CN103708693A - 一种城市污水处理所产生污泥的消解系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市污水处理所产生污泥的消解系统及方法，所述系统的预处理单元，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置；厌氧消化单元包括一个或多个塔式反应器，塔式反应器内部装有填料载体，塔式反应器设有加热控温装置，塔式反应器设有沼气收集装置，厌氧消化单元设有自循环泵；注氧单元包括鼓风设备和好氧消化菌投放装置；好氧消化单元包括两个以上的塔式反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经全部塔式反应器。本发明的有益效果：污泥中的固体物可以消解95%以上，最大程度地分解污泥避免二次污染；通过本发明提供的系统和方法消解污泥后，污水处理厂的污泥脱水系统可以取消，经济上合理可行。
Description
技术领域
本发明属于城市污水处理技术领域，尤其涉及一种城市污水处理所产生污泥的消解系统及方法。
背景技术
随着我国城市化水平的不断提高，城市污水处理量逐年增长，城市污水处理后产生大量高含水率的污泥。一座10万吨/天的污水处理厂每天产生的脱水污泥约为40吨，1年就是14600吨；根据城乡住房和建设部2012年一季度的统计，全国已建成的污水处理厂3198座，处理能力达到1.38亿米3/天；产生的污泥（含水率80%）约55200吨/天。
目前国家《室外排水设计规范》（GB50014-2006）中对城市污水厂污泥的处置规定有：厌氧消化、好氧消化、机械脱水、干化焚烧和综合利用5项。然而由于各种原因，国内对城市污水处理厂产生的污泥大多数只限于机械脱水，脱水后的干污泥的含水率为80-75%，脱水后的干污泥大都是闲置堆放，任其自然风干或随雨水渗入地下二次污染。
长期以来，人们努力通过各种工艺对城市污水处理所产生污泥进行减量化处理。
公开号为CN1915868的中国发明专利，公开了一种城镇污水污泥减量化、资源化的方法，利用超声破解作用使污泥解体，然后结合厌氧/好氧消化工艺，最后通过膜分离工艺得到达标排放的水和有机液体肥。
公开号为CN101239771的中国发明专利，公开了一种水源热泵与污泥厌氧消化集成方法及系统，利用水源热泵实现污水厂出水中低品位热能的回收与热源供应；城市污水处理厂产生的污泥进入厌氧反应器，被从出水中提取热量的热泵提供的热水加热，反应生成沼气，沼气经收集后用于烘干污泥或驱动曝气鼓风机；消化后的污泥通过机械脱水、干化等一系列过程后获得干化污泥，可用作优质肥料或固体燃料。
公开号为CN102241464的中国发明专利，公开了一种城市污泥处理方法及其设备，通过加热浓缩污泥进行高温水解酸化反应，然后进行温水解厌氧消化反应、中温产甲烷消化反应、中温水解厌氧消化反应后得到沼气和消化污泥，将沼气进行脱硫处理将消化污泥进行脱水，产生脱水污泥和消化液。
然而上述现有技术对城市污水处理所产生污泥处理的结果只能实现污泥减量，后续依然需要膜分离、机械脱水等方法对剩余污泥处理，不能实现污泥的完全或绝大部分消解。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种城市污水处理所产生污泥的消解系统和方法，通过本系统处理后，可以将城市污水处理所产生污泥全部或绝大部分（95%以上）消解，从根本上解决污泥二次污染问题，对环境保护具有重要意义；同时，使用本系统以后，可以取消污水处理厂的污泥脱水系统，从而使整套系统的投入和运行费用在经济上具备可行性。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
(1)一种城市污水处理所产生污泥的消解系统，包括预处理单元、厌氧消化单元、注氧单元、好氧消化单元；
所述预处理单元，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置；
所述厌氧消化单元包括一个或多个塔式反应器，塔式反应器内部装有填料载体，塔式反应器设有加热控温装置，塔式反应器设有沼气收集装置，厌氧消化单元设有自循环泵；
所述注氧单元包括鼓风设备和好氧消化菌投放装置；
所述好氧消化单元包括两个以上的塔式反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经全部塔式反应器。
(2)根据(1)所述的消解系统，所述消解系统还包括回流单元，所述回流单元与好氧消化单元的出口连接；所述回流单元包括膜分离装置、清水泵和污泥泵；通过所述污泥泵，将膜分离装置分离出来的污泥回流到预处理单元。
(3)根据(1)或(2)所述的消解系统，所述预处理单元还包括加热控温装置。
(4)根据(1)-(3)任一项所述的消解系统，所述厌氧消化单元的自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到1mm/s以上。
（5）根据(1)-(4)任一项所述的消解系统，所述厌氧消化单元中的塔式反应器高度4-20m、直径3-15m。
（6）根据(1)-(5)任一项所述的消解系统，所述厌氧消化单元沼气收集装置前设有脱硫装置。
（7）根据(1)-(6)任一项所述的消解系统，所述好氧消化单元塔式反应器的数量为2-6个，塔式反应器高度4-20m、直径3-15m。
（8）一种城市污水处理所产生污泥的消解方法，包括以下步骤：
a.预处理，包括均质，将城市污水处理所产生污泥与厌氧消化菌充分均匀接触；
b.厌氧消化，在反应器内进行厌氧消化，并收集产生的沼气；
c.注氧，向厌氧消化反应后的污泥注入空气，并投放好氧消化菌；
d.好氧消化，在反应器内进行好氧消化。
（9）根据（8）所述的消化方法，所述的消化方法还包括步骤e.回流，将好氧消化反应后的产物进行固液分离，再将分离的污泥回流，进行再次预处理。
（10）根据（8）或（9）所述的消化方法，在所述步骤a中，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
（11）根据（8）-（10）任一项所述的消化方法，通过燃烧步骤b中收集的沼气，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
（12）根据（8）-（11）任一项所述的消化方法，在所述步骤b中，所述厌氧消化菌附着于所述反应器的填料载体上。
（13）根据（8）-（12）任一项所述的消化方法，在厌氧消化的反应器内设有自循环泵，使反应器内循环上升流速达到1mm/s以上；反应温度维持30-35℃，反应时间为72-96h。
（14）根据（8）-（13）任一项所述的消化方法，在所述步骤c中，污泥与空气的体积比为1:5-1:15。
（15）根据（8）-（14）任一项所述的消化方法，在所述步骤d中，包括至少两个反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经反应器，反应温度为常温，反应时间为24-48h。
本发明提供的城市污水处理所产生污泥的消解系统，按照消解工艺步骤依次设置有预处理单元、厌氧消化单元、注氧单元、好氧消化单元和回流单元。
所述预处理单元，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置和加热控制装置，城市污水处理所产生污泥输送到均质池后，通过厌氧消化菌投放装置投放厌氧消化菌，由设置在均质池内的搅拌装置搅拌使污泥成分均匀、防止沉淀、污泥和厌氧消化菌充分均匀接触，同时通过加热控温装置加热均质池，使污泥和厌氧消化菌维持在适宜温度（例如30-35℃）。
经过预处理单元处理后的污泥和厌氧消化菌输送到厌氧消化单元，所述厌氧消化单元包括一个或多个塔式反应器，塔式反应器优选高度4-20m、直径3-15m，塔式反应器的个数根据处理量的大小确定，多个塔式反应器可以串联或并联；塔式反应器内部装有填料载体，填料载体可以是固定在塔式反应器内部，也可以是活动的填料载体，悬浮分散于污泥中；厌氧消化单元设有自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到1mm/s以上；塔式反应器设有加热控温装置，使反应温度维持在适宜温度（例如30-35℃）；塔式反应器设有沼气收集装置，收集、储存和输送厌氧消化反应产生的沼气；根据污泥的具体情况，必要时在沼气收集装置前增加脱硫装置，将沼气脱硫后再行收集、储存和输送；沼气可以用于加热预处理单元的均质池、厌氧消化单元的塔式反应器，也可以收集作为清洁能源使用。设置在塔式反应器内部的填料载体，是微生物固定的媒介，通俗讲就是使微生物在载填料体上“安家落户”，这样就能够保证反应器中有足够的微生物群体，每个填料载体及附着在其表面的微生物群体就是一个微型生物反应器，污泥经过填料载体就被其上的微生物分解。载体的比表面积越大，微生物的群体就越多，分解污泥或污水中的有机物的能力就越强，处理效率就越高。自循环泵确保塔式反应器内的污泥充分流动并与填料载体上附着的微生物充分接触反应。污泥在厌氧消化单元的反应时间为72-96h。污泥经厌氧消化单元反应后，可以消解污泥中的有机物80-90%。
污泥在厌氧消化单元充分进行厌氧消化反应后，进入注氧单元。所述注氧单元通过鼓风设备（例如鼓风机、气泵）向厌氧消化反应后的污泥注入空气和好氧消化菌，气流提供动力，污泥与空气的体积比为1:5-1:15。
注入空气和好氧消化菌后的污泥进入好氧消化单元，所述好氧消化单元包括两个以上的塔式反应器，污泥通过管道以折流（即污泥从一个塔式反应器底部流入、顶部流出，然后从下一个塔式反应器底部流入、顶部流出）的形式依次流经数个塔式反应器。由于反应器的断面与折流管的断面面积相差极大，空气进入反应器后在折流管中质量传递效率极高，使得空气中氧的溶解率也极高，溶解氧的效率高使得好氧微生物的生长及其旺盛，也使得污水或污泥中的有机物分解的效率极高。通过折流的方式，可以使好氧消化单元水中的溶解氧要比常规好氧处理装置提高2-3倍。水中溶解氧的提高是随着反应器串联的数量增加而提高的，但是反应器数量串联越多则动力能耗也越高，平衡溶解氧效率提高和反应器串联数量增加导致动力能耗之间的关系，本发明优选好氧消化单元塔式反应器的数量为2-6个，塔式反应器优选高度4-20m、直径3-15m，更优选高度8-15m、直径5-12m。所述好氧消化单元设有气水分离装置，确保剩余空气得到安全分离。污泥在好氧消化单元的反应温度为常温，反应时间为24-48h。
污泥经厌氧好氧消化单元反应后，可以消解污泥中的固体物95%以上。
从好氧消化单元流出的出水已经基本没有固体物，长期积累可能会有没有消解完的固体物，从好氧消化单元流出的出水进入回流单元，所述回流单元包括膜分离装置、清水泵和污泥泵，分离出的清水由清水泵回流到污水处理厂的曝气池，少量污泥由污泥泵回流到预处理单元。
本发明具有以下有益效果：污泥中的固体物可以消解95%以上，最大程度地分解污泥避免二次污染；通过本发明提供的系统和方法消解污泥后，污水处理厂的污泥脱水系统可以取消，经济上合理可行。本发明方法直接处理污水厂污泥、节省现有技术处理污泥工艺环节,节省投资与运营成本。
附图说明
附图为本发明的城市污水处理所产生污泥的消解系统示意图。
附图标记：1为预处理单元；2为厌氧消化单元；3为注氧单元；4为好氧单元；5为回流单元；A为沼气。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
一种城市污水处理所产生污泥的消解方法，包括以下步骤：
a.预处理，包括均质，将城市污水处理所产生污泥与厌氧消化菌充分均匀接触；使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。优选的，可以通过燃烧步骤b中收集的沼气，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
b.厌氧消化，在反应器内进行厌氧消化，并收集产生的沼气；所述厌氧消化附着于所述反应器的菌填料载体上；在厌氧消化的反应器内设有自循环泵，使反应器内循环上升流速达到1mm/s以上；反应温度维持30-35℃，反应时间为72-96h。
c.注氧，向厌氧消化反应后的污泥注入空气，并投放好氧消化菌；污泥与空气的体积比为1:5-1:15。
d.好氧消化，在反应器内进行好氧消化；包括至少两个反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经反应器，反应温度为常温，反应时间为24-48h。
所述的消化方法还包括步骤e.回流，将好氧消化反应后的产物进行固液分离，再将分离的污泥回流，进行再次预处理。
实施例2
城市污水处理所产生污泥的消解系统，按照消解工艺步骤依次设置有预处理单元1、厌氧消化单元2、注氧单元3、好氧消化单元4和回流单元5。
所述预处理单元1，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置和加热控温装置。城市污水处理所产生污泥输送到均质池后，通过厌氧消化菌投放装置投放厌氧消化菌，由设置在均质池内的搅拌装置搅拌使污泥成分均匀、防止沉淀、污泥和厌氧消化菌充分均匀接触，同时通过加热控温装置加热均质池，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
经过预处理单元1处理后的污泥和厌氧消化菌输送到厌氧消化单元2，所述厌氧消化单元2包括一个塔式反应器，塔式反应器高度5m、直径6m，塔式反应器内部装有固定填料载体；厌氧消化单元设有自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到1mm/s；塔式反应器设有加热控温装置，使反应温度维持30-35℃；塔式反应器设有沼气收集装置，收集、储存和输送厌氧消化反应产生的沼气；污泥在厌氧消化单元的反应时间为72h。污泥经厌氧消化单元反应后，可以消解污泥中的固体物90%。
污泥在厌氧消化单元2充分进行厌氧消化反应后，进入注氧单元3。所述注氧单元3通过鼓风鼓风机向厌氧消化反应后的污泥注入空气，污泥与空气的体积比为1:15，注入好氧消化菌。
注入空气和好氧消化菌后的污泥进入好氧消化单元4，所述好氧消化单元4包括四个塔式反应器，污泥通过管道以折流（即污泥从一个塔式反应器底部流入、顶部流出，然后从下一个塔式反应器底部流入、顶部流出）的形式依次流经四个塔式反应器。塔式反应器高度12m、直径9m。所述好氧消化单元4设有气水分离装置，确保剩余空气得到安全分离。污泥在好氧消化单元4的反应温度为常温，反应时间为48h。污泥经好氧消化单元反应后，污泥中的固体物基本消解。
从好氧消化单元4流出的出水进入回流单元5，所述回流单元5包括膜分离装置、清水泵和污泥泵，分离出的清水由清水泵回流到污水处理厂的曝气池，少量污泥由污泥泵回流到预处理单元1。
实施例3
城市污水处理所产生污泥的消解系统，按照消解工艺步骤依次设置有预处理单元1、厌氧消化单元2、注氧单元3、好氧消化单元4和回流单元5。
所述预处理单元1，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置和加热控温装置。城市污水处理所产生污泥输送到均质池后，通过厌氧消化菌投放装置投放厌氧消化菌，由设置在均质池内的搅拌装置搅拌使污泥成分均匀、防止沉淀、污泥和厌氧消化菌充分均匀接触，同时通过加热控温装置加热均质池，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
经过预处理单元1处理后的污泥和厌氧消化菌输送到厌氧消化单元2，所述厌氧消化单元2包括两个塔式反应器，塔式反应器高度12m、直径9m，塔式反应器内部装有固定填料载体；厌氧消化单元设有自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到1.5mm/s；塔式反应器设有加热控温装置，使反应温度维持30-35℃；塔式反应器设有沼气收集装置，收集、储存和输送厌氧消化反应产生的沼气；污泥在厌氧消化单元的反应时间为96h。污泥经厌氧消化单元反应后，可以消解污泥中的固体物85%。
污泥在厌氧消化单元2充分进行厌氧消化反应后，进入注氧单元3。所述注氧单元3通过鼓风鼓风机向厌氧消化反应后的污泥注入空气，污泥与空气的体积比为1:10，注入好氧消化菌。
注入空气和好氧消化菌后的污泥进入好氧消化单元4，所述好氧消化单元4包括三个塔式反应器，污泥通过管道以折流（即污泥从一个塔式反应器底部流入、顶部流出，然后从下一个塔式反应器底部流入、顶部流出）的形式依次流经三个塔式反应器。所述好氧消化单元4设有气水分离装置，确保剩余空气得到安全分离。污泥在好氧消化单元4的反应温度为常温，反应时间为24-48h。污泥经好氧消化单元反应后，污泥中的固体物消解99%。
从好氧消化单元4流出的出水进入回流单元5，所述回流单元5包括膜分离装置、清水泵和污泥泵，分离出的清水由清水泵回流到污水处理厂的曝气池，少量污泥由污泥泵回流到预处理单元1。
实施例4
城市污水处理所产生污泥的消解系统，按照消解工艺步骤依次设置有预处理单元1、厌氧消化单元2、注氧单元3、好氧消化单元4和回流单元5。
所述预处理单元1，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置和加热控温装置。城市污水处理所产生污泥输送到均质池后，通过厌氧消化菌投放装置投放厌氧消化菌，由设置在均质池内的搅拌装置搅拌使污泥成分均匀、防止沉淀、污泥和厌氧消化菌充分均匀接触，同时通过加热控温装置加热均质池，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
经过预处理单元1处理后的污泥和厌氧消化菌输送到厌氧消化单元2，所述厌氧消化单元2包括一个塔式反应器，塔式反应器高度20m、直径15m，塔式反应器内部装有活动的填料载体，悬浮分散于污泥中；厌氧消化单元设有自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到2mm/s；塔式反应器设有加热控温装置，使反应温度维持30-35℃；塔式反应器设有沼气收集装置，收集、储存和输送厌氧消化反应产生的沼气；污泥在厌氧消化单元的反应时间为72h。污泥经厌氧消化单元反应后，可以消解污泥中的固体物80%。
污泥在厌氧消化单元2充分进行厌氧消化反应后，进入注氧单元3。所述注氧单元3通过鼓风鼓风机向厌氧消化反应后的污泥注入空气，污泥与空气的体积比为1:5，注入好氧消化菌。
注入空气和好氧消化菌后的污泥进入好氧消化单元4，所述好氧消化单元4包括两个塔式反应器，污泥通过管道以折流（即污泥从一个塔式反应器底部流入、顶部流出，然后从下一个塔式反应器底部流入、顶部流出）的形式依次流经四个塔式反应器。塔式反应器高度可以是8-20m、直径5-15m。所述好氧消化单元4设有气水分离装置，确保剩余空气得到安全分离。污泥在好氧消化单元4的反应温度为常温，反应时间为24-48h。污泥经好氧消化单元反应后，污泥中的固体物消解95.5%。
从好氧消化单元4流出的出水进入回流单元5，所述回流单元5包括膜分离装置、清水泵和污泥泵，分离出的清水由清水泵回流到污水处理厂的曝气池，少量污泥由污泥泵回流到预处理单元1。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其他的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。
Claims (15)
1.一种城市污水处理所产生污泥的消解系统，其特征在于，包括预处理单元、厌氧消化单元、注氧单元、好氧消化单元；
所述预处理单元，包括均质池、设置在均质池内的搅拌装置、厌氧消化菌投放装置；
所述厌氧消化单元包括一个或多个塔式反应器，塔式反应器内部装有填料载体，塔式反应器设有加热控温装置，塔式反应器设有沼气收集装置，厌氧消化单元设有自循环泵；
所述注氧单元包括鼓风设备和好氧消化菌投放装置；
所述好氧消化单元包括两个以上的塔式反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经全部塔式反应器。
2.根据权利要求1所述的消解系统，其特征在于，所述消解系统还包括回流单元，所述回流单元与好氧消化单元的出口连接；所述回流单元包括膜分离装置、清水泵和污泥泵；通过所述污泥泵，将膜分离装置分离出来的污泥回流到预处理单元。
3.根据权利要求1或2所述的消解系统，其特征在于，所述预处理单元还包括加热控温装置。
4.根据权利要求1或2所述的消解系统，其特征在于，所述厌氧消化单元的自循环泵，使塔式反应器内循环上升流速达到1mm/s以上。
5.根据权利要求1或2所述的消解系统，其特征在于，所述厌氧消化单元中的塔式反应器高度4-20m、直径3-15m。
6.根据权利要求1或2所述的消解系统，其特征在于，所述厌氧消化单元沼气收集装置前设有脱硫装置。
7.根据权利要求1或2所述的消解系统，其特征在于，所述好氧消化单元塔式反应器的数量为2-6个，塔式反应器高度4-20m、直径3-15m。
8.一种城市污水处理所产生污泥的消解方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.预处理，包括均质，将城市污水处理所产生污泥与厌氧消化菌充分均匀接触；
b.厌氧消化，在反应器内进行厌氧消化，并收集产生的沼气；
c.注氧，向厌氧消化反应后的污泥注入空气，并投放好氧消化菌；
d.好氧消化，在反应器内进行好氧消化。
9.根据权利要求8所述的消化方法，其特征在于，所述的消化方法还包括步骤e.回流，将好氧消化反应后的产物进行固液分离，再将分离的污泥回流，进行再次预处理。
10.根据权利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步骤a中，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
11.根据权利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，通过燃烧步骤b中收集的沼气，使污泥和厌氧消化菌维持在30-35℃。
12.根据权利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述厌氧消化菌附着于所述反应器的填料载体上。
13.根据权利要求12所述的消化方法，其特征在于，在所述反应器内设有自循环泵，使反应器内循环上升流速达到1mm/s以上；反应温度维持30-35℃，反应时间为72-96h。
14.根据权利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步骤c中，污泥与空气的体积比为1:5-1:15。
15.根据权利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步骤d中，包括至少两个反应器，污泥通过管道以折流的形式依次流经反应器，反应温度为常温，反应时间为24-48h。
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