CN102417285B

CN102417285B - 一种高含固生物污泥连续热水解装置与方法

Info

Publication number: CN102417285B
Application number: CN 201110319442
Authority: CN
Inventors: 董滨; 戴翎翎; 段妮娜; 戴晓虎
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102417285A

Abstract

本发明涉及一种高含固生物污泥连续热水解装置与方法，本发明由管式进料器、高温高压闪蒸反应釜、闪蒸蒸汽储汽罐和锅炉组成。使用方法为：城市及工业生物污泥经过脱水后，含固率为15%~25%，将脱水污泥注入管式进料器，进料器内设置螺旋搅拌推进装置，使生物污泥在搅拌状态下缓慢推进到进料器出口，将后续高温高压闪蒸反应器内闪蒸释放出来的蒸汽经加压后注入管式进料器中，使物料在推进过程中逐渐升温预热，并使粘度大大降低。经过预热后的生物污泥，注入高温高压闪蒸反应釜，在0.6~1.5Mpa、130℃~180℃的条件下，经过蒸煮，突然泄压并实现闪蒸。闪蒸中释放的大量蒸汽注入蒸汽储罐。蒸汽储罐经锅炉注入补充蒸汽加压后，向管式进料器供给热蒸汽，用以锅炉进水与脱水污泥的预热，从而实现了高效回收利用闪蒸热能的目的。本发明具有处理效率高，能耗省、投资省、易于实现设备化的优点。

Description

一种高含固生物污泥连续热水解装置与方法

技术领域

本发明涉及一种对高含固生物污泥连续热水解装置与方法。

背景技术

高含固生物污泥连续热水解方法与设备一般适用的生物污泥含固率均在15%以下，针对经过脱水处理后含固率为15%~25%的生物污泥而言，无法实现连续稳定的热水解预处理操作，本发明正是针对上述问题突破高含固率生物污泥的预处理技术与装置。

根据反应器中物料的固体含量(TS)，厌氧发酵技术可分为低含固发酵(TS≤12%)和高含固发酵(TS≥20 %)两种。低含固发酵技术在市政污泥(TS为2%左右)消化产沼、禽畜粪便厌氧发酵产沼和有机垃圾厌氧产沼等方面已经得到应用，各方面的技术已经比较成熟。与低含固发酵工艺相比，高含固发酵工艺具有如下优点： (1)负荷大，容积产能高，设备体积大大减小；(2)需水量低或不需水，节约水资源；(3)产生沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低；(4)运行过程稳定，无低含固发酵工艺中的浮渣、沉淀等问题；(5)臭气排放少等。

在污泥高含固厌氧消化过程中，由于污泥中含大量难降解物质及好氧处理过程中的微生物残体，细胞壁结构限制进一步生物转化，导致水解酸化菌不易繁殖，产甲烷阶段可利用的底物不足，产气速度慢，是污泥高含固厌氧消化工艺的重要难点之一。高压热水解技术能够有效破解污泥内部的细胞壁结构，使胞内有机物溶出并部分水解为小分子有机物，从而改善污泥的消化性能。但污泥的高压热水解工艺仍存在能耗高、设备复杂等问题，限制其推广利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高含固生物污泥连续热水解装置与方法。

本发明提出的高含固生物污泥连续热水解装置，由管式进料器2、高温高压反应釜7、蒸汽储罐12和锅炉9组成，其中：管式进料器2顶部分别设有进料槽1和蒸汽进口4，管式进料器2内设有螺带搅拌推进器5，螺带搅拌推进器5连接电机3；管式进料器2一侧下部通过管道和螺杆泵6连接高温高压反应釜7的进料口，高温高压反应釜7内设有蒸汽喷口8，蒸汽喷口8通入高温高压反应釜7底部，高温高压反应釜7内上部设有防喷溅罩10；锅炉9的蒸汽出口通过管道连接蒸汽喷口8，高温高压反应釜7的上部一侧的蒸汽出口通过管道和单向阀11连接蒸汽储罐12；蒸汽储罐12通过管道和单向阀连接换热器13，换热器13的出口分别通过管道连接蒸汽进口4和锅炉9；锅炉9的蒸汽出口通过单向阀11连接蒸汽储罐12。

本发明提出的高含固生物污泥连续热水解的方法，具体步骤如下：

(1)城市或工业生物污泥经脱水处理，使其含固率为15%~25%；

(2)将步骤(1)所得脱水污泥送入管式进料器的首端，脱水污泥在螺带搅拌推进器的搅拌作用下与由蒸汽进口进入的热蒸汽均匀混合，脱水污泥在管式进料器中停留时间为2~8小时，脱水污泥在加热与搅拌推进过程中其粘度逐渐下降，至管式进料器末端，脱水污泥已完全浆化，其粘度下降为低于进料时的1/10~1/5；

(3)步骤(2)物料通过螺杆泵输送入高温高压反应釜，蒸汽从物料底部送入高温高压反应釜内，控制高温高压反应釜内压力为0.6~1.5Mpa，温度为130℃~180℃，对物料蒸煮15~45min；蒸煮完成后，将高温高压反应釜与蒸汽储罐连通，使高温高压反应釜内蒸汽迅速泄入蒸汽储罐中，高温高压反应釜内压力降低至0.1~0.15Mpa，高温高压反应釜内物料剧烈沸腾；物料在闪蒸过程中，细胞中的胞内物质由于爆沸而将细胞壁涨破，从而使胞内物质释出，大大提高了物料的脱水性能和厌氧消化性能，并使物料粘度进一步降低，有利于后续处理。闪蒸过程释出大量蒸汽注入蒸汽储罐，蒸汽储罐经补充蒸汽加压后，向管式进料器供给热蒸汽，用以物料的加热，从而实现了利用闪蒸回收热预热物料的目的。

本发明将城市及工业生物污泥经过脱水后，含固率为15%~25%，物料呈固态、粘度高、搅拌及物料输送均困难。本发明技术将高含固生物污泥物料注入管式进料器，进料器内设置螺旋搅拌推进装置，使生物污泥在搅拌状态下缓慢推进到进料器出口，将后续高温高压闪蒸反应器内闪蒸释放出来的蒸汽经加压后注入进料器中，使物料在推进过程中逐渐升温预热，并使粘度大大降低，从而解决了后续的物料输送与有效通入蒸汽的难题。经过预热后的高含固生物污泥，注入高温高压闪蒸反应釜，在0.6~1.5Mpa、130℃~180℃的条件下，经过15~45min高温高压蒸煮，突然泄压并实现闪蒸。闪蒸中释放的大量蒸汽注入蒸汽储罐。蒸汽储罐经锅炉注入补充蒸汽加压后，向管式生物污泥进料器供给热蒸汽，用以物料的加热，从而实现了利用闪蒸回收热能预热物料的目的。本发明解决了高含固生物污泥的进料、高压闪蒸、能量高效回收等一系列问题，可使污泥中80%的有机质从细胞中释出，具有处理效率高，能耗省、投资省、易于实现设备化的优点。

本发明处理方法的特点在于：

1. 采用顺序的方法，逐步降低脱水污泥的粘度，从而解决了高含固生物污泥的输送与高温蒸煮难题。本方法先用用螺带搅拌推进器与蒸汽使物料逐渐浆化，将其粘度降为初始粘度的1/10以下，从而使物料通过简单泵送的方式导入反应釜内，并可以保证蒸汽可以从物料底部进入反应釜，从而提高蒸汽的利用效率。

2. 本方法实现了能量高效率回收的操作。先将闪蒸的低压蒸汽导入蒸汽储罐，再导入锅炉蒸汽使储罐内蒸汽压力温度均达到设计值，然后将储罐内蒸汽导入管式进料器前端实现对物料的预热与浆化，避免了闪蒸蒸汽瞬间进入管式进料器而短时间内无法有效传热所造成的能量损失。

3. 本方法可实现高含固高粘度物料的连续热水解处理，可实现连续进料与出料操作，便于自动化操作，设备占地少，有利于实现工程化应用。

4. 本发明方法可破解生物污泥中微生物的细胞壁，使胞内细胞质释出，从而大大提高了污泥的脱水性能，经本方法处理后，污泥厌氧消化性能得到明显提高，且污泥采用常规板框压滤后可将含水率降到60%。

附图说明

图1是本发明处理方法示意图。

图中标号：1为进料槽，2为管式进料器，3为电机，4为蒸汽进口，5为螺带搅拌推进器，6为螺杆泵，7为高温高压反应釜，8为蒸汽喷口，9为锅炉，10为防喷溅罩，11为单向阀，12为蒸汽储罐，13为锅炉进水换热器。

具体实施方式

结合上述附图，对本发明进一步的描述。

经过脱水预处理后，含固率达到15%~25%的生物污泥，倒入本发明装备的进料槽1，进入管式进料器2。管式进料器内设置由电机3驱动的螺带搅拌推进器5，污泥物料在螺带搅拌推进器5的搅拌作用下与由蒸汽进口4进入的热蒸汽均匀混合，脱水污泥物料在搅拌混合中加热，并逐步由常温被加热到90度左右。在慢速搅拌与加热状态下，脱水污泥物料的粘度明显降低，可降低为原泥的1/10以下。经过2~6小时的预处理后，脱水污泥已经浆化，预处理后浆化污泥由螺杆泵6送入高温高压反应釜7中。由蒸汽喷口8向高温高压反应釜7中的浆化污泥喷入蒸汽，蒸汽由锅炉9提供，锅炉9输出蒸汽压力为1~1.5Mpa，温度为160℃~200℃。在加压蒸汽作用下，高温高压反应釜7中浆化污泥压力上升到0.6~1.5Mpa，温度达到130℃~180℃，并在此压力和温度条件下保持15~45min。完成该程序后，高温高压反应釜7顶部阀门突然打开，高温高压反应釜7进入闪蒸阶段，高温高压反应釜7内浆化污泥物料瞬间闪蒸，产生大量携带污泥的蒸汽，蒸汽进入顶部蒸汽管涌出，而爆起的污泥被高温高压反应釜7上部的防喷溅罩10分离而不会进入蒸汽出口。闪蒸瞬间产生的大量蒸汽通过单向阀11进入蒸汽储罐12中。由于蒸汽储罐12的体积达到反应釜7的5倍以上，所以两罐连通后可将高温高压反应釜7的压力瞬间降至0.1~0.15Mpa，达到闪蒸的目的。而闪蒸释放出来的大量蒸汽被保存在蒸汽储罐12中，但该蒸汽压力较低，无法有效供入管式进料器以预热污泥。需要从锅炉9通过单向阀11向蒸汽储罐12补充蒸汽，以使其压力达到0.6Mpa以上以备使用。蒸汽储罐12内达到一定压力的蒸汽一方面通过换热器13用于预热锅炉9进水，以减少锅炉9的能耗；另一方面，由于蒸汽量热值远超过锅炉9进水预热的需求，经过换热后的冷凝而成的热水和未使用的热蒸汽共同进入管式进料器2的蒸汽进口4，用于预热脱水污泥。

Claims

1.一种高含固生物污泥连续热水解的装置，由管式进料器(2)、高温高压反应釜(7)、蒸汽储罐(12)和锅炉(9)组成，其特征在于：管式进料器(2)顶部分别设有进料槽(1)和蒸汽进口(4)，管式进料器(2)内设有螺带搅拌推进器(5)，螺带搅拌推进器(5)连接电机(3)；管式进料器(2)一侧下部通过管道和螺杆泵(6)连接高温高压反应釜(7)的进料口，高温高压反应釜(7)内设有蒸汽喷口(8)，蒸汽喷口(8)通入高温高压反应釜(7)底部，高温高压反应釜(7)内上部设有防喷溅罩(10)；锅炉(9)的蒸汽出口通过管道连接蒸汽喷口(8)，高温高压反应釜(7)的上部一侧的蒸汽出口通过管道和单向阀(11)连接蒸汽储罐(12)；蒸汽储罐(12)通过管道和单向阀连接换热器(13)，换热器(13)的出口分别通过管道连接蒸汽进口(4)和锅炉(9)；锅炉(9)的蒸汽出口通过单向阀(11)连接蒸汽储罐(12)。

2.一种如权利要求1所述的高含固生物污泥连续热水解装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

经过脱水预处理后，含固率达到15%~25%的生物污泥，倒入进料槽，进入管式进料器；污泥物料在螺带搅拌推进器的搅拌作用下与由蒸汽进口进入的热蒸汽均匀混合，脱水污泥物料在搅拌混合中加热，并逐步由常温被加热到90度；在慢速搅拌与加热状态下，脱水污泥物料的粘度明显降低，降低为原泥的1/10以下；经过2~6小时的预处理后，脱水污泥浆化，预处理后浆化污泥由螺杆泵送入高温高压反应釜中；由蒸汽喷口向高温高压反应釜中的浆化污泥喷入蒸汽，蒸汽由锅炉提供，锅炉输出蒸汽压力为1~1.5MPa，温度为160℃~200℃；在加压蒸汽作用下，高温高压反应釜中浆化污泥压力上升到0.6~1.5MPa，温度达到130℃~180℃，并在此压力和温度条件下保持15~45min；完成该程序后，高温高压反应釜顶部阀门突然打开，高温高压反应釜进入闪蒸阶段，高温高压反应釜内浆化污泥物料瞬间闪蒸，产生大量携带污泥的蒸汽，蒸汽进入顶部蒸汽管涌出，爆起的污泥被高温高压反应釜上部的防喷溅罩分离而不会进入蒸汽出口；闪蒸瞬间产生的大量蒸汽通过单向阀进入蒸汽储罐中；由于蒸汽储罐的体积达到反应釜的5倍以上，两罐连通后将高温高压反应釜的压力瞬间降至0.1~0.15MPa，达到闪蒸的目的；闪蒸释放出来的大量蒸汽被保存在蒸汽储罐中，但该蒸汽压力较低，无法有效供入管式进料器以预热污泥；需要从锅炉通过单向阀向蒸汽储罐补充蒸汽，以使其压力达到0.6MPa以上以备使用；蒸汽储罐内达到一定压力的蒸汽一方面通过换热器用于预热锅炉进水，以减少锅炉的能耗；经过换热后的冷凝而成的热水和未使用的热蒸汽共同进入管式进料器的蒸汽进口，用于预热脱水污泥。