CN102361828A

CN102361828A - 用于产生不易腐烂的污泥和能量的方法及对应的设施

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Publication number: CN102361828A
Application number: CN2010800107672A
Authority: CN
Inventors: 戴尔芬·那瓦为-朗萨德; 迈克尔·科透; 斯蒂芬·德莱里
Original assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: RU2011139617A; US20120094363A1; BRPI1009239A2; AU2010219832A1; MX2011009365A; FR2942792B1; EP2403810A1; FR2942792A1; CA2754100A1; IL214920A0; KR20110139709A; CN102361828B; WO2010100281A1; SG174254A1; RU2531400C2; JP2012519578A

Abstract

本发明涉及一种用于产生不易腐烂的污泥和能量的方法，其中所述方法包括以下步骤：(i)借助于初级污泥消化产生经消化的污泥；(ii)产生第一含水流出物和经消化的污泥，其通过对在步骤(i)中产生的所述经消化的污泥进行第一液体-固体分离而至少部分脱水；(iii)产生经消化的污泥，其通过对在步骤(ii)中产生的所述至少部分脱水的经消化的污泥进行热水解而至少部分脱水和水解；(iv)对在步骤(iii)中产生的所述至少部分脱水和水解的经消化的污泥进行消化；其中所述方法进一步包括回收在所述消化和所述初级消化期间形成的沼气的步骤以及从所述沼气产生能量的步骤，所述从所述沼气产生能量的步骤包括产生用于实施所述热水解所需要的能量的第一子步骤和产生过量能量的子步骤，所述沼气全部用以产生电力。

Description

用于产生不易腐烂的污泥和能量的方法及对应的设施

技术领域

本发明的领域涉及处理有机废料，尤其是在水处理期间产生的那些有机废料。

更具体地说，本发明涉及用于对城市和工业用水处理过程中产生的污泥进行处理的过程，其尤其着眼于产生能量(例如，电力)。

背景技术

城市或工业废水含有一定比例的可溶的颗粒状有机污染物。

污染物的颗粒部分可通过简单的倾析来部分移除。对水进行的倾析是通过形成称为“初沉污泥”的污泥来完成的，这种污泥由颗粒与水的混合物组成，可构成有机废料。

污染物的可溶有机部分(至少其主要部分)可通过应用生物处理过程来处理。

对水进行的生物处理在于使待处理的水与微生物接触，所述微生物为了确保其自身的生长而消耗溶解在所述水中的有机污染物。

对水进行的生物处理是通过形成称为“生物污泥”或“二沉污泥”的污泥来完成的，这种污泥可构成有机废料。

初沉污泥与二沉污泥的混合物构成“混合污泥”。为了处理这些混合污泥以便将其分解并使其不易腐烂且无害，已提议了各种技术。

对有机废料进行的消化或甲烷化处理是用于通过使有机废料经受厌氧发酵来以生物方式分解有机废料的自然过程。

消化是特别有效的，因为其产生以下各项的组合产物：

-可转化为能量的气体(沼气)；

-可例如用作增肥剂的消化产物(消化产物是有机化合物的消化残余物)；以及

-相对有限量的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物。

然而，由此获得的消化产物含有不容易生物降解的部分，即难以用生物方式降解。

为了克服此缺点，已开发出用于在实施消化之前对污泥实施热水解的技术。

此技术是特别有利的，因为热水解能够使污泥的不容易发酵(即，难以发酵)的部分至少在较大程度上发生降解。

然而，虽然热水解能明显改善污泥的不容易发酵部分的消除，但代价是，与典型消化的情况相比，热水解需要产生较多生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物(具有高化学需氧量(COD))。这要对位于消化池的入口处的污泥量进行限制才能确保有效的消化。

另外，获得有效热水解所需要的条件需要高能量消耗。

所述能量消耗使得来自消化的一半沼气用以馈入典型锅炉以便产生水解所需要的蒸汽。剩余沼气馈入连接到交流发电机的热电联产马达以便产生电力，还可例如用以直接给建筑物加热。

因此，此技术当然能够产生具有相对较小浓度的不容易发酵部分的消化产物，但引起了以下问题：

-其能产生生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物；

-其需要过大尺寸的消化池，才能确保有效的消化；

-其需要消耗大部分沼气来直接产生水解所需要的蒸汽，且因此只能产生较小量的剩余能量(例如，以电力、热等形式)，所述剩余能量可用于除了本身实施污泥处理过程之外的其他用途。

发明内容

本发明的目的尤其是克服现有技术的这些缺点。

更具体地说，在至少一个实施例中，本发明的目标是提供这样一种技术，即，需要低能量消耗的技术。

明确地说，在至少一个实施例中，本发明旨在获得这样一种技术，即，其实施能限制实现水解条件所需要的沼气消耗且增加可用以产生过剩能量的沼气共享的技术，所述过剩能量可用于除了实施污泥处理过程之外的其他用途。

在至少一个实施例中，本发明的另一目标是提供用于对水处理过程中产生的污泥进行处理的技术，其能够至少在较大程度上从污泥中消除不容易发酵部分。

明确地说，在本发明的至少一个实施例中，本发明的目标是实施这样一种技术，即，能够与现有技术相比产生含有减少了的不容易发酵的残余部分的废料的技术。

在本发明的至少一个实施例中，本发明还旨在限制产生生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物。

在本发明的至少一个实施例中，本发明的又一目标在于提供这样一种技术，即，用于处理大量污泥的技术。

在本发明的至少一个实施例中，本发明还旨在提供这样一种技术，即，可靠的、实施起来简单的且相对经济的技术。

这些目标以及下文中将显现的其它目标借助于一种用于产生基本上不易腐烂的污泥和能量的方法来实现，所述方法包含以下步骤：

(i)通过初级污泥消化获得经消化的污泥；

(ii)获得第一含水流出物和经消化的污泥，其通过对在所述步骤(i)获得的所述经消化的污泥进行第一液体-固体分离而至少部分脱水；

(iii)获得经消化的污泥，其通过对在所述步骤(ii)获得的所述至少部分脱水的经消化的污泥进行热水解而至少部分脱水和水解；

(iv)对在所述步骤(iii)获得的所述至少部分脱水和水解的污泥进行消化；

所述过程进一步包含：

-用于回收在所述消化和所述初级消化期间形成的沼气的步骤；以及

-用于从所述沼气产生能量的步骤，其包含用于产生实施所述热水解所需要的能量的子步骤和用于产生过剩能量的子步骤，

所述沼气全部用以产生电力。

应注意，如本发明中所理解，术语“热水解”应理解为指代明确地为非生物的水解模式。

因此，本发明依赖于组合对污泥进行的第一消化、(非生物)热水解与第二消化的连续实施的原始做法。

第一消化(或初级消化)用以至少大部分降解所述污泥的容易发酵部分且产生不容易发酵的消化产物。

所述分离步骤的实施能够排放含有在消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的流出物。因此，减少了在水解步骤的入口端处的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的量。这最终减少了在水解期间产生的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的量。另外，其减小了放置于下游的设备的尺寸且减少了实行热水解所需要的能量消耗。

实施热水解以仅处理污泥的不容易发酵部分。此举产生如下结果，根据本发明实施热水解所需要的能量低于现有技术中的热水解所需要的能量。实际上，在现有技术中，实行热水解以处理所有污泥，即其可发酵部分和不容易发酵部分两者。这需要较大能量输入。

热水解能够将不容易发酵的消化产物降解为容易发酵的水解消化产物。

这些可发酵污泥接着在第二消化期间得以消化，所述第二消化能产生至少大部分没有可发酵部分的消化产物，然而所述消化产物含有非常不容易发酵的部分，所述非常不容易发酵的部分也称为难处理或硬质部分。

此外，由于仅对污泥的不容易发酵部分进行热水解，所以与在现有技术相比，实施热水解能产生较小量的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物。

根据本发明的过程能够产生大量沼气。另外，实行水解所需要的能量相对较小，因为其仅对污泥的不容易发酵部分进行。因此，使用本发明的技术能够首先产生尤其实现用于水解的压力和温度条件所需要的能量且其次产生可用于除了本身实施污泥处理过程之外的其他用途的相当大部分的过剩能量(例如用以对设施供电或者转卖给电力供应公司的电力、用以给建筑物加热的热(受热流体(液体或气体))等)。

根据一个有利特征，根据本发明的过程包含用于再转化所述沼气的步骤，所述再转化步骤包含用于向热电联产系统馈入沼气以便产生实施所述水解步骤所需要的能量且产生过剩能量的步骤。

因此，将沼气馈入到热电联产系统能首先产生尤其达到用于水解的压力和温度条件所需要的能量且其次产生可用于除了本身实施污泥处理过程之外的其他用途的相当大部分的过剩能量(例如用以对设施供电或者转卖给电力供应公司的电力、用以给建筑物加热的热(受热流体(液体或气体))等)。

根据另一有利特征，所述再转化步骤包含用于将沼气馈入到链接到电力产生构件的马达的步骤和用于回收所述马达所释放的热以便达到用于所述水解步骤的温度和压力条件的步骤。

在消化期间形成的全部沼气馈入连接到例如交流发电机等电力产生构件的热电联产马达。回收马达所释放的热(例如，从排出气体和/或机油和/或冷却流体回收)能够产生实行热水解所需要的所有热流体。因此，根据本发明，全部沼气用以产生电力，这与现有技术有所不同，在现有技术中，至少50％的沼气用以通过实施热电联产马达来产生电力，剩余气体馈入典型锅炉以大部分产生用以获得实行水解所需要的压力和温度条件的热流体。

优选的是，根据本发明的过程包含用于获得第二含水流出物和经处理的污泥的步骤，所述步骤是通过对在所述步骤(iv)获得的所述污泥进行第二液体-固体分离来实施的。

此分离步骤的实施能够排放含有在消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的流出物以及没有容易发酵的有机物质的经脱水的经消化的污泥。

有利的是，在1到20巴的压力下在50℃到200℃且优选为120℃到180℃的温度下执行所述热水解20到120分钟。

这些间隔中所选择的热水解条件能够有效减少污泥的不容易发酵部分。

根据一个有价值的变型，优选地在等于饱和蒸气压力的压力下在165℃的温度下实行所述热水解30分钟。

这些特定热水解条件能够最佳减少污泥的不容易发酵部分。

根据一个有利特征，所述初级消化和/或所述消化属于嗜温厌氧型。

在此情况下，在32℃到38℃的温度下实行所述消化操作5到15天。

根据另一有利特征，所述初级消化和/或所述消化属于嗜热厌氧型。

在此情况下，在52℃到58℃的温度下实行所述消化操作5到15天。

在初级消化操作的入口端处的悬浮物质的浓度为每升污泥25到65克MIS(悬浮物质)。

在消化操作的入口端处的悬浮物质的浓度为每升污泥100到150克MIS。

根据一个有利特征，在所述液体-固体分离步骤之前执行用于在初级消化之后对所述污泥进行纤维分离的步骤。

在一个变型中，可在初级消化步骤之前执行纤维分离步骤。

纤维分离尤其能：

-进行所属领域的技术人员认为现有技术不可能进行的污泥处理；

-减小放置于上游或下游的消化池的尺寸；

-增大污泥的其它有机部分的停留时间。

本发明还涵盖一种用以实施根据本发明的方法的污泥处理设施，所述设施包含具有入口和出口的热水解构件和用于对所述污泥进行消化的构件。

根据本发明，所述消化构件与用于引入污泥的构件连通，且所述水解构件的所述入口和所述出口与所述消化构件连通，所述设施还包含放置于所述消化构件的出口处的第一液体-固体分离构件以及用于回收来自所述消化构件的沼气的构件。

再次，根据本发明，所述消化构件连接到沼气回收构件，所述沼气回收构件包括链接到用于产生蒸汽和电力的构件的收集器，所述用于产生蒸汽和电力的构件包含链接到产生电力的交流发电机的热电联产马达，所述热电联产马达的排气线通往产生蒸汽的空气-水热交换器的入口以及用以将蒸汽传送到所述热水解构件的管道。

此设施能够实施根据本发明的过程，其原理依赖于对污泥进行的第一消化、热水解与第二消化的组合实施。

分离构件的实施能够排放含有在消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的流出物。因此，减少了在水解步骤的入口端处的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机物质的量，因此最终趋向于减少在此水解期间产生的生物降解度低或不可生物降解的有机物质的量。

根据本发明的设施包括热电联产系统，所述沼气回收构件与所述热电联产系统连通。

将沼气馈入到热电联产系统能够产生尤其达到用于水解的压力和温度条件所需要的能量且产生可用于除了本身实施污泥处理过程之外的其他用途的相当大部分的过剩能量(例如，以电力和/或热(热流体(空气和/或水)的形式)。

优选的是，所述热电联产系统包括热电联产马达，所述沼气回收构件通往所述马达，所述热电联产马达链接到电力产生构件且具有用以将所述马达所释放的热转移到水中以便产生蒸汽的构件。

在消化操作期间形成的全部沼气馈入链接到例如交流发电机等电力产生构件的热电联产马达。回收马达所释放的热(例如，从排出气体和/或机油和/或冷却流体回收)能够产生执行热水解所需要的所有热流体(例如，蒸汽)。因此，根据本发明，全部沼气用以产生电力，这与现有技术有所不同，在现有技术中，至少50％的沼气用以通过实施热电联产马达来产生电力，剩余气体馈入典型锅炉以大部分产生用以获得执行水解所需要的压力和温度条件的热流体。

根据一个有利特征，所述消化构件包含消化池，所述消化池具有至少一个入口和一个出口，所述出口与所述水解构件的所述入口连通，且所述入口与所述水解构件的所述出口连通。

根据另一有利特征，所述消化构件包含初级消化池和次级消化池，所述初级消化池和所述次级消化池各自具有入口和出口，所述初级消化池的所述入口与所述用于引入污泥的构件连通，所述初级消化池的所述出口与所述水解构件的所述入口连通，所述次级消化池的所述入口与所述水解构件的所述出口连通。

优选的是，所述第一液体-固体分离构件经配置以能达到等于或大于12％的干燥度。

有利的是，根据本发明的设施包含放置于所述次级消化池的所述出口处的第二液体-固体分离构件。

这些第二分离构件的实施能够排放含有在消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机物质的流出物以及没有可发酵的有机物质的经脱水的经消化的污泥。

根据一个优选特征，根据本发明的设施包括放置于所述消化池与所述分离构件之间或所述初级消化池与所述第一分离构件之间的纤维分离构件。

在一个变型中，所述纤维分离构件放置于所述消化池或初级消化池的上游。

此纤维分离构件的实施尤其能：

-处理所属领域的技术人员认为不可能通过实施现有技术来处理的污泥；

-减小放置于上游或下游的消化池的尺寸；

-增大污泥的其它有机部分的停留时间。

有利的是，所述热电联产马达具有通往空气-水热交换器的排气线，其中蒸汽排放出口连接到所述热水解构件。

此实施能够简单且有效地产生实行热分解所需要的蒸汽。

附图说明

从借助于简单的说明性而非详尽实例给出的以下对优选实施例的描述中以及从附图中将更清楚了解本发明的其它特征和优点，附图中：

-图1为根据本发明的设施的第一实施例的图；

-图2为根据本发明的设施的第二实施例的图；

-图3和图4为分别表示在第一消化之前和之后的污泥中的糖含量的曲线图。

具体实施方式

本发明原理的提示

本发明涉及污泥处理过程。如本发明中所理解，术语“污泥”包括初沉污泥、二沉污泥，且尤其是混合污泥。

本发明的一般原理依赖于对污泥进行的第一消化、热水解和第二消化的组合实施。

第一消化能够至少大部分降解污泥的容易发酵部分且产生不容易发酵的消化产物。

接着实施热水解以仅处理污泥的不容易发酵部分。

相反，在现有技术中，实行热水解以便处理所有污泥，即可发酵部分和不容易发酵部分两者。

此举产生如下结果，根据本发明实施热水解所需要的能量小于根据现有技术实行热水解所需要的能量。

热水解能够降解由污泥的不容易发酵部分构成的来自初级消化池的消化产物且产生由容易发酵的污泥构成的水解消化产物。

第二消化接着能够对这些可发酵污泥进行消化且产生至少大部分没有任何可发酵部分且仅含有较少难处理的不可发酵部分的消化产物。

根据本发明的设施的第一实施例的实例

参看图1，呈现根据本发明的污泥处理设施的实施例。

如图1所示，此类设施包含消化构件，其包含初级消化池10和次级消化池11。

初级消化池10具有入口和出口。所述入口连接到由管道12构成的用于导入待处理污泥的污泥传送构件。所述出口通往第一液体-固体分离构件13且能够在其中灌注第一消化产物。

第一液体-固体分离构件13包括用以获得大于或等于12％的干燥度的离心机。在一个变型中，任何其它等效构件都可以用来实现此目的，例如薄膜。这些第一分离构件13具有包含管道14的用于排放第一流出物的构件和包含管道15的用以排放第一脱水消化产物的构件。此管道15通往热水解构件16。

热水解构件16包括在压力和温度的受控条件下工作以便达到用于实行热水解的条件的反应器。所实施的热水解构件可为以本申请人的名义申请的第WO-A1-02064516号国际专利申请案中所描述的那些构件。

热水解构件16具有用于排放水解消化产物的出口，其通往次级消化池11。

次级消化池11具有入口和出口。所述入口连接到热水解构件16的出口。所述出口通往第二液体-固体分离构件17且能够在其中灌注水解消化产物。

有利的是，第二分离构件17类似于第一分离构件13。其具有包含管道18的用于排放第二流出物的构件和包含管道19的用于排放脱水消化产物的构件。

在一个变型中，这些第二分离构件可替换为用于例如通过湿式氧化进行污泥处理的构件。

在其它变型中，第一和第二分离构件可由带式过滤器、过滤薄膜、电渗构件等构成而未必相同。

初级消化池10和次级消化池11链接到沼气回收构件。这些沼气回收构件包括收集器20。收集器20连接到蒸汽和电力产生构件。

蒸汽产生构件包括热电联产马达21。此马达链接到交流发电机，马达能够驱动交流发电机以便产生电力。

此马达具有排气线22，其通往空气-水热交换器23的入口。

所述热交换器23具有两个入口：

-热电联产装置21所产生的热通过管道22所到达的一个入口；

-水管24所通往的一个入口。

其还具有两个出口：

-用于排放蒸汽的一个出口25；

-用于排放烟尘的一个出口26。

蒸汽排放出口25通过管道27连接到热水解构件16。

在一个变型中，此装备包含纤维分离构件28，其定位于初级消化池10与第一液体-固体分离构件13之间。这些纤维分离构件28包括机械破碎机。在一个变型中，所述纤维分离构件28可包括用于以机械方式降解来自第一消化池10的第一消化产物(即，从中移除不可生物降解的纤维部分)的任何其它等效构件。所属领域的技术人员已知的纤维分离构件描述在第US2007/0051677号国际专利申请案中。在另一变型中，纤维分离构件28可定位于初级消化池的上游。

在一个变型中，交换器将设置于水解构件16与次级消化池11之间，以便冷却离开水解构件的污泥以达到次级消化所需的温度条件。

根据本发明的装备的第二实施例的实例

参看图2，呈现根据本发明的污泥处理设施的第二实施例。

如图2所示，此类设施包括单个消化池30。此消化池30具有用于引入待处理污泥的第一入口，其连接到管道31。所述消化池30还具有用于排放消化产物的出口，其连接到管道32。管道32通往液体-固体分离构件33。

液体-固体分离构件33的结构与第一实施例中所实施的液体-固体分离构件的结构相同。这些分离构件33具有包括管道34的用于排放流出物的构件和包括管道35的用于排放脱水消化产物的构件。此管道35通往热水解构件36。

所述热水解构件36类似于第一实施例中所实施的水解构件。其具有用于排放水解消化产物的出口，所述出口通过管道37连接到消化池30的第二入口。

消化池30连接到沼气回收构件。这些沼气回收构件包括管道38。此管道38连接到用于产生蒸汽和电力的构件。

管道35与已处理污泥排放管道47连通。

蒸汽产生构件包括热电联产马达39。此马达连接到交流发电机，并能够驱动所述发电机以便产生电力。

此马达具有排气线40，其通往空气-水热交换器41的入口。

所述热交换器41具有两个入口：

-热电联产装置39所产生的热通过管道40所到达的一个入口；

-水管42所通往的一个入口。

其还具有两个出口：

-用于排放蒸汽的一个出口43；

-用于排放烟尘的一个出口44。

蒸汽排放出口43通过管道45连接到热水解构件36。

在一个变型中，根据此第二实施例的设施包括纤维分离构件46，其定位于消化池30与液体-固体分离构件33之间。这些纤维分离构件46包括机械破碎机或用于以机械方式降解消化产物的任何其它等效构件。在其它变型中，其可放置于消化池的上游。

在一个变型中，交换器设置于水解构件36与消化池30之间，以便冷却离开水解构件的污泥以达到次级消化所需的温度条件。因此，可通过冷却污泥来回收热水。

根据本发明的过程的第一实施例的实例

参看图1，呈现根据本发明的用于处理污泥的过程的第一实施例。

在此过程中，将待处理的污泥传送到初级消化池10中，使得其经受初级消化步骤。在此实施例中，此消化的持续时间约为10天。在替代实施例中，所述持续可为5到15天。

在此消化期间，

-污泥的可发酵部分减少且因此待处理的干燥物质减少；

-不可发酵矿物(例如氮和磷)的一部分生物水解；

-污泥中所含有的大量糖得以消除(此方面可在图3和图4中清楚看到，图3和图4分别说明在实施第一消化之前和之后的污泥的糖含量)；

-例如高COD物质和难处理的氮等生物降解度低或不可生物降解的可溶有机物质产生；

-挥发性脂肪酸溶解。

在此消化过程的末尾，污泥的可发酵部分已被消化，使得在初级消化池10的出口端处排放的第一消化产物基本上由污泥的不可发酵部分构成。

此第一消化产物传送到第一液体-固体分离构件13。启动分离构件能够实施液体-固体分离步骤，所述步骤能产生以下物质：

-第一流出物，其流动通过管道14；

-第一脱水消化产物，其具有超过12％的干燥度。

污泥的干燥度对应于通过从100％扣除污泥的水分百分比来计算得到的干燥物质含量。

第一流出物富含在初级消化期间形成的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物。这些化合物可为：

-来自氮或磷溶解的矿物；

-由例如高COD化合物和有机氮等有机化合物形成的化合物(实际上，在典型形式的消化中，介于20％到50％之间的进入消化池的氮以NH₃的形式离开所述消化池)；

-含有在初级消化期间形成的挥发性脂肪酸的化合物。

考虑到在液体-固体分离期间达到的干燥度，脱水消化产物得到进一步浓缩，使得其后续处理需要实施较小尺寸的设备且引起较低能量消耗。这全部趋向于降低污泥处理的成本。

第一脱水消化产物传送到热水解构件16中以便在其中经受使用蒸汽的热水解步骤。热水解在165℃的温度下在饱和蒸气压力下进行30分钟。在其它实施例中，水解将在1到20巴的压力下在120℃到180℃的温度下进行20到120分钟。

由于第一脱水消化产物基本上包含污泥的不可发酵部分，所述可发酵部分已预先在初级消化池10中消化，所以与现有技术中所实施的水解构件的体积相比，所述水解构件的体积减小了约20％到50％且最常减小约40％。

此外，仅不可发酵部分经历热水解处理。此举产生如下结果，进行此操作所需要的能量的量也大致上减少。

此外，考虑到第一消化产物所经历的液体-固体分离能够将在初级消化期间以生物方式溶解的生物降解度低或不可生物降解的产物排放到第一流出物中的事实，所以减少了在热水解期间处理的这些产物的量。

借助于第一消化步骤来减少水解污泥中的糖量减少了梅拉德化合物的产生，从而有助于在热水解步骤中产生高COD物质。实际上，梅拉德反应在超过120℃的温度下实现了糖和蛋白质的减少，其尤其涉及形成不容易生物降解的可溶化合物。

因此，虽然热水解能产生生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物，但这些化合物是以相对较小的量产生。因此，与在根据现有技术的热水解和消化的连续实施期间产生的物质相比，初级消化、分离和热水解的成功实施能产生较小量的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。

可由热水解处理发酵的第一脱水消化产物传送到次级消化池11以便经历第二消化步骤10天。在若干变型中，此持续时间可为7到15天。

在初级消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物可能不利于第二消化。因此，预先消除这些产物能进一步增加第一消化的效率，其中所述预先消除限制了在水解期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物的量。

第二消化能产生第二消化产物，其至少大部分没有可发酵部分且含有不容易生物降解的难处理部分以及较小量的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。

此混合物传送到第二分离构件以便经历液体-固体分离步骤17以产生：

-第二流出物，其流动通过管道18；

-第二脱水消化产物。

可再利用第二消化产物，其至少大部分没有任何可发酵部分。

由此第二消化产物构成的经消化污泥可例如经历脱水且接着排放或运送到例如湿式氧化步骤等另一处理步骤。

已实施了热水解过程以改善热预处理对污泥的脱水能力。对来自第一消化步骤的消化产物进行热水解也改善了污泥的脱水能力。实施额外消化步骤使经消化污泥的脱水能力与原始污泥的脱水能力相比改善了1％到2％。因此，

-原始污泥达到的脱水为19％到25％；

-经消化污泥达到的脱水为21％到30％；

-水解污泥达到的脱水为29％到40％。

第二流出物富含在第二消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。

还可在水处理设施的开始点处对第一和第二流出物进行再估计或再循环，所述水处理设施的实施能产生由根据本发明的过程处理的污泥。由于与现有技术相比在所述过程的实施期间以较小量产生不容易生物降解的可溶化合物，所以此再循环对所产生的经处理水具有有限影响。

第一和第二消化步骤的应用是通过产生沼气来实现的。回收步骤能够收集这些沼气以便使其经受转化步骤以产生实行水解步骤所需要的蒸汽且产生电力。为此，将沼气传送到热电联产马达21中。此马达的应用驱动了其连接的交流发电机以便产生电力。将来自此马达的排出气体传送到交换器23，水在交换器23内循环以便产生蒸汽。通过管道17将由此产生的蒸汽传送到热水解构件16以便能够对第一脱水消化产物执行热水解步骤。

在交换器23中产生的烟尘通过管道26来排放。

根据本发明的过程的第二实施例的实例

参看图2，呈现根据本发明的污泥处理过程的第二实施例。

在此过程中，将待处理的污泥传送到消化池30中，使得其经受初级消化步骤约10天内。在替代实施例中，所述步骤可进行5到15天。

在此初级消化期间，

-污泥的可发酵部分减少且因此待处理的干燥物质减少；

-不可发酵矿物(例如氮和磷)的一部分生物水解；

-污泥中所含有的大量糖得以消除；

-挥发性脂肪酸溶解。

在此消化过程的末尾，污泥的可发酵部分已被消化，使得在消化池30的出口端处排放的消化产物基本上由污泥的不可发酵部分构成。

此消化产物接着传送到分离构件33以便经受液体-固体分离步骤。这些分离构件的实施能够产生：

-流出物，其流动通过管道34；

-脱水消化产物。

所述流出物富含在初级消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。这些化合物可为：

-来自氮或磷溶解的矿物；

-由例如高COD化合物或有机氮等有机化合物形成的化合物(实际上，在典型的消化中，介于20％到50％之间的进入消化池的氮以NH₃的形式离开所述消化池)；

-含有在初级消化期间形成的挥发性脂肪酸的化合物。

脱水消化产物传送到热水解构件36中以便在其中经受在蒸汽下进行的热水解步骤。热水解在165℃的温度下在饱和蒸气压力下执行30分钟。在替代实施例中，水解将在1到20巴的压力下在120℃到180℃的温度下进行20到120分钟。

由于脱水消化产物基本上包含污泥的不可发酵部分，所述可发酵部分已预先在消化池30中消化，所以与现有技术中所实施的水解构件的体积相比，所述水解构件的体积减小了约20％到50％且最常减小约40％。

此外，仅初始污泥的不可发酵部分经历热水解处理。此举产生如下结果，实行此处理所需要的能量的量也大致上减少。

此外，由于消化产物所经历的液体-固体分离能够将在初级消化期间形成的生物降解度低或不可生物降解的可溶化合物排放到流出物中，所以减少了在热水解期间处理的这些产物的量。

通过第一消化步骤来减少水解污泥中的糖量减少了梅拉德化合物的产生，这有助于在热水解步骤中产生高COD物质。实际上，梅拉德反应在超过120℃的温度下实现了糖和蛋白质的减少，其尤其涉及形成不容易生物降解的可溶化合物。

因此，虽然热水解能产生生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物，但这些化合物是以相对较小的量产生。因此，与在根据现有技术的热水解和消化的连续实施期间产生的物质相比，初级消化、分离和热水解的连续实施能产生较小量的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。

可由热水解处理发酵的脱水消化产物在消化池30中再循环，在消化池30中其与新鲜污泥混合以便经历另一消化步骤。

接着发生的消化实际上是对新鲜污泥进行的第一消化与对预先消化且水解的污泥进行的第二消化的组合，此组合减少了污泥与经消化污泥的混合物的可发酵部分且能产生至少大部分没有可发酵部分并含有难处理的不容易发酵部分以及较小量生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物的消化产物混合物。

必须注意，引入到水解构件中的消化产物部分为100％。换句话说，在消化池的出口处获得的全部消化产物经历水解处理。在若干变型中，消化产物在水解构件中的再循环率可为30％到300％。

如上文进一步描述，将此消化产物混合物传送到分离构件33以便使其经历液体-固体分离步骤以产生：

-流出物，其流动通过管道34；

-脱水消化产物。

通过设置至少一个循环(即，实行对预先消化和水解的污泥进行的消化)来实现所述方法。

通过管道47来排放在处理之后(即，在设置至少一个循环之后)获得的消化产物的一部分以便再利用。

此消化产物可例如经历脱水且接着排放或运送到例如湿式氧化步骤等另一处理步骤。

已实施了热水解方法以改善热预处理对污泥的脱水能力。对来自第一消化步骤的消化产物进行热水解也改善了污泥的脱水能力。实施额外消化使经消化污泥的脱水能力与原始污泥的脱水能力相比改善了1％到2％。因此，

-原始污泥达到的脱水为19％到25％；

-经消化污泥达到的脱水为21％到30％；

-水解污泥达到的脱水为29％到40％。

所收集的流出物富含在次级消化期间产生的生物降解度低或不可生物降解的可溶有机化合物。还可在水处理设施的开始点处对所述流出物进行再估计或再循环，所述水处理设施的实施能产生由根据本发明的方法处理的污泥。由于与现有技术相比在所述方法的实施期间以较小量产生不容易生物降解的可溶化合物，所以此再循环对所产生的经处理水具有减小的影响。

第一和第二消化步骤的应用是通过产生沼气来实现的。回收步骤能够收集这些沼气以便使其经受转化步骤以产生执行水解步骤所需要的蒸汽且产生电力。为此，将沼气传送到热电联产马达39中。此马达的应用驱动了其连接的交流发电机以便产生电力。将来自此马达的排出气体传送到交换器41中，水在交换器41内循环以便产生蒸汽。通过管道45将由此产生的蒸汽传送到热水解构件36以便能够对第一脱水消化产物执行热水解步骤。

在交换器41中产生的烟尘通过管道44来排放。

其它特征

本发明技术中所实施的消化操作为厌氧性消化操作。取决于待处理污泥的特征，厌氧性消化操作可为嗜温或嗜热的。执行嗜温消化的温度为32℃到38℃。执行嗜热消化的温度为52℃到58℃。有利的是，第一消化池的入口端处的浓度为每升污泥25克到65克悬浮物质(MIS)。有利的是，第二消化池的入口端处的浓度为每升污泥100克到150克悬浮物质(MIS)。倘若这两个消化操作是在不同消化池中实施，那么这些消化操作中的每一者的特征可为不同的。在若干变型中，根据计划，所实施的消化操作中的一者或一者以上将属于有氧型。在若干变型中，所实施的消化可属于有氧型。

在若干变型中，上文所描述的本发明方法可包括用于使污泥在其第一次进入消化池(第一或唯一消化池)中之前或使第一消化产物经受使用纤维分离机28或46进行的纤维分离步骤的步骤。

污泥包含在典型厌氧性消化条件下非常不容易生物降解的纤维部分。在消化池的出口端处，此部分可占消化产物中所存在的有机物质的30％到60％。此部分几乎不会被热水解破坏。纤维分离的实施尤其能降低在纤维分离之后有利地具有大于30％的干燥度的污泥的粘性。

因此，纤维分离能：

-处理所属领域的技术人员认为现有技术不可能处理的污泥；

-减小放置于上游或下游的消化池的尺寸；

-或增大污泥的其它有机部分的停留时间(实际上，对于相同的消化池尺寸，纤维分离能减少纤维部分且因此减少进入消化池的干燥物质的量，这增大了在其中的停留时间)。

在第一和第二实施例的一个变型中，第一液体-固体分离可实施在热水解与第二消化之间。

能量增益

在现有技术的一种技术中，如下使用在热水解之后的消化期间产生的沼气：

-将至少50％的所产生的沼气馈入到锅炉中以便产生水解所需的蒸汽；

-将剩余沼气馈入到与交流发电机相关联的热电联产马达中以便产生易于用于除了实施所述方法之外的其他用途的电力。

可回收来自热电联产马达的排出气体的热以便产生热水解所需要的蒸汽的一部分。这可使用以实施典型锅炉产生蒸汽的沼气共享减少到约35％到40％。

也可回收热电联产马达所释放的热以对产生蒸汽所需要的水进行预加热。这使实施用以典型锅炉产生此蒸汽的沼气共享减少到30％到35％。

因此，现有技术的最佳实施能够使用消化所产生的沼气的65％到70％来产生有可能用于除了实施污泥处理方法之外的其他用途的能量。

根据本发明，来自初级消化的消化产物仅含有初始污泥中所含有的干燥物质的60％到80％。此外，就相等干燥物质含量来说，经消化的污泥的粘性低于原始污泥的粘性。这使得较易于增大在第一液体-固体分离步骤之后获得的消化产物的干燥度。此举产生如下结果，根据本发明的热水解所处理的污泥的量明显小于根据现有技术的热水解所处理的量。由于用于水解的热需求与待水解的干燥物质的量成正比，所以实施本发明使这些热需求减少30％到40％。

此外，应用本发明使在两个消化操作期间形成的沼气量增加多达20％，这取决于所采用的污泥的类型和其在消化池中的停留时间。

此外，馈入水解构件的消化产物的温度等于约35℃或55℃，这取决于从中得到所述消化产物的消化过程为嗜温的还是嗜热的。

最后，与现有技术的技术相比，应用本发明使热水解所需要的蒸汽需求减少约40％到55％。因此，此需求可全部由从热电联产装置的马达的排出气体回收的热产生的蒸汽来满足。因此，在消化操作期间产生的几乎所有沼气可能够产生可用于除了简单应用污泥处理方法之外的其他用途的电能。然而，少量所产生的沼气可用以产生用于起始处理的蒸汽。

然而，如果在第一实施例中蒸汽需求不是全部以此方式来满足，那么：

-可通过在分离构件的出口端处与从水解反应器的出口端处的水解污泥或从热电联产装置的马达的冷却液体和机油或自所述两者回收的热产生的热水混合来对馈入到水解反应器中的消化产物进行加热；

-可通过与从水解反应器的出口端处的水解污泥回收的热产生的热水混合来对馈入第一消化池的污泥进行加热。

此外，馈入到第二消化池中的污泥可与水混合以便获得最佳干燥度以改善第二消化操作的执行。

在现有技术中，在消化池的入口端处的污泥的MIS浓度限于100到130g/l。实际上，污泥中所存在的氮在消化期间转化为NH₃，NH₃为消化的抑制化合物。因此，有必要限定消化池的入口端处的污泥的MIS浓度，以便对消化进行优化。根据本发明的第一消化大致上减少了污泥中所含有的氮的量。由于对污泥进行的热水解倾向于降低其粘性，所以次级消化池的入口端处的污泥的MIS浓度可增加到110到160g/l。因此，这些污泥可与水混合以便达到类似的MIS浓度。

然而，如果在第二实施例中蒸汽需求不是全部以此方式来满足，那么：

-可通过在分离构件的出口处与从水解反应器的出口处的水解污泥或从热电联产装置的马达的冷却液体和机油或从所述两个元件回收的热产生的热水进行混合来对馈入到水解反应器中的消化产物进行加热；

-可通过与从水解反应器的出口端处的水解污泥上或热电联产装置的马达的冷却液体和机油上或从所述两者回收的热产生的热水进行混合来对馈入到第一消化池的污泥进行加热。

Claims

1.一种用于产生基本上不易腐烂的污泥和能量的方法，所述方法包含以下步骤：

(i)通过初级污泥消化获得经消化的污泥；

(ii)通过对在所述步骤(i)获得的所述经消化的污泥进行第一液体-固体分离而至少部分脱水，获得第一含水流出物和经消化的污泥

(iii)通过对在所述步骤(ii)获得的所述至少部分脱水的经消化的污泥进行热水解而至少部分脱水和水解，获得经消化的污泥

其特征在于，所述过程进一步包含：

用于回收在所述消化和所述初级消化期间形成的沼气的步骤；以及

用于从所述沼气产生能量的步骤，其包含用于产生实施所述热水解所需要的能量的子步骤和用于产生过剩能量的子步骤，

所述沼气全部用以产生电力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包含通过对在所述步骤(iv)获得的所述污泥进行第二液体-固体分离，获得第二含水流出物和经处理的污泥的步骤。

3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在1到20巴的压力和120℃到180℃的温度下，执行所述热水解20到120分钟。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在等于饱和蒸气压力的压力下，在165℃的温度下实行所述热水解30分钟。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述初级消化和/或所述消化属于嗜温厌氧型。

6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述初级消化和/或所述消化属于嗜热厌氧型。

7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述初级消化之前执行用于对所述污泥进行纤维分离的步骤。

8.一种用以实施根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法的污泥处理设施，其特征在于，所述设施包含具有入口和出口的热水解构件(16、36)和用于对所述污泥进行消化的构件(10、11、30)，所述设施的特征在于，所述消化构件(10、11、30)与用于引入污泥的构件(12、31)连通，所述水解构件(16、36)的所述入口和所述出口与所述消化构件(10、11、30)连通；

且所述设施的特征在于，其包含放置于所述消化构件(10、11、30)的出口处的第一液体-固体分离构件(13、33)以及用于回收来自所述消化构件(10、11、30)的沼气的构件(20、28)；

所述消化构件连接到沼气回收构件，所述沼气回收构件包括连接到用于产生蒸汽和电力的构件的收集器(20、38)，所述用于产生蒸汽和电力的构件包含连接到产生电力的交流发电机的热电联产马达(21、39)，所述热电联产马达(21、39)的排气线(22、40)连通产生蒸汽的空气-水热交换器(23、41)的入口以及用以将蒸汽传送到所述热水解构件(16、36)的管道(27、45)。

9.根据权利要求8所述的设施，其特征在于，所述消化构件包含消化池(30)，所述消化池(30)具有至少一个入口和一个出口，所述出口与所述水解构件(36)的所述入口连通且所述入口与所述水解构件(36)的所述出口连通。

10.根据权利要求8所述的设施，其特征在于，所述消化包含初级消化池(10)和次级消化池(11)，所述初级消化池(10)和所述次级消化池(11)各自具有入口和出口，所述初级消化池(10)的所述入口与所述用于引入污泥的构件(12)连通，所述初级消化池(10)的所述出口与所述水解构件(16)的所述入口连通，所述次级消化池(11)的所述入口与所述水解构件(16)的所述出口连通。

11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的设施，其特征在于，所述第一液体-固体分离构件(13)经配置以使得有可能达到等于或大于12％的干燥度。

12.根据权利要求10或11所述的设施，其特征在于，所述设施包含放置于所述次级消化池(11)的所述出口处的第二液体-固体分离构件(17)。

13.根据权利要求11或12所述的设施，其特征在于，所述设施包含放置于所述消化池(30)或所述初级消化池(10)的上游的纤维分离构件(28、46)。