CN102531321B - 一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器，污泥水热干化处理装置包括顺序连接的均质反应器、浆化反应器、水热反应器和闪蒸反应器。均质反应器切碎并搅拌物料，然后将输入至浆化反应器进行均匀预热，预热后的物料在水热反应器中进行水热反应，然后储存在闪蒸反应器中，闪蒸反应器回收的蒸汽可通入浆化反应器和/或水热反应器中。本发明的污泥水热干化处理装置在一定温度和压力下，将污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，促使束缚水和固体颗粒分离。本发明的均质反应器能够切碎并均匀搅拌物料，并保证污泥水热干化处理无间断地进行。

Description

一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器

技术领域

本发明涉及污泥水热干化处理技术领域，特别涉及一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器。

背景技术

伴随着全球经济的快速发展和人们对环境的日益关注，污水处理量高速增加，导致了污泥产量的迅速扩大。目前，我国每年排放干污泥约为500万吨，而且数量还在不断地增加。如果污泥处理不当会造成严重的二次污染，而污泥处理的投资和运行费用巨大，占整个污水厂投资及运行费用的25％～65％，已成为城市污水处理厂面临的沉重负担。因此，如何经济、高效处置剩余污泥，实现污泥稳定化、无害化、资源化是当今急需解决的重要课题。

污泥中含有大量的微生物细胞和有机物胶体，导致了污泥脱水困难，通常脱水泥饼含水率高达80％左右。污泥处置的手段主要包括堆肥、填埋和焚烧。

污泥用于堆肥物料时，通常需要添加调理剂降低含水至50～60％，需要添加的调理剂总量约为污泥的60％，如污泥堆肥产品的销路不好，污泥量不但没有减少反而增加。

国内个别城市用垃圾卫生填埋场接纳污泥，由于污泥含水率高，容易造成填埋作业困难、渗滤液水质恶化和填埋堆体不稳定，因此，实际上，目前国内大部分垃圾卫生填埋场拒绝污泥进场。

焚烧是实现污泥减量化的有效手段，通常要求焚烧物料的热值大于1200千卡/千克，根据市政污泥的平均泥质水平，只有含水率小于50％时才能满足这一要求。因此填埋、堆肥和焚烧都不宜直接处理含水率80％的脱水泥饼，为满足处置标准和工艺需要，含水率至少要降低到60％以下。如何高效低耗地将污泥含水率由80％降低到60％，成为保障污泥有效处置的技术关键。这通常采用干化方式。但是污泥干化需要消耗大量的能源，如采用蒸汽干化，一吨污泥需要消耗0.8-1吨的蒸汽，运行成本极高。

污泥脱水困难是由于污泥中的水受到多种作用力的束缚，对此，人们做了大量的相关研究。水热干化技术是近年来发展迅速的一种处理方法，通过将污泥加热，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞几率增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。另外，加热使污泥中的蛋白质分解，细胞发生破裂，胞内的水分被释放。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下，机械脱水可使含水率大幅度降低到50％以下，大大提高了污泥的脱水性能，及污泥处置技术向低成本、可持续方向发展的可能性。

但是现有的污泥水热干化处理装置存在着反应效果较差、物料连续性较差的问题，因此污泥水热干化的效率还是很低。

发明内容

本发明提供了一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器，能够连续地对污泥进行水热干化处理，提高了水热干化效率。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种污泥水热干化处理装置，包括：顺序连接的均质反应器、浆化反应器、水热反应器和闪蒸反应器；

所述均质反应器包括第一反应器罐体和伸入至第一反应器罐体内的第一搅拌器，自第一反应器罐体底部的第一物料入口输入至第一反应器罐体内的物料经第一搅拌器切碎并搅拌均匀后、自第一反应器罐体上部的第一物料出口输出至浆化反应器；

所述浆化反应器包括第二反应器罐体、伸入至第二反应器罐体内的第二搅拌器、以及可向第二反应器罐体内通入蒸汽的第一蒸汽管，自第二反应器罐体上部的第二物料入口输入至第二反应器罐体内的物料由第一蒸汽管通入的蒸汽均匀预热，并通过第二搅拌器搅拌均匀后、自第二反应器罐体下部的第二物料出口输出至水热反应器；

所述水热反应器包括第三反应器罐体、伸入至第三反应器罐体内的第三搅拌器、以及可向第三反应器罐体内通入蒸汽的第二蒸汽管，自第三反应器罐体上部的第三物料入口输入至第三反应器罐体内的物料由第二蒸汽管通入的蒸汽均匀加热加压、发生水热反应，并通过第三搅拌器搅拌均匀后、自第三反应器罐体下部的第三物料出口输出至闪蒸反应器；

所述闪蒸反应器包括第四反应器罐体、以及与第四反应器罐体连通的蒸汽回收管，第四反应器罐体储存物料，并将该物料内的蒸汽通过蒸汽回收管回流至浆化反应器和/或水热反应器，第四反应器罐体的上部具有第四物料入口，下部具有第四物料出口。

优选地，所述第一反应器罐体的第一物料入口设置于第一反应器罐体的底部，第一物料出口设置于第一反应器罐体的侧壁，所述第一物料出口邻近所述第一反应器罐体的顶部，所述第一物料出口与第二反应器罐体的入口连通，

所述第一搅拌器自第一反应器罐体的顶部伸入至反应器罐体内部搅拌反应器罐体内的物料。

优选地，所述反应器罐体的底部通过封头密封，所述物料入口设置于所述封头上。

优选地，所述反应器罐体的外表面进一步包括至少两个等角度间隔设置的耳式支座，所述至少两个耳式支座与所述均质反应器的重心位于同一水平面。

优选地，所述搅拌器包括电机和由该电机驱动旋转的搅拌桨叶，

所述搅拌桨叶包括搅拌底框和位于所述搅拌底框上方的旋切桨叶。

优选地，所述搅拌底框的外缘与所述封头的内表面对应。

本发明还提供了一种污泥水热干化处理装置的均质反应器，所述污泥水热干化处理装置包括顺序连接的均质反应器、浆化反应器、水热反应器和闪蒸反应器，

所述均质反应器包括反应器罐体和搅拌器，

所述反应器罐体的物料入口设置于反应器罐体的底部，物料出口设置于反应器罐体的上部，所述物料出口与所述污泥水热干化处理装置的浆化反应器的入口连通，

所述搅拌器自反应器罐体的顶部伸入至反应器罐体内部搅拌反应器罐体内的物料。

优选地，所述反应器罐体的底部通过封头密封，所述物料入口设置于所述封头上。

优选地，所述反应器罐体的外表面进一步包括至少两个等角度间隔设置的耳式支座，所述至少两个耳式支座与所述均质反应器的重心位于同一水平面。

优选地，所述搅拌器包括电机和由该电机驱动旋转的搅拌桨叶，

所述搅拌桨叶包括搅拌底框和位于所述搅拌底框上方的旋切桨叶。

优选地，所述搅拌底框伸入至所述封头内，其外缘与所述封头的内表面对应。

本发明的污泥水热干化处理装置针对现有的污泥处理装置反应效果差、物料连续性较差的问题，基于污泥水热干化处理技术，通过对污泥进行粉碎、加热，在一定温度和压力下，将污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，促使束缚水和固体颗粒分离。

另外，由于本发明的污泥水热干化处理装置的四个反应器之间处理过程连贯，反应器进出料无停留，因此能够使污泥的水热干化处理过程处于连续运行的状态。

本发明提供的用于污泥水热干化处理装置的均质反应器利用反应器内的搅拌器高速切碎物料，并使物料均匀混合，为污泥能够充分地发生水热反应做好准备。另外，基于均质反应器的物料出口和物料入口的位置设置，使反应器的进出料无停留，从而保证污泥的水热干化处理过程处于连续运行的状态。

附图说明

图1是本发明的污泥水热干化处理装置的结构示意图；

图2是本发明的污泥水热干化处理装置的均质反应器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种污泥水热干化处理装置及其均质反应器，能够连续地对污泥进行水热干化处理，提高了水热干化效率。

图1是本发明的污泥水热干化处理装置的结构示意图。如图1所示，本发明的污泥水热干化处理装置包括顺序连接的均质反应器101、浆化反应器102、水热反应器103和闪蒸反应器104。

其中，均质反应器101包括第一反应器罐体和伸入至第一反应器罐体内的第一搅拌器。均质反应器101的第一物料入口111设置在第一反应器罐体的底部，第一物料出口112设置在第一反应器罐体的侧壁的上部。污泥物料通过高压泵，自第一物料入口111输入至第一反应器罐体内，经第一搅拌器切碎并搅拌均匀后，由第一物料出口112输出至浆化反应器102。

浆化反应器102包括第二反应器罐体、伸入至第二反应器罐体内的第二搅拌器、以及可向第二反应器罐体内通入蒸汽的第一蒸汽管213。浆化反应器102的第二物料入口211设置在第二反应器罐体的侧壁的上部，第二物料出口212设置在第二反应器罐体下封头的底部。自均质反应器101输出的污泥物料自第二物料入口211输入至第二反应器罐体内，并由第一蒸汽管213通入的蒸汽均匀预热，经第二搅拌器搅拌均匀后，自第二物料出口212输出至水热反应器103。

水热反应器103包括第三反应器罐体、伸入至第三反应器罐体内的第三搅拌器、以及可向第三反应器罐体内通入蒸汽的第二蒸汽管313。水热反应器103的第三物料入口311设置在第三反应器罐体的侧壁的上部，第三物料出口312设置在第三反应器罐体下封头的底部。自水热反应器103输出的污泥物料自第三物料入口311输入至第三反应器罐体内、并由第二蒸汽管313通入的蒸汽均匀加热加压，在该温度和压力下，在第三反应器罐体内发生水热反应，并通过第三搅拌器搅拌均匀后、自第三物料出口312输出至闪蒸反应器104。

闪蒸反应器104包括第四反应器罐体、以及与第四反应器罐体连通的蒸汽回收管。闪蒸反应器104的第四物料入口411设置在第四反应器罐体的侧壁的上部，第四物料出口412设置在第四反应器罐体下封头的底部。第四反应器罐体用于储存物料，并将该物料内残留的蒸汽通过蒸汽回收管413回流至浆化反应器102和/或水热反应器103。

本发明的污泥水热干化处理装置是利用水热干化处理原理，对污泥进行深度脱水。在一定的温度和压力下，污泥发生水热反应，其中的粘性有机物发生水解，从而破坏污泥的胶体结构，促使束缚水和固体颗粒分离。另外，加热还会使污泥中的蛋白质分解，细胞发生破裂，使胞内的水分被释放，进行机械脱水即可使含水率大幅度降低，从而提高污泥的脱水性能。

其中，均质反应器101是污泥水热干化处理装置的一级预处理设备，主要针对物料粘度大，胶状半固态的特点进行设计。其利用第一反应器罐体内的第一搅拌器高速切碎物料、并将切碎的物料搅拌均匀。通过将物料切碎，能够降低污泥的颗粒尺寸和重量，从而促使束缚水和固体颗粒更容易分离。另外，通过降低污泥的颗粒尺寸，使得物料更容易搅拌均匀，使物料达到均质的目的。

另外，由于均质反应器101的第一物料入口设置于第一反应器罐体的底部，第一物料出口设置于第一反应器罐体的上部，能够避免物料在均质反应器101内发生堆积、从而形成搅拌盲区的问题，且有利于物料能够堆满第一反应器罐体，保证进出料无堆积停留，使物料在污泥水热干化处理装置中保持连续运行的状态。

浆化反应器102是污泥水热干化处理装置的二级预处理设备，主要针对物料粘度大的特点进行设计。其利用第二搅拌器对经均质后的物料进行充分搅拌，浆化反应器102具有能够向第二反应器罐体内通入蒸汽的第一蒸汽管。通过向第二反应器罐体内的物料通入蒸汽，能够对均质后的物料进行预加热，从而为污泥进行水热反应做准备，然后将进行预加热后的物料自第二物料出口输出至水热反应器103。另外，浆化反应器102可采用间歇进出料的方式，以使物料的加热和搅拌更加充分。

进一步地，浆化反应器102可进一步设置多个位于不同位置处的温度监控器，从而根据第二反应器罐体内的物料温度调整第一蒸汽管的通气量，使物料能够均匀地进行预加热、并充分搅拌。通过设置浆化反应器102对污泥物料进行预加热处理，将对污泥物料进行加热、加压的过程分解为在浆化反应器102和水热反应器103中分别进行，能够缩短污泥在水热反应器103内发生反应的时间，并实现节省能源的目的。由于污泥物料在浆化反应器和水热反应器中的停留时间均加以缩短，因此能够保证物料处于连续运行处理的状态。

水热反应器103是污泥水热干化处理装置的主要反应设备，其具有能够向第三反应器罐体内通入蒸汽的第二蒸汽管。通过向第三反应器罐体内的物料通入蒸汽，使物料在一定的温度和压力下发生水热反应，将污泥加热至细胞破裂，胞液溶出，从而释放水分，实现脱水的目的。

进一步地，水热反应器103可进一步设置多个位于不同位置处的温度监控器，从而根据第三反应器罐体内的物料温度调整第二蒸汽管的通气量，使物料能够均匀地进行加热、并充分搅拌。另外，水热反应器103可采用间歇进出料的方式，以使物料的水热反应更加充分。

闪蒸反应器104是污泥水热干化处理装置的储存装置，其用于储存经过水热反应的污泥物料。进一步地，为了节省能源，闪蒸反应器104的第四反应器罐体内进一步设置蒸汽回收挡板，该蒸汽回收挡板设置于邻近闪蒸反应器104的第四物料入口处，输入闪蒸反应器104的物料在冲击蒸汽回收挡板后，物料中残余的蒸汽会被释放。闪蒸反应器104进一步包括蒸汽回收管，该蒸汽回收管的一端与第四反应器罐体连通，另一端可与浆化反应器102和/或水热反应器103连通，从而将回收的蒸汽加以循环利用，达到节约能源的目的。

进一步地，闪蒸反应器104可进一步设置多个位于不同位置处的温度监控器，当物料达到出料温度后，经过脱水后的物料可自第四物料出口输出。

由于在一定温度和压力下能够使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。且随着水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞几率增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。另外，加热使污泥中的蛋白质分解，细胞发生破裂，胞内的水分被释放。因此通过使用本发明的污泥水热干化处理装置，经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下，机械脱水可使含水率大幅度降低到50％以下，大大提高了污泥的脱水性能。且本发明的污泥水热干化处理装置的结构简单，并能够实现能源的循环利用，因此能够大大降低污泥干化处理的成本。

图2是本发明的污泥水热干化处理装置的均质反应器的结构示意图。如图2所示，本发明的污泥水热干化处理装置的均质反应器101包括反应器罐体201和搅拌器202。反应器罐体201的物料入口203设置于反应器罐体201的底部，物料出口204设置于反应器罐体201的侧壁的上部，物料出口204与污泥水热干化处理装置的浆化反应器的入口连通。

搅拌器202自反应器罐体201的顶部伸入至反应器罐体201内部，以搅拌和切碎反应器罐体201内的物料。优选地，反应器罐体201的顶部采用平盖205密封，以方便搅拌器202的安装和固定。则物料出口204邻近平盖205设置。进一步地，反应器罐体201的底部采用封头206密封，物料入口203安装于封头206上。

由于物料入口203设置于反应器罐体201的底部的封头206上，而非设置在反应器罐体201的侧壁的底部，因此能够避免封头206内出现物料堆积的现象。此外，由于均质反应器的物料入口设置在下，而物料出口设置在上，这样有利于物料充满反应器罐体201，从而避免出现搅拌盲区，使物料的搅拌和切碎能够均匀充分。

如图2所示，反应器罐体201的外表面进一步包括至少两个等角度间隔设置的耳式支座207，该耳式支座207用于支撑均质反应器的反应器罐体201。为了降低反应器罐体201由于搅拌器202运转而引起的振动载荷，优选地，耳式支座207应当与均质反应器的重心位于同一水平面上。

搅拌器202包括电机和由电机驱动旋转的搅拌桨叶。由于污泥物料的粘度较大，为胶状半固态，因此流动性较差，为了能够实现粉碎、均质污泥物料的目的，搅拌器202的搅拌桨叶分为上下两个部分，其包括搅拌底框221和位于搅拌底框221上方的旋切桨叶222。其中，搅拌底框221可伸入至封头206内，其外缘与封头206的内表面的曲线对应，以带动封头206内的物料流动，同时避免形成搅拌盲区。位于搅拌底框221上方的旋切桨叶222用于切碎物料并实现物料的混合搅拌。

输入至反应器罐体201内的物料首先经过搅拌底框221的带动搅拌，能够实现物料的流动，避免堆积。然后，随着物料的不断输入，物料液面上升至旋切桨叶222处，即可实现物料的切碎，并随着旋切桨叶222的旋转而实现物料的混合、搅拌。

优选地，为了提高剪切混合效率，搅拌器202的电机采用变频调速电机，且可设置为工作在较高转速。

进一步地，为了避免出现物料流挂现象，反应器罐体201的内表面和搅拌器202的外表面均需要进行抛光处理，且其材料应根据物料特性选择为具有耐腐蚀性和耐磨损的材料。

本发明的污泥水热干化处理装置的均质反应器针对物料粘度大的特点，增加了先搅拌、后切碎的功能，不仅避免在反应器罐体内出现搅拌盲区、发生物料堆积的现象，而且使物料在反应器罐体内实现充分的切碎、搅拌，以达到均质的目的。通过使用本发明的均质反应器，能够解决现有的污泥干化处理的物料连续性差的问题，有利于提高污泥水热干化的效率和质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种污泥水热干化处理装置，其特征在于，包括：顺序连接的均质反应器、浆化反应器、水热反应器和闪蒸反应器；

所述均质反应器包括第一反应器罐体和伸入至第一反应器罐体内的第一搅拌器，自第一反应器罐体底部的第一物料入口输入至第一反应器罐体内的物料经第一搅拌器切碎并搅拌均匀后、自第一反应器罐体上部的第一物料出口输出至浆化反应器；

所述浆化反应器包括第二反应器罐体、伸入至第二反应器罐体内的第二搅拌器、以及可向第二反应器罐体内通入蒸汽的第一蒸汽管，自第二反应器罐体上部的第二物料入口输入至第二反应器罐体内的物料由第一蒸汽管通入的蒸汽均匀预热，并通过第二搅拌器搅拌均匀后、自第二反应器罐体下部的第二物料出口输出至水热反应器；

所述水热反应器包括第三反应器罐体、伸入至第三反应器罐体内的第三搅拌器、以及可向第三反应器罐体内通入蒸汽的第二蒸汽管，自第三反应器罐体上部的第三物料入口输入至第三反应器罐体内的物料由第二蒸汽管通入的蒸汽均匀加热加压、发生水热反应，并通过第三搅拌器搅拌均匀后、自第三反应器罐体下部的第三物料出口输出至闪蒸反应器；

所述闪蒸反应器包括第四反应器罐体、以及与第四反应器罐体连通的蒸汽回收管，第四反应器罐体储存物料，并将该物料内的蒸汽通过蒸汽回收管回流至浆化反应器和/或水热反应器，第四反应器罐体的上部具有第四物料入口，下部具有第四物料出口；

所述第一反应器罐体的第一物料入口设置于第一反应器罐体的底部，第一物料出口设置于第一反应器罐体的侧壁，所述第一物料出口邻近所述第一反应器罐体的顶部，所述第一物料出口与第二反应器罐体的入口连通，

所述第一搅拌器自第一反应器罐体的顶部伸入至反应器罐体内部搅拌反应器罐体内的物料。

2.根据权利要求1所述的污泥水热干化处理装置，其特征在于，所述第一反应器罐体的底部通过封头密封，所述第一物料入口设置于所述封头上。

3.根据权利要求2所述的污泥水热干化处理装置，其特征在于，所述第一反应器罐体的外表面进一步包括至少两个等角度间隔设置的耳式支座，所述至少两个耳式支座与所述均质反应器的重心位于同一水平面。

4.根据权利要求3所述的污泥水热干化处理装置，其特征在于，所述第一搅拌器包括电机和由该电机驱动旋转的搅拌桨叶，

所述搅拌桨叶包括搅拌底框和位于所述搅拌底框上方的旋切桨叶。

5.根据权利要求4所述的污泥水热干化处理装置，其特征在于，所述搅拌底框的外缘与所述封头的内表面对应。

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