CN102583933A - 一种多循环多级厌氧消化系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理领域，涉及一种厌氧消化系统，包括一级厌氧消化反应器(1)、第一循环系统(2)、二级厌氧消化反应器(3)、第二循环系统(4)和三级厌氧消化器(5)，所述的一级厌氧消化器(1)和二级厌氧消化反应器(3)之间设置第一循环系统(2)，在二级厌氧反应器(3)和三级厌氧消化反应器(5)之间设置第二循环系统(4)。本发明提供的系统不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定，适合在大中小污水处理厂中推广应用。
Description
技术领域
本发明属于污泥资源化处理领域，涉及一种多循环多级厌氧消化系统。
背景技术
我国兴建了大量污水处理厂，截至2009年，全国已建有城镇污水处理厂1792座，处理能力达9904万m3/d，平均运行负荷率为81.27％。在这些污水处理厂的建设和运行对城市污染负荷的削减起到了重要作用的同时，污水处理过程中副产物城市污泥量也日益增加。目前，全国年产湿污泥已近3000万吨(含水率80％)，污泥处理处置的中心已从简单的填埋转向以资源化为主的土地利用。而在污泥进行土地利用前需要对污泥进行稳定化处理，回收污泥中含有的大量的生物质能，厌氧发酵是污泥稳定化的重要措施之一，不仅过程所需能量较低，还可回收污泥中生物质能，是一种非常有应用前景的污泥资源化技术。本发明从微生物生长特点、有机物溶解规律等方面着手，采用的三级厌氧消化耦合循环回流技术为厌氧消化微生物提供充足底物，增加产气量，缩短污泥厌氧发酵时间，从而推动污泥厌氧消化技术的广泛应用，实现污泥资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术中缺陷而提供一种多循环多级厌氧消化系统。该系统针对我国污泥厌氧消化产气量少、产气不稳定，难于应用厌氧稳定工艺对其进行处理等缺陷，能有效提升三级厌氧消化及产气效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种厌氧消化系统，包括一级厌氧消化反应器、第一循环系统、二级厌氧消化反应器、第二循环系统和三级厌氧消化反应器，其中，所述的一级厌氧消化器和二级厌氧消化反应器之间设有第一循环系统，所述的二级厌氧反应器和三级厌氧消化反应器之间设有第二循环系统。
所述的一级厌氧消化反应器的下端设有第一出料口，上端设有第一进料口。
所述的二级厌氧消化反应器下端设有第二进料口和第三出料口，二级厌氧消化反应器上端设立第二出料口和第三进料口。
所述的三级厌氧消化反应器下端设有第四进料口和第五出料口，三级厌氧消化反应器上端设有第四出料口和出气口。
所述的一级厌氧消化反应器上端第一进料口与污泥调配池相连。
所述的第一循环系统是指在一级厌氧消化反应器和二级厌氧消化反应器之间通过一级厌氧消化反应器上端的第一进料口和二级厌氧消化反应器上端的第二出料口经污泥泵相连，一级厌氧消化反应器下端的第一出料口和二级厌氧消化反应器下端的第二进料口相连所构成的循环回流体系。
所述的第二循环系统是指在二级厌氧消化反应器和三级厌氧消化反应器之间通过二级厌氧消化反应器上端的第三进料口与三级厌氧消化反应器上端的第四出料口经污泥泵相连，二级厌氧消化反应器下端的第三出料口和三级厌氧消化反应器下端的第四进料口相连所构成的循环回流体系。
所述的三级厌氧消化反应器的第五出料口与集泥池相连，三级厌氧消化器的出气口与沼气池相连。
所述的厌氧消化系统还包括预处理装置。
所述的预处理装置选自碱解强化处理装置、加热处理装置或微波强化装置。
所述的碱解强化处理装置包括碱解池和静置池。
所述的预处理装置的下端和上端分别与一级厌氧消化反应器(1)的预处理出料口和预处理进料口相连。
一种上述厌氧消化系统用作污泥处理的应用，包含以下步骤：
(1)将污泥从污泥调配池由第一进料口通过污泥泵泵入一级厌氧消化反应器(1)中，然后从第一出料口出料至二级厌氧消化池中；
(2)从二级厌氧消化反应器第二出料口中出料循环回流至一级厌氧消化反应器中，从二级厌氧消化反应器第三出料口出料至三级厌氧消化池中；
(3)然后通过三级厌氧消化反应器第四出料口出料至二级厌氧消化反应器中，并通过三级厌氧消化反应器第五出料口出料至集泥池中。
所述的污泥厌氧消化系统中各级每日回流处理量为所在级厌氧消化反应器有效体积的3％～30％。
所述的厌氧消化污泥包括初沉污泥和剩余污泥，其挥发性有机固体浓度(VS)占总固体浓度(TS)的比例(VS/TS)的范围是20％～75％，含水率范围为88％～98％。
所述的一级厌氧消化停留时间为1d～3d，二级厌氧消化停留时间为5d～8d，三级厌氧消化停留时间为10d～15d。为了保证系统及各级厌氧反应器系统物料的平衡，从污泥调配池通过第一进料口投入一级厌氧消化反应器中的污泥量等于从一级厌氧消化反应器通过第一循环系统净转移至二级厌氧消化反应器的污泥量等于从二级厌氧消化反应器通过第二循环系统净转移至三级厌氧消化反应器的污泥量等于从三级厌氧消化反应器通过第五出料口出料至集泥池的污泥量。其量为一级厌氧消化反应器体积的1～1/3，二级厌氧消化反应器体积的1/5～1/8，三级厌氧消化反应器体积的1/10～1/15。
所述的一级厌氧消化反应器、二级厌氧消化反应器和三级厌氧消化反应器的运行温度控制在35±2℃或55±2℃，搅拌速度30～250rpm。
一种上述厌氧消化系统用作污泥处理的应用，包含以下步骤：
(1)将污泥从污泥调配池由第一进料口通过污泥泵泵入一级厌氧消化反应器中；然后将污泥从一级厌氧消化反应器中通过预处理进料口出料至预处理装置中，经预处理装置预处理后，再通过预处理出料口(82)循环回流至一级厌氧消化反应器中；
(2)从二级厌氧消化反应器第二出料口中出料循环回流至一级厌氧消化反应器中，从二级厌氧消化反应器第三出料口出料至三级厌氧消化池中；
(3)然后通过三级厌氧消化反应器第四出料口出料至二级厌氧消化反应器中，并通过三级厌氧消化反应器第五出料口出料至集泥池中。
所述的预处理为碱解强化预处理、加热预处理或微波辐射预处理。
所述碱解强化是指碱性物质的投加量为每克有机固体(VS)含量的3％～15％，并搅拌均匀，静置24h；所述的碱性物质是指氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙等。
所述的加热预处理装置是指将污泥投入高温反应器中并维持污泥温度90～120℃，稳定10min～60min。
所述的微波辐射预处理装置的微波频率为2450MHz，微波辐射功率100w～1000w，辐射时间1～20min。
本发明的系统将多级厌氧消化、循环回流等技术有机地结合起来，实现了固相物质的高溶解性，为产酸菌提供丰富底物，进而增加污泥生产沼气的产量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所提供的系统将三级厌氧消化、循环回流和预处理等技术有机结合起来，实现了物理强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用，使三段内的细菌都能发挥最大的活性，提高整个系统的运行稳定性。
(2)本发明所提供的系统通过污泥回流强化装置在系统中的有机设置，可以保证厌氧菌在高有机物浓度下的稳定运行，具有很高的有机负荷和有机物去除率，沼气产量和产率高，提高了整个系统的处理效率。
(3)本发明提供的系统不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定，适合在大中小污水处理厂中推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例厌氧消化系统。
图2为本发明实施例厌氧消化系统，其中预处理装置为碱解强化处理装置。
图3为本发明实施例厌氧消化系统，其中预处理装置为预加热装置。
图4为本发明实施例厌氧消化系统，其中预处理装置为微波强化装置。
附图标注：
1一级厌氧消化反应器，
11第一出料口， 12第一进料口，
2第一循环系统，
3二级厌氧消化反应器，
31第二进料口， 32第二出料口，
33第三出料口， 34第三进料口，
4第二循环系统，
5三级厌氧消化反应器，
51第四进料口， 52第四出料口，
53第五出料口， 54出气口，
6沼气池， 7集泥池，
8预处理装置，
81预处理进料口， 82预处理出料口
9污泥调配池，
10脱水机。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步详细说明。
一种厌氧消化系统(如图1～4所示)，包括一级厌氧消化反应器1、第一循环系统2、二级厌氧消化反应器3、第二循环系统4、三级厌氧消化系统5。
其中一级厌氧消化反应器的下端设有第一出料口11，上端设有第一回流进料口12。
二级厌氧消化反应器3下端设有第二进料口31和第三出料口33，二级厌氧消化反应器3上端设立第二出料口32和第三进料口34。
三级厌氧消化反应器5下端设有第四进料口51和第五出料口53，三级消化反应器上端5设立第四出料口52和出气口54。
一级厌氧消化反应器1的下端第一出料口11和二级厌氧消化反应器3下端的第二进料口31相连，二级厌氧消化器3第二出料口32和一级厌氧消化器1第一进料口12相连。二级厌氧消化反应器3下端第三出料口33和三级厌氧消化反应器5的下端第四进料口51相连。
三级厌氧消化反应器5第四出料口52和二级厌氧消化反应器3第三进料口34相连。
一级厌氧消化反应器1和二级厌氧消化反应器3之间设置第一循环系统2，在二级厌氧反应器3和三级厌氧消化反应器5之间设置第二循环系统4。
一级厌氧消化反应器1上端第一进料口12除与二级厌氧消化反应器3上端第二出料口32相连外，还与污泥调配池9相连。
三级厌氧消化器5的第五出料口53与集泥池7相连，三级厌氧消化器5的出气口54与沼气池6相连。
厌氧消化系统还包括预处理装置8。
预处理装置8为碱解强化处理装置(如图2所示)、预加热装置(如图3所示)或微波强化装置(如图4所示)。
碱解强化处理装置包括碱解池和静置池。
预处理装置8的下端和上端分别与一级厌氧消化反应器1的预处理出料口82和预处理进料口81相连。
第一循环系统2是指在一级厌氧消化反应器1和二级厌氧消化反应器3之间通过一级厌氧消化反应器1上端的第一进料口12和二级厌氧消化反应器3上端的第二出料口32相连，一级厌氧消化反应器1下端的第一出料口11和二级厌氧消化反应器3下端的第二进料口31相连所构成的循环回流体系；
第二循环系统4是指在二级厌氧消化反应器3和三级厌氧消化反应器5之间通过二级厌氧消化反应器3上端的第三进料口34与三级厌氧消化反应器5上端的第四出料口52相连，二级厌氧消化反应器3下端的第三出料口33和三级厌氧消化反应器5下端的第四进料口51相连所构成的循环回流体系。
实施例1
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池9中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的33.4％。
(1)如图1所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5L至一级厌氧消化反应器1中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L，由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中；
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度250rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气49.3L，甲烷含量62.55％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高22.5％。
实施例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为96.23％)在污泥调配池9中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的45.2％。
(1)如图1所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入4L至一级厌氧消化反应器1中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L，由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中；
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料2L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料8L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料4L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料4L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2.5d，二级厌氧消化反应器3停留时间为7.5d，三级厌氧消化反应器5停留时间为15d，共停留25d。控制消化过程中各反应器温度在55±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为25d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即50d～75d)后可稳定产气，实验组日产气47.5L，甲烷含量63.64％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高18.2％。
实施例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为99.12％)在污泥调配池9中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的60.2％。
(1)如图1所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5L至一级厌氧消化反应器1中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L，由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中；
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器3总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气23.5L，甲烷含量65.56％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高23.2％。
实施例4
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池9中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的33.4％。
(1)如图2所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至碱解预处理装置8中，投加碱性物质NaOH，碱性物质的投加量为每克VS0.06g，搅拌均匀后静置24h后，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度250rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气54.3L，甲烷含量62.55％，其产气总量比作为空白的普通单级厌氧消化工艺提高27.5％。
实施例5
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为96.23％)在污泥调配池9中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的45.2％。
(1)如图2所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入4.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.0L至碱解预处理装置8中，投加碱性物质氢氧化钙，碱性物质的投加量为每克VS0.08g，搅拌均匀后静置24h，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料2L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料8L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料4L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料4L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2.5d，二级厌氧消化反应器3停留时间为7.5d，三级厌氧消化反应器5停留时间为15d，共停留25d。控制消化过程中各反应器温度在55±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为25d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即50d～75d)后可稳定产气，实验组日产气50.5L，甲烷含量63.64％，其产气总量比作为空白的普通单级厌氧消化工艺提高23.2％。
实施例6
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为99.12％)在污泥调配池9中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的60.2％。
(1)如图2所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至碱解预处理装置8中，投加碱性物质氧化钙，碱性物质的投加量为每克VS0.08g，搅拌均匀后静置24h，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L至循环回流二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气27.5L，甲烷含量65.56％，其产气总量比作为空白的普通单级厌氧消化工艺提高27.2％。
实施例7
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池9中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的33.4％。
(1)如图3所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至加热预处理装置8中，120度加热30min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度250rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气58.3L，甲烷含量62.55％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高32.5％。
实施例8
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为96.23％)在污泥调配池9中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的45.2％。
(1)如图3所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入4.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.0L至加热预处理装置8中，100度加热45min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料2L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料8L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料4L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料4L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2.5d，二级厌氧消化反应器3停留时间为7.5d，三级厌氧消化反应器5停留时间为15d，共停留25d。控制消化过程中各反应器温度在55±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为25d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即50d～75d)后可稳定产气，实验组日产气55.5L，甲烷含量63.64％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高29.2％。
实施例9
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为99.12％)在污泥调配池9中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的60.2％。
(1)如图3所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至加热预处理装置8中，120度加热20min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气32.5L，甲烷含量65.56％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高29.2％。
实施例10
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池9中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的33.4％。
(1)如图4所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至微波预处理装置8中，调节微波功率800w，辐射5min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度250rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气56.3L，甲烷含量62.55％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高29.9％。
实施例11
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为96.23％)在污泥调配池9中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的45.2％。
(1)如图4所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入4.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.0L至微波预处理装置8中，调节微波功率1000w，辐射6min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料2L循环回流至一级厌氧消化反应器1中，通过第三出料口33每日出料8L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料4L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料4L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2.5d，二级厌氧消化反应器3停留时间为7.5d，三级厌氧消化反应器5停留时间为15d，共停留25d。控制消化过程中各反应器温度在55±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为25d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即50d～75d)后可稳定产气，实验组日产气52.5L，甲烷含量63.64％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高25.2％。
实施例12
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为99.12％)在污泥调配池9中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的60.2％。
(1)如图4所示，每日由第一进料口12通过污泥泵从污泥调配池9泵入5.0L至一级厌氧消化反应器1中，同时由第一出料口11每日出料6L至二级厌氧消化反应器3中，其中一级厌氧消化反应器1总有效体积为10L。然后从一级厌氧消化反应器1中通过预处理进料口81进料2.5L至微波预处理装置8中，调节微波功率600w，辐射7min，再通过预处理出料口82投入一级厌氧消化反应器1中。
(2)二级厌氧消化反应器3总有效体积为30L，通过第二出料口32每日出料1L循环回流至一级厌氧反应器1中，通过第三出料口33每日出料10L至三级厌氧消化反应器5中；
(3)三级厌氧消化反应器5总有效体积为60L，通过第四出料口52每日出料5L循环回流至二级厌氧消化反应器3中，并通过第五出料口53每日出料5L至集泥池7中。
故一级厌氧消化反应器1停留时间为2d，二级厌氧消化反应器3池停留时间为6d，三级厌氧消化反应器5停留时间为12d，共停留20d。控制消化过程中各反应器温度在35±2℃，搅拌速度200rpm。同时进行普通的单级厌氧消化实验，消化池的总有效体积为100L，停留时间为20d，并以此作为空白。
运行2～3个周期(即40d～60d)后可稳定产气，实验组日产气30.5L，甲烷含量65.56％，其产气总量比普通的单级厌氧消化工艺提高28.2％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种厌氧消化系统，其特征在于：包括一级厌氧消化反应器(1)、第一循环系统(2)、二级厌氧消化反应器(3)、第二循环系统(4)和三级厌氧消化器(5)，所述的一级厌氧消化器(1)和二级厌氧消化反应器(3)之间设有第一循环系统(2)，所述的二级厌氧反应器(3)和三级厌氧消化反应器(5)之间设有第二循环系统(4)。
2.根据权利要求1所述的厌氧消化系统，其特征在于：所述的一级厌氧消化反应器(1)的下端设有第一出料口(11)，上端设有第一进料口(12)；
或所述的二级厌氧消化反应器(3)下端设有第二进料口(31)和第三出料口(33)，二级厌氧消化反应器(3)上端设立第二出料口(32)和第三进料口(34)；
或所述的三级厌氧消化反应器(5)下端设有第四进料口(51)和第五出料口(53)，三级厌氧消化反应器(5)上端设立第四出料口(52)和出气口(54)。
3.根据权利要求2所述的厌氧消化系统，其特征在于：所述的一级厌氧消化反应器(1)下端的第一出料口(11)和二级厌氧消化反应器(3)下端的第二进料口(31)相连；
或所述的二级厌氧消化反应器(3)第二出料口(32)和一级厌氧反应消化器(1)第一进料口(12)经污泥泵相连；
或所述的二级厌氧消化反应器(3)下端第三出料口(33)和三级厌氧消化反应器(5)的下端第四进料口(51)相连；
或所述的三级厌氧消化反应器(5)第四出料口(52)和二级厌氧消化反应器(3)第三进料口(34)经污泥泵相连。
或所述的一级厌氧消化反应器(1)上端第一进料口(12)还与污泥调配池(9)相连；
或所述的三级厌氧消化器(5)的第五出料口(53)与集泥池(7)相连，三级厌氧消化器(5)的出气口(54)与沼气池(6)相连。
4.根据权利要求1所述的厌氧消化系统，其特征在于：所述的第一循环系统(2)是指在一级厌氧消化反应器(1)和二级厌氧消化反应器(3)之间通过一级厌氧消化反应器(1)上端的第一进料口(12)和二级厌氧消化反应器(3)上端的第二出料口(32)经污泥泵相连，一级厌氧消化反应器(1)下端的第一出料口(11)和二级厌氧消化反应器(3)下端的第二进料口(31)相连所构成的循环回流体系；
或所述的第二循环系统(4)是指在二级厌氧消化反应器(3)和三级厌氧消化反应器(5)之间通过二级厌氧消化反应器(3)上端的第三进料口(34)与三级厌氧消化反应器(5)上端的第四出料口(52)经污泥泵相连，二级厌氧消化反应器(3)下端的第三出料口(33)和三级厌氧消化反应器(5)下端的第四进料口(51)相连所构成的循环回流体系。
5.根据权利要求1所述的厌氧消化系统，其特征在于：所述的厌氧消化系统还包括预处理装置(8)，优选碱解强化处理装置、预加热装置或微波强化装置。
6.根据权利要求5所述的厌氧消化系统，其特征在于：所述的碱解强化处理装置包括碱解池和静置池；
或所述的预处理装置(8)的下端和上端分别与一级厌氧消化反应器(1)的预处理出料口(82)和预处理进料口(81)相连。
7.一种权利要求1-4中任一所述的厌氧消化系统用作污泥处理的应用，其特征在于：包含以下步骤：
(1)将污泥从污泥调配池(9)由第一进料口(12)通过污泥泵泵入一级厌氧消化反应器(1)中，然后从第一出料口(11)出料至二级厌氧消化池(3)中；
(2)从二级厌氧消化反应器(3)第二出料口(32)中出料循环回流至一级厌氧消化反应器(1)中，从二级厌氧消化反应器(3)第三出料口(33)出料至三级厌氧消化池(5)中；
(3)然后通过三级厌氧消化反应器(5)第四出料口(52)出料至二级厌氧消化反应器(3)中，并通过三级厌氧消化反应器(5)第五出料口(53)出料至集泥池(7)中。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的污泥发酵系统中各级每日回流处理量为所在级厌氧消化反应器有效体积的3％～30％；
或所述的厌氧消化污泥包括初沉污泥和剩余污泥，其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例的范围是20％～75％，其含水率范围为88％～98％；
或所述的一级厌氧消化停留时间为1d～3d，二级厌氧消化停留时间为5d～8d，三级厌氧消化停留时间为10d～15d；
或所述的从污泥调配池(9)通过第一进料口(12)投入一级厌氧消化反应器(1)中的污泥量等于从一级厌氧消化反应器(1)通过第一循环系统(2)净转移至二级厌氧消化反应器(3)的污泥量等于从二级厌氧消化反应器(3)通过第二循环系统(4)净转移至三级厌氧消化反应器(5)的污泥量等于从三级厌氧消化反应器(5)通过第五出料口(53)出料至集泥池(7)的污泥量。其量为一级厌氧消化反应器(1)体积的1～1/3，二级厌氧消化反应器(3)体积的1/5～1/8，三级厌氧消化反应器(5)体积的1/10～1/15；
或所述的一级厌氧消化反应器(1)、二级厌氧消化反应器(3)和三级厌氧消化反应器(5)的运行温度控制在35±2℃或55±2℃，搅拌速度30～250rpm。
9.一种权利要求5-6中任一所述的厌氧消化系统用作污泥处理的应用，其特征在于：包含以下步骤：
(1)将污泥从污泥调配池(9)由第一进料口(12)通过污泥泵泵入一级厌氧消化反应器(1)中；然后将污泥从一级厌氧消化反应器(1)中通过预处理进料口(81)出料至预处理装置(8)中，经预处理装置(8)预处理后，再通过预处理出料口(82)循环回流至一级厌氧消化反应器(1)中；
(2)从二级厌氧消化反应器(3)第二出料口(32)中出料循环回流至一级厌氧消化反应器(1)中，从二级厌氧消化反应器(3)第三出料口(33)出料至三级厌氧消化池(5)中；
(3)然后通过三级厌氧消化反应器(5)第四出料口(52)出料至二级厌氧消化反应器(3)中，并通过三级厌氧消化反应器(5)第五出料口(53)出料至集泥池(7)中。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的预处理为碱解强化预处理、加热预处理或微波辐射预处理；其中所述碱解强化是指碱性物质的投加量为每克有机固体含量的3％～15％，并搅拌均匀，静置24h；所述的碱性物质优选氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙；所述的加热预处理装置是指将污泥投入高温反应器中并维持污泥温度90～120℃，稳定10min～60min；所述的微波辐射预处理装置的微波频率为2450MHz，微波辐射功率100w～1000w，辐射时间1～20min。
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