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CN107848852A - 用于污泥热处理的系统和方法 - Google Patents

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CN107848852A
CN107848852A CN201680038350.4A CN201680038350A CN107848852A CN 107848852 A CN107848852 A CN 107848852A CN 201680038350 A CN201680038350 A CN 201680038350A CN 107848852 A CN107848852 A CN 107848852A
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sludge
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outlet
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CN201680038350.4A
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弗雷德里克·厄曼
弗雷德里克·伦德奎斯特
埃里克·奥登
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Original Assignee
C Green Technology AB
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Abstract

提供了一种用于污泥处理的系统，所述系统布置在适于由卡车运输的容器中并且包括：用于接收污泥的污泥入口；包括用于对所述污泥进行热处理的电加热装置的反应器，所述反应器布置在所述污泥入口的下游；用于使在所述反应器中经处理的污泥冷却并提供至少一个蒸汽馏分的闪蒸装置，所述闪蒸装置布置在所述反应器的下游；能够路由来自所述闪蒸装置的所述至少一个蒸汽馏分以对从所述污泥入口输送到所述反应器的污泥进行预加热的蒸汽路由装置；以及用于将来自所述闪蒸装置的经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分的分离装置，其中所述第一部分中的悬浮固体含量高于所述第二部分中的悬浮固体含量。还提供了一种对应的方法。

Description

用于污泥热处理的系统和方法
技术领域
本公开涉及污泥处理领域。
背景技术
污泥是市政和工业处理厂进行废水处理后的残余物。市政工厂处理来自城市的废水，而工业废水处理厂处理来自例如纸浆和造纸厂等的水流出物。废水处理工艺技术原则上是相同的，但是根据例如待处理的流入物、基本设计、当地先决条件和环境问题而包括具体的方案。在瑞典的大型工厂中，废水处理工艺通常包括机械预处理，然后是初级(沉降)和二级(好氧)处理步骤。在某些情况下，还会应用三级处理以去除经处理的水中残余的有问题的物质。在较小的工厂中，这些阶段中的一个或多个通常被省略。
所有使用中的工厂都会产生需要处理的污泥。可以将污泥在脱水后(好氧污泥)直接从工厂中取出，或者首先在厌氧条件下对污泥进行处理以产生沼气——在产生沼气过程中部分污泥被消化——然后将其余部分作为厌氧污泥取出。
污泥的确切组成取决于废水流入物的组成和废水处理厂的类型。具有高浓度的有机和/或生物组分的污泥通常难以脱水。含水量太高使得如果在电厂焚烧的话净热值非常低，甚至是负值。另外的问题就是各种污染物和病原菌，这限制了污泥在其他应用中的可用性。
根据国家的立法，现今有数种处理污泥的选项。污泥可以直接或经过厌氧处理后进行填埋。农业应用是常见的，在农业应用中经卫生处理的污泥直接或堆肥后作为农田肥料使用。数个国家对污泥采取直接焚烧或干燥后焚烧。
目前的污泥处理成本很高(高达市政废水处理厂总运行成本的50％)，需要较大的表面积来进行污泥堆肥和卫生处理，而且在没有在先的消耗大量能源进行干燥的情况下，无法利用污泥的能量价值，原因在于污泥太湿而不能高效地燃烧。由于大量水的运输、土地使用、重金属和有机毒素释放的风险以及强温室气体甲烷的排放，对环境造成了负面影响。
从二十世纪六十年代之后，已经开发出了在水热碳化条件下热处理污泥以改善脱水性能的Porteous工艺和其它类似工艺。其他方法，即威立雅(Veolia)的“Exelys”和Cambi工艺，在对污泥进行厌氧处理之前利用热处理来提高沼气产量。这些工艺使用比水热碳化温度更低的温度。还有利用亚临界和超临界(SCWO)工艺的其他热处理方法。
发明内容
本发明人已经认识到对来自废水处理厂的污泥的处理效率低、成本高并且存在环境方面的问题。例如，瑞典市政废水处理厂的污泥被运往瑞典北部，并倾倒在废弃的地下矿井中。由于污泥含水量高，这种处理的成本和环境影响是广泛的。此外，来自废水处理厂的污泥(包括好氧和厌氧污泥)通常含有病菌和问题金属，并且可能具有药物活性，这造成了对在农业和土壤改良应用中的使用的限制。
本发明人已经注意到，现有技术的污泥热处理工艺伴随着许多重大问题，诸如加热技术、热交换器的堵塞、腐蚀以及将耐火的有机物质返回到废水处理厂。例如，由于技术和经济的原因，大部分早期的Porteous工艺都停止使用了。在当时盛行的情况下，技术方案和物质选择并不是最佳的。此外，现有技术的热处理工艺在建造于废水处理厂内的大型工厂中进行。
在基于亚临界和超临界(SCWO)条件的现有技术方法中，加入氧气以破坏有机物质，这导致热值不能在固体燃料中恢复。氧气可以从专门的氧气厂供应或通过空气供应；但是这两个工序都增加了资本和运营成本。
因此，本公开的目的是改善对来自污水处理厂的污泥的处理。
本公开基于许多见解。首先，发明人发现，污泥还可以用包括加热的工艺进行处理，不仅降低运输要求，而且使污泥变得卫生，降低问题化合物的活性，并提供有价值的产物，诸如燃料和具有肥料价值的产物。其次，发明人已经认识到，代替在污水处理厂内部添加其他设备，用于污泥的这种另外处理的设备如果设计得当，则可以设置在可运输容器(container，容纳装置、集装箱)中。因此，设备的安装可以避免民用成本并且可以标准化，与工厂内的定制安装相比，这大大降低了成本。当设备布置在适于装载在卡车上和从卡车上卸载的容器中时，将该设备运送到污水处理现场也是高效的。第三，发明人已经认识到，一旦选择了容器的规格，就需要进行一些调整。例如，在工业流程中通常被认为是最经济的热源的蒸汽通常在废水处理现场不可用，并且在容器中安装蒸汽锅炉、供水处理系统和燃料系统通常是不切实际的。
因此，当在可运输容器中进行热处理时，由于资金和安全原因，电加热是优选的。
因此提供了本公开的实施方案的以下分项列表。
1.一种用于污泥处理的系统，该系统布置在容器中并且包括：
用于接收污泥的污泥入口；
包括用于对污泥进行热处理的电加热装置的反应器，该反应器布置在污泥入口下游；
用于使反应器中的经处理的污泥冷却并提供至少一个蒸汽馏分的闪蒸(flash)装置，该闪蒸装置布置在反应器的下游；
能够路由(route，按路线传送)来自闪蒸装置的至少一个蒸汽馏分以对被从污泥入口输送到反应器的污泥进行预加热的蒸汽路由装置；以及
用于将来自闪蒸装置的经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分的分离装置，其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
2.根据第1项所述的系统，其中，反应器包括：与闪蒸装置连接的至少一个出口；以及其上设置有电加热装置的至少一个再循环管道。
3.根据第2项所述的系统，其中，反应器适于提供通过与闪蒸装置连接的至少一个出口离开反应器的出口部分以及用于在再循环管道中再循环的再循环部分，并且其中，出口部分中的平均粒度大于再循环部分中的平均粒度。
4.根据第3项所述的系统，其中，反应器是立式的，并且再循环管道的出口布置在与闪蒸装置连接的至少一个出口的上方。
5.根据第4项所述的系统，其中，反应器包括：
布置在反应器顶部的反应器入口；
从反应器入口向下延伸以用于将污泥从入口引导至反应器的底部部段的第一通道；以及
从底部部段向上延伸到再循环管道的出口的第二通道，该第二通道通过至少一个壁与第一通道分隔开。
6.根据前述项中任一项所述的系统，其中，闪蒸装置包括至少一个闪蒸罐，每个闪蒸罐包括与蒸汽路由装置连接的蒸汽出口。
7.根据第6项所述的系统，其中，闪蒸装置包括至少两个闪蒸罐，所述至少两个闪蒸罐串联布置以提供不同压力的蒸汽馏分。
8.根据第7项所述的系统，其中，闪蒸装置包括至少三个闪蒸罐，所述至少三个闪蒸罐串联布置以提供不同压力的蒸汽馏分。
9.根据前述项中任一项所述的系统，其中，分离装置包括用于将来自闪蒸装置的经冷却的污泥分离成澄清部分和沉淀物部分的沉降装置诸如沉降池，该沉降装置布置在闪蒸装置下游。
10.根据第9项所述的系统，其中，分离装置还包括布置在沉降装置的下游以用于将澄清部分分离成滤出液和渗余物的过滤器，诸如膜。
11.根据第10项所述的系统，还包括用于将渗余物再循环至从污泥入口输送到反应器的污泥的管道。
12.根据第10或11项所述的系统，还包括被布置成将来自滤出液的热传递至来自污泥入口的污泥的热交换器。
13.根据第9至12项中任一项所述的系统，还包括布置在沉降装置下游以用于将沉淀物部分分离成固体部分和液体部分的沉淀物分离单元，诸如压滤机。
14.根据第13项所述的系统，还包括用于将来自沉淀物分离单元的液体部分的至少一部分与来自沉降装置的澄清部分融合的管道。
15.根据第14项且与第9至11项中任一项相结合所述的系统，其中，来自沉淀物分离单元的液体部分和来自沉降装置的澄清部分在过滤器的上游融合。
16.根据第13至15项中任一项所述的系统，还包括用于将来自沉淀物分离单元的液体部分的至少一部分与来自沉降装置的沉淀物部分融合的管道。
17.根据前述项中任一项所述的系统，还包括用于从第一部分、沉淀物部分或固体部分分离磷的磷分离单元。
18.一种污泥处理的方法，该方法在容器中进行并且包括：
用至少一个蒸汽馏分对污泥进行预加热，以获得经预加热的污泥；
使用电加热将经预加热的污泥进一步加热至150℃至250℃的温度，以获得经热处理的污泥；
对经热处理的污泥进行闪蒸冷却，以获得经冷却的污泥和用于预加热的至少一个蒸汽馏分；
将经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分，其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
19.根据第18项所述的方法，其中，将经预加热的污泥加热至150℃至220℃、170℃至250℃或170℃至240℃的温度。
20.根据第18或19项所述的方法，其中，在反应器中对经预加热的污泥进一步加热，在该反应器中污泥被分离成再循环到反应器的再循环部分和经受所述闪蒸冷却的出口部分，并且其中出口部分中的平均粒度大于再循环部分中的平均粒度。
21.根据第20项所述的方法，其中，分离涉及在反应器中对颗粒进行流化或沉淀。
22.根据第21项所述的方法，其中，反应器是立式反应器，并且污泥被供给到反应器顶部的入口并被向下引导通过反应器中的第一通道，然后被向上引导通过反应器中的第二通道，并且其中在第二通道中的一位置处从反应器中抽出再循环部分，上述位置比抽出出口部分所在的位置高。
23.根据第18至22项中任一项所述的方法，其中，在闪蒸冷却中获得至少两个诸如至少三个不同温度的蒸汽馏分，并且在预加热中依次使用所述至少两个诸如至少三个不同温度的蒸汽馏分，使得首先用最低温度的蒸汽馏分对污泥预加热。
24.根据第18至23项中任一项所述的方法，其中，经冷却的污泥的分离涉及沉降以获得澄清部分和沉淀物部分。
25.根据第24项所述的方法，其中，使澄清部分经受过滤诸如膜式过滤，以获得滤出液和渗余物。
26.根据第25项所述的方法，其中，将渗余物再循环以使其与污泥结合并被热处理。
27.根据第25或26项所述的方法，其中，使滤出液与污泥在预加热的上游进行热交换。
28.根据第24至27项中任一项所述的方法，其中，优选地通过压滤机将沉淀物部分分离成固体部分和液体部分。
29.根据第28项所述的方法，还包括使液体部分中的至少一部分与来自沉降的澄清部分融合。
30.根据第29项所述的方法，进一步地其中，使液体部分的至少一部分与澄清部分在过滤的上游融合。
31.根据第28至30项中任一项所述的方法，其中，使液体部分的至少一部分与沉淀物部分融合。
32.根据第18至31项中任一项所述的方法，还包括从第一部分、沉淀物部分或固体部分分离磷。
附图说明
图1是根据本公开的容器的实施方案的简化方案，该容器包括闪蒸装置和沉降池。
图2是根据本公开的容器的另一实施方案的简化方案，该容器包括用于间接热交换的装置和沉降池。
图3是根据本公开的容器的另一实施方案的简化方案，该容器包括闪蒸装置和不具有沉降池的分离装置。
图4示出了用于污泥热处理的立式反应器的实施方案。
具体实施方式
本公开的污泥可以从市政或工业废水处理厂获得。因此，本公开的污泥可以是市政污泥或工业污泥。此外，本公开的污泥可以是厌氧污泥或好氧污泥。
污泥的干固体含量(也称为“总固体量”)通常为1％至35％，诸如2％至35％，诸如3％至32％。如果污泥是厌氧污泥，则干固体含量通常为13％至32％。如果污泥是好氧污泥，则干固体含量通常为5％至15％。灰分含量通常为污泥干重的15％至75％，诸如30％至50％。污泥的较高热值(HHV)通常为3.5MJ/kg至21MJ/kg，诸如6MJ/kg至17MJ/kg(干重)。
根据进来的废水和所采用的处理方法，污泥成分可以在很大程度上变化。工业污泥(例如来自纸浆和造纸工业)可以具有不同于市政污泥的成分。此外，对于工业污泥而言，用于处理污泥的驱动力可以不同。例如，在工业污泥的情况下，磷的回收可能不那么令人感兴趣。
一个令人感兴趣的实施方案涉及污泥中的磷，因为本公开促进了污泥中的磷的分离。因此，本公开的污泥优选包含磷(P)，例如所含的磷量为污泥干重的0.5％至9％，诸如污泥干重的1％至9％，诸如污泥干重的1.5％至9％。
此外，经处理的污泥可以用作燃料。因此，本公开的污泥优选包含碳(C)，例如所含的碳量为污泥干重的9％至46％，诸如污泥干重的20％至46％。
作为本公开的第一方面，提供了一种用于污泥处理的系统，该系统布置在至少一个容器中。优选地，该系统布置在单个容器中。
本公开的容器优选地适于由卡车运输。可选地，该容器可以是经改造的联运容器(也称为ISO容器)，其是一种标准化的可重复使用的钢箱。联运容器通常用于在全球容器化联运货运系统中高效且安全地储存和运输物料和产品。“联运”表明容器可以跨越不同的运输方式(从船到铁路到卡车)使用，而无需卸载和重新装载其内容物。联运容器的长度(每个都有独特的ISO 6346报告标志)从8英尺到56英尺(2.438米到17.069米)不等，而高度从8英尺(2.438米)到9英尺6英寸(2.896米)不等。通常的宽度是8英尺(2.438米)。
最小的容器通常无法为第一方面的系统提供足够的空间。因此，本公开的容器的长度优选为5米至18米，诸如6米至18米，诸如9米至18米。可以使用正常的高度和宽度。因此，本公开的容器的高度可以是2米至3米，诸如2.4米至2.9米。此外，本公开的容器的宽度可以是2米至3米，诸如2.2米至2.7米。
该系统包括用于接收污泥的污泥入口。可以布置管道以将污泥从污泥入口传送到设置在容器中以用于收集污泥的筒仓。
该系统还包括用于污泥热处理的反应器，该反应器布置在污泥入口下游。如果包括筒仓，则反应器也布置在筒仓的下游。反应器优选包括电加热装置。但是，也可以用另一种方式加热污泥，诸如用来自锅炉或外部蒸汽源的蒸汽。
该系统还包括用于使反应器中经处理的污泥冷却的装置，该装置布置在反应器的下游。
在一实施方案中，用于冷却的装置是用于使反应器中经处理的污泥冷却并提供至少一个蒸汽馏分的闪蒸装置。在这种情况下，该系统还包括蒸汽路由装置，该蒸汽路由装置能够路由来自闪蒸装置的至少一个蒸汽馏分，以对被从污泥入口输送到反应器的污泥进行预加热。
闪蒸装置可以例如包括至少一个闪蒸罐，诸如至少两个闪蒸罐，诸如至少三个闪蒸罐。每个闪蒸罐通常包括连接到蒸汽路由装置的蒸汽出口。
在至少两个闪蒸罐的情况下，闪蒸罐可串联布置。因此，它们可以被设置成提供不同压力的蒸汽馏分。
根据以上讨论可以理解，该系统可以包括用于将污泥从污泥入口或筒仓传送到反应器的管道。相应地，可以在管道上布置至少一个泵。此外，可以在管道上布置用于对污泥进行预加热的热交换器。
管道优选包括至少一个蒸汽混合器，通过该蒸汽混合器将至少一个蒸汽馏分混合到污泥中。如果包括上述热交换器，则该至少一个蒸汽混合器设置在热交换器的下游。该至少一个蒸汽混合器例如可以是至少一个文丘里(venturi)蒸汽混合器或具有蒸汽喷嘴混合器的至少一个机械式再压缩机。前者被认为更容易在系统中实施。
在另一实施方案中，用于使反应器中的经处理的污泥冷却的装置是用于间接热交换的装置，在该装置中热量从经热处理的污泥部分传递到污泥而不发生直接接触。这种用于间接热交换的装置可以包括一系列间接热交换器，诸如两个、三个或四个串联设置的间接热交换器。间接热交换器的示例是管式热交换器和板式热交换器。
该系统还包括用于将来自用于冷却的装置的经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分的分离装置，其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
分离装置可以例如包括沉降装置，诸如沉降池和/或固/液分离单元，诸如压滤机。另外，分离装置可以包括设置在沉降池和/或固/液分离单元下游的膜式过滤器。本公开的膜式过滤器的截止值通常为1kDa至300kDa且优选地3kDa至30kDa，诸如5kDa至15kDa。
根据本公开的沉降装置中的分离是基于重力或离心运动的。用于这种分离的设备是技术人员所熟知的。根据本公开的沉降装置可以被布置成处理经加压和热处理的污泥并产生经加压的澄清部分。这种澄清部分的压力可以至少部分地驱动对该澄清部分的下游膜过滤。
分离装置的第一构造包括用于将来自用于冷却的装置的经冷却的污泥分离成澄清部分和沉淀物部分的沉降装置，诸如沉降池。这种沉降装置设置在用于冷却的装置的下游。沉降装置的好处是可以在其中处理具有相对高的温度和压力的污泥，并且所得到的澄清部分可具有促进进一步的分离操作的压力和促进与进入的污泥进行高效节能的热交换的温度。
第一构造的实施方案包括设置在沉降装置下游以用于将澄清部分分离成滤出液和渗余物的过滤器，诸如膜。在这个位置的膜的截止值优选为5kDa至15kDa。这样的实施方案可以进一步包括用于将渗余物再循环到从污泥入口输送至反应器的污泥的管道。它还可以包括被布置成将来自滤出液的热量传递到来自污泥入口的污泥的热交换器。该热交换器可以是布置在管道上以用于对上述污泥进行预加热的热交换器。可以提供可连接到污水处理厂的滤出液出口，使得滤出液可以被返回。
第一构造的实施方案包括设置在沉降装置下游以用于将沉淀物部分分离成固体部分和液体部分的沉淀物分离单元，诸如压滤机。这样的实施方案还可以包括用于将来自沉淀物分离单元的液体部6分的至少一部分与来自沉降装置的澄清部分优选地在过滤器上游融合的管道。澄清部分和液体部分的颗粒与高分子量有机化合物因此可能再次有机会在反应器中凝聚。另外，防止了形成的耐火COD通过滤出液出口离开系统。因此，可以防止形成的耐火COD到达废水处理厂。此外，第一构造可以包括用于将来自沉淀物分离单元的液体部分的至少一部分与来自沉降装置的沉积物部分融合的管道。这样的管道可以包括冷却器以使在沉淀物分离单元中分离的物质的温度降低。
分离装置的第二构造包括固/液分离单元且优选地是压滤机，其将来自用于冷却的装置的经冷却的污泥分离成固体部分和液体部分。可在固/液分离单元的上游设置冷却器以用于进一步地对来自用于冷却的装置的经冷却的污泥进行冷却。例如，可在固/液分离单元的上游并且在上述的闪蒸装置的下游设置用于在固/液分离单元之前对经冷却的污泥进行冷却的冷却器。此外，管道可以被布置成经由设置在管道上用于预加热上述污泥的热交换器将来自用于冷却的装置的经冷却的污泥传送至冷却器。
在第二构造中，来自反应器的经热处理的污泥因此可以分三步进行冷却：首先在用于冷却的装置中进行冷却，然后在布置于管道上以用于预加热污泥的热交换器中进行冷却，以及最后在冷却器中进行冷却。
第二构造的固/液分离通常包括用于洗涤水的进水口。液体部分管道可以被布置成将来自固/液分离单元的液体部分传送至膜式过滤器单元以将液体部分分离成滤出液和渗余物。液体部分管道可以包括泵以驱动膜式过滤器单元中的分离。可布置渗余物管道以使渗余物再循环，使得其与反应器上游的污泥结合。此外，可布置滤出液管道以将来自膜式过滤器单元的滤出液传送至滤出液出口，该滤出液出口可连接至污水处理厂，使得滤出液可以被返回。
第一方面的反应器优选为连续式反应器。此外，反应器可以是立式反应器。在一个实施方案中，立式反应器在操作模式下延伸穿过容器的上壁中的开口。此外，立式反应器可以被布置成使得其在运输模式下具有大致水平的方向。因此，立式反应器可以例如在运到现场后被升高以穿过位于现场的容器上壁中的开口。例如，立式反应器可以铰接地附接到容器，以允许其从运输位置升高到操作位置。
在一个实施方案中，反应器包括连接到用于冷却的装置的至少一个出口以及其上设置有电加热装置的至少一个再循环管道。在这样的实施方案中，反应器可适于提供用于通过连接至用于冷却的装置(例如闪蒸装置)的至少一个出口离开反应器的出口部分和用于在再循环管道中再循环的再循环部分，其中出口部分中的平均粒度大于再循环部分中的平均粒度。当反应器是立式时，这可以在连接到用于冷却的装置的至少一个出口上方设置有用于再循环管道的出口时实现。这种立式反应器优选地包括：布置在反应器顶部的反应器入口；从反应器入口向下延伸以用于将污泥从入口引导至反应器的底部部分的第一通道；以及从底部部分向上延伸到用于再循环管道的出口的第二通道。第二通道通过至少一个壁与第一通道分隔开。
在一个实施方案中，反应器是下面参照图4描述的反应器。
根据前述权利要求中任一项所述的系统还可以包括用于从第一部分、沉淀物部分或固体部分分离磷的磷分离单元。然而，这样的磷分离单元也可以是布置在容器外的单独的单元。
作为本公开的第二方面，提供了一种污泥处理的方法。该方法(优选为连续方法)在至少一个容器中执行，且优选地仅在一个容器中执行。此外，该方法可以在第一方面的系统中执行。
该方法包括对污泥进行预加热以获得经预加热的污泥。经预加热的污泥的温度例如可以是至少90℃，诸如90℃至150℃。在一个实施方案中，预加热包括向污泥添加至少一个蒸汽馏分。下面进一步讨论该至少一个蒸汽馏分。在另一个实施方案中，预加热包括间接热交换(这也在下面讨论)。
该方法还包括将经预加热的污泥加热到150℃至250℃的温度以获得经热处理的污泥。优选地，经预加热的污泥被加热到150℃至220℃、170℃至250℃或170℃至240℃的温度。在这样的温度下，污泥的压力通常为3巴至50巴。电加热、蒸汽加热或其他加热方法都可以使用。优选是电加热。
该方法还包括对经热处理的污泥进行冷却以获得经冷却的污泥。
在一个实施方案中，冷却是闪蒸冷却，使得除了经冷却的污泥之外，还获得用于预加热的至少一个蒸汽馏分。
在另一个实施方案中，冷却是间接热交换以实现所述预加热。因此，可以通过间接热交换器将热从来自加热步骤的经热处理的污泥传递到进入加热步骤的污泥。
该方法还包括将经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分，其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
尽管以上讨论的第一方面的实施方案加以必要的修改后适用于第二方面，但下面仍就一些细节讨论第二方面的几个实施方案。
因此，在第二方面的一个实施方案中，经预加热的污泥在反应器中被进一步加热，在该反应器中，污泥被分离成再循环到反应器的再循环部分和经受冷却(例如闪蒸冷却)的出口部分。在这样的实施方案中，出口部分中的平均粒度优选地大于再循环部分中的平均粒度。为了实现基于粒度的这种分离，反应器中的分离可以包括对污泥颗粒进行流化或沉降。
该反应器例如是立式反应器。当使用这样的反应器时，污泥可以被供给到反应器顶部的入口，并且被向下引导通过反应器中的第一通道，然后被向上引导通过反应器中的第二通道。此外，可以在第二通道中的一位置处从反应器中抽出再循环部分，该位置比抽出出口部分所在的位置高。
当冷却为闪蒸冷却时，可以获得至少两个诸如至少三个不同温度的蒸汽馏分，并在预加热中依次使用这些蒸汽馏分。因此，污泥可以首先用最低温度的蒸汽馏分进行预加热。
将经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分可以例如包括沉降和/或压滤。另外，分离可以包括膜式过滤。
在一个实施方案中，分离包括沉降以获得澄清部分和沉淀物部分。在这样的实施方案中，澄清部分可以经受过滤(诸如膜式过滤)以获得滤出液和渗余物。渗余物可以例如进行再循环，使得其与污泥结合并被热处理。此外，例如可以将滤出液用于在热交换操作中在预加热的上游对污泥进行加热。因此，污泥在其去往反应器途中可以先通过滤出液加热，然后通过至少一个蒸汽馏分或间接热交换加热。来自沉降的沉淀物部分例如可以优选地通过压滤机分离成固体部分和液体部分。然后可以将液体部分的至少一部分与来自沉降的澄清部分融合，并因此经受过滤。液体部分的至少一部分也可以与沉淀物部分融合。
在另一个实施方案中(对应于第一方面的分离装置的第二构造)，分离包括通过过滤诸如压滤(未事先沉降)将经冷却的污泥分离成固体部分和液体部分。在这种过滤之前，经冷却的污泥可经受另外的冷却。这种另外的冷却可以在冷却器中进行。作为替代或补充，经冷却的污泥可以在预加热之前通过与进入的污泥进行热交换而进一步冷却。液体部分可以经受膜式过滤，使得获得滤出液和渗余物。渗余物可以再循环，从而在进一步加热之前并且优选地还在预加热之前与污泥结合。
该方法的一个实施方案还包括从第一部分、沉淀物部分或固体部分分离磷。然而，在与第二方面的方法分开的方法中，这种分离也可以在容器外进行。实例
图1示出了用于处理来自污水处理厂的污泥的容器100的实施方案。作为所有标准化容器，容器100具有壳体101，该壳体包括水平底壁、水平顶壁和两对相对的竖直侧壁。壁通常由钢构成。此外，容器100适于装载在能够运输容器100的卡车上并且能够从该卡车卸载。例如，容器100可以方便地从其生产/组装现场运输到污水处理厂的现场。因此，容器规格能够实现标准化的生产/组装。此外，如果需要的话，可以在污水处理厂的现场方便地搬运容器100使其进行服务。在这种情况下，搬运容器100的卡车可以携带更换容器100，从而最大限度地减少操作中断。
容器100包括污泥入口102a。它可以例如布置在壳体101中。污泥入口102a可连接到污水处理厂的污泥出口。在容器100的壳体101内部布置污泥筒仓102，以收集从污水处理厂通过污泥入口102a供给到容器100的污泥。污泥筒仓102连接到用于将污泥从污泥筒仓102传送到立式反应器104的管道103(下面参照图4描述适合的立式反应器的更详细的实施方案)。
在管道103上布置至少一个泵105。此外，可在管道103上布置用于对污泥进行预加热的热交换器106。管道103包括至少一个蒸汽混合器107，通过该蒸汽混合器将至少一个蒸汽馏分混合到污泥中以(进一步)对该污泥进行预加热。如果包括热交换器106，则将至少一个蒸汽混合器107布置在热交换器106的下游。该至少一个蒸汽混合器107例如可以是至少一个文丘里蒸汽混合器或具有蒸汽喷嘴混合器的至少一个机械式再压缩机。前者被认为在系统中更容易实施。经过至少一个蒸汽混合器之后的污泥的温度优选为至少90℃，诸如90℃至150℃。
可在至少一个蒸汽混合器107和立式反应器104之间的管道103上布置增压泵103b。这样的泵103b的作用可以是进一步增加管道中的压力以克服反应器中的较高压力。
在立式反应器104的顶部布置反应器顶部入口108。管道103连接到反应器顶部入口108。立式反应器104还包括再循环管道109，在该再循环管道上布置有电加热器110。然而，如果污泥的组成和反应器中的条件使得放热反应提供足够的热量，则可以省略电加热器。管道103的下游端和反应器顶部入口108可以是再循环管道109的一部分。因此，管道103可以包括布置在至少一个蒸汽混合器107下游的再循环管道入口111。
在立式反应器104中，优选在水热碳化条件下对污泥进行热处理，这意味着不加氧气并且温度为150℃至250℃，优选为170℃至240℃。在热处理期间，污泥中的颗粒凝聚形成较大的颗粒，该凝聚促进了悬浮固体在下游分离。立式反应器104包括再循环管道出口112，通过该再循环管道出口将再循环部分从立式反应器104引入到再循环管道109内。立式反应器104还包括至少一个反应器污泥出口113，经热处理的污泥部分(也被称为“出口部分”)通过该至少一个反应器污泥出口被供给到闪蒸装置114。再循环管道出口112优选地布置在至少一个污泥出口113的上方。在这种情况下，可以利用流化或沉降原理，使得经热处理的污泥部分中的平均颗粒大于再循环部分中的平均颗粒。此外，再循环部分的较小颗粒再次通过立式反应器104并再次有机会凝聚。此外，再循环部分中的耐火组分被循环到反应器104，这降低了其在出口部分中的浓度。
再循环管道可包括底部供给管道109a，该底部供给管道连接到设置在立式反应器104的底部的反应器底部入口109c。当包括这种底部供给管道109a时，其将再循环部分中的至少一部分的路线定至立式反应器104的底部，这可以改善立式反应器中的流化。
可以用另一种也能够在水热碳化条件下热处理污泥的反应器代替立式反应器104。因此，下面讨论的图1的实施方案以及图2和图3的实施方案不一定限于上面讨论的立式反应器104。
闪蒸装置114优选地包括至少一个闪蒸罐115，在该至少一个闪蒸罐中，经热处理的污泥通过也称为“闪蒸”的减压来冷却，并且产生了添加到至少一个蒸汽混合器107中的污泥的至少一个蒸汽馏分。当闪蒸装置114包括不止一个闪蒸罐115时，这些闪蒸罐优选地串联设置(图1示出了串联布置的三个闪蒸罐115)。
该容器还包括用于将来自闪蒸装置114的至少一个蒸汽馏分路由到至少一个蒸汽混合器107的蒸汽路由装置116。优选地，蒸汽路由装置116包括至少一个蒸汽管道117，其中每个蒸汽管道117都将闪蒸罐115连接到蒸汽混合器107。在这种情况下，蒸汽管道117可将设置在最上游的闪蒸罐115连接至设置在最下游的蒸汽混合器107，并且另一个蒸汽管道117可将设置在最下游的闪蒸罐115连接至设置在最上游的蒸汽混合器107。这样，获得了高效的预加热顺序。
在闪蒸装置114的下游设置用于将来自闪蒸装置114的经冷却的污泥分离成澄清部分和沉淀物部分的沉降池118。沉降池118可以被加压，这意味着当来自闪蒸装置114的经冷却的污泥到达沉降池时，其压力仍然高于大气压力。可在沉降池118的下游设置膜式过滤器单元119以用于将澄清部分分离成滤出液和渗余物。膜式过滤器单元119可包括用于驱动分离的泵120。如果沉降池被加压，则可以减少泵120中的能量输入。如果沉降池118中的压力足够高，则可以省略泵120。
可设置渗余物管道121以将渗余物再循环至管道103上的渗余物入口122。由此，渗余物可与未经处理的污泥组合，并被再次热处理，这意味着高分子量有机化合物和小颗粒渗余物(相对较小)能再次有机会凝聚。因此，将渗余物与未经处理的污泥组合可以增加固体物质的总产率并减少离开系统的COD的量。此外，可设置滤出液管道123以将来自膜式过滤器单元119的滤出液传送至热交换器106，在该热交换器106中该滤出液对进入的污泥进行预加热。可在热交换器106的下游设置滤出液出口124。滤出液出口124可连接到污水处理厂，使得滤出液可以被返回。
可设置沉淀物管道125以将来自沉降池118的沉淀物部分传送到用于将沉淀物部分分离成固体部分和液体部分的固/液分离单元，优选地是压滤机126。压滤机126通常包括用于洗涤水的进水口126a。可设置第一液体部分管道127以将来自压滤机126的液体部分的第一部分与来自沉降池118的澄清部分融合。如果包括膜式过滤器单元119，则该液体部分的所述第一部分和澄清部分在其上游融合。来自压滤机126的液体部分的第二部分可以被再循环。例如，可设置第二液体部分管道128以将第二液体部分与来自沉降池118的沉淀物部分融合。这样的第二液体部分管道128可以包括用于使第二液体部分冷却的冷却器128a。
沉降池118、膜式过滤器单元119、压滤机126和相关管道一起形成了用于将来自闪蒸装置114的经冷却的污泥分离成第一部分(在该实施方案中为来自压滤机126的固体部分)和第二部分(在该实施方案中为来自膜式过滤器单元119的滤出液)的分离装置的实施方案，其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
可在压滤机126的下游布置固体部分出口129。来自固体部分出口129的固体部分可以在磷分离单元130中被进一步处理。如果不包括压滤机126，则来自沉降池118的沉淀物部分可以在该磷分离单元130中被进一步处理。
磷分离单元130可设置在容器100的壳体101内部。然而由于容器100中可用的空间有限，所以优选的是磷分离单元130与容器100分开。
在任何情况下，磷分离单元130可包括第一混合单元131，诸如搅拌罐，以用于将固体部分与酸和可选地与水混合，以获得酸化产物，这种酸化产物优选地具有3至4的pH值，在该pH值下，磷与进入的固体部分中的部分重金属内容物一起溶解。混合单元131因此可包括进水口和进酸口。进水口和进酸口可以是相同的入口或两个不同的入口。磷分离单元130还包括布置在混合单元131下游的第一分离单元132，诸如压滤机。第一分离单元132的作用是将酸化产物分离成燃料部分和酸化液体部分，该酸化液体部分包括溶解的磷酸盐。作为选择，第一分离单元132可以是与单元126相同的压滤机，并且通过对来自搅拌罐131的沉淀物部分和出口部分交替地进行脱水和洗涤来进行操作。燃料部分通过燃料部分出口133从磷分离单元130回收。第一分离单元132可以包括用于洗涤水的进水口132a。在第一分离单元132的下游布置有第二混合单元134，诸如搅拌罐。在第二混合单元134中，可以向酸化的液体部分中加入石灰，使得获得包含析出的磷酸盐的经中和的浆料。为了将经中和的浆料分离成包含析出的磷酸盐的固体部分和液体流出物部分，在第二混合单元134下游布置第二分离单元135。液体流出物部分可以例如返回到污水处理厂和/或进一步处理以单独去除经溶解的重金属。包含析出的磷酸盐的固体部分可以可选地在精炼之后用于生产肥料。
可在容器100中布置气体处理单元140，并且可布置一个或多个管道以将来自污泥筒仓102、立式反应器113和/或沉降池118的气体传送至气体处理单元140。气体处理单元140例如可以包括用于将气体分离成冷凝部分和气体部分的冷凝器141。可布置冷凝部分管道142以将冷凝部分从冷凝器141再循环到管道103。因此，冷凝部分可以与进入的污泥混合。气体处理单元140还可以包括布置在冷凝器下游的碳过滤器143，以净化气体部分。可以使用另一种去除微量碳氢化合物的装置来代替碳过滤器。
图2示出了用于处理来自污水处理厂的污泥的容器100的另一个实施方案。在图2的实施方案中，图1的实施方案的至少一个蒸汽混合器107、闪蒸装置114和蒸汽路由装置116被替换为用于间接热交换的装置207。除此之外，图2的实施方案的部件与图1的实施方案的部件相同。在用于间接热交换的装置207中，热量从经热处理的污泥部分传递到管道103中的污泥而不发生直接接触。因此，经热处理的污泥与管道103中传送的污泥保持分开。
用于间接热交换的装置207可以包括一系列间接热交换器207a、207b、207c，其可以选自管式热交换器和板式热交换器。
图3示出了用于处理来自污水处理厂的污泥的容器100的另一个实施方案。在图3的实施方案中，用于将来自闪蒸装置114的经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分(其中第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量)的分离装置与图1的实施方案中的不同。除此之外，图3的实施方案的部件与图1的实施方案的部件相同。
在图3的实施方案中，分离装置包括固/液分离单元301，优选地为压滤机，该固/液分离单元将来自闪蒸装置114的经冷却的污泥分离成固体部分和液体部分。在固/液分离单元301之前，经冷却的污泥可以经受进一步冷却。例如，可在固/液分离单元301的上游和闪蒸装置114的下游设置用于在固/液分离单元301之前对经冷却的污泥进行冷却的冷却器302。此外，可设置用于经冷却的污泥的管道303以将来自闪蒸装置114的经冷却的污泥经由热交换器106传送到冷却器302。来自反应器104的污泥因此可以分三个步骤冷却：首先在闪蒸装置114(其可以包括若干闪蒸阶段)中冷却，然后在热交换器106中冷却，最后在冷却器302中冷却。
固/液分离单元301通常包括用于洗涤水的进水口301a。可布置液体部分管道305以将来自固/液分离单元301的液体部分传送到用于将液体部分分离成滤出液和渗余物的膜式过滤器单元307。液体部分管道可包括泵306以驱动膜式过滤器单元307中的分离。可设置渗余物管道308以将渗余物再循环到管道103上的渗余物入口。由此，渗余物可以与未经处理的污泥组合并且被再次热处理，这意味着高分子量有机化合物和小颗粒渗余物(相对较小)能再次有机会凝聚。因此，将渗余物与未经处理的污泥组合可以增加固体物质的总产率。此外，可布置滤出液管道309以将来自膜式过滤器单元307的滤出液传送至滤出液出口124，该滤出液出口124可连接到污水处理厂，使得滤出液可以被返回。
图4示出了连续立式反应器404的实施方案，该连续立式反应器被设计成处理温度为至少150℃的加压含水污泥。优选地，将反应器设计成处理温度为200℃至250℃并且压力为15巴至50巴的这种污泥。
反应器404包括设置在反应器404的顶部部段405处的反应器顶部入口408。第一通道401从反应器顶部入口408向下延伸，以用于将污泥从反应器顶部入口408引导至反应器404的底部部段406。此外，第二通道402从底部部段406向上延伸。至少一个分隔壁403(优选地是基本上竖直的)将第一通道401与第二通道402分隔开。在反应器404的底部部段406处设置有开口407，污泥可通过该开口407从第一通道401流入第二通道402中。
反应器404包括设置在第二通道402处的至少一个上部出口412，以连接至用于使一部分经热处理的污泥(“再循环部分”)再循环的再循环管道409。反应器404因此被设计成允许污泥从开口407经过第二通道402流动到上部出口412。再循环管道409优选地包括用于加热再循环部分的加热器，诸如电加热器。
反应器404还包括至少一个下部出口413，该下部出口可连接至用于使经热处理的污泥冷却的装置，诸如图1和图3的闪蒸装置114或图2的用于间接热交换的装置207。
至少一个下部出口413布置在至少一个上部出口412的下方。因此，通过至少一个下部出口413离开反应器404的经热处理的污泥中的平均粒度将大于再循环管道409中的再循环部分中的平均粒度。粒度差异的原因在于第二通道402中获得的流化。为了帮助流化，反应器404可以包括布置在反应器404的底部部段406的底部入口409c。底部入口409c可以例如连接至再循环管道409，使得再循环部分中的一部分可以再循环到底部入口409c。
反应器404可以包括外壁414，外壁414也是第二通道402的外壁。此外，分隔壁403可以构成第二通道402的内壁和第一通道401的外壁。例如，分隔壁403可以是从反应器顶部入口408向下延伸到反应器404的底部部段406的管。这样的管可以具有基本圆形的截面。此外，外壁414可以包括具有基本上圆形截面的管状部段415。在这种情况下，管和管状部段415可以是同心的。在一个实施方案中，外壁具有三个主要部段：管状部段415；在反应器404的底部部段406处的、在管状部段415下方的底壁部段；以及在反应器404的顶部部段405处的、在管状部段415上方的顶壁部段。底壁部段和/或顶壁部段可以例如被成形为锥体、截锥体或半球体。
可在反应器404的顶部部段405处布置气体出口416，以便允许对反应器中形成的气体进行净化。

Claims (15)

1.一种用于污泥处理的系统，所述系统布置在适于由卡车运输的容器中，并且所述系统包括：
污泥入口，所述污泥入口用于接收污泥；
反应器，所述反应器包括用于对所述污泥进行热处理的电加热装置，所述反应器布置在所述污泥入口的下游；
闪蒸装置，所述闪蒸装置用于使在所述反应器中经处理的污泥冷却并提供至少一个蒸汽馏分，所述闪蒸装置布置在所述反应器的下游；
蒸汽路由装置，所述蒸汽路由装置能够路由来自所述闪蒸装置的所述至少一个蒸汽馏分，以对从所述污泥入口输送到所述反应器的污泥进行预加热；以及
分离装置，所述分离装置用于将来自所述闪蒸装置的经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分，其中所述第一部分中的悬浮固体含量高于所述第二部分中的悬浮固体含量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反应器包括至少一个出口和至少一个再循环管道，所述至少一个出口与所述闪蒸装置连接，所述至少一个再循环管道上设置有所述电加热装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述反应器适于提供通过与所述闪蒸装置连接的所述至少一个出口离开所述反应器的出口部分以及用于在所述再循环管道中再循环的再循环部分，并且其中，所述出口部分中的平均粒度大于所述再循环部分中的平均粒度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述反应器是立式的，并且所述再循环管道的出口布置在与所述闪蒸装置连接的所述至少一个出口的上方。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述闪蒸装置包括至少一个闪蒸罐，每个闪蒸罐均包括与所述蒸汽路由装置连接的蒸汽出口。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述闪蒸装置包括至少两个闪蒸罐，所述至少两个闪蒸罐串联布置以提供不同压力的蒸汽馏分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述分离装置包括用于将来自所述闪蒸装置的经冷却的污泥分离成澄清部分和沉淀物部分的沉降装置诸如沉降池，所述沉降装置布置在所述闪蒸装置的下游。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述分离装置还包括：布置在所述沉降装置的下游以用于将所述澄清部分分离成滤出液和渗余物的过滤器诸如膜；以及用于将所述渗余物再循环至从所述污泥入口输送到所述反应器的污泥的管道。
9.根据权利要求7或8所述的系统，还包括布置在所述沉降装置的下游以用于将所述沉淀物部分分离成固体部分和液体部分的沉淀物分离单元，诸如压滤机。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括用于将来自所述沉淀物分离单元的所述液体部分的至少一部分与来自所述沉降装置的所述澄清部分融合的管道。
11.一种污泥处理的方法，所述方法在适于由卡车运输的容器中执行，并且所述方法包括：
用至少一个蒸汽馏分对污泥进行预加热，以获得经预加热的污泥；
使用电加热将所述经预加热的污泥进一步加热至150℃至250℃的温度，以获得经热处理的污泥；
对所述经热处理的污泥进行闪蒸冷却，以获得用于所述预加热的所述至少一个蒸汽馏分并且获得经冷却的污泥；
将所述经冷却的污泥分离成第一部分和第二部分，其中所述第一部分中的悬浮固体含量高于所述第二部分中的悬浮固体含量。
12.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述经预加热的污泥加热至150℃至220℃、170℃至250℃或170℃至240℃的温度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，对所述经预加热的污泥的所述进一步加热涉及反应器，在所述反应器中，所述污泥被分离成再循环到所述反应器的再循环部分和经受所述闪蒸冷却的出口部分，并且其中，所述出口部分中的平均粒度大于所述再循环部分中的平均粒度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述分离涉及在所述反应器中使颗粒流化或沉淀。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，对所述经冷却的污泥进行分离涉及沉降，以获得澄清部分和沉淀物部分。
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