[发明专利]一种基于水热前处理的污泥高效能源化处理方法

说明书

本发明的一种基于水热前处理的污泥高效能源化处理方法，包括以下步骤：步骤一、将含固率为5%~20%污水处理厂产生的污泥进行水热前处理；步骤二、脱水所得滤渣进入热解气化系统进行转化，利用污泥水热产生的水蒸气和脱水污泥中存在的水分作为气化剂，对污泥进行热解气化处理；热解停留时间为60min，使用的载气为N2；热解气化得到富氢气体、热解油和生物炭；步骤三、脱水处理后的滤液收集输送进行厌氧消化处理，得到沼气。本发明的优点在于:通过将污泥中进行水热前处理，使其液化或部分炭化，实现污泥中固相和液相的高效分离，并且通过对固相进行催化气化，制备富氢气体燃料和催化剂的高效资源化处理方法。

技术领域

本发明涉及固体废物资源化技术领域，尤其是一种基于水热前处理的污泥高效能源化处理方法。

背景技术

随着中国工业化和城市化水平的不断提高，城镇污水排放量逐年增加，另外中国污水治理力度加大，污水排放标准变得更加严格。截止2017年12月底，全国城镇污水厂的处理能力已达到1.82亿立方米/日，污泥作为污水处理过程中产生的最大副产物，全国污泥产量达到了808.40万吨(干基)。由于污泥中含有大量有机物，致病菌，重金属，无机物等，如何使污泥得到有效安全的处理处置成为国内外学者的研究热点。传统污泥处理主要方式包括厌氧消化，填埋，焚烧，好氧堆肥，污泥干化等方式。近几年，热化学处理技术在实现污泥的稳定化，减量化，资源化表现出较大的优势。热化学处理是利用高温将污泥中的有机物转化为不同形式，不同相态的能源产物的过程，主要包括焚烧技术，水热技术，热解技术，气化技术。

污泥热解技术作为一种极具潜力的污泥处理处置技术，可以在控制污泥污染环境的同时回收能源，成为目前国际上最受欢迎的污泥减量化和资源化处理技术之一。热解能减少污泥的体积；破坏致病菌，实现污泥稳定化；产生的热解气和热解油可作为燃料。热解油作为污泥热解重要的产物之一，具有高热值，高粘度，稳定性较差的特点。很多学者尝试通过添加催化剂提高热解油的质量，或通过气化的方式将热解油以及热解炭转化为可以被直接利用的合成气。目前，国内外学者常用O₂、水蒸气、CO₂作为气化剂，使热解油转化为合成气。当采用CO₂作为气化剂时，学者发现在热解气化过程中，污泥可以固定CO₂，减少C排放。当采用水蒸气作为气化剂时，可以现在的提高气化产物中H₂的产量。由于污泥中含有大量的水分，大量学者考虑利用污泥中自身随带的水分，在热解过程蒸发产生水蒸气污泥进行热解气化过程。发现当污泥的含水率达到43.38%时，污泥的气化效果最好，氢气产量最高。随着污泥含水率的进一步提高，由于污泥中水分蒸发消耗大量的热量污泥气化效果降低。故热解技术结合气化技术共同作为新型的污泥热化学处理工艺单元。

水热技术作为一种污泥脱水工艺，污泥经过水热处理可以将污泥中的结合水转化成自由水，使污泥的脱水性能大大提高。并且水热处理过程中，随着水热温度的不断升高，污泥中的固态有机物发生溶解、水解，实现了污泥的水解液化。随后当温度超过180℃时，污泥中的小分子有机物发生脱水、脱羧和缩聚、芳构化等反应，实现了污泥的碳化。污泥经过水热改性后：第一，污泥的脱水性能显著提高；第二，污泥的液化和部分碳化，有利于提高污泥后续热解气化的气化效率，降低热解油的产生。污泥水热前处理为后续污泥的高效资源化利用奠定了基础。水热前处理对污泥脱水性能和泥质的改变有利于污泥中富含有机物的水热炭分离出来，进行热解气化处理，而被分离的滤液可以进行高效厌氧消化处理。已有的污泥资源化处理工艺多为厌氧、好氧、热解、土地利用等，均有别于本发明的技术路线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供了一种基于水热前处理的污泥高效能源化处理方法，通过将污泥中进行水热前处理，使其液化或部分炭化，实现污泥中固相和液相的高效分离，并且通过对固相进行催化气化，制备富氢气体燃料和催化剂的高效资源化处理方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于水热前处理的污泥高效能源化处理方法，包括以下步骤：