CN103332840A

CN103332840A - 一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置及方法

Info

Publication number: CN103332840A
Application number: CN2013102847997A
Authority: CN
Inventors: 穆红岩; 申维真; 王刚; 高明; 张羽; 沙雪华; 李琳
Original assignee: BMEI Co Ltd
Current assignee: BMEI Co Ltd
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103332840B

Abstract

一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置及方法，包括污泥储存输送装置、污泥低温热调质装置、污泥厌氧消化装置、热交换装置、废气处理装置、污泥热交换储存装置、机械脱水装置、除臭装置和蒸汽锅炉。经过装置处理后，产生的沼气可作为蒸汽锅炉燃料或对外出售，泥饼可外运作为填埋土或其他利用，在污泥处理过程取得了能量回收利用、资源化利用、节约能耗、降低成本的技术效果。

Description

一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置及方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物领域,尤其涉及一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置及方法。

背景技术

近年来，我国城市污泥产量逐年增加，截至2010年年底，我国污水处理厂产生的污泥量达2200万吨。“十二五”期间，我国将新建1200座城镇污水处理厂，预计到2015年末我国湿污泥产量至少达到2600万吨。目前，我国产生的污泥约48.28%土地利用、34.48%填埋、3.45%焚烧、13.79%未进行合理处置，污泥处理处置总体状况以土地利用形式为主，大部分用于农业,但仍有大部分的污泥没有得到合理的处置，这将会给环境带来潜在的危害。采用厌氧消化方式对污泥进行处置是实现污泥稳定化非常有效的途径，产生的沼气可以回收利用，这样不仅解决了污泥的处置难题，还实现了污泥的资源化利用的目的。

传统污泥厌氧消化工艺存在停留时间长（一般厌氧消化过程需要20～30天）、设施占地面积大、基建投资和运行费用高、能耗高和有机物去除率低（仅为40%左右）等问题。根据厌氧消化理论，污泥消化首先需要克服固体有机物的水解，但由于污泥中大部分有机物包含于微生物细胞内，导致水解速率慢，成为污泥消化速率的主要限制因素。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，提出本发明。本发明旨在。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，旨在获得污泥减量、节约能耗、降低成本的技术效果。

一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，包括污泥储存输送装置、污泥低温热调质装置、污泥厌氧消化装置、热交换装置、废气处理装置、污泥热交换储存装置、除臭装置、机械脱水处理装置和蒸汽锅炉，其中：

污泥低温热调质装置的顶部依次设有污泥进料口、蒸汽入口和乏蒸汽出口，底部有污泥出料口，污泥低温热调质装置内设有搅拌器；污泥储存输送装置经第一污泥泵、第一热交换装置和污泥进料口相连，蒸汽入口与蒸汽锅炉相连，乏蒸汽出口经第三热交换装置与废气处理装置相连，污泥出料口经第二污泥泵、第二热交换装置连接至污泥热交换存储装置；

污泥厌氧消化反应装置的顶部两侧设有有进料口和沼气出口，底部两侧面设有出料口和水浴进出口；污泥热交换储存装置经第三污泥泵与进料口相连，沼气出口经第一引风机、沼气储存净化装置、第二引风机连接至蒸汽锅炉，出料口经第四污泥泵与机械脱水装置相连，水浴进出口与第三热交换装置相连；

废气处理装置经第三引风机与蒸汽锅炉相连；

污泥储存输送装置经第四引风机与臭气处理装置相连。

一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法，具体步骤为：

步骤1）污泥预热：污泥储存输送装置通过第一污泥泵将污泥送往第一热交换装置进行预热；

步骤2）低温热调质处理：将预热后的污泥泵入污泥低温热调质装置，将饱和蒸汽通入污泥低温热调质装置，搅拌器开始搅拌，污泥与饱和蒸汽发生热解反应；污泥达到要求的温度和压力后保持一定时间，之后泻压阀开启进行排气泻压，排出乏蒸汽，搅拌器反转排泥；

步骤3）热交换：低温热调质处理后的高温污泥经第二热交换装置降温后输送至污泥热交换储存装置。经低温热调质处理后的高温污泥，通过第二热交换装置降温，回收的热量用于第一热交换装置中污泥的预热；污泥经第一热交换装置预热后，冷却的介质输送至第二热交换装置，用于对低温热调质后的高温污泥进行冷却，回收热能；

步骤4）厌氧发酵：污泥从热交换储存装置泵入厌氧消化反应装置，与驯化好的污泥按比例充分混合，进行厌氧发酵；

步骤5）机械脱水处理：厌氧发酵后的污泥泵入机械脱水处理装置进行机械脱水处理，得到一定含水率的泥饼。

机械脱水处理产生的污水排回污水厂达标排放；厌氧发酵产生的沼气，经沼气储存净化装置中处理后可作为蒸汽锅炉的燃料或辅助燃料。

本发明产生的有益效果是：

（1）安全性高。整个反应过程无粉尘产生，不会发生静电爆炸等安全隐患。

（2）高效联合，节约能耗。通过污泥低温热调质技术对污泥进行处理，破坏污泥有机物高分子结构、胶状絮体等固相物质持水结构，大幅度改善污泥脱水性能，污泥的固体有机物溶解、液化，部分溶解性的大分子有机物水解变成小分子物质，为后续厌氧消化产沼创造了有利条件。整个工艺多次、有效回收热能再利用，有利于节约能耗。

（3）环保。在密闭反应器中与饱和蒸汽发生反应，后续污泥处理不会产生异味及环保问题。同时低温热调质过程无燃烧，避免了二恶英的产生。

（4）资源化再利用。污泥经过厌氧消化产生沼气，可作为锅炉的燃料或辅助燃料，用于加热锅炉。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置的结构示意图。

图2为本发明一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法的工艺流程图。

图中：1、污泥储存输送装置2、第一污泥泵3、第一热交换装置4、污泥低温热调质装置5、第二污泥泵6、第二热交换装置7、污泥热交换储存装置8、第三污泥泵9、厌氧消化反应装置10、第四污泥泵11、机械脱水装置12、第一引风机13、沼气储存净化装置14、第二引风机15、蒸汽锅炉16、第三热交换装置17、废气处理装置18、第三引风机19、除臭装置20、第四引风机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，包括污泥储存输送装置1、污泥低温热调质装置4、污泥厌氧消化装置9、第一污泥泵2、第二污泥泵5、第三污泥泵8、第四污泥泵10、第一热交换装置3、第二热交换装置6、第三热交换装置16、第一引风机12、第二引风机14、第三引风机18、第四引风机20、废气处理装置17、污泥热交换储存装置7、除臭装置19、机械脱水处理装置11和蒸汽锅炉15。

污泥低温热调质装置4的顶部依次设有污泥进料口、蒸汽入口和乏蒸汽出口，底部有污泥出料口；污泥储存输送装置1经第一污泥泵1、第一热交换装置3和污泥低温热调质装置4的污泥进料口相连，污泥经污泥进料口进入污泥低温热调质装置4；蒸汽入口与蒸汽锅炉相连，蒸汽锅炉15通过蒸汽入口向污泥低温热调质装置4供给饱和蒸汽；乏蒸汽出口经第三热交换装置16与废气处理装置17相连，乏蒸汽从乏蒸汽出口排出后，经第三热交换装置16将冷凝后送往废气处理装置17进行处理，废气处理装置17处理后残余的少量有机气体经第三引风机18输送至蒸汽锅炉15进行焚烧；污泥出料口经第二污泥泵5、第二热交换装置6连接至污泥热交换存储装置7；

污泥厌氧消化反应装置9的顶部两侧设有进料口和沼气出口，底部两侧面设有出料口和水浴进出口；污泥热交换储存装置7经第三污泥泵8与污泥厌氧消化反应装置9的进料口相连，污泥厌氧消化反应装置9的沼气出口经第一引风机12、沼气储存净化装置13、第二引风机14连接至蒸汽锅炉15，将沼气输送至蒸汽锅炉；污泥厌氧消化反应装置9的出料口经第四污泥泵10与机械脱水装置11相连，对排出的污泥进行机械脱水；第三热交换装置16与污泥厌氧消化反应装置9的水浴进出口相连，利用其回收的能量维持厌氧消化反应装置9的厌氧消化反应温度。

污泥储存输送装置1经第四引风机与臭气处理装置19相连，处理整个厂房中产生的废气；

作为一种优选，污泥低温热调质装置采用的是蒸汽热解立式反应釜，蒸汽热解立式反应釜中设有搅拌器，在热解反应过程中对污泥进行搅拌，搅拌器可采用直叶或者斜叶搅拌桨结构；

作为一种优选，厌氧消化反应装置采用的是序批式连续搅拌厌氧消化反应器。

其中，热交换装置用以将污泥预热、高温污泥和乏蒸汽的热量回收再利用；污泥热交换储存装置用以将经过污泥低温热调质产生的污泥储存和降温，并回收部分余热。

将上述污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置运用于一个日产含水率80%-90%的污泥约50吨的污水处理厂，其中污泥低温热调质装置选用两个5m³的蒸汽热解立式反应釜。所对应的污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法的具体步骤为：

步骤1）污泥预热：将含水率为80%-90%的污泥通过污泥运输车倾倒至污泥储存输送装置1，倾泄完毕后，污泥储存输送装置1通过与污泥储存输送装置1仓底相连接的第一污泥泵2将污泥连续、均速、容积恒定地送往第一热交换装置3，将污泥预热至50-90℃；

步骤2）低温热调质处理：预热后的污泥从污泥进入污泥低温热调质装置4，进料完毕后，蒸汽锅炉15将温度为110-200℃的饱和蒸汽经蒸汽入口通入污泥低温热调质装置4，搅拌器开始搅拌，污泥与饱和蒸汽发生热解反应，其中搅拌器的转速为15-25r/min，直至污泥达到要求的温度（120-180℃）和压力（1.2-2.2MPa）后，保持5-30min；之后进入排气泻压阶段，乏蒸汽从乏蒸汽出口排出直至低温热调质装置4内恢复常压，排出的乏蒸汽温度为120-180℃，排气泻压开始之后，搅拌器反转进行排泥。从进料开始到污泥排出，整个过程为1.2-2.5h。

污泥低温热调质的作用是用以破坏污泥中细胞固相物质的外壁结构，使污泥中水与固体颗粒的结合形态发生改变，改善污泥的脱水性能，有利于后续的厌氧消化处理。

步骤3）热交换：经低温热调质处理后的高温污泥，通过第二热交换装置6降温至95-98℃；经第二热交换装置6降温后的污泥输送至污泥热交换储存装置7储存、降温并部分回收热能，降温至34-36℃。其中，第二热交换装置6和污泥热交换储存装置7回收的热能均通过热交换介质传输至第一热交换装置3，用于对进入污泥低温热调质装置4前的污泥进行预热，污泥经第一热交换装置3预热后，冷却的介质输送至第二热交换装置6，用于对低温热调质后的高温污泥进行冷却，回收热能。

步骤4）厌氧发酵：污泥热交换储存装置7中的污泥经第三污泥泵8泵入厌氧消化反应装置9，与驯化好的污泥按照污泥负荷（F/M）=3:1充分混合，进行厌氧发酵，厌氧发酵的时间为15-20天。其中，污泥负荷为有机物量F和微生物量M的重量比，是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量。单位kgCOD(BOD)/(kg污泥.d)，反映单位重量的活性污泥在单位时间内所承受的有机物的数量。

步骤5）机械脱水处理：厌氧发酵后的污泥由第三污泥泵16泵入机械脱水处理装置11进行机械脱水处理，得到含水率为40-60%的泥饼，泥饼外运作为填埋土或其他利用，脱出的污水排入污水处理厂进行处理。

机械脱水处理产生的污水排回污水厂达标排放；厌氧发酵产生的沼气首先输送至沼气储存净化装置13中处理，处理后的沼气用作蒸汽锅炉15的燃料或辅助燃料。

本发明还包括其他步骤：

①废气处理步骤：将步骤2）中产生的乏蒸汽，其热量首先由第三热交换装置16回收后冷凝至50℃，回收的热量用于维持厌氧消化反应装置9的温度；经废气处理装置17处理后达标排放，少量的有机气体输送至蒸汽锅炉15进行焚烧。

②除臭步骤：将“污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置”整套装置中产生的废气经除臭装置19处理后再达标排放；

③供汽步骤，蒸汽锅炉15作为供汽装置，将饱和蒸汽输送至步骤2）中的污泥低温热调质装置4中，用于维持热解反应所需的温度;

④系统产生的冷凝水及脱出液共同排入至污泥热交换储存装置8中，再通过厌氧消化处理，达标后再排入污水处理厂。

Claims

1.一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，其特征在于，包括：污泥储存输送装置、污泥低温热调质装置、污泥厌氧消化装置、污泥热交换储存装置、污泥泵、热交换装置、引风机、废气处理装置、臭气处理装置、机械脱水处理装置和蒸汽锅炉。

2.根据权利要求1所述的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，其特征在于，所述污泥低温热调质装置采用蒸汽热解立式反应釜，蒸汽热解立式反应釜中设有搅拌器，搅拌器采用直叶或者斜叶搅拌桨结构。

3.根据权利要求1所述的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理装置，其特征在于，所述厌氧消化反应装置采用序批式连续搅拌厌氧消化反应器。

4.一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1）污泥预热：污泥储存输送装置的给料机通过第一污泥泵送往第一热交换装置预热；

5.根据权利要求4所述的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法，其特征在于，还包括其他步骤：

①废气处理步骤：将步骤2）中产生的乏蒸汽，其热量首先由第三热交换装置回收后冷凝至50℃，回收的热量用于维持厌氧消化反应装的温度；经废气处理装置处理后达标排放，少量的有机气体输送至蒸汽锅炉进行焚烧；

②除臭步骤：整套装置中产生的废气经除臭装置处理后再达标排放；

③供汽步骤，蒸汽锅炉作为供汽装置，将饱和蒸汽输送至步骤2）中的污泥低温热调质装置中;

④整套装置产生的冷凝水及脱出液共同排入至污泥热交换储存装置中，再通过厌氧消化处理，达标后再排入污水处理厂。

6.根据权利要求4所述的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法，其特征在于，在所述步骤3）中，饱和蒸汽的温度为110-200℃；搅拌器的搅拌速度为15-25r/min。

7.根据权利要求4所述的一种污泥低温热调质厌氧产沼成套处理方法，其特征在于，步骤4）中的污泥与驯化好的污泥按照污泥负荷F/M=3:1充分混合。