CN102153259A - 污泥高温微好氧消化装置 - Google Patents

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Abstract

一种环境工程技术领域的污泥高温微好氧消化装置，包括：消化反应器组件、污泥循环系统、曝气系统和消泡装置，污泥循环系统的污泥循环管和曝气系统的微孔曝气器组件均与消化反应器组件相连，污泥循环系统和消泡装置分别与消化反应器组件相连，曝气系统的气流控制阀与消泡装置连接。本发明结构紧凑，占地面积小，运行过程氧利用率高，曝气动力消耗小，消化体系无泡沫溢出，能有效实现污泥消化过程的“自热”状态，并通过高温微好氧消化而加速污泥的稳定化进程；采用气体进行直接消泡，只需少量气体即可满足消泡要求，操作简单，能耗较低。

Description

污泥高温微好氧消化装置
技术领域
本发明涉及的是一种环境工程技术领域的装置，具体是一种污泥高温微好氧消化装置。
背景技术
污泥高温好氧消化具有降解速率快、病原菌灭活效果好等优点，因而自20世纪60年代末提出后在北美和欧洲得到了快速发展与应用。该装置在采取良好保温措施的基础上，结合纯氧曝气或高效曝气系统，利用污泥中有机物降解产生的热量使消化体系自动升温从而达到高温好氧消化状态，基于其机理，该技术被命名为自热式高温好氧消化(ATAD)技术(USEPA/625/10-90/007，Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion of Municipal WastewaterSludge)。目前，国外使用的ATAD技术均为两段或两段以上工艺。随着技术研究的深入，曝气系统、消泡方式等方面不断改进。
经过对现有技术文献的检索发现，中国发明专利号：ZL200410066202.2，授权号：CN1242933C，名称为“污泥高温好氧消化装置”的专利，该装置将单段式ATAD消化装置的污泥曝气系统、污泥循环系统分离，通过常规的穿孔曝气管进行曝气，并采用液体或气体在消化池出气口进行直接消泡。该装置结构更紧凑、消泡措施能耗较低、占地较小等优势而得到较多关注。但是该装置由于采用穿孔管曝气，使得其曝气系统氧利用率较低。另外，由于我国的污水管道系统大多采用合流收集方式，从而导致污水处理厂污泥中的含沙量较高。因此，污泥好氧消化装置实际应用过程中，消化反应器会在运行一段时间后(一般为2～3个月)出现底部积沙问题，而反应器底部积沙到一定程度后，将会埋没或堵塞曝气管，从而影响反应器的正常运行。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种污泥高温微好氧消化装置，该装置氧利用效率高，积沙不会在反应器底部淤积，消化体系无泡沫溢出，运行控制灵活。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：消化反应器组件、污泥循环系统、曝气系统和消泡装置，其中：污泥循环系统的污泥循环管和曝气系统的微孔曝气器组件均与消化反应器组件相连，污泥循环系统和消泡装置分别与消化反应器组件相连，曝气系统的气流控制阀与消泡装置连接。
所述的消化反应器组件包括：漏斗型消化反应器主体、排泥管、排沙管、排泥控制阀门、排沙控制阀门、污泥进料口、液位观察计、监测仪安装口、温度计以及污泥采样口，其中：污泥进料口设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁顶部，液位观察计竖向设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁，排泥控制阀门以及排沙控制阀门的一端均与漏斗型消化反应器主体底部尖端连接口连接，排泥控制阀门的另一端与排泥管连接，排沙控制阀门的另一端与排沙管连接，第一温度计、第二温度计、第一污泥采样口和第二污泥采样口设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁。
所述的液位观察计的污泥引出口设置于漏斗型消化反应器主体侧壁距底部并通过弧形弯接头与透明圆形管道连接。
所述的漏斗型消化反应器主体为内含消化反应液的圆柱形腔体，底部为底部壁与水平面夹角为15～30度的漏斗形状。
所述的污泥循环系统包括：污泥循环管、污泥循环泵、流量计和控制阀，其中：污泥循环管与漏斗型消化反应器主体相连通，污泥循环管与漏斗型消化反应器主体的侧壁连接，第一控制阀设置于污泥循环管上，污泥循环管与污泥循环泵连接，污泥循环泵、流量计和第二控制阀依次连接。
所述的曝气系统包括：依次串联的曝气泵、气流控制阀、气体流量计和微孔曝气器组件，其中：微孔曝气器组件由若干个微孔曝气器单元组成，该微孔曝气器单元的密度为0.8～1.0m2底面积/个且并均匀排布于漏斗型消化反应器主体的底部；所述的微孔曝气器单元的曝气盘直径为300mm，曝气器膜片平均孔径为100μm且其上设有自闭眼。
所述的微孔曝气器单元上设有逆止阀。
所述的消泡装置包括：消泡气体流量控制阀、消泡供气支管和消泡管，其中：消泡管设置于消化反应器组件的尾气排放口下方，消泡管、消泡供气支管和消泡气体流量控制阀依次连接。
本消化装置结构设计紧凑，占地面积小，运行过程氧利用率高，曝气动力消耗小，消化体系无泡沫溢出。本装置能有效实现污泥消化过程的“自热”状态，并通过高温微好氧消化而加速污泥的稳定化进程。本系统采用气体进行直接消泡，只需少量气体即可满足消泡要求，操作简单，能耗较低。
本装置不仅适应于污泥高温微好氧消化处理的单段式工艺，也适应于该技术的两段或两段以上处理工艺，能够广泛应用于污泥的稳定化处理技术工艺中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：消化反应器组件1、污泥循环系统2、曝气系统3和消泡装置4，其中：污泥循环系统2的污泥循环管19和曝气系统3的微孔曝气器组件27均与消化反应器组件1的漏斗型消化反应器主体5的侧壁连接，污泥循环系统2的第二控制阀23和消泡装置4的消泡管30分别与消化反应器组件1的漏斗型消化反应器主体5的底部和顶部连接，曝气系统3的气流控制阀25与消泡装置4的消泡气体流量控制阀28连接。
所述的消化反应器组件1包括：漏斗型消化反应器主体5、排泥管6、排沙管7、排泥控制阀门8、排沙控制阀门9、污泥进料口10、液位观察计11、检修孔12、监测仪安装口13、第一温度计14、第二温度计15、第一污泥采样口16、第二污泥采样口17和尾气排放口18，其中：污泥进料口10设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁距顶部20cm处，液位观察计11竖向设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁，排泥控制阀门8、排沙控制阀门9的一端均与漏斗型消化反应器主体5底部尖端连接口连接，排泥控制阀门8的另一端与排泥管6连接，排沙控制阀门9的另一端与排沙管7连接，尾气排放口18、检修孔12和监测仪安装口13设置于漏斗型消化反应器主体5顶部，第一温度计14、第二温度计15、第一污泥采样口16和第二污泥采样口17设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁。
所述的监测仪安装口13安装的是ORP在线监测仪。
所述的温度计14和15为WSS型双金属温度计。
所述的液位观察计11的污泥引出口设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁距底部30～50cm处，并通过弧形弯接头与透明圆形管道连接。
所述的漏斗型消化反应器主体5为圆柱体，底部为底部壁与水平面夹角为30度的漏斗形状，漏斗形状能够使连续运行过程中累积的细小沙石沉积于漏斗底部并通过该处的排沙管7适时排出，排沙管7兼有污泥放空的作用。
所述的污泥循环系统2包括：污泥循环管19、污泥循环泵20、流量计21、第一控制阀22和第二控制阀23，其中：污泥循环管19与漏斗型消化反应器主体5内部的消化反应液连通，污泥循环管19与漏斗型消化反应器主体5侧壁连接，第一控制阀22设置于污泥循环管19上，污泥循环管19与污泥循环泵20连接，污泥循环泵20、流量计21和第二控制阀23依次连接。
所述的污泥循环管19与漏斗型消化反应器主体5内部的消化反应液连通处位于反应器液面高度的3/4处，污泥从污泥循环管19抽出，经过污泥循环泵20、流量计21、和第二控制阀23从漏斗型消化反应器主体5器底部回流至漏斗型消化反应器主体5。
所述的曝气系统3包括：曝气泵24、气流控制阀25、气体流量计26和微孔曝气器组件27，其中：曝气泵24、气流控制阀25、气体流量计26和微孔曝气器组件27依次连接。
所述的微孔曝气器组件27包括10个直径为300mm的微孔曝气器单元，该微孔曝气器单元均匀排布于反应器主体5的底部，不仅对消化池内的污泥起到了良好的搅拌作用，而且能够提高消化系统中氧的利用率，适当减少了曝气的动力消耗，同时有利于消化系统的“自热”状态。
所述的消泡装置4包括：消泡气体流量控制阀28、消泡供气支管29和消泡管30，其中：消泡管30设置于消化反应器组件1的尾气排放口18下方30cm处，消泡管30、消泡供气支管29和消泡气体流量控制阀28依次连接。
所述的漏斗型消化反应器主体5的外部、污泥循环管19的外部和消泡供气支管29的外部均包覆厚度为8cm的保温材料，能够防止消化装置高温运行时向外界环境大量散失热量。
本装置工作时，未经消化的污泥用排污泵从污泥进料口10送入漏斗型消化反应器主体5，通过漏斗型消化反应器主体5外的液位观察计11的高度反映污泥的总体积。启动污泥循环泵20，漏斗型消化反应器主体5内部的消化池内的污泥通过污泥循环系统2的污泥循环管19，经过污泥循环泵20、流量计21回到漏斗型消化反应器主体5内部的消化池。污泥循环量的大小可通过污泥循环系统2中的第一控制阀22、第二控制阀23进行控制，并由流量计21进行显示。开启曝气泵24，总供气量根据污泥总体积及曝气强度进行确定，并通过曝气系统3中的气流控制阀25进行调整，其流量大小由气体流量计26进行显示。曝气方式采用微孔曝气器组件27。
本消化装置产生的尾气经过尾气排放口18送至污水处理厂的废气处理装置进行统一处理。
本消化装置升温至45℃以上时，反应体系中一般会出现较多泡沫，此时适当开启消泡装置4中的消泡气体控制流量阀28，一定流量的气体经消泡供气支管29进入消泡管30，并经消泡管30的微孔快速吹出，使泡沫不断塌陷，从而有效防止了泡沫从尾气排放口18溢出而对环境造成污染。
污泥稳定化处理后，经排泥管6排放。在连续运行一段时间后，可适时打开排沙管7，将污泥中累积的细小沙石排出，以减小对排污泵的磨损，并防止其过度累积而造成对微孔曝气器组件27的堵塞，当本消化装置需要进行检修操作时，也能够通过排沙管7进行污泥放空。
本消化装置设置检修孔12、监测仪安装口13、温度计14和15及污泥采样口16和17，能够满足污泥消化运行过程操作及相关指标监测的需求。待分析的污泥样品经污泥采样口16和17取出后，能够进行污泥中挥发性悬浮固体物总量(VSS)、pH等指标的分析与测定。
本实施例是安装于江苏常州某污水处理厂的一套35m3的污泥高温微好氧消化装置，污泥消化进程中，本消化装置的温度能稳定上升到60℃以上，当污水处理厂混合污泥、二沉池污泥、初沉池污泥VSS去除率达40％时，其污泥停留时间(SRT)分别为12d、11d、14d下，此时病原体被彻底杀灭，氧平均利用率均可达25～30％，整个消化过程无泡沫溢出。
实施例2
本实施例中所述的反应器主体5的底部为底部壁与水平面夹角为15度的漏斗形状。
所述的微孔曝气器组件27包括3个直径为300mm的微孔曝气器单元。
所述的污泥进料口10设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁距顶部10cm处。
所述的消泡管30设置于消化反应器组件1的尾气排放口18下方20cm处。
所述的漏斗型消化反应器主体5的外部、污泥循环管19的外部和消泡供气支管29的外部均包覆厚度为5cm的保温材料，能够防止消化装置高温运行时向外界环境大量散失热量。
本实施例是安装于上海长宁区某污水处理厂的一套2.5m3的污泥高温微好氧消化装置，运行过程中，漏斗型消化反应器主体的最高消化温度能达到52℃，当污水处理厂的混合污泥、二沉池污泥、初沉池污泥中VSS去除率达40％时，SRT分别为13d、12d、16d下，病原体可被彻底杀灭，氧平均利用率均可达20～25％，消化过程无泡沫溢出。
实施例3
本实施例中所述的反应器主体5的底部为底部壁与水平面夹角为25度的漏斗形状。
所述的微孔曝气器组件27由4个直径为300mm的微孔曝气器单元组成。
所述的污泥进料口10设置于漏斗型消化反应器主体5侧壁距顶部15cm处。
所述的消泡管30设置于消化反应器组件1的尾气排放口18下方25cm处。
所述的漏斗型消化反应器主体5的外部、污泥循环管19的外部和消泡供气支管29的外部均包覆厚度为6cm的保温材料，能够防止消化装置高温运行时向外界环境大量散失热量。
本实施例是安装于上海长宁区某污水处理厂的一套6.5m3的污泥高温微好氧消化装置。运行过程中，反应器的最高温度能达到57℃，当污水处理厂的混合污泥、二沉池污泥、初沉池污泥中VSS去除率达40％时，SRT分别为12d、12d、15d下，病原体可被彻底杀灭，氧平均利用率均可达23～27％，消化过程无泡沫溢出。

Claims (10)

1.一种污泥高温微好氧消化装置，其特征在于，包括：消化反应器组件、污泥循环系统、曝气系统和消泡装置，其中：污泥循环系统的污泥循环管和曝气系统的微孔曝气器组件均与消化反应器组件相连，污泥循环系统和消泡装置分别与消化反应器组件相连，曝气系统的气流控制阀与消泡装置连接；
所述的消化反应器组件包括：漏斗型消化反应器主体、排泥管、排沙管、排泥控制阀门、排沙控制阀门、污泥进料口、液位观察计、监测仪安装口、温度计以及污泥采样口，其中：污泥进料口设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁顶部，液位观察计竖向设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁，排泥控制阀门以及排沙控制阀门的一端均与漏斗型消化反应器主体底部尖端连接口连接，排泥控制阀门的另一端与排泥管连接，排沙控制阀门的另一端与排沙管连接，第一温度计、第二温度计、第一污泥采样口和第二污泥采样口设置于漏斗型消化反应器主体的侧壁。
2.根据权利要求1所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的液位观察计的污泥引出口设置于漏斗型消化反应器主体侧壁距底部并通过弧形弯接头与透明圆形管道连接。
3.根据权利要求1所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的漏斗型消化反应器主体为内含消化反应液的圆柱形腔体，底部为底部壁与水平面夹角为15～30度的漏斗形状。
4.根据权利要求1所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的污泥循环系统包括：污泥循环管、污泥循环泵、流量计和控制阀，其中：污泥循环管与漏斗型消化反应器主体相连通，污泥循环管与漏斗型消化反应器主体的侧壁连接，第一控制阀设置于污泥循环管上，污泥循环管与污泥循环泵连接，污泥循环泵、流量计和第二控制阀依次连接。
5.根据权利要求1所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的曝气系统包括：依次串联的曝气泵、气流控制阀、气体流量计和微孔曝气器组件。
6.根据权利要求5所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的微孔曝气器组件由若干个微孔曝气器单元组成，该微孔曝气器单元的密度为0.8～1.0m2底面积/个且并均匀排布于漏斗型消化反应器主体的底部。
7.根据权利要求5或6所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的微孔曝气器单元的曝气盘直径为300mm，曝气器膜片平均孔径为100μm且其上设有自闭眼。
8.根据权利要求5或6所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的微孔曝气器单元上设有逆止阀。
9.根据权利要求1所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的消泡装置包括：消泡气体流量控制阀、消泡供气支管和消泡管，其中：消泡管设置于消化反应器组件的尾气排放口下方，消泡管、消泡供气支管和消泡气体流量控制阀依次连接。
10.根据权利要求1至6中任一所述的污泥高温微好氧消化装置，其特征是，所述的漏斗型消化反应器主体的外部、污泥循环管的外部和消泡供气支管的外部均包覆保温材料。
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