[发明专利]一种高含水有机废弃物水热碳脱氮方法

说明书

本发明公开了一种高含水有机废弃物水热碳脱氮方法，属于有机废弃物处理技术领域，将含水率为75％～85％的有机废弃物预热后导入反应釜中，加入有机废弃物水热碳化回收滤液和类水滑石催化剂进行水热反应，反应温度为180～280℃、压力为0～2MPa、时间为30～90min。反应结束，取出反应釜冷却至室温；打开反应釜，真空过滤分离并收集固相和液相；固相产物于105℃下烘24h，得到水热碳；液相产物为滤液。相比于有机废弃物原料，有机废弃物水热催化碳化后所得水热碳的氮含量降低50％‑80％。本发明方法工艺简单，操作方便，有助于降低水热碳氮含量，利于工业化生产，适用于高含水有机废弃物的处理处置以及资源化应用。

技术领域

本发明属于有机废弃物处理技术领域，涉及一种高含水有机废弃物水热碳脱氮方法。

背景技术

随着我国城镇化水平的不断提高，污水处理设施建设得到了快速发展，但也因此带来了大量污水处理副产物-高含水有机废弃物(如剩余污泥，以下简称“污泥”)。以含水率80％计，全国年污泥总产水量将很快突破3000万吨，污泥处理形势十分严峻。我国污水处理一直是“重水轻泥”，虽然我国城镇污水处理厂基本实现了污泥的初步减量化，但仍未实现污泥的有效资源化处置。污泥中携带有大量的恶臭物质、持久性有机污染物、寄生虫卵、病原微生物以及重金属等，在存放、运输、处理等过程极易产生渗滤液污染水源，产生挥发性气体污染大气。因此，污泥对环境的污染不亚于污水。

据统计，目前污泥处置方式中，土地填埋占63.0％、污泥好氧发酵+农用约占13.5％、污泥自然干化综合利用占5.4％、污泥焚烧占1.8％、污泥露天堆放和外运各占1.8％和14.4％。事实上，土地填埋、露天堆放和外运的污泥绝大部分属于随意处置，真正实现安全处置的比例不超过20％。虽然过去污泥以填埋为主要处置方式，但随着我国城市化快速发展，污泥填埋必将进一步减少。尽管污泥焚烧处置具有回收污泥中的有机物、处理速度快以及处理量大等优点，但是缺点也显而易见：一方面，由于我国目前污泥处置中很难进行有效的脱水，造成污泥焚烧时含水量过高；另一方面，污泥中含氮含硫有机物组分较多，焚烧会产生大量NO_x和SO_x，污染环境。此外，我国污泥中无机组分含量一般超过50％，造成焚烧后飞灰处理量过大，增加处理成本。因此，有效的进行污泥处置并降低污泥中的杂原子含量、回收污泥中能量正成为污泥行业亟待解决的棘手难题。

目前，常见的污泥资源化技术主要包括焚烧、好氧堆肥、厌氧消化和水热碳化等。其中，水热碳化处置不仅可以有效的降低污泥中的水分，同时还可以将污泥中的有机质转化为污泥碳，该污泥碳可作为固体燃料使用，因此，近年来倍受关注。研究发现，水热碳化在150℃时，污泥脱水性能开始明显改善；在170～180℃温度区间，污泥中有机物的溶解率高达50％以上，污泥脱水效果显著提高，但滤饼仍然含有约35％的水(W.P.F.Barber.Thermalhydrolysis for sewage treatment:A critical review.Water Research,2016,104:53-71)。因此，常见污泥水热碳化处置方案中，温度一般设定在180～260℃。与目前污泥其它处置的方法相比，水热法具有以下优势：1)基本不存在尾气处理问题，基本不会产生VOC，不会对大气造成污染；2)可避免液态水气化，有效节能，降低成本；3)水热碳化水相中COD的主要成分为小分子易降解物质，可以回流至废水处理系统中进行处理；4)可有效的进行污泥脱水，为随后污泥资源化应用提供可能；5)水热碳可作为固体燃料，实现污泥资源化应用。

因此，水热碳化方案不仅仅可以用来处置污泥，而且可以用来处置其他高含水的有机废弃物，比如餐厨垃圾和动物粪便等，处理后的水热碳热值接近于褐煤。目前，污泥直接水热碳化所得水热碳，氮和硫含量高，直接作为固体燃料使用会造成二次环境污染。此外，随着火力电厂环保要求日益提高，水热碳作为固体燃料所带来的污染问题也亦成为亟待解决的问题。

发明内容