一種用于有機物料深度脫水裝置及其深度脫水方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于有機物料深度脫水裝置及其深度脫水方法，屬于污泥處理領域。
【背景技術】
[0002]傳統污水處理廠生化污泥處理的方法，一般采用濃縮、穩定、脫水、干化/固化、裂解等處理方法，然后進行填埋、焚燒、堆肥及有效利用(多為園林或農用)等處置方法。一般污水處理廠的生化污泥重力沉淀后其含水率甚高，可達98至99%。污泥濃縮后含水率可降為約91%至97%間。濃縮可以實現污泥的減量化。現行不加絮凝劑的污泥的濃縮方法有重力濃縮法、機械濃縮法、氣浮濃縮法、離心濃縮法等。重力濃縮法用于污泥處理是廣泛采用的一種方法，已有超過半世紀歷史。機械濃縮方法出現在20世紀30年代的美國，此方法占地面積小，造價低，但運行費用與機械維修費用較高。氣浮濃縮于1957年出現在美國。此法運行中與前述諸法均有臭味問題，動力費用也高。離心濃縮法效果較好，操作也較簡便；但投資較高，動力費用也相對高，維護復雜。不管用何種濃縮法，脫水的效果均非常有限。因濃縮后污泥含固率僅為3%至9%，必須經適當的再脫水處理才可處置。
[0003]上述的污泥再脫水處理，一般可經由二途徑:污泥穩定法、及加絮凝劑后用機械脫水。前者可將生化污泥脫水至約90%含水率。而后者則可脫水至約80%含水率。中國迄今大部分的污水處理廠一般采用后者，處理后才達約80%含水率。穩定法處理的目的為降解污泥中的部分有機物質(此在污水廠的生化污泥一般指好氧菌細胞內細胞質的降解)，進一步減少污泥含量及含水量，殺滅污泥中的部分細菌、病原體等，消除臭味。污泥穩定化的方法主要有厭氧消化、好氧消化、堆肥化、石灰干燥等法。厭氧消化法過程中產生大量甲烷可為能源用途，但產生臭氣如硫化氫、氨、硫醇等則可能造成二次公害，須處理。其運行管理要求高，消化池需密閉、池容大、池數多。而且厭氧消化的處理周期甚長，且處理后沼液及沼渣問題嚴重。沼液及沼渣因數量大，溶解及固態性的易降解有機物濃度仍甚高，目前尚缺經濟有效的方法處理。好氧消化法降解程度相對較高，無臭，較易再脫水，其肥分也較高，運行管理簡單，基建費用較低。但處理周期也長，運行費用較高，降解程度隨溫度波動大。堆肥作為污泥直接的穩定法成效不彰，因含水率高空氣不易打入以增發酵及腐熟效率。故堆肥之法常在用其他脫水法脫水至45至50%，再用堆肥法作為污泥的資源化法。石灰穩定技術在污泥的穩定已行之六、七十年，在投加石灰的條件下，保持一定pH值及一定時間，可以殺滅傳染病菌，并防腐與抑制臭氣的產生。該技術操作簡單、成本較低，處理后較容易脫水。但污泥最終處置也因此受限，一般采用衛生填埋或焚燒制磚，此法無法進行較高經濟價值的資源化。
[0004]污泥加絮凝劑后用壓濾的機械法脫水是目前國內一般污水廠的生化污泥常采用的脫水法。此法一般僅能脫水至約80%含水率。其他如加絮凝劑后用滾壓帶式及真空吸濾的機械法也可使用，其效果常在含水率80%或更高。加絮凝劑后的高速離心脫水效果一般低于壓濾，同時能耗也較高。
[0005]目前中國污水處理廠產生的污泥很少進行資源化，原因之一為僅脫水至80%含水率。此高含水率在以往法規不嚴時仍采取填埋或焚燒處置。為了避免含水率80%的脫水污泥增加衛生填埋場操作困難及滲濾液產生的問題，以及焚燒處置含熱值不足的問題，目前政府規定處置前含水率應少于60%含水率。但現行的方法中，很少工藝技術能脫水到少于60%含水率的處置要求，甚至少于45%含水率的多數資源回收法的要求。
[0006]污泥脫水至適當含水率是后續再處理、處置、及資源化的必要舉措，也是污泥能否資源化有效利用的關鍵步驟。污泥脫水可以是整個污泥處理處置資源化工藝的一個最重要環節。其目的是使固體富集，減少污泥體積，使后續的處理處置資源化可進行。
[0007]為了解有機小顆粒污泥難脫水原因，必須先了解其水分存在的現象。一般有機或生化污泥中含有下述存在的水分:(I)重力水，(2)間隙水，(3)毛細水，(4)吸附水，及(5)生化水。上述重力水是靠重力即可脫離之水，一般重力濃縮法可去此類水，至約97% -98%含水率。而一般氣浮濃縮(可達95% -97% )、框式離心(可達91 % -92% )、轉鼓離心(可達92% -95% )則可去除間隙水(即污泥顆粒間游離態水)。部分毛細水的去除則需加絮凝劑及較高的機械力才可達到。既使如此，加絮凝劑的機械去除法一般僅能去除生化污泥至約80%含水率！國內近數年來也有超過上百件的污泥機械或電極脫水的專利申請。在這些專利中大部分采用污泥改性(一般為加絮凝劑)后再板式壓濾、帶式壓濾、螺旋壓濾、疊螺式壓濾、或隔膜壓濾等等。僅有少數專利在壓力增加(即壓榨)情況下含水率可脫水至60%的報導。
[0008]為使生化污泥的含水率低于80%，必須繼續克服部分的毛細水、吸附水、甚至細胞顆粒外及其內存于有機質中的“生化水”的釋放。最近在“2013年第五屆上海水業熱點論壇”中，有許多較為新型的污泥深度脫水至或小于60%含水率的技術實際示范應用的工程，舉例如下:上海市奉賢區污水處理廠的“電滲透脫水機”、蘇州江遠熱電廠的污泥“蒸汽干化”再焚燒項目，南京龍潭污水處理廠的“低溫真空脫水干化”、美華盛頓特區的“熱水解再氣炸”的污泥深度脫水處理廠、浙江寧海縣八座污水廠污泥處理的“滾筒式通氣發酵技術”、嘉興聯合污水處理廠的“圓盤式污泥熱干燥技術”、武漢市湯遜湖污水廠的“圓筒干燥”加“污泥碳化技術”、深圳上洋污水廠的污泥“薄層蒸發再帶式干化”技術、及眾多的日本污水廠污泥的“熔爐干化”及“水泥窯干化”處理技術等。一般干化法可去除含水率至低於60%，但能源費用高昴。
[0009]使生化污泥的含水率降至或低于60%的困難，大致與污泥中的部分毛細水、吸附水及生化水無法被釋出有關。迄今的專利技術或已應用的工程案例一般很少觸及上述問題。在現行的深度脫水方法中，清華大學的水熱干化法是一個最為典型的觸及釋放毛細水、吸附水及部分生化水的技術。水熱干化法用高溫熱水解，在約170至200°C間，30至90分鐘污泥熱處理后，再進行壓濾，其含水率可降至約50% (參考東莞市污水處理廠污泥水熱干化示范工程)。
【發明內容】
[0010]本發明涉及一種用于有機物料深度脫水裝置及其深度脫水方法，以實現有機顆粒物料深度脫水。
[0011]為解決上述問題，本發明提供了如下技術方案:一種用于有機物料深度脫水方法，包括如下步驟:
[0012](a)預處理:攪拌有機顆粒物料，并調節有機顆粒物料的含水率與溫度；視資源化情況需要則加入有機質添加劑。
[0013](b)熱水解:將步驟(a)中預處理后的有機顆粒物料放入水解釜中，有機顆粒物料進行熱水解、熱酸水解、或熱堿水解以破壞有機顆粒物料外的粘稠有機物，降低污泥比阻，減少污泥中的吸附水及生化水，破壞生化污泥的細胞壁顆粒外壁，釋放出顆粒內含生化水有機物，以進行水解顆粒內所含生化水的有機質；
[0014](c)熱氧化:將步驟(b)中熱水解產物放入氧化釜中，熱水解產物進行熱氧化以釋出生化水；
[0015](d)固液分離:將步驟(C)中熱氧化產物放入固液分離裝置中，熱氧化產物進行固液分離，獲得深度脫水產物。
[0016]進一步的，來源于濃縮槽、厭氧消化槽或好氧消化槽內的有機顆粒物料，以及含水率超過90%的有機物料，在步驟(a)之前，需要對有機顆粒物料進行初步脫水，以實現有機顆粒物料含水率達到85% -90%。
[0017]在根據本發明的污泥脫水方法中，其中所述預處理的步驟還包括在所述物料中加入有機質(例如秸桿、木肩等)、及其他添加劑等。有機物料中的污泥一般有機質甚低，加入有機質添加劑的需求是符合產品作為有機肥的國家標準的規定。加入其他添加劑例如褐煤或泥碳等，亦可增進有些產品資源化的品質。預處理步驟的攪拌操作可將物料充分混合。而預處理步驟中物料的預提溫可高至約90°C，一方面可避免預處理設備成為昴貴的壓力容器，另一方面則可回收由熱氧化步驟產生的能源，達到節能，并讓物料在進入熱水解步驟后的反應可加速啟動。
[0018]物料由預處理步驟后進行一系列不同有機物的水解。為了增進水解速率或降低能源需求，催化劑亦可加入熱水解釜中。這些物料的熱水解可將所述污泥或泥漿物料的顆粒外的粘稠有機物，或顆粒內含生化水有機物包括蛋白質，脂肪、糖類等水解。所述水解的步驟，可將蛋白質在120°C _230°C之間在2小時內幾乎完全水解，而在140°C _180°C之間的溫度范圍約30分鐘內可大部分水解而獲得蛋白質的水解產物。所述水解的步驟也可在80°C _180°C之間的溫度將預處理后的脂肪產物水解數分鐘至約2小時，獲得水解產物。且所述水解的步驟包括在140°C _230°C之間的溫度可將預處理后的所述肝糖或淀粉等糖類水解數分鐘至約2小時，獲得水解產物。
[0019]進一步的，所述水解步驟(b)包括提溫熱水解、加溫加酸水解、加溫催化劑水解、加溫堿水解、或加入酸化催化劑的水解，將預處理后的所述物料進行水解，獲得水解產物；所述酸化催化劑包括弱堿強酸鹽，所述弱堿強酸鹽包括氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鈣、硝酸鈣、硫酸鈣、氯化鎂、硝酸鎂和硫酸鎂中一種或多種；所述催化劑還包括金屬氧化物，所述金屬氧化物包括氧化鋁、氧化鐵、二氧化鈦、氧化鋅、氧化銅、氧化鎂、氧化鋯中的一種或多種。
[0020]進一步的，步驟(b)中，水解溫度為120°C -160°C，水解時間為2min-60min ;所述的熱水解的步驟亦可包括在140°C _180°C之間的溫度將預處理后的所述物料水解2分鐘至30分鐘，獲得水解產物。
[0021]進一步的，步驟(b)中，所述有機顆粒物料外圍繞有粘稠有機物，有機顆粒物料內含生化水有機物，粘稠有機物和含生化水有機物包括蛋白質，水解溫度為120°C _230°C，水解時間為