本发明涉及水处理，尤其是涉及一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法。
背景技术：
1、城市污水处理厂污泥(以下简称污泥)是指污水处理过程中，由污染物转化的沉淀物以及通过污染物生物降解而产生的微生物残渣。污泥的安全处理处置对于降低污水处理二次污染风险、提高我国水污染控制技术水平均具有重要意义。
2、高含水率特征是限制污泥处理处置效率的主要因素之一，城镇污水处理厂污泥运输、热解、焚烧、土地利用的一系列标准规范均对污泥含水率做出了特定的技术要求，脱水是污泥各类处理处置路线中的共性关键技术环节。特别地，热处理(焚烧、热解)因其减量化、稳定化、能源化效益显著而成为近年来我国污泥终处置的快速发展方向之一。因此，高效、低耗地降低污泥含水率、提高污泥热值也是我国污泥低碳化、集中式、大规模处理处置的重要技术前提。
3、然而，污泥属于有机-无机高度混杂的非均相复杂体系，呈现稳定胶状絮体状态、固液分离极度困难，脱水调理措施是改善污泥脱水性能、有效实现固液分离的重要保障。
4、现有污泥脱水调理药剂主要包括混凝剂、絮凝剂、高级氧化药剂等方式，其通过改变固体颗粒的聚集状态和表面亲疏水性以提高污泥脱水性能，特别地，以聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚丙烯酰胺为代表的混凝剂、絮凝剂是使用最为广泛的污泥脱水调理剂，其可在一定程度上通过固体颗粒凝聚降低污泥的间隙水含量，促进污泥自由水的脱除，但无法深度去除毛细水以及表面附着水；此外，含氯混凝剂在脱水污泥中的残留会加剧污泥焚烧工艺中的二噁英生成风险，而聚丙烯酰胺的残留则会引起土壤板结、限制污泥的土地利用。总体上，现有污泥脱水调理技术普遍存在药耗高、效率低、难以精准调控等问题，导致污泥脱水已成为制约污泥处理处置全链条工艺效率提升的主要技术瓶颈。
5、专利cn117049765a公开了利用液化气体提高污泥脱水性能的方法，方法包括：将污泥输送至耐压容器中，向污泥中混合通入液化气体，液化气体蒸发吸热降低体系温度，同时升高耐压容器内气体压力；进一步冷却反应体系温度，气体分子与污泥中水分子发生结晶反应生成笼形水合物；待耐压容器内气体压力稳定，泄压，搅拌直至无气体逸出，得到脱水性能提升的污泥。专利cn115340285a公开了通过水分原位结晶提高污泥固液分离性能的方法及系统，方法包括：将污泥加入至耐压容器中，在低温条件下间歇通入高压小分子气体，使笼形水合物得以生成，直至气体分压稳定，卸压，搅拌污泥直至无气体逸出，即得到处理后污泥。
6、然而上述专利通入气体后均须通过外界冷源降低反应体系温度至水合物生成所需的温度，且笼形水合物分解需外界提供加热热源，水分结晶-分解全过程的节能减排效益较差。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服现有污泥水分结晶-分解过程存在的节能减排效益较差的缺陷而提供一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，包括以下步骤：
4、(1)向相同的第一密闭承压反应器和第二密闭承压反应器中分别加入等质量的污泥；同步将两个密闭承压反应器中的污泥冷却至水分结晶所需温度；
5、(2)向第一密闭承压反应器中通入小分子气体升压至生成笼形水合物所需压力值，并持续冷却，气体分子与污泥中水分子发生结晶反应生成笼形水合物；
6、(3)向第二密闭承压反应器中通入小分子气体升压，同时将第一密闭承压反应器释压；
7、(4)将第二密闭承压反应器中的热量转移至第一密闭承压反应器使笼形水合物吸热分解；持续冷却第二密闭承压反应器，使其中的气体分子与污泥中水分子发生结晶反应；
8、(5)将第一密闭承压反应器中污泥排出，得到脱水性能提升的污泥。
9、进一步地，步骤(5)后还具有以下步骤：
10、(6)向第一密闭承压反应器中再次加入和第二密闭承压反应器中等质量的污泥；
11、(7)将第二密闭承压反应器重复步骤(3)～(5)中第一密闭承压反应器对应的操作，得到脱水性能提升的污泥；
12、(8)重复步骤(3)～(6)，对第一密闭承压反应器和第二密闭承压反应器进行交替热量传递并交替得到脱水性能提升的污泥；
13、进一步地，所述第二密闭承压反应器中生成笼形水合物的所需压力值和结晶温度均与第一密闭承压反应器相同。
14、进一步地，步骤(1)中，所述污泥的含水率为80-99％。
15、进一步地，步骤(1)中，所述水分结晶所需温度为0-10℃。
16、进一步地，步骤(2)中，所述小分子气体包括氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷或丙烷中的一种或多种。
17、进一步地，步骤(2)中，所述小分子气体与污泥的质量比为(0.02-0.15):1。
18、进一步地，步骤(2)中，所述生成笼形水合物所需压力值为0.7-7.5mpa。
19、进一步地，步骤(3)中，所述第一密闭承压反应器释压至气体压力与大气压一致。
20、进一步地，步骤(4)中，所述热量的转移通过热泵进行。
21、更进一步地，所述热泵的制冷系数为2.5-3.5，也即热泵传递的能量是其自身电耗的2.5-3.5倍。
22、更进一步地，所述热泵的能量输送功率为7-10kw/kg污泥。
23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24、(1)本发明通过设置两台交替运行的密闭承压反应器，利用热量转移将其中一台反应器中笼形水合物结晶放出的热量供给另一台反应器中笼形水合物分解所需吸收的热量，可以最大限度降低笼形水合物结晶-分解过程加热或冷却所需的外界能量输入，从而提高节能减排效益。
25、(2)本发明中笼形水合物的合成是可逆反应过程，其结晶和分解的反应焓变相等，也即笼形水合物结晶时放热量应等于同等质量笼形水合物分解时的吸热量，设置两台交替运行的反应器，将笼形水合物生成放热平衡分解吸热能耗具有可行性。
26、(3)本发明克服了传统的污泥相变干化脱水技术存在的能耗高、效率低的技术缺陷，大幅降低了污泥脱水工艺的能耗，具有显著的节能减排优势，为污泥的高效、低耗脱水提供了新的技术选择途径，经济、社会和环境效益显著，市场应用前景广阔。
1.一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(5)后还具有以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(1)中，所述污泥的含水率为80-99％。
4.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水分结晶所需温度为0-10℃。
5.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所述小分子气体包括氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷或丙烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所述小分子气体与污泥的质量比为(0.02-0.15):1。
7.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生成笼形水合物所需压力值为0.7-7.5mpa。
8.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一密闭承压反应器释压至气体压力与大气压一致。
9.根据权利要求1所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(4)中，所述热量的转移通过热泵进行，热泵的制冷系数为2.5-3.5。
10.根据权利要求9所述的一种污泥水分结晶-分解过程的能量循环利用方法，其特征在于，步骤(4)中，所述热泵的能量输送功率为7-10kw/kg污泥。
