CN102781852A - 污泥处理方法和污泥处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种污泥处理方法和污泥处理系统，其不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，完全实现效率高且效果好的能源利用。本发明的污泥处理方法包括：减压浓缩工序，在减压状态下使原污泥发泡并随着发泡气体浮起浓缩而获得浓缩污泥；真空形成工序，高速喷出高温蒸汽，将该高温蒸汽作为工作流体而形成真空状态；可溶化工序，使所述浓缩污泥与高温蒸汽接触而获得可溶化污泥；固气分离工序，其使所述可溶化污泥滞留并脱气而获得脱气污泥；甲烷发酵工序，其在厌氧性条件下使所述脱气污泥进行甲烷发酵而获得消化污泥。

Description

污泥处理方法和污泥处理系统

技术领域

本发明涉及一种污泥处理方法和污泥处理系统。

背景技术

作为在厌氧性条件下使下水污泥等污泥进行甲烷发酵并进行处理的污泥处理技术，目前已经提出了各种污泥处理方法和污泥处理系统等。考虑到近年来环境保护的观点，现在对这种利用甲烷发酵的污泥处理技术提出了有效果且有效率地利用能源的要求。此外，考虑到改善甲烷发酵效率和使设备变得紧凑等观点，使用这种利用甲烷发酵的污泥处理技术时，不仅要提高在处理中使用的污泥的浓度，而且还必须有效且可靠地提高这种污泥的浓度。

于是，作为使高浓度污泥进行甲烷发酵并进行处理的技术，例如已有如下的高浓度污泥的处理方法，其包括：将含水率90％以下的高浓度污泥进行超临界或者亚临界水处理、即在高温高压区域内进行处理的高温高压工序；将该高温高压工序的产出物进行甲烷发酵处理的甲烷发酵工序(日本专利特开2003-103299号公报等)。该高浓度污泥的处理方法的特征在于，通过在对高浓度污泥进行超临界或者亚临界水处理即在高温高压区域内进行处理后实施甲烷发酵，从而能够实现高浓度甲烷发酵。

但是，上述高浓度污泥的处理方法虽然能够对高浓度的污泥进行甲烷发酵处理，但未具体说明可有效且可靠地提高污泥浓度的方法，并且还不能具体且充分地改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，该高浓度污泥的处理方法中未具体说明如何效率高且效果好地利用从污泥回收的能源。

也就是说，目前尚未提供一种不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，从而完全实现效率高且效果好的能源利用的污泥处理方法和污泥处理系统。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本专利特开2003-103299号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明鉴于上述问题开发而成，其目的在于提供一种污泥处理方法和污泥处理系统，其不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，从而完全实现效率高且效果好的能源利用。

为解决上述课题，本发明提供一种污泥处理方法，具有：

一种污泥处理方法，具有：

减压浓缩工序，在减压状态下使原污泥发泡并随着发泡气体浮起浓缩，从而获得浓缩污泥；

真空形成工序，高速喷出高温蒸汽并将该高温蒸汽作为工作流体，从而形成真空状态；

可溶化工序，使所述浓缩污泥与高温蒸汽接触，从而获得可溶化污泥；

固气分离工序，使所述可溶化污泥滞留并脱气，从而获得脱气污泥；

甲烷发酵工序，在厌氧性条件下使所述脱气污泥进行甲烷发酵，从而获得消化污泥。

该污泥处理方法具有所述减压浓缩工序，在减压状态下使原污泥中的溶解气体发泡，原污泥中的固体成分会随着发泡气体浮起而形成较厚的固体成分层，并且通过压实发挥出高浓缩效果，获得高浓度的浓缩污泥，其结果是能够有效且可靠地提高原污泥的浓度。此外，由于具有所述真空形成工序，高速喷出的高温蒸汽会通过喷射器等装置，由此能容易地形成真空状态，对通过减压浓缩工序获得的浓缩污泥进行减压抽吸，且同时能利用该高温蒸汽在下述可溶化工序中容易地实现浓缩污泥的可溶化，因此可通过喷出高温蒸汽这一项操作形成真空状态且同时实现浓缩污泥的可溶化，从而实现效率高且效果好的能源利用。此外，由于具有所述可溶化工序，所以能够通过高温蒸汽的凝结冲击将具有高浓度和高粘度的所述浓缩污泥分解并加热而获得可溶化污泥，该可溶化污泥可大幅提高下述甲烷发酵工序中甲烷发酵的消化速度和消化率，因此能够充分实现高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，由于具有固气分离工序，所以能够对会在下述甲烷发酵工序中阻碍甲烷发酵的氨气等进行脱气而获得脱气污泥，并且通过将该氨气等进行脱气，能够有效且可靠地实现改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，在甲烷发酵工序中，经过加热的高浓度的脱气污泥不仅能够在厌氧性条件下充分发挥消化速度和消化率，进行甲烷发酵而获得消化污泥，而且经过加热的脱气污泥还能够维持甲烷发酵工序中甲烷发酵的最佳温度，在维持良好的甲烷发酵的同时有效地利用能源。也就是说，该污泥处理方法通过精简且紧凑的结构不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，实现效率高且效果好的能源利用。

可使用通过所述甲烷发酵工序获得的消化污泥作为原污泥。这种消化污泥会在甲烷发酵工序中被加热到甲烷发酵的最佳温度，而且与原污泥相比含有更多的溶解气体。也就是说，由于使用通过所述甲烷发酵工序获得的消化污泥作为原污泥，所以会在减压浓缩工序中的减压状态下，由于因沸点下降引起的沸腾蒸发现象而产生更多含有污泥中的水蒸气的发泡气体，该发泡气体会随着污泥中的固体成分大量回收污泥中的热量并浮起。其结果是，在利用高温蒸汽对含有如此回收了大量热量的发泡气体的浓缩污泥进行凝结加热时，能够减少所使用的能量。也就是说，该污泥处理方法不仅能够利用这种含有水蒸气的发泡气体有效地回收热量，从而降低真空形成工序和可溶化工序中高温蒸汽的使用能量，而且还能够利用含有水蒸气的发泡气体和高温蒸汽使加热到约55℃～100℃左右的脱气污泥在甲烷发酵工序中进行甲烷发酵，从而能够在甲烷发酵工序中始终维持最佳温度，因此无需在甲烷发酵工序中实施特别的加热操作来维持甲烷发酵的最佳温度，通过简单的方法即可可靠地节省能源，并且有效地回收和利用能源。

此外，为解决上述课题，本发明还提供一种污泥处理系统，其具有：

减压浓缩装置，其在减压状态下使原污泥发泡，并随着发泡气体浮起浓缩，从而获得浓缩污泥；

高温蒸汽喷出装置，其高速喷出高温蒸汽；

喷射器，其使用所述高温蒸汽作为工作流体，从而形成真空状态；

可溶化槽，其使所述浓缩污泥与高温蒸汽接触，从而获得可溶化污泥；

固气分离槽，其使所述可溶化污泥滞留并脱气，从而获得脱气污泥；

甲烷发酵槽，其在厌氧性条件下使所述脱气污泥进行甲烷发酵，从而获得消化污泥。

该污泥处理系统具有所述减压浓缩装置，与上述污泥处理方法中相同，其在减压状态下使原污泥中的溶解气体发泡，原污泥中的固体成分会随着发泡气体浮起，伴随于此而形成较厚的固体成分层，通过压实所产生的浓缩效果，能够有效且可靠地提高原污泥的浓度。此外，由于具有所述高温蒸汽喷出装置，所以能够通过喷出高温蒸汽这一机构在形成下述喷射器的真空状态的同时实现浓缩污泥的可溶化，从而能够实现效率高且效果好的能源利用。此外，由于具有所述喷射器，所以能够将上述高温蒸汽作为工作流体，从而容易地形成真空状态，同时能够容易地对通过减压浓缩装置获得的浓缩污泥进行减压抽吸。此外，由于具有所述可溶化槽，所以能够通过高温蒸汽的凝结冲击对具有高浓度和高粘度的所述浓缩污泥进行分解并加热而获得可溶化污泥，该可溶化污泥可大幅提高下述甲烷发酵槽中甲烷发酵的消化速度和消化率，因此能够充分改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，由于具有固气分离槽，所以能够对会在下述甲烷发酵槽中阻碍甲烷发酵的氨气等进行脱气而获得脱气污泥，并且能够有效且可靠地改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，由于具有甲烷发酵槽，所以上述脱气污泥能够在厌氧性条件下效率高且效果好地进行甲烷发酵，从而获得消化污泥。也就是说，该污泥处理系统通过精简且紧凑的结构不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，从而实现效率高且效果好的能源利用。

可使用通过所述甲烷发酵槽获得的消化污泥作为原污泥。这样一来，由于使用通过所述甲烷发酵槽获得的消化污泥作为原污泥，所以与上述污泥处理方法中相同，会在减压浓缩装置中在减压状态下产生更多含有污泥中的水蒸气的发泡气体，该发泡气体会随着污泥中的固体成分大量回收污泥中的热量并浮起，其结果是，在利用高温蒸汽对含有回收了大量热量的发泡气体的浓缩污泥进行凝结加热时，能够减少使用能量。也就是说，该污泥处理系统不仅能够利用这种含有水蒸气的发泡气体有效地回收热量，从而降低喷射器和可溶化槽中高温蒸汽的使用能量，而且还能够利用含有水蒸气的发泡气体和高温蒸汽，使加热到约55℃～100℃左右的脱气污泥在甲烷发酵槽中进行甲烷发酵，从而在甲烷发酵槽中始终维持最佳温度，因此无需在甲烷发酵槽中实施特别的加热操作来维持甲烷发酵的最佳温度，通过简单的方法即可可靠地节省能源，从而有效地回收和利用能源。

发明效果

如上所述，本发明所述的污泥处理方法和污泥处理系统，其在减压状态下使原污泥发泡并浮起浓缩，在使用高速喷出的高温蒸汽作为工作流体形成真空状态的同时对浮起浓缩的污泥进行减压抽吸，使该浓缩污泥与高温蒸汽接触而进行可溶化处理，然后使该可溶化污泥滞留并脱气，并在厌氧性条件下使经过脱气的污泥进行甲烷发酵，因此能够通过简单且紧凑的结构全部解决现有的课题，即不仅能够有效且可靠地提高污泥的浓度，而且可改善高浓度污泥的甲烷发酵效率，实现效率高且效果好的能源利用。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的污泥处理方法的流程图。

图2是表示本发明的一实施方式的污泥处理系统的简要结构图。

图3是表示本发明的其他实施方式的污泥处理系统的简要结构图。

图4是表示本发明的其他实施方式的污泥处理系统的简要结构图。

具体实施方式

以下，适当参照附图详细地说明本发明的实施方式。

首先参照图1，说明该污泥处理方法的STP1～STP5的各工序。具体而言，该污泥处理方法主要包括：用于在减压状态下浓缩原污泥P而获得浓缩污泥Q的减压浓缩工序STP1；使用高温蒸汽S作为工作流体而用于形成真空状态的真空形成工序STP2；用于使浓缩污泥Q与高温蒸汽S接触而获得可溶化污泥T的可溶化工序STP3；用于将可溶化污泥T脱气而获得脱气污泥U的固气分离工序STP4；用于使脱气污泥U进行甲烷发酵而获得消化污泥V的甲烷发酵工序STP5。

(减压浓缩工序)

减压浓缩工序STP1是在减压状态下使原污泥P发泡并随着发泡气体浮起浓缩，从而获得浓缩污泥Q的工序。在该减压浓缩工序STP1中，在减压状态下使原污泥P中的溶解气体发泡而产生发泡气体。该发泡气体会随着原污泥P中的固体成分浮起，固液分离为含有发泡气体的固体成分和液体成分。随着含有该发泡气体的固体成分浮起并层叠，会形成较厚的固体成分层，并且通过压实发挥高浓缩效果，其结果是能够获得高浓度的浓缩污泥Q。也就是说，减压浓缩工序STP1通过在减压状态下使原污泥P发泡这一简单方法，能够有效且可靠地提高原污泥P的浓度。此外，由于该浓缩污泥Q蓄积在浮起移动的最终地点的位置即最高位，所以能够容易地从上方排出、回收具有高浓度和高粘度的浓缩污泥Q，从而更易排出浓缩污泥Q。需要说明的是，可将上述液体成分作为脱离液R进行处理，从减压浓缩工序STP1排出。

作为减压浓缩工序STP1中的减压方法，并无特别限定，可列举例如利用下述真空形成工序STP2的真空状态的方法或另外使用真空泵等装置的方法等。

作为减压浓缩工序STP1中的减压状态下的负压，优选60kPa以上100kPa以下，更优选70kPa以上90kPa以下。这样，通过将减压浓缩工序STP1中的减压状态下的负压设定在所述范围，能够提高含有发泡气体的原污泥P的固体成分的浮起速度，因此能够可靠地提高压实上述污泥所产生的浓缩效果，同时能够更容易地排出和回收浮起浓缩后的浓缩污泥Q。如果该负压超出所述上限，则会过度促进原污泥P中的气体发泡，原污泥P的固体成分随着上述发泡气体浮起的效率降低，并且会降低污泥浓缩效果。此外，如果该负压不足所述下限，则原污泥P中的溶解气体的发泡会变得不充分，原污泥P的固体成分的浮起效果降低，并且污泥浓缩效果也可能降低。

作为原污泥P的种类，并无特别限定，可列举例如活性污泥、初沉污泥、剩余污泥、凝集沉淀污泥、净化槽污泥、以及有机性污泥等。此处，“活性污泥”是指污水中的浮游性的有机物、无机物以及各种原生动物等所吸附或附着在微生物的集合体上而成为泥状的物质。

作为减压浓缩工序STP1中产生的发泡气体的种类，具体而言，可列举氨气、氢气、硫化氢气、甲烷气、二氧化碳气、以及水蒸气等。

(真空形成工序)

真空形成工序STP2是用于高速喷出高温蒸汽S并且使用该高温蒸汽S作为工作流体而形成真空状态的工序。具体而言，该真空形成工序STP2中由于使高速喷出的高温蒸汽S通过喷射器等装置，高温蒸汽S的流速增加反而使压力降低，从而会因压力损失而容易地产生真空状态，因此能够容易地对通过上述减压浓缩工序STP1获得的浓缩污泥Q进行减压抽吸。此外，真空形成工序STP2中喷出的高温蒸汽S在下述可溶化工序STP3中能够利用凝结发热容易地使浓缩污泥Q可溶化。也就是说，真空形成工序STP2通过高速喷出高温蒸汽S这一项操作，不仅能够在减压浓缩工序STP1中对浓缩污泥Q进行减压抽吸，还能够在可溶化工序STP3中实现浓缩污泥Q的可溶化，所以能够实现效率高且效果好的能源利用。另外，还能够利用该真空形成工序STP2的真空状态，在上述减压浓缩工序STP1中进行减压。

作为高速喷出所述高温蒸汽S的装置，可使用众所周知的装置，可列举例如蒸汽锅炉等。

作为所述高温蒸汽S的温度，优选120℃以上180℃以下，更优选150℃以上170℃以下。于是，通过将真空形成工序STP2中的高温蒸汽S的温度设定在所述范围内，在使下述可溶化工序STP3中的浓缩污泥Q充分实现可溶化的同时，还能够充分加热可溶化污泥T，在下述甲烷发酵工序STP5中维持甲烷发酵的最佳温度。如果该高温蒸汽S的温度超出所述上限，则必须使用大量能源来提高温度，因此可能有悖于节约能源的要求。此外，如果该高温蒸汽S的温度不足所述下限，则下述可溶化工序STP3中的浓缩污泥Q会无法充分实现可溶化，而且可能无法充分加热可溶化污泥T，难以在下述甲烷发酵工序STP5中维持甲烷发酵的最佳温度。

作为所述高温蒸汽S的喷出压力，优选200kPa以上1000kPa以下，更优选500kPa以上800kPa。这样，通过将真空形成工序STP2中的高温蒸汽S的喷出压力设定在所述范围内，在利用真空形成工序STP2中的真空状态进行减压浓缩工序STP1中的减压时，能够形成可使上述原污泥P充分浮起浓缩这种程度的减压状态，且同时能够可靠地对通过上述减压浓缩工序STP1获得的浓缩污泥Q进行减压抽吸。如果该高温蒸汽S的喷出压力超出所述上限，则必须使用大量能源来提高喷出压力，从而可能有悖于节约能源的要求。此外，如果该高温蒸汽S的喷出压力不足所述下限，则会无法充分地对上述浓缩污泥Q进行减压抽吸。

(可溶化工序)

可溶化工序STP3是使所述浓缩污泥Q与高温蒸汽S接触而获得可溶化污泥T的工序。具体而言，可溶化工序STP3在真空条件下使真空形成工序STP2中喷出的高温蒸汽S与经过减压抽吸的浓缩污泥Q接触，接着通过释放到大气压力下而利用高温蒸汽S的凝结冲击将浓缩污泥Q加热，同时将其分解，由此可获得粘度低且流动性高的经过加热的可溶化污泥T。这种可溶化污泥T能够大幅提高下述甲烷发酵工序STP5中甲烷发酵的消化速度和消化率，因此可溶化工序STP3能够充分改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。

具体而言，下述甲烷发酵工序STP5中的甲烷发酵为中温甲烷发酵时，上述经过加热的可溶化污泥T的温度可为55℃以上85℃以下，高温甲烷发酵时可为70℃以上100℃以下。这样，通过将可溶化污泥T的温度设定在所述范围，能够在甲烷发酵工序STP5中有效地实现中温甲烷发酵或高温甲烷发酵的最佳温度，可靠地大幅提高消化速度和消化率。另外，如果该可溶化污泥T的温度超过所述上限，则可能会在下述甲烷发酵工序STP5中阻碍甲烷发酵的消化。此外，如果该可溶化污泥T的温度不足所述下限，则可能会无法大幅提高下述甲烷发酵工序STP5中甲烷发酵的消化速度和消化率。

(固气分离工序)

固气分离工序STP4是使所述可溶化污泥T滞留并脱气而获得脱气污泥U的工序。具体而言，固气分离工序STP4不仅能够使通过可溶化工序STP3获得的高流动性的可溶化污泥T滞留并脱气，从而能够有效且可靠地固气分离为脱气污泥U和脱气气体，同时还能够在不会降低高流动性的状态下提高污泥密度，能够使输送和处理变得更容易。如上所述，该脱气气体来自在减压浓缩工序STP1中的减压状态下从原污泥P产生的发泡气体，具体而言，是氨气、氢气、硫化氢气、甲烷气、以及二氧化碳气等的混合气体。也就是说，固气分离工序STP4能够将在下述甲烷发酵工序STP5中对甲烷发酵造成障碍的氨气进行充分脱气，因此通过将该氨气进行脱气，能够有效且可靠地改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。

作为固气分离工序STP4中可溶化污泥T的脱气方法，并无特别限定，可列举例如大气释放方法或利用下述甲烷发酵工序STP5中的消化气体的回收装置对可溶化污泥T的脱气气体进行脱气的方法等。

(甲烷发酵工序)

甲烷发酵工序STP5是在厌氧性条件下使所述脱气污泥U进行甲烷发酵而获得消化污泥V的工序。在该甲烷发酵工序STP5中，能够大幅提高使通过上述固气分离工序STP4获得的高浓度的脱气污泥U在厌氧性条件下进行甲烷发酵时的消化速度和消化率，因此能够充分改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，该脱气污泥U是如上所述将经过加热的可溶化污泥T进行脱气后的污泥，该脱气污泥U能够在甲烷发酵工序STP5中维持甲烷发酵的最佳温度，因此在甲烷发酵工序STP5中无需设置特别的加热装置，能够在维持良好的甲烷发酵的同时有效地利用能源。另外，在该甲烷发酵工序STP5中，会产生硫化氢气、甲烷气、氨气、以及二氧化碳气等消化气体。

作为甲烷发酵工序STP5中甲烷发酵的温度，在例如中温发酵时可调节为约35℃～40℃左右，在高温发酵时可调节为约50℃～55℃左右。这样，通过调节为适合各发酵方式的最佳温度，能够利用甲烷发酵工序STP5中的甲烷发酵而有效且稳定地消化污泥。

此外，该甲烷发酵工序STP5可设置回收所述消化气体的机构。这样一来，通过在甲烷发酵工序STP5中设置回收所述消化气体的机构，能够利用在甲烷发酵工序STP5中产生的甲烷气作为能源，例如可使用其作为在真空形成工序STP2中喷出高温蒸汽的蒸汽锅炉等的动力源。

在该污泥处理方法中，可使用通过所述甲烷发酵工序STP5获得的消化污泥V作为原污泥。具体而言，可以将通过甲烷发酵工序STP5获得的消化污泥V全部或部分地送回减压浓缩工序STP1，再次实施上述一系列的浮起浓缩、可溶化、脱气、以及消化等。如上所述，该消化污泥V在中温发酵中加热并维持在约35℃～40℃左右，在高温发酵中加热并维持在约50℃～55℃左右，此外，与原污泥P相比，该消化污泥V含有更多的溶解气体。也就是说，由于使用通过甲烷发酵工序STP5获得的消化污泥V作为原污泥，所以在减压浓缩工序STP1中的减压状态下，由于因沸点下降引起的沸腾蒸发现象而产生更多含有污泥中的水蒸气的发泡气体，该发泡气体会随着污泥中的固体成分大量回收污泥中的热量并浮起。需要说明的是，脱离液R的温度会因该水蒸气的蒸发潜热而降低约10℃～30℃。其结果是，在利用高温蒸汽对含有如此回收了大量热量的发泡气体的浓缩污泥进行凝结加热时，能够减少使用的能量。也就是说，该污泥处理方法不仅能够利用含有该水蒸气的发泡气体有效地回收热量，还能够降低真空形成工序STP2和可溶化工序STP3中高温蒸汽的使用能量，而且还能够达成如下效果，即，利用含有水蒸气的发泡气体和高温蒸汽，在甲烷发酵工序STP5中使加热到约55℃～100℃左右即上述甲烷发酵的最佳温度以上的脱气污泥进行甲烷发酵，从而能够与甲烷发酵工序STP5中的放热量相平衡而始终维持最佳温度，因此无需特别的加热操作来维持甲烷发酵的最佳温度，从而通过简单的方法即可可靠地节省能源并且有效地回收和利用能源。需要说明的是，在如此使用通过甲烷发酵工序STP5获得的消化污泥V作为原污泥时，该污泥处理方法也能够充分发挥上述各工序中说明的作用效果，此外减压装置等也可以分别使用相同的装置。

以下，参照图2说明污泥处理系统1。该污泥处理系统1主要具有减压浓缩装置2、高温蒸汽喷出装置3、喷射器4、可溶化槽5、固气分离槽6及甲烷发酵槽7。

(减压浓缩装置)

减压浓缩装置2是在减压状态下使原污泥P发泡并随着发泡气体浮起浓缩而获得浓缩污泥Q的装置。具体而言，减压浓缩装置2主要具有原污泥供给部8、脱离液排出部9及浓缩污泥排出部10。另外，在不损害本发明的目的的范围内，在原污泥供给部8、脱离液排出部9及浓缩污泥排出部10中还可设置调节阀(未图示)，该调节阀不仅能够调节原污泥的供给量以及脱离液和浓缩污泥的排出量，同时还能调节减压浓缩装置2内部的减压状态。

作为将原污泥P供给到减压浓缩装置2的方法，并无特别限定，可列举出例如利用下述喷射器4形成的真空状态而从浓缩污泥排出部10侧减压抽吸原污泥P的机构、从原污泥供给部8侧加压并供给原污泥P的机构等。此外，作为使该减压浓缩装置2的内部减压的机构，并无特别限定，可列举例如利用下述喷射器4形成的真空状态而从浓缩污泥排出部10侧进行抽吸减压的机构、利用真空泵等从脱离液排出部9进行抽吸减压的机构等。

作为减压浓缩装置2的形状，只要能够使原污泥P浮起浓缩即可，并无特别限定，可列举例如圆筒形和长方体等。此外，作为减压浓缩装置2的材料，只要能够维持内部的减压状态即可，并无特别限定，可使用众所周知的材料。

(高温蒸汽喷出装置)

高温蒸汽喷出装置3是高速喷出高温蒸汽S的装置。作为该高温蒸汽喷出装置3的种类，并无特别限定，可列举例如众所周知的蒸汽锅炉等。此外，在不损害本发明的目的的范围内，高温蒸汽喷出装置3还可具有调节高温蒸汽的温度、喷出压力和喷出量等的调节机构(未图示)等。

(喷射器)

喷射器4是使用所述高温蒸汽S作为工作流体而形成真空状态的装置。具体而言，喷射器4是用于在形成下述污泥浓缩装置2中的减压状态并对浓缩污泥Q进行减压抽吸的同时，将浓缩污泥Q和高温蒸汽S供给到下述可溶化槽5的装置。该喷射器4主要由喷嘴和扩散管(未图示)构成。该喷嘴和扩散管隔开适当的距离对向设置，由于高温蒸汽S会高速通过该喷嘴，所以当高温蒸汽S的流速增加时压力反而会降低，并因该压力损失在喷嘴和扩散管之间形成真空状态。另外，该喷嘴和扩散管的尺寸、形状和配置等可根据需要的真空压和吸入流量等自由调整。

(可溶化槽)

可溶化槽5是使所述浓缩污泥Q与高温蒸汽S接触而获得可溶化污泥T的装置。具体而言，该可溶化槽5使通过喷射器4的高温蒸汽S与浓缩污泥Q接触，通过释放到大气压力下而利用高温蒸汽S的凝结冲击对浓缩污泥Q进行加热，同时将其分解，由此便可获得可溶化污泥T。该可溶化槽5的形状和材料只要是能够使高温蒸汽S与浓缩污泥Q接触并在大气压力下释放即可，并无特别限定，可使用众所周知的形状和材料。

(固气分离槽)

固气分离槽6是使所述可溶化污泥T滞留并脱气而获得脱气污泥U的装置。具体而言，固气分离槽6是使由可溶化槽5获得的高流动性的可溶化污泥T滞留并脱气而固气分离为脱气污泥U和脱气气体的装置。该固气分离槽6主要具有用于将脱气气体排出到外部的气体排出部11、将脱气污泥U排出到外部的脱气污泥排出部12。

作为用于在固气分离槽6中对可溶化污泥T进行脱气的方法，可列举例如释放到大气中进行自然脱气的机构、利用下述甲烷发酵槽7中的消化气体的回收装置的机构等。另外，作为固气分离槽6的形状，并无特别限定，可列举例如大致圆锥形状，即将气体排出部11配置在上部，将脱气污泥排出部12配置在下部，并且该下部缩成大致圆锥状。如此，通过将固气分离槽6的下部形成为大致圆锥形状，能够使脱气污泥U自然流下，因此便于排出。另外，在不损害本发明的目的的范围内，固气分离槽6还可具有用于调节脱气污泥U和脱气气体的排出量的调节阀(未图示)。

(甲烷发酵槽)

甲烷发酵槽7是在厌氧性条件下使所述脱气污泥U进行甲烷发酵而获得消化污泥V的构件。具体而言，该甲烷发酵槽7主要具备将脱气污泥U供给到甲烷发酵槽7的脱气污泥供给部13、用于将消化污泥V排出到外部的消化污泥排出部14，除此以外还可以具备用于对甲烷发酵槽7内部的污泥进行搅拌的搅拌机构(未图示)、回收因甲烷发酵槽7中的甲烷发酵而产生的消化气体的储气罐等回收装置。此外，在不损害本发明的目的的范围内，脱气污泥供给部13和消化污泥排出部14中还可以具备调节脱气污泥U的供给量和消化污泥V的排出量的调节阀(未图示)。另外，该甲烷发酵槽7的形状和材料并无特别限定，可使用众所周知的形状和材料。另外，可以在上述消化气体的回收线路上连接固气分离槽6的脱气气体线路而共享储气罐等回收装置。

(污泥处理系统的操作步骤)

以下基于作用效果详细说明污泥处理系统1的操作步骤。

例如，在关闭减压浓缩装置2中的原污泥供给部8和脱离液排出部9的调节阀的同时打开浓缩污泥排出部10的调节阀。接着从高温蒸汽喷出装置3高速喷出高温蒸汽S，当高温蒸汽S会高速通过喷射器4时，由于高温蒸汽S高速通过喷嘴和扩散管，高温蒸汽S的流速增加反而导致压力降低，所以利用该压力损失可在喷嘴和扩散管之间形成真空状态。这样，减压浓缩装置2的内部成为减压状态，继续维持该减压状态并打开原污泥供给部8的调节阀，将原污泥P供给到减压浓缩装置2的内部。

在该减压浓缩装置2的内部，在减压状态下使原污泥P中的溶解气体发泡而产生发泡气体。该发泡气体会随着原污泥P中的固体成分浮起，从而固液分离为含有发泡气体的固体成分和液体成分。随着含有该发泡气体的固体成分浮起并层叠，会形成较厚的固体成分层，并且通过压实发挥出高浓缩效果，因此能够获得高浓度的浓缩污泥Q。也就是说，减压浓缩装置2通过使原污泥P在减压状态下发泡这一简单的机构能够有效且可靠地提高原污泥P的浓度。此外，由于浓缩污泥Q蓄积在浮起移动的最终地点的位置即最高位，所以能够容易地从上方排出或回收具有高浓度和高粘度的浓缩污泥Q，更易排出浓缩污泥Q。另外，可将上述液体成分作为脱离液R进行处理，能够从脱离液排出部9排出。另外，减压浓缩装置2中的减压状态下的负压、所产生的发泡气体的种类、原污泥P的种类、高温蒸汽S的温度和喷出压力等可以与上述污泥处理方法相同。

在减压浓缩装置2中浮起浓缩的浓缩污泥Q会利用喷射器4的真空作用而通过浓缩污泥排出部10被减压抽吸到喷射器4的内部，然后在可溶化槽5中与高温蒸汽S接触，并释放到大气压力下，由此便可利用高温蒸汽S的凝结冲击将浓缩污泥Q加热，同时将其分解，从而获得粘度低且流动性高的经过加热的可溶化污泥T。这种可溶化污泥T能够大幅提高下述甲烷发酵槽7中的甲烷发酵的消化速度和消化率，因此可溶化槽5能够充分改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。另外，该可溶化污泥T的温度可以与上述污泥处理方法相同。

从可溶化槽5获得的可溶化污泥T会被输送到固气分离槽6并滞留在内部。滞留在该固气分离槽6中的可溶化污泥T通过例如大气释放等方法进行自然脱气，从而固气分离为脱气污泥U和脱气气体。该脱气气体通过气体排出部11排出到外部，脱气污泥U通过脱气污泥排出部12排出到外部。这样，固气分离槽6不仅能够将可溶化污泥T有效且可靠地固气分离为脱气污泥U和脱气气体，同时还能够在提高污泥密度时不损害高流动性，使输送和处理变得更容易。此外，与上述污泥处理方法中相同，该脱气气体是氨气、甲烷气、二氧化碳气等的混合气体，可以使用固气分离槽6对会在下述甲烷发酵槽7中阻碍甲烷发酵的氨气进行充分脱气，所以固气分离槽6能够有效且可靠地改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。

从而固气分离槽6获得的脱气污泥U会通过甲烷发酵槽7的脱气污泥供给部13被输送到甲烷发酵槽7的内部，通过在厌氧性条件下进行甲烷发酵，形成消化污泥V。与上述污泥处理方法相同，在该甲烷发酵槽7中，利用固气分离槽6获得的高浓度的脱气污泥U能够大幅提高在厌氧性条件下进行中温或高温甲烷发酵时的消化速度和消化率，因此能够充分改善高浓度污泥的甲烷发酵效率。此外，该脱气污泥U是对如上所述经过加热的可溶化污泥T进行了脱气的污泥，该脱气污泥U能够维持甲烷发酵的最佳温度，因此无需在甲烷发酵槽7中设置特别的加热机构，就能够在维持甲烷发酵的同时有效地利用能源。另外，该甲烷发酵槽7中甲烷发酵的温度可以与上述污泥处理方法相同。

另外，虽然在该甲烷发酵槽7中会产生甲烷气、氨气、二氧化碳气等消化气体，但可以使用回收该消化气体的储气罐等回收装置，利用甲烷发酵槽7中产生的甲烷气作为能源，例如可以将其用作高温蒸汽喷出装置3的动力源。

通过甲烷发酵槽7获得的消化污泥V可以通过消化污泥排出部14排出到外部并废弃，但也可以使用通过所述甲烷发酵槽7获得的消化污泥V作为原污泥。也就是说，可以将通过甲烷发酵槽7获得的消化污泥V全部或部分地送回减压浓缩装置2，再次实施上述一系列的浮起浓缩、可溶化、脱气、以及消化等。即，与上述污泥处理方法相同，也使用通过所述甲烷发酵槽7获得的消化污泥V作为原污泥，由此，在减压浓缩装置2中的减压状态下，由于因沸点下降引起的沸腾蒸发现象而产生更多含有污泥中的水蒸气的发泡气体，该发泡气体会随着污泥中的固体成分大量回收污泥中的热量并浮起。其结果是，在利用高温蒸汽对含有如此回收了大量热量的发泡气体的浓缩污泥进行凝结加热时，能够减少所使用的能量。也就是说，该污泥处理系统1不仅能够通过含有该水蒸气的发泡气体有效地回收热量而降低喷射器4和可溶化槽5中高温蒸汽的使用能量，而且还能够通过含有水蒸气的发泡气体和高温蒸汽，在甲烷发酵槽7中使加热到约55℃～100℃左右温度的脱气污泥进行甲烷发酵，从而能够在甲烷发酵槽7中始终维持最佳温度，因此无需特别的加热操作来维持甲烷发酵的最佳温度，通过简单的机构就能可靠地节省能源，并且有效地回收和利用能源。需要说明的是，像这样使用通过甲烷发酵槽7获得的消化污泥V作为原污泥时，该污泥处理系统也能够充分发挥上述各装置等中说明的作用效果，并且减压机构等也可以分别使用相同的各机构。

另外，本发明的污泥处理方法和污泥处理系统并不限定于所述实施方式。例如在本发明的污泥处理系统中，如图3所示，可以将甲烷发酵槽分为2槽，在甲烷发酵槽7的前段串联配置另一个甲烷发酵槽15。此时，如果在本发明的污泥处理系统中使用由甲烷发酵槽7获得的消化污泥V作为原污泥，则消化污泥V会通过消化污泥排出部14供给到污泥浓缩装置2，经过上述一系列的浮起浓缩、可溶化、以及脱气等形成脱气污泥U，该脱气污泥U会被供给到甲烷发酵槽15并进行消化。由于本发明的污泥处理系统具有这种结构，所以不仅能够发挥与上述污泥处理系统1相同的作用效果，而且还能够在现有的双槽式即将第1槽设为甲烷发酵槽、将第2槽设为污泥分离槽时的污泥分离槽上设置例如搅拌机，而作为甲烷发酵槽发挥功能，因此能够提高污泥处理能力。

此外，例如在本发明的污泥处理系统中，如图4所示，可以使用可溶化槽和固气分离槽形成为一体的可溶化固气分离槽16，从而一体性地在可溶化部17中进行浓缩污泥的可溶化且同时在固气分离部18中进行可溶化污泥的固气分离。这样一来，即使不分开可溶化槽和固气分离槽，也能够使用可溶化固气分离槽16来发挥与上述污泥处理系统1相同的作用效果，进而能够使系统变得更加精简和紧凑。另外，此时作为该可溶化固气分离槽16的结构，可列举例如使从喷射器供给的高温蒸汽和浓缩污泥的供给部从中心开始偏心，在固气分离槽内产生如所谓气旋般的旋流的结构。

此外，在例如本发明的污泥处理方法的减压浓缩工序和污泥处理系统的减压浓缩装置中，可以对于原污泥或送回减压浓缩工序、减压浓缩装置的消化污泥添加凝集剂。通过添加该凝集剂，不仅能够提高污泥的浓缩速度，而且还能够减少脱气污泥的含水率，从而能够提高污泥处理性能。

作为所述凝集剂的种类，并无特别限定，可列举例如聚氯化铝、聚硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铝等无机凝集剂；丙烯酰胺共聚物、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的甲基氯4级化合物等阳离子类高分子凝集剂；聚丙烯酰胺部分水解物、阴离子单体共聚物、阴离子单体和非离子型单体的共聚物等阴离子类高分子凝集剂；丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯腈、醋酸乙烯等非离子类高分子凝集剂等。其中，优选使用容易获得且发挥良好的污泥凝集效果的高分子凝集剂。另外，该凝集剂可以单独使用1种或并用2种以上。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的污泥处理方法和污泥处理系统可用于活性污泥、初沉污泥、剩余污泥、凝集沉淀污泥、净化槽污泥、以及有机性污泥等的处理。

符号说明

1    污泥浓缩系统

2    减压浓缩装置

3    高温蒸汽喷出装置

4    喷射器

5    可溶化槽

6    固气分离槽

7    甲烷发酵槽

8    原污泥供给部

9    脱离液排出部

10    浓缩污泥排出部

11    气体排出部

12    脱气污泥排出部

13    脱气污泥供给部

14    消化污泥排出部

15    甲烷发酵槽

16    可溶化固气分离槽

17    可溶化部

18    固气分离部

P    原污泥

Q    浓缩污泥

R    脱离液

S    高温蒸汽

T    可溶化污泥

U    脱气污泥

V    消化污泥

Claims (4)

1.一种污泥处理方法，包括：

减压浓缩工序，在减压状态下使原污泥发泡并随着发泡气体浮起浓缩，从而获得浓缩污泥；

真空形成工序，高速地喷出高温蒸汽并将该高温蒸汽作为工作流体，从而形成真空状态；

可溶化工序，使所述浓缩污泥与高温蒸汽接触，从而获得可溶化污泥；

固气分离工序，使所述可溶化污泥滞留并脱气，从而获得脱气污泥；

甲烷发酵工序，在厌氧性条件下使所述脱气污泥进行甲烷发酵，从而获得消化污泥。

2.如权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，

使用通过所述甲烷发酵工序获得的消化污泥作为原污泥。

3.一种污泥处理系统，具备：

减压浓缩装置，其在减压状态下使原污泥发泡并随着发泡气体浮起浓缩，从而获得浓缩污泥；

高温蒸汽喷出装置，其高速喷出高温蒸汽；

喷射器，其使用所述高温蒸汽作为工作流体而形成真空状态；

可溶化槽，其使所述浓缩污泥与高温蒸汽接触，从而获得可溶化污泥；

固气分离槽，其使所述可溶化污泥滞留并脱气，从而获得脱气污泥；

甲烷发酵槽，其在厌氧性条件下使所述脱气污泥进行甲烷发酵，从而获得消化污泥。

4.如权利要求3所述的污泥处理系统，其特征在于，

使用利用所述甲烷发酵槽获得的消化污泥作为原污泥。

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