一种污泥处理工艺及撬装式污泥处理装置的制作方法

本发明涉及污泥处理工艺，进一步涉及污泥的燃烧处理工艺，及用于该工艺的设备。

背景技术：

1、污泥是城市健康运行产生的废物之一，尤其是污水处理厂的处理工艺中会累积大量的污泥，粗细格栅处也会累积大量固体漂浮物，如木材、树叶、纸张等，同时在处理现场会使用大量添加剂，如絮凝剂，这类添加剂使用过程会产生的大量的包装袋，这些包装的妥善处理也迫在眉睫，传统的处理方式是将这些固体废弃物从污水处理厂运送到垃圾厂进行填埋或热处理，但是增加了运输成本，并且工艺难以控制，易产生二次污染。此外，这类固体废弃物本身是具有一定的热值的，但运输至垃圾厂没有充分利用这部分价值，也造成了资源浪费。

2、为了提升污水处理厂固体废弃物的资源化利用率，有必要研发一种可在污水处理厂就地处理固体废弃物的工艺和设备，使污水处理厂的污泥和漂浮固废被协同处理，降低成本。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于：提供一种污泥处理工艺，能够在污水处理厂就地处理污泥和漂浮固废，降低处理成本、提升固废资源化利用率。

2、本发明的另一个目的在于：提供一种污泥处理设备，可以实现所述的污水处理厂污泥和漂浮固废原位处理。

3、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

4、第一方面，本发明提供一种针对污水处理厂的污泥和栅渣的处理工艺，包括：

5、1）将来自污水处理厂的生活污泥和来自污水处理厂的栅渣混合、脱水后作为待处理物料，用高于600℃的干热空气和/或高于600℃的热烟气分级烘干所述的待处理物料，分级烘干的同时对待处理物料进行破碎，得到含水率不高于20%的干化污泥颗粒和携湿烟气；

6、2）将1）所得干化污泥颗粒先在300-550℃下热解，得到热解油气和热解后固体物料；热解后固体物料进一步在850-950℃下，经热解油气和空气的助燃发生自持焚烧，得到高温炉渣和高温烟气；

7、3）回收利用1）所得携湿烟气和2）所得高温炉渣和高温烟气的热量，用于1）所述的烘干和2）所述的自持焚烧。

8、本发明所述的工艺中，1）所述的来自污水处理厂的生活污泥含水率在60%-80%。

9、本发明所述的工艺中，1）所述的来自污水处理厂的栅渣主要是污水处理中在格栅处形成的固体废弃物，包括从污水处理厂的粗、细格栅处分离获得的悬浮和/或漂浮固体废弃物，包括纤维物质、塑料物质、矿化物质等。

10、本发明所述的工艺中，1）所述的脱水可以是多种现有的脱水方法，优选板框脱水。

11、本发明优选的工艺中，1）所述的分级烘干是采用圆盘干燥机或三筒干燥机完成。

12、本发明进一步优选的工艺中，2）所述的热解和自持焚烧采用热解焚烧一体机完成。

13、本发明更进一步优选的工艺中，所述的圆盘干燥机或三筒干燥机通过锁气进料装置连接所述的热解焚烧一体机，组合形成撬装可移动式设备，在污水处理厂就地处理生活污泥和悬浮和/或漂浮固体废弃物。

14、本发明一种优选的实施方式中，1）所述的分级烘干是采用圆盘干燥机完成，2）所述的热解和自持焚烧采用热解焚烧一体机完成；所述的圆盘干燥机设有待处理物料入口、热烟气入口、干热空气/热烟气入口、烟气出口、携湿烟气出口和干化污泥出口；所述的热解焚烧一体机设有干化污泥入口和热烟气出口；所述圆盘干燥机的干化污泥出口通过锁气进料装置连接所述热解焚烧一体机的干化污泥入口，所述热解焚烧一体机的热烟气出口通过管道分别连接所述圆盘干燥机的热烟气入口和干热空气/热烟气入口；所述圆盘干燥机和热解焚烧一体机组合形成撬装可移动式设备；所述的圆盘干燥机纵向设置，内部设有贯通的纵轴，并沿所述纵轴间隔设有若干层水平圆盘，用于承载进入干燥机的待处理物料，每层水平圆盘上设有耙叶，所述的耙叶一端与所述的纵轴固定连接，并由所述纵轴带动在所述的水平圆盘表面水平旋转，对所述水平圆盘表面的物料形成刮擦和挤压；每层水平圆盘均设有使物料向下层水平圆盘转移的通道；所述的圆盘干燥机内壁设有热烟气夹层，用于通入来自所述热解焚烧一体机的热烟气，利用热烟气为所述的烘干提供热量；所述的热烟气入口和烟气出口设置在圆盘干燥机侧壁上且与所述的热烟气夹层连通；所述的待处理物料入口和携湿烟气出口设置在圆盘干燥机顶部，所述的待处理物料入口通过加料系统连接原料储存系统；所述的干化污泥出口和干热空气/热烟气入口设置在圆盘干燥机底部。脱水后的待处理物料通过加料系统的输送，经待处理物料入口进入圆盘干燥机，落入最顶层的水平圆盘，此时来自热解焚烧一体机的600℃以上的热烟气由热烟气入口进入热烟气夹层，来自外部的600℃以上的干热空气和/或来自热解焚烧一体机的600℃以上的热烟气由干热空气/热烟气入口进入圆盘干燥机内部空间，一方面，干热空气和/或热烟气通过直接接触对物料进行加热烘干，作为载气带走物料中的水分，形成携湿烟气从所述的携湿烟气出口排出；另一方面，热烟气夹层内的热烟气通过间接接触对物料进行加热烘干。烘干过程中，所述纵轴持续旋转带动耙叶在水平圆盘上表面旋转，对水平圆盘表面的物料发挥摊平、刮擦和挤压的作用，既有利于物料充分接触热空气以快速被烘干，又可以对烘干过程中物料形成的“壳体”进行破碎，实现物料的边烘干边破碎，便于获得含水量不高于20%的干化污泥颗粒；烘干过程使物料中水分急速排出，同时高温分解臭味气体。本实施方式的圆盘干燥机中设置多层圆盘以实现待处理物料的分级干化。最初进入的物料含水率高、体积、重量和粘性都较大，于顶部圆盘上在热烟气和耙叶作用下脱去一部分水分，形成半干化的物料，此时被初步烘干和破碎后的物料体积缩小、重量减轻、粘性下降，相对容易被耙叶推送落入下层水平圆盘，再在下层水平圆盘上被进一步烘干和破碎，便更加容易落入再下一层水平圆盘，以此经过多层圆盘不断被逐级烘干和破碎，最终可以得到含水率不高于20%、平均粒径不大于5mm的干化污泥颗粒。此外，通过设置热烟气夹层和引入热烟气，不仅可以为圆盘干燥机内提供热量并增强圆盘干燥机的保温隔热性能，而且物料可接受干热空气和/或热烟气直接加热、夹层内热烟气间接加热的双重烘干，烘干效率得到显著提升。

15、本发明进一步优选的方案中，所述的圆盘干燥机内的每个水平圆盘设有用于导入所述的热烟气的圆盘夹层，同时所述的热烟气夹层在所述圆盘干燥机内部经管路分别连通每个圆盘夹层；由此，可进一步将热烟气导入每层水平圆盘的圆盘夹层内，水平圆盘被热烟气加热后可以通过接触传导的方式将来自热烟气的热量施加于物料。所以本优选方案中，烘干效率可得到更进一步提升。

16、本发明另一种优选的实施方式中，1）所述的分级烘干是采用三筒干燥机完成，2）所述的热解和自持焚烧采用热解焚烧一体机完成；所述的三筒干燥机设有待处理物料入口、干热空气/热烟气入口、携湿烟气出口和干化污泥出口；所述的热解焚烧一体机设有干化污泥入口和热烟气出口；所述三筒干燥机的干化污泥出口通过锁气进料装置连接所述热解焚烧一体机的干化污泥入口，所述热解焚烧一体机的热烟气出口通过管道连接所述三筒干燥机的干热空气/热烟气入口；所述三筒干燥机和热解焚烧一体机组合形成撬装可移动式设备；所述的三筒干燥机水平设置，内部空间由同轴套接的两层筒状壁分隔成依次连通的内层、中层和外层，形成纵剖面为蛇形迂回的物料通道；所述的三筒干燥机外设有能使三筒干燥机整体围绕其长度方向回转的驱动电机和传动装置，所述的内层、中层和外层的侧壁上均设有物料推进和破碎机构，用于在回转过程中推动物料依次贯穿内层、中层和外层空间，完成在三筒干燥机内的折返移动，同时破碎干化生成的壳体；所述三筒干燥机的待处理物料入口一端与所述的内筒连通，另一端通过加料系统连接原料储存系统；所述三筒干燥机的干化污泥出口一端与所述的外筒连通，另一端通过锁气进料装置连接热解焚烧一体机；所述的干热空气/热烟气入口与所述的待处理物料入口设置在同一侧，所述的干热空气/热烟气入口分别与所述内层、中层和外层空间连通，在内层、中层和外层分别形成方向一致的热气流。脱水后的待处理物料通过加料系统的输送，经待处理物料入口进入持续回转的三筒干燥机的内层空间，在物料推进和破碎机构作用下向三筒干燥机另一端移动，与此同时，热烟气和/或干热空气经所述的热空气/热烟气入口进入三筒干燥机后进而同时进入内层、中层和外层空间，并分别形成方向一致的热气流。处于所述内层空间的物料与所述的热气流顺流接触换热，进行初步烘干。内层空间的物料在物料推进和破碎机构持续推动下到达三筒干燥机的另一端，随后进入所述的中层空间，并在中层空间的物料推进和破碎机构推动下朝着与内层相反的方向移动，与中层空间中的热气流形成逆流接触换热，完成进一步烘干。随着物料进入外层空间，物料与热气流再次进行顺流接触换热，最终物料与热气流之间多次的逆流接触和顺流接触交替进行后，可以得到含水率不高于20%、平均粒径不大于5mm的干化污泥颗粒，热气流作为载气将产生的水蒸气载出，形成携湿烟气，从所述的携湿烟气出口被排出。本实施方式的三筒干燥机中，蛇形迂回的物料通道加长了烘干路径，可使污泥与热气流之间的接触方向进行多次切换，充分提高了烘干效率，有效节省了设备所占用的空间。

17、更优选的方案中，所述的物料推进和破碎机构是间隔设置的倾斜角度为80度-120度的抄板；且所述的中层的抄板推进方向与所述的内层和外层的抄板推进方向相反。

18、更优选的方案中，所述三筒干燥机外层外围设置热烟气夹层，用于充入来自热解焚烧一体机的高温烟气以保温隔热；进一步优选的方案中，所述的热烟气夹层外壁设置保温层，进一步减少热量散失。

19、本发明优选的方案中，所述的热解焚烧一体机倾斜设置，其轴向与水平面呈10-15°的角度；所述的热解焚烧一体机设有干化污泥入口、烟气出口和灰渣出口；所述的热解焚烧一体机的主体包括固定式的外筒和回转式的内筒，所述的内筒嵌套在所述的外筒内部，且两者之间存在间隙；所述的内筒一端封闭、另一端向外筒内部开放，且内壁设有连通外筒的热解气孔；所述的内筒用于热解物料，所述的外筒用于焚烧物料；所述的外筒外部设有驱动电机和转轴，用于驱动所述内筒围绕其轴向转动；所述的内筒的筒壁内外均设有物料螺旋推进装置；所述的干化污泥入口连通所述内筒的封闭端，所述的烟气出口设置在所述外筒顶部，所述的灰渣出口设置在所述外筒底部。1）所得的含水率不高于20%的干化污泥颗粒由所述的干化污泥入口进入热解焚烧一体机的内筒的封闭端，由于内筒的倾斜和回转，物料在重力作用和螺旋推进装置的推动下从封闭端持续向开放端移动，移动过程中，由外筒的热源提供热量，物料在内筒中于300-550℃下发生热解，热解得到热解后物料和热解油气；热解后物料从内筒经其开放端进入所述的外筒与内筒的间隙，热解油气经所述的热解气孔通入外筒与内筒的间隙，在热解油气和热空气助燃下，热解后物料于850-950℃下自持焚烧，得到高温烟气和高温炉渣。

20、本发明更优选的方案中，为了更精确地控制给氧量，提高对给氧量控制的稳定性，实现物料在外筒的等温燃烧，所述的外筒筒壁上等间距分散设有若干配风孔，用于通入空气，实现对焚烧过程的多点位配风。通过分散设置的配风孔，空气可以均匀地进入到外筒内助燃，不会造成局部氧气过剩，因此外筒内各处的氧气量相对均匀，一方面可以将外筒内燃烧温度精确地控制在850℃~950℃的较低温度范围，另一方面也容易将外筒各处的氧浓度控制在既可助燃又不会产生大量氮氧化物的范围，由此实现干化污泥和栅渣的等温低氮燃烧。

21、本发明更优选的方案中，所述的物料螺旋推进装置为抄板，用于随热解焚烧一体机内筒的回转来推动物料向某个方向移动。

22、本发明更优选的方案中，所述的热解焚烧一体机的外筒的筒壁上还设有药剂喷口，用于向所述的外筒内喷洒脱硫剂和/或脱硝剂，以降低热解焚烧一体机内焚烧产生的氮氧化物和硫氧化物。所述的脱硫剂和/或脱硝剂可以是氨水、石灰水或石灰石浆液中的任意一种或几种。

23、本发明优选的方案中，3）所述的回收利用1）所得携湿烟气和2）所得高温炉渣和高温烟气的热量，包括：将1）所得携湿烟气与干空气换热，得到的干热空气返回1）所述的烘干过程；将2）所得的高温烟气从所述热解焚烧一体机的烟气出口排出后进行固气分离，得到热烟气和热烟灰，热烟气返回1）所述的烘干过程；将2）所得的高温炉渣从所述热解焚烧一体机的灰渣出口排出后与空气换热，得到含渣热空气，对含渣热空气进行气固分离得到热空气和冷却炉渣，热空气返回所述热解焚烧一体机为自持焚烧助燃。

24、进一步优选的方案中，1）所述的烘干采用所述的圆盘干燥机，将2）所得的高温烟气从所述热解焚烧一体机的烟气出口排出后进行固气分离，得到热烟气和热烟灰，热烟气分两路分别返回所述圆盘干燥机的热烟气入口和干热空气/热烟气入口；更优选的方案中，热烟气中的10%~50%返回圆盘干燥机的干热空气/热烟气入口，而热烟气中的50%~90%返回圆盘干燥机的热烟气入口。

25、第二方面，本发明还提供一种撬装移动式污泥处理装置，包括烘干单元和热解焚烧单元；所述的烘干单元外接污水处理厂的污泥和栅渣粉碎和存储装置；所述的热解焚烧单元外接烟气处理装置；所述的烘干单元是圆盘干燥机或三筒干燥机；所述的热解焚烧单元是热解焚烧一体机；

26、所述的圆盘干燥机设有待处理物料入口、热烟气入口、干热空气/热烟气入口、烟气出口、携湿烟气出口和干化污泥出口；所述的热解焚烧一体机设有干化污泥入口和热烟气出口；所述圆盘干燥机的干化污泥出口通过锁气进料装置连接所述热解焚烧一体机的干化污泥入口，所述热解焚烧一体机的热烟气出口通过管道分别连接所述圆盘干燥机的热烟气入口和干热空气/热烟气入口；所述的圆盘干燥机纵向设置，内部设有贯通的纵轴，并沿所述纵轴间隔设有若干层水平圆盘，每层水平圆盘上设有耙叶，所述的耙叶一端与所述的纵轴固定连接，并由所述纵轴带动在所述的水平圆盘表面水平旋转；每层水平圆盘均设有使物料向下层水平圆盘转移的通道；所述的圆盘干燥机内壁设有用于通入热烟气的热烟气夹层；所述的热烟气入口和烟气出口设置在圆盘干燥机侧壁上且与所述的热烟气夹层连通；所述的待处理物料入口和携湿烟气出口设置在圆盘干燥机顶部，所述的待处理物料入口通过加料系统连接污水处理厂的污泥和栅渣粉碎和存储装置；所述的干化污泥出口和干热空气/热烟气入口设置在圆盘干燥机底部；

27、所述的三筒干燥机设有待处理物料入口、干热空气/热烟气入口、携湿烟气出口和干化污泥出口；所述的热解焚烧一体机设有干化污泥入口和热烟气出口；所述三筒干燥机的干化污泥出口通过锁气进料装置连接所述热解焚烧一体机的干化污泥入口，所述热解焚烧一体机的热烟气出口通过管道连接所述三筒干燥机的干热空气/热烟气入口；所述的三筒干燥机水平设置，内部由同轴套接的两层筒状壁分隔成依次连通的内层、中层和外层，形成纵剖面为蛇形迂回的物料通道；所述的三筒干燥机外设有使三筒干燥机整体围绕其轴向回转的驱动电机和传动装置，所述的内层、中层和外层的侧壁上均设有物料推进和破碎机构；所述的待处理物料入口一端与所述的内筒连通，另一端通过加料系统连接污水处理厂的污泥和栅渣粉碎和存储装置；所述的干化污泥出口与所述的外筒连通；所述的干热空气/热烟气入口与所述的待处理物料入口设置在同一侧，并分别与所述内层、中层和外层空间连通，用于在内层、中层和外层分别形成方向一致的热气流；

28、所述的热解焚烧一体机倾斜设置，其轴向与水平面呈10-15°的夹角，设有干化污泥入口、烟气出口和灰渣出口；所述的热解焚烧一体机的主体包括固定式的外筒和回转式的内筒，所述的内筒嵌套在所述的外筒内部，且两者之间存在间隙；所述的内筒一端封闭、另一端向外筒内部开放，且内壁设有连通外筒的热解气孔；所述的外筒外部设有用于驱动所述内筒围绕其轴向转动的驱动电机和转轴；所述的内筒的筒壁内外均设有物料螺旋推进装置；所述的干化污泥入口连通所述内筒的封闭端，所述的烟气出口设置在所述外筒顶部，所述的灰渣出口设置在所述外筒底部。

29、本发明优选的所述装置中，所述的圆盘干燥机内的每层水平圆盘设有用于导入所述的热烟气的圆盘夹层，同时所述的热烟气夹层在所述圆盘干燥机内部经管路分别连通每个圆盘夹层；由此，可进一步将热烟气导入每层水平圆盘的圆盘夹层内，水平圆盘被热烟气加热后可以通过接触传导的方式将来自热烟气的热量施加于物料。所以本优选方案中，烘干效率可得到更进一步提升。

30、本发明优选的所述装置中，所述的物料推进和破碎机构是间隔设置的倾斜角度为80度-120度的抄板；且所述的中层的抄板推进方向与所述的内层和外层的抄板推进方向相反。

31、本发明优选的所述装置中，所述三筒干燥机外层外围设置热烟气夹层，用于充入来自热解焚烧一体机的高温烟气以保温隔热；进一步优选的方案中，所述的热烟气夹层外壁设置保温层，进一步减少热量散失。

32、本发明优选的所述装置中，所述热解焚烧一体机的外筒筒壁上等间距分散设有若干配风孔，用于通入空气，实现对焚烧过程的多点位配风。

33、本发明优选的所述装置中，所述热解焚烧一体机的物料螺旋推进装置为抄板，用于随热解焚烧一体机内筒的回转来推动物料向某个方向移动。

34、本发明更优选的方案中，所述的热解焚烧一体机的外筒的筒壁上还设有药剂喷口，用于向所述的外筒内喷洒脱硫剂和/或脱硝剂，以降低热解焚烧一体机内焚烧产生的氮氧化物和硫氧化物。

35、本发明提出的生活污泥和栅渣处理工艺依托污水处理厂的环境，可就近对污水处理厂产生的污泥和栅渣进行协同处理。通过使用本发明所述的装置，同时控制烘干和焚烧过程中的温度和进料量等条件，实现了对高含水率生活污泥的分级烘干和粉碎，进而实现了干化污泥在较低温度下的等温低氮自持焚烧，并且实现了系统内高温烟气热量的充分回收利用，整个过程可达到自热平衡，降低了对外部化石能源的需求，降低了成本。因此本发明的处理工艺对于来自污水处理厂的高含水率的污泥和栅渣的处理具有极大的益处，可以提高可处理污泥含水率的阈值，即使含水率超过70%的污泥也可采用本发明的处理工艺和设备进行有效处理，使这部分物料的热值发挥效果，提升了固体废弃物的资源化利用率，对于污泥的处理具有积极作用。

36、此外，本发明所述处理工艺针对的栅渣是通过粗细格栅将污水处理厂的污水中漂浮的固体废弃物进行物理分离得到的，将这类栅渣与污水处理厂的污泥进行协同处理可以促进污泥的自持燃烧。污水处理厂的污水中漂浮的固体废弃物通常占污水进量的比值为0.1%-0.03%，含水率在70-80%，分离后得到的栅渣具有一定的热值。利用这些栅渣的高热值优势，可促进高含水率污泥在处理过程中的自持燃烧，解决目前高含水率污泥不易处理的难题，拓宽了可进行焚烧处理污泥含水率的阈值。

37、本发明提供的撬装移动式污泥处理装置，具有结构紧凑、移动灵活和处理效率高等优点；不仅可以应用于污水处理厂，还可用于处理河道里的污泥或池塘里的污泥；既可以在船上使用，也可在陆上使用。相比现有的装置具有占地面积小，处理规模范围广的优势。

38、本发明就地解决污水厂污泥焚烧散发臭味的问题，将污泥的处理温度急速升温，减弱污泥发臭现象，减少对环境的污染。

39、本发明采用热解和燃烧协同处理，工艺过程中确保燃烧室具备最长的850℃恒温段，低氮燃烧同时确保底渣中残碳含量降低到最低，有效减少烟气中氮氧化物、硫氧化物的形成，并且通过炉内脱硫脱氮，减少污染。