技术领域
[0001] 本
发明涉及一种生物污泥处理方法和系统，尤其是涉及一种生物污泥商品化处理方法和系统以及生物污泥加工设备回转式污泥
碳化机。
背景技术
[0002] 截至2015年9月底，全国设市城市、县累计建成污
水处理厂3830座，
污水处理能
力达1.62亿立方米/日，每年产生
含水量80%的污泥4000多万吨。我国污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放所造成的污染问题已经引起了社会的关注。国务院发布的“水十条”明确规定：“现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上”。各地环保部
门相继加强了行政执法力度，严禁污水处理厂乱倒污泥。北京青年报2015年7月6日报道：“北京大量污泥包围污水处理厂，从今年开始本市禁止污泥外运河北等地，但是大部分污水处理厂没有污泥处理配套设施，已经建成的项目又不能有效发挥作用，污泥只能被堆放在污水处理厂内，臭气熏天并滋生了大量蚊蝇”。中央和地方政府加大污泥治理力度，逼迫污水处理厂配套污泥处理设施。
[0003] 国务院《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中污泥处理处置技术要求：“鼓励将污泥经
厌氧消化产沼气或好氧
发酵处理后严格按国家标准进行
土壤改良、园林绿化等土地利用，不具备土地利用条件的，可在污泥干化后与
水泥厂、燃
煤电厂等协同处置或焚烧；作为近期的过渡处理处置方式，可将污泥深度脱水石灰稳定后进行填埋处置”。由于污泥厌氧消化处理技术还不完善引进的示范项目相继停产，污泥好氧堆肥处理臭气污染环境选址困难也不受欢迎；污泥干化、焚烧和深度脱水石灰稳定+填埋处理技术成为主流。但是，污泥干化、焚烧处理工程投资和日常运营
费用高昂，使当地政府或污水处理厂望而却步；深度脱水石灰稳定+填埋处理只是一个临时过度的方式没有未来，随着对其弊端的深入了解，选用的态度越来越谨慎。
[0004] 生物污泥处理技术环保安全为第一要素，
现有技术中，比较而言，污泥干化、焚烧处理是首选技术。现有污泥干化处理一般采用间接加热干化，
热能利用率和处理效率较低，处理后的污泥含水率较高，为后续焚烧处理带来难度；现在全国大中城市都在治理空气污染，严重制约了污泥焚烧技术的推广。
[0005] 已经广泛应用于水泥、洗煤等行业几十年的回转式干化机，干化物料热能利用率和干化效率极高，干
化成本和干化后的物料含水率极低，技术成熟、投资和运营费用低廉，缺点是不适用于生物污泥的干化处理。
发明内容
[0006] 本发明针对现有技术不足，提出了一种生物污泥商品化处理方法，及一种生物污泥商品化处理系统，并提出了一种回转式污泥碳化机。
[0007] 本发明所采用的技术方案：
[0008] 一种生物污泥商品化处理方法，首先对生物污泥进行干化处理，得到含水率为7～10%的干化污泥；
[0009] 再次，将含水率为7～10%的干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理过程完全处于绝氧状态，干化污泥经过高温裂解碳化生成
生物炭、甲烷气体、
木醋液和生物焦油；
[0010] 第三，干化污泥碳化处理过程产生的甲烷气体，回收用于干化污泥的碳化处理，剩余甲烷气体用于生物污泥的干化处理；
[0011] 第四，干化污泥碳化处理过程产生的生物炭，经
过冷却处理后装入编织袋或
泵入储存罐中销售；
[0012] 第五，干化污泥碳化处理过程产生的木醋液，泵入反应釜中添加木醋液重量的2～4%生物炭脱色去除杂质，充分搅拌后沉淀，然后泵出反应釜上部的精制木醋液装入塑料桶或泵入储存罐中销售，反应釜下部的生物炭泥浆参入干化污泥中回流碳化处理；
[0013] 第六，干化污泥碳化处理过程产生的生物焦油，经过冷却处理后装入大口径塑料桶中销售。
[0014] 所述的生物污泥商品化处理方法，干化污泥碳化处理过程中，采用回转式污泥碳化机，通过控制碳化机进料速度、碳化机转速和甲烷气体
燃烧器进气量，控制碳化
温度和碳化效率，干化污泥的碳化
温度控制在500～600摄氏度，生物炭出料温度控制在40～50摄氏度，干化污泥碳化产生的高温气体经
冷却塔降温，分离出甲烷气体、木醋液和生物焦油。
[0015] 所述的生物污泥商品化处理方法，生物污泥干化处理过程中，将含水率为78～82%的生物污泥添加生物污泥重量1.3～1.8倍含水率7～10%的回流干化污泥，充分搅拌，得到含水率为35～40%的混合污泥，然后送入回转式污泥干化机中进行干化处理，得到含水率为7～10%的干化污泥。
[0016] 所述的生物污泥商品化处理方法，通过控制回转式污泥干化机进料速度、干化机转速和热
风炉产生的高温烟气温度，三者有机结合，控制干化污泥出料温度和出料含水率，干化污泥出料温度控制在80～100摄氏度，出料含水率15～18%，经降温散发水分，得到含水率为7～10%的干化污泥。
[0017] 一种回转式污泥碳化机，包括
机架（8）、机头部件（3）、机尾部件（11）以及回转筒（16），所述机头部件和机尾部件固定在机架的两端，回转筒两头插入机头部件和机尾部件并且封闭配合，在机架上与所述回转筒配合设有
支撑托轮（9）以及驱动机构，所述机头部件顶部设有干化污泥进口（1）和碳化产生的分解气体出口（2），机尾部件底部设有生物炭出口（10）；所述回转筒前部设有导料板（4），所述导料板安装
位置与机头部位的干化污泥进口对应，所述回转筒内壁设有扬料板（15）；所述机头部件、机尾部件和回转筒外围设有保温外罩层，在所述回转筒下方保温外罩层内设有燃烧器（7），回转筒上方的保温外罩层上设有燃烧废气出口（14）。
[0018] 所述的回转式污泥碳化机，为了保证导料板坚固，所有导料板（4）的内缘分别采用两段圆环体依次连接固定，每个导料板（4）后端与扬料板和回转筒固定连接，导料板上部紧贴机头部件内壁起到刮料作用，并依靠导料板
角度在旋转时将原料向前滑落、推进。
[0019] 一种生物污泥商品化处理系统，包括生物污泥干化处理成套设备和干化污泥碳化处理成套设备，所述生物污泥干化处理成套设备包括污泥混合搅拌系统、回转式污泥干化机和
热风炉或
沸腾炉；所述干化污泥碳化处理成套设备包括回转式污泥碳化机、甲烷气体利用装置、生物炭和木醋液收集储存装置、木醋液精加工装置；污泥混合搅拌系统将生物污泥和回流干化污泥充分混合成混合污泥送入回转式污泥干化机，热风炉或沸腾炉为回转式污泥干化机提供热源；回转式污泥干化机输出含水率为7～10%的干化污泥，然后送入回转式污泥碳化机进行碳化处理。
[0020] 所述的生物污泥商品化处理系统，所述的污泥混合搅拌系统包括污泥
转子泵、装载机、干化污泥储料箱、双轴强力
搅拌机和带式
输送机；生物污泥通过污泥
转子泵从双轴强力搅拌机头部定量泵入，装载机将回流干化污泥装入干化污泥储料箱中，干化污泥储料箱底部的计量卸料器将回流干化污泥从双轴强力搅拌机头部定量卸入，一定比例的生物污泥和回流干化污泥在双轴强力搅拌机中充分搅拌混合，混合污泥从双轴强力搅拌机尾部排出，经带式输送机输送到回转式污泥干化机进料斗中；污泥混合、搅拌、干化全过程连续运行。
[0021] 所述的生物污泥商品化处理系统，所述的热风炉，包括燃烧自产干化污泥和燃烧煤炭、燃烧
天然气、燃烧柴油的热风炉或沸腾炉；所述的沸腾炉，采用废气回流使用装置，将80～85%的
燃料燃烧废气和干化机干化污泥废气引入沸腾炉中使用。
[0022] 所述的生物污泥商品化处理系统，所述的回转式污泥干化机，与广泛应用于水泥、洗煤等行业的回转式干化机不同之处在于，在回转筒内设有不锈
钢筛网状内筒，筛网状内筒上设有二次扬料板，筛网状内筒后部设有半干化污泥
粉碎装置。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] 1、本发明生物污泥商品化处理方法及系统，采用回转式污泥干化机将生物污泥干化处理，再采用回转式污泥碳化机将干化污泥碳化加工成生物炭和副产品，环保安全性能较高。污泥干化处理产生的废气仅处理15～20%处理费用较低，干化污泥高温碳化使用自产环保燃料甲烷气体；污泥干化处理使用的燃料自产干化污泥、煤炭、天然气、柴油可根据当地环保要求和经营成本选者。
[0025] 2、本发明生物污泥商品化处理方法及系统，把回转式干化机和污泥干化工艺创新性改革，处理污泥速度较快，处理成本低廉，处理规模巨大可达数千吨/天级别。适合大型生活污水处理厂产生的生物污泥厂内就地处理，或数个中小型污水处理厂产生的污泥集中在一个污水处理厂内处理，是快速治理生物污泥污染最有效的方法；污泥干化处理过程在半个小时内完成，避免污泥发酵产生臭味。
[0026] 3、本发明生物污泥商品化处理方法，投资小，运行费用低廉，其推广应用能够产生良好的社会和经济效益。采用本发明生物污泥商品化处理方法，污泥处理工程投资费用是现有污泥干化、焚烧处理工程投资费用的6.67%，日常运营费用是现有污泥干化、焚烧日常运营费用的8.2%，节省了巨额工程投资费用和污泥处理费用；将生物污泥加工成市场急需的、容量巨大的生物炭和副产品，使有害的生物污泥变成商品，为企业和社会创造巨大的财富。
[0027] 4、本发明生物污泥商品化处理方法，适用范围广泛。不但适用于生物污泥处理，还适合处理城市生活垃圾、餐厨垃圾、楼房
化粪池污泥、养殖场
粪便污泥等，是各种垃圾最环保、最安全、最快捷、最经济的处理方法。
[0028] 5、本发明生物污泥商品化处理系统，技术成熟、处理工艺和设备简单，设备自动化程度高、使用寿命长、价格低廉；处理工程建设周期较短3～4个月可完成、技术普及速度快。
[0029] 6、本发明回转式污泥碳化机，设计新颖工艺、结构合理，从原材料进料到成品
包装连续生产自动控制，简化了污
泥炭化程序，大大提高了污泥碳化效率，污泥碳化成本低廉；配套的燃烧气体
回收利用装置等辅助设备简单、实用，安全性能高。
附图说明
[0030] 图1是本发明生物污泥商品化处理方法工艺流程及系统构成图；
[0031] 图2是本发明回转式污泥碳化机主体结构示意图；
[0032] 图3～图7分别是图2中A、B、C、D、E各部位结构示意图；
[0033] 图8是本发明生物污泥商品化处理系统中污泥混合搅拌系统结构示意图；
[0034] 图9是本发明生物污泥商品化处理系统中污泥混合搅拌系统侧视结构示意图。
具体实施方式
[0035] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0037] 参见图1，本发明的生物污泥商品化处理方法，其对生物污泥采用的加工处理过程如下：
[0038] 首先对生物污泥进行干化处理，得到含水率为7～10%的干化污泥；
[0039] 再次，将含水率为7～10%的干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理过程完全处于绝氧状态，干化污泥经过高温裂解碳化生成生物炭、甲烷气体、木醋液和生物焦油；
[0040] 第三，干化污泥碳化处理过程产生的甲烷气体，回收用于干化污泥的碳化处理，剩余甲烷气体用于生物污泥干化处理；
[0041] 第四，干化污泥碳化处理过程产生的生物炭，经过冷却处理后装入编织袋或泵入储存罐中销售；
[0042] 第五，干化污泥碳化处理过程产生的木醋液，泵入反应釜中添加木醋液重量的2～4%生物炭脱色去除杂质，充分搅拌，沉淀24小时，然后泵出反应釜上部的精制木醋液装入塑料桶或泵入储存罐中销售，反应釜下部的生物炭泥浆参入干化污泥中回流碳化处理；
[0043] 第六，干化污泥碳化处理过程产生的生物焦油，经过冷却处理后装入大口径塑料桶中销售。
[0044] 前述序号标注，仅说明有这样一个流程，不是
对流程顺序的限制。
[0045] 实施例2
[0046] 参见图1，本实施例的生物污泥商品化处理方法，与实施例1的不同之处在于：进一步的，在干化污泥碳化处理过程中，采用回转式污泥碳化机，通过控制碳化机进料速度、碳化机转速和甲烷气体燃烧器进气量，控制碳化温度和碳化效率，干化污泥的碳化温度控制在500～600摄氏度，生物炭出料温度控制在40～50摄氏度，干化污泥碳化产生的高温气体经冷却塔降温，分离出甲烷气体、木醋液和生物焦油。
[0047] 采用污泥碳化机将含水率7～10%干化污泥碳化，干化污泥经过高温裂解生成生物炭、甲烷气体、木醋液和生物油；产生的甲烷气体用于污泥碳化机加热碳化干化污泥，碳化、产气、加热不断循环，实现了再生资源的循环利用，节能环保。
[0048] 实施例3
[0049] 参见图1，本实施例的生物污泥商品化处理方法，与实施例1或实施例2的不同之处在于：生物污泥干化处理过程中，将含水率为78～82%的生物污泥添加生物污泥重量1.3～1.8倍含水率7～10%的回流干化污泥，充分搅拌，得到含水率为35～40%的混合污泥，然后送入回转式污泥干化机中进行干化处理，得到含水率为7～10%的干化污泥。
[0050] 实施例4
[0051] 参见图1，本实施例的生物污泥商品化处理方法，与实施例3的不同之处在于：生物污泥干化处理过程中，通过控制污泥干化机进料速度、干化机转速和热风炉产生的高温烟气温度，三者有机结合，控制干化污泥出料温度和出料含水率，干化污泥出料温度控制在80～100摄氏度，出料含水率15～18%，经降温散发水分，得到含水率为7～10%的干化污泥。
[0052] 实施例5
[0053] 参见图2～图7，本实施例为回转式污泥碳化机的一种具体实施方式，所述回转式污泥碳化机，包括机架8、机头部件3、机尾部件11以及回转筒16，所述机头部件3和机尾部件11固定在机架8的两端，回转筒16两头插入机头部件和机尾部件并且封闭配合，回转筒安放在支撑托轮9上，支撑托轮9固定在机架上，机头部件顶部设有干化污泥进口1和碳化产生的分解气体出口2，机尾部件底部设有生物炭出口10；所述回转筒6的前部与干化污泥进口对应位置设有导料板4，所述导料板安装位置与机头部位的干化污泥进口对应，回转筒内壁设有扬料板15；所述机头部件、机尾部件和回转筒外围设有保温外罩层，在所述回转筒下方保温外罩层内设有燃烧器7，回转筒上方的保温外罩层上设有燃烧废气出口14。
[0054] 实施例6
[0055] 本实施例的回转式污泥碳化机，与实施例5的不同之处在于：为了保证导料板坚固，所有导料板的内缘分别采用两段圆环体依次连接固定，每个导料板4后端与扬料板和回转筒固定连接，导料板上部紧贴机头部件内壁起到刮料作用，并依靠导料板角度在旋转时将原料向前滑落、推进。
[0056] 本发明 回转式污泥碳化机，导料板4在回转筒前部独立设置，所有导料板内缘采用圆筒加强固定，后部与扬料板和回转筒连接固定（能与回转筒和扬料板一起旋转），导料板同时可起到扬料及原料预加热作用。
[0057] 在机架上与所述回转筒配合设有驱动机构。所述驱动机构包括驱动动力装置18和驱动大
齿轮5，所述驱动大齿轮5和驱动动力装置18传动连接。
[0058] 图中标号12为保温层罩，13为保温层。保温层采用
石棉，石棉厚度40～60mm，石棉外侧设有钢板保护层罩，钢板厚度2～4mm，石棉与机头部件和机尾部件无间隙保温，石棉与回转筒间隙100～150mm，回转筒上的保温外罩层顶部设燃烧废气出口6，回转筒托轮支撑部位和驱动大齿轮安装部位不安装保温装置。
[0059] 图中标号17为料仓，19为降温出料机，20为螺旋上料机。
[0060] 实施例7
[0061] 参见图1、图2，图8、图9。本实施例为生物污泥商品化处理系统实施方式。
[0062] 所述生物污泥商品化处理系统，包括生物污泥干化处理成套设备以及干化污泥碳化处理成套设备，所述生物污泥干化处理成套设备包括污泥混合搅拌系统、回转式污泥干化机和热风炉或沸腾炉；所述干化污泥碳化处理成套设备包括回转式污泥碳化机、甲烷气体利用装置、生物炭和木醋液收集储存装置、木醋液精加工装置；污泥混合搅拌系统将生物污泥和回流干化污泥充分混合成混合污泥送入回转式污泥干化机，热风炉或沸腾炉为回转式污泥干化机提供热源；回转式污泥干化机输出含水率为7～10%的干化污泥，然后送入回转式污泥碳化机进行碳化处理。
[0063] 实施例8
[0064] 参见图1、图2，图8、图9。本实施例的生物污泥商品化处理系统，与实施例7的不同之处在于：所述的污泥混合搅拌系统包括污泥转子泵、装载机、干化污泥储料箱、双轴强力搅拌机和带式输送机；生物污泥通过污泥转子泵从双轴强力搅拌机头部定量泵入，装载机将回流干化污泥装入干化污泥储料箱中，干化污泥储料箱底部的计量卸料器将回流干化污泥从双轴强力搅拌机头部定量卸入，一定比例的生物污泥和回流干化污泥在双轴强力搅拌机中充分搅拌混合，混合污泥从双轴强力搅拌机尾部排出，经带式输送机输送到回转式污泥干化机进料斗中；污泥混合、搅拌、干化全过程连续不断自动控制。
[0065] 所述的沸腾炉，与广泛应用于水泥、洗煤等行业的沸腾炉不同之处在于，采用废气回流使用装置，将80～85%的燃料燃烧废气和干化机干化污泥废气引入沸腾炉中使用。热风炉或沸腾炉，根据各地城市环保要求，可以燃烧自产干化污泥和煤炭、天然气、柴油等。
[0066] 图8、图9中，标号1为干化污泥储料箱，2为调速计量卸料器，3为干化污泥进口，4为双轴强力搅拌机，5为观察窗口，6为混合污泥可调出口，7是生物污泥进口。
[0067] 实施例9
[0068] 参见图1、图2，图8、图9。本实施例的生物污泥商品化处理系统，与实施例7或实施例8的不同之处在于：所述的回转式污泥干化机，与广泛应用于水泥、洗煤等行业的回转式干化机不同之处在于，在回转筒内设有
不锈钢筛网状内筒，筛网状内筒上设有二次扬料板，筛网状内筒后部设有半干化污泥粉碎装置。回转筒内壁复合2～3mm不锈钢板，所述扬料板采用4～5mm不锈钢板。
[0069] 本发明生物污泥商品化处理方法及系统，首先对生物污泥进行干化处理，再将含水率为7～10%的干化污泥进行碳化处理，干化污泥经过高温裂解碳化生成生物炭、甲烷气体、木醋液和生物焦油；干化污泥碳化处理过程产生的甲烷气体，回收用于干化污泥的碳化处理，剩余甲烷气体用于生物污泥干化处理。
[0070] 干化污泥碳化处理过程产生的生物炭，经过冷却处理后装入编织袋或泵入储存罐中销售，用于
土壤改良、
有机肥添加、
肥料缓释载体、固碳减排、水源
净化、重金属
吸附等；干化污泥碳化处理过程产生的木醋液，可用于
土壤改良剂、
植物生长调节剂、
饲料添加剂等；干化污泥碳化处理过程产生的生物焦油，经过冷却处理后装入大口径塑料桶中销售，用于燃料、
生物柴油原料、塑料
增塑剂等。
[0071] 下述为本发明生物污泥商品化处理方法及系统运营经济情况分析：
[0072] 参见下表：生物污泥各种处理方法比较
[0073]
[0074] 表中数据说明：堆肥处理，河南省淅川县污泥处理厂好氧堆肥处理项目；深度脱水+填埋，安徽省通源环境节能有限公司污泥深度脱水项目报价；半干化，广州市荔园区大坦沙污水处理厂厂内污泥干化项目；半干化和焚烧，深圳上洋污泥焚烧厂污泥半干化+焚烧项目；资料来源网上公开信息。本发明以加工处理生物污泥500吨/天的生物污泥处理加工厂为例：投资费用2000万元，其中设备投资780万元，土建投资919万元，其他301万元；日常运营费用，采用自产干化污泥燃料21700元/天平均43.4元/吨，采用煤炭燃料47500元平均95元/吨，采用天然气燃料104600元/天平均209.2元/吨，采用柴油燃料144000元/天平均288元/吨；运营收益：采用自产干化污泥燃料3347.8万元/年；采用煤炭燃料4245万元/年；采用天然气和柴油燃料4245万元/年，另补天然气、柴油与煤炭差价；收取的污泥处理费按200元/吨计算，市场价250～500元/吨。
[0075] 国内外专家从90年代开始将生物炭应用到农业领域的研究试验。生物炭在提高农业土壤有效水含量、减少肥料流失提高肥力、改善土壤
微生物系统、缓解土壤
酸化、降低土壤中重金属的生物有效性和提高
农作物产量、品质方面起到重要作用。经专家试验：粮食、蔬菜、瓜果等农作物施用生物炭可以提高产量10～30% ，菠菜产量可提高56% ；果树施用生物炭可以提高果实耐储性、果实品质,特别是提高果实中的芳香物质。我国生物炭施用农业方面极少，原因是生物炭的生产原料问题，主要原料农作物秸秆有季节性，收购困难而且成本较高。现有的生物炭原料主要是竹、木制品的下角废料和椰子壳、稻壳等，生物污泥干化处理后是免费的、源源不断的生物炭原料。生物污泥中含有微量的重金属，经过干化、碳化重金属汞、砷被
气化蒸发，重金属镉、铅、铬被
熔化为玻璃状物质
固化，失去了生物性不能被植物吸收利用。
[0076] 现有生物污泥处理技术由于环保安全性能较低，污泥处理工程投资和日常运营费用较高，制约了污泥污染的治理。本发明优异的环保安全性能、超低的工程投资和处理费用、超级的处理规模和超快的处理速度以及干化污泥加工创收等，各项经济技术指标优势突出，其他污泥处理技术望尘莫及。本发明使有害的生物污泥变成
再生原料，变成市场紧俏的商品，生物污泥加工成生物炭对农业领域将起到积极作用，特别是治理土壤沙漠化将做出贡献。
