.d、将水热氧化产物送入闪蒸容器进行闪蒸泄压，获得闪蒸蒸气和剩余污泥；获得的闪蒸蒸气回流至预处理器中预热污泥；
46.e、通过固液分离装置将剩余污泥进行固液分离，获得脱水污泥；获得的脱水污泥重0.25kg，含水率38％，污泥质量总体减量率为75％；
47.f、对脱水污泥进行破碎处理，获得干燥、无明显臭味、呈细密颗粒状态的破碎产物；破碎产物粒度均匀，且颗粒粒径不大于1cm；将2.5g羧甲基纤维素与破碎后的脱水污泥混合均匀，喷洒少量水使其完全融合，同时加入20g木屑与干枯树叶混合物，获得营养土；其中，木屑与干枯树叶质量比大约1：10；营养土的有机质含量37％，呈现深褐色，结构松软、轻质，饱和含水率58.9％，ec值156ms/m，含水率39.2％，种子发芽指数为98％。
48.实施例二
49.一种市政污泥土壤化处理方法，该方法包括以下步骤：a、将1kg含水率为85％，有机质含量43.9％的污水厂脱水污泥，送入预处理器后一边搅拌，一边通过回收的闪蒸蒸气进行预热浆化，获得浆化污泥，浆化污泥的温度为90℃；
50.b、将浆化污泥送入水热反应器进行水热反应，获得水解产物；反应温度为140℃，反应时间30min；水解产物中含有大量易被植物吸收的还原糖、多种氨基酸、有机酸等小分子水溶性有机物、多酚类物质及少量糖醛类难降解有机物；
51.c、将水解产物送入水热氧化反应器，并向水热氧化反应器中通入空气进行低氧水热反应，获得水热氧化产物；反应器内氧气浓度为1ppm，反应温度200℃，反应压强为2mpa，反应时间15min，以对糖醛类难降解有机物进行进一步氧化降解，并将多酚类物质氧化后与含氮化合物缩合生成对土壤生态有益的腐殖质；
52.d、将水热氧化产物送入闪蒸容器进行闪蒸泄压，获得闪蒸蒸气和剩余污泥；获得的闪蒸蒸气回流至预处理器中预热污泥；
53.e、通过固液分离装置将剩余污泥进行固液分离，获得脱水污泥；获得的的脱水污泥重0.19kg，含水率35％，污泥质量总体减量率为81％；
54.f、对脱水污泥进行破碎处理，获得干燥、无明显臭味、呈细密颗粒状态的破碎产物，破碎产物粒度均匀，且颗粒粒径不大于1cm；将2.85g壳聚糖与破碎后的脱水污泥混合均匀，喷洒少量水使其完全融合，同时加入15g木屑与干枯树叶混合物，获得营养土；其中，木屑与干枯树叶质量比大约1：15；营养土的有机质含量31％，呈现深褐色，结构松软、轻质，饱和含水率62.1％，ec值200ms/m，含水率35％，种子发芽指数为110％。
55.实施例三
56.一种市政污泥土壤化处理方法，该方法包括以下步骤：
57.a、将5kg含水率为85％，有机质含量52％的污水厂脱水污泥送入预处理器后一边搅拌，一边通过回收的闪蒸蒸气进行预热浆化，获得浆化污泥，浆化污泥的温度为86℃；
58.b、将浆化污泥送入水热反应器进行水热反应，获得水解产物；反应温度为120℃，反应时间60min；水解产物中含有大量易被植物吸收的还原糖、多种氨基酸、有机酸等小分子水溶性有机物、多酚类物质及少量糖醛类难降解有机物；
59.c、将水解产物送入水热氧化反应器，并向水热氧化反应器中通入空气进行低氧水热反应，获得水热氧化产物；反应器内氧气浓度为2ppm，反应温度200℃，反应压强为2.5mpa，反应时间20min，以对糖醛类难降解有机物进行进一步氧化降解，并将多酚类物质氧化后与含氮化合物缩合生成对土壤生态有益的腐殖质；
60.d、将水热氧化产物送入闪蒸容器进行闪蒸泄压，获得闪蒸蒸气和剩余污泥；获得的闪蒸蒸气回流至预处理器中预热污泥；
61.e、通过固液分离装置将剩余污泥进行固液分离，获得脱水污泥；获得的的脱水污泥重1.1kg，含水率32％，污泥质量总体减量率为78％；
62.f、对脱水污泥进行破碎处理，获得干燥、无明显臭味、呈细密颗粒状态的破碎产物，破碎产物粒度均匀，且颗粒粒径不大于1cm；将15g瓜尔胶与破碎后的脱水污泥充分混合，并喷洒少量水使其充分融合，同时加入60g木屑与干枯树叶混合物，获得营养土；其中，木屑与干枯树叶质量比大约1：10；营养土的有机质含量36.7％，呈现深褐色，结构松软、轻质，饱和含水率68.9％，ec值174ms/m，含水率31.2％，种子发芽指数为107％。
63.综上，本发明的市政污泥土壤化处理方法，将水热反应和水热氧化反应相结合，使有机物充分水解，有效减少难降解有机物的含量的同时，改善污泥脱水性能、促进腐殖质的生成、加速污泥的稳定化，同时通过可溶性生物质和土壤调理剂进一步改善脱水污泥的物理形状，使其成为具有保水、保肥功效的营养土，实现了市政污泥的资源化回收利用。
64.本发明已通过较佳的实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的工艺方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域的技术人员是显而易见的，它们都会被视为包含在本发明精神、范围和内容中。