CN104030537A - 污泥处理系统及污泥处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了污泥处理系统，包括依次连接的污泥收集池、污泥调节池、污泥热水解装置、热交换器、厌氧反应装置、污泥脱水装置和污泥干化装置，还包括储气罐和沼气锅炉，储气罐的输入端与厌氧反应装置的出气端连接，沼气锅炉的燃料输入端与储气罐的输出端连接，沼气锅炉的输出端与污泥热水解装置连接，污泥脱水装置的出水端与污泥调节池的输入端连接。本发明还公开了污泥处理方法包括如下步骤1)收集污泥原料并用水稀释；2)将稀释后的污泥原料在高温下水解；3)将热水解污泥厌氧消化得到沼气和消化污泥；4)对沼气进行收集；5)对消化污泥进行脱水及干化得到污泥成品。通过上述步骤及方法，实现了污泥处理的资源化、无害化、减量化及稳定化。

Description

污泥处理系统及污泥处理方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理领域，特别涉及污泥处理系统及污泥处理方法。

背景技术

当前国内外主流的污泥处理技术路线大致分为5种：1、污泥厌氧消化法，2、污泥好氧发酵+土地利用法，3、干化焚烧+填埋/建材辅料法，4、污泥水泥窑协同焚烧法，5、污泥脱水填埋法。根据中国水网的研究分析，目前全国范围内数量有限进入处理环节的污泥中，只有10％左右通过好氧发酵处理后回用到土地，另外有20％采用卫生填埋，还有少量采用焚烧、建材利用等方式进行处置，其余的70％只是随意外运、简单填埋或者堆放。这70％的污泥量成为环境污染的最大隐患—二次污染，污泥深度处理迫在眉睫。

据分析，脱水填埋工艺之所以在行业内大行其道，是由于其相较于其他工艺来说明显成本更低。一般而言，一次性投资成本最大的是干化焚烧工艺，约为70万元/吨以上，好氧/厌氧发酵制肥技术平均约为30万-50万元/吨，但深度脱水工艺投资成本约10万元/吨。简单脱水填埋所造成的二次污染问题已经在很多已运行的污泥处理设施中凸显，由此给很多项目方带来额外的二次改造投入，污泥处理生产充满市场生机。

随着行业探索的深入，被列为过渡性措施的脱水填埋工艺在国内污泥处理行业中将逐渐示弱，取而代之的是兼具无害化处理效果明显及经济性适中的好氧或厌氧发酵制肥路线，将通过资源化路径与耕地、城市园林绿地开发结合起来，好氧/厌氧发酵工艺的未来价值将集中于下游资源化的产业链延伸上。城市污泥中的有机质和氮磷钾养分含量较高，其发酵制出的有机质肥料比畜禽粪便等废弃物制出的有机肥的肥效高出不少，市场潜力很大。

目前在污泥处理领域中使用的污泥处置方法对于国家规定与要求的污泥的资源化、无害化、减量化、稳定化等问题基本都只能做到其中一、二项，不能够四个标准都能够全部达到。

发明内容

本发明提供了一种可以实现污泥处理的资源化、无害化、减量化、稳定化的污泥处理系统及相应的污泥处理方法。

根据本发明的一个方面，提供了污泥处理系统，包括依次连接的污泥收集池、污泥调节池、污泥热水解装置、热交换器、厌氧反应装置、污泥脱水装置和污泥干化装置，还包括储气罐和沼气锅炉，厌氧反应装置设有出气端，储气罐的输入端与厌氧反应装置的出气端连接，沼气锅炉的燃料输入端与储气罐的输出端连接，沼气锅炉的输出端与污泥热水解装置连接，污泥脱水装置设有出水端，污泥脱水装置的出水端与污泥调节池的输入端连接。

其有益效果是：污泥通过污泥收集池进行收集，后进入污泥调节池加水稀释成可流动状态。稀释后的污泥输送到密封的污泥热水解装置中进行高温水解。经过热水解后，污泥体积增大，水解后污泥颗粒变小，易于分解。经过热水解后的污泥进入到热交换器内进行降温。降温后的污泥再输送到厌氧反应装置内进行厌氧消化处理。厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质。厌氧消化后的污泥再输送到污泥脱水装置和污泥干化装置进行脱水及干化后即可得到成品污泥。通过上述步骤，污泥中的有机物被消化分解，可使污泥稳定化、污泥无害化，同时产生大量高热值的沼气，作为能源利用，使污泥资源化。另外，污泥经消化以后，其中的部分有机氮转化成了氨氮，提高了污泥的肥效。通过有机物质的分解使污泥的减量化，再通过浓缩和脱水进一步实现减量化，为污泥的最终处置创造条件。通过上述步骤，实现了污泥处理的资源化、无害化、减量化及稳定化。

在一些实施方式中，污泥处理系统还包括脱硫装置，脱硫装置连接在厌氧反应装置和储气罐之间。其有益效果是：脱硫装置可脱除沼气中的含硫气体，避免其在燃烧后造成二次污染。

在一些实施方式中，污泥处理系统还包括污水处理系统，污泥脱水装置和污泥干化装置均设有出水端，污水处理系统的输入端与污泥脱水装置和污泥干化装置的出水端连接，污水处理系统的输出端与沼气锅炉的进水端连接。其有益效果是：污泥脱水装置和污泥干化装置从污泥分离出的污水经过污水处理系统处理后得到达排放标准的清水，该清水可直接排放也可用于沼气锅炉的的锅炉用水。

在一些实施方式中，污泥收集池和污泥调节池之间设有过滤栅。其有益效果是：通过过滤栅将大块的垃圾杂物进行过滤以及清理，以防进入下一个环节堵塞污泥的输送装置。

在一些实施方式中，厌氧反应装置的底部设有与储气罐的出气部连接的进气管，厌氧反应装置为厌氧反应罐，厌氧反应罐为上大下小的锥形。其有益效果是：厌氧反应装置的底部设有与储气罐的出气部连接的进气管，可将储气罐中的沼气输送到厌氧反应装置中对进行厌氧反应的污泥进行搅拌。厌氧反应罐设置成上大下小的锥形可方便污泥的搅拌及排放。

根据本发明的另一个方面，应用上述的污泥处理系统的污泥处理方法，包括如下步骤：

1)收集污泥原料并用水稀释到含水率达到80％～90％；

2)将稀释后的污泥原料在133～137℃下水解2～4小时得到水解产物；

3)将水解产物降温后密闭条件下厌氧消化16～18天产以生沼气和消化污泥；

4)对沼气进行收集；

5)对消化污泥进行脱水及干化得到污泥成品。

其有益效果是：污泥经过热水解后，污泥体积增大，水解后污泥颗粒变小，含水率低且易于脱水，这是因为热水解使污泥有机物菌体细胞的破碎，胞外聚合物和胞内大分子有机物水解为小分子有机物降低了粘度，同时热水解改变了污泥中的水的分布，不可以机械分离的细胞内部水、间隙水、毛细水减少，可通过机械分离的自由水增多从而改变了污泥脱水性能。厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。首先，有机物被厌氧消化分解，可使污泥稳定化，使之不易腐败。其次，通过厌氧消化，大部分病原菌或蛐虫卵被杀灭或作为有机物被分解，使污泥无害化。第三，随着污泥被稳定化，将产生大量高热值的沼气，作为能源利用，使污泥资源化。另外，污泥经消化以后，其中的部分有机氮转化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的减量化虽然主要借浓缩和脱水，但有机物被厌氧分解，转化成沼气，这本身也是一种减量过程。污泥脱水干化的目的是使固体富集，减少污泥体积，进一步实现减量化，为污泥的最终处置创造条件。

在一些实施方式中，步骤1)中污泥收集池对污泥进行收集，并采用污泥调节池对污泥进行稀释，将污泥原料用水稀释之前将污泥原料进行过滤，所述步骤1)中的污泥原料包括餐厨垃圾和城镇污水厂污泥/工业废水污泥等。其有益效果是：将污泥原料进行过滤以防大块的垃圾进入下一个环节堵塞污泥的输送装置。对污泥原料进行过滤可餐厨垃圾可增加污泥中的有机物含量，为下一个环节污泥厌氧提供条件。

在一些实施方式中，步骤2)中采用污泥热水解装置对污泥进行水解，污泥热水解装置为二个以上进行序批式循环生产。其有益效果是：可保证水解的连续化生产。

在一些实施方式中，步骤3)中采用厌氧反应装置对污泥进行厌氧消化，步骤4)中采用储气罐对沼气进行收集，储气罐收集后的沼气再输送到厌氧反应装置的底部对厌氧反应装置中的污泥进行搅拌。其有益效果是：利用厌氧消化生成的沼气对厌氧反应装置中的污泥进行搅拌，使污泥中的厌氧消化菌分布更均匀，可促进污泥的厌氧消化反应。

在一些实施方式中，步骤4)收集后的沼气用于对沼气锅炉的燃料，沼气锅炉产生的蒸气用于对步骤2)中稀释后的污泥原料进行加热。其有益效果是：通过厌氧消化生成的沼气作为沼气锅炉的燃料，而沼气锅炉产生的蒸气又作为污泥原料的热源，实现了能量的循环利用。

附图说明

图1为本发明一实施方式的污泥处理系统的结构示意图；

图2为污泥处理方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的污泥处理系统。

如图1所示，污泥处理系统包括依次连接的污泥收集池110、污泥调节池120、污泥热水解装置130、热交换器140、厌氧反应装置150、污泥脱水装置160和污泥干化装置170。污泥收集池110和污泥调节池120之间安装过滤栅。将城镇污水厂污泥或/和工业废水污泥送入污泥收集池110，并加餐厨垃圾进行混合。混合后的污泥通过过滤栅进行过滤后送入到污泥调节池120中，将污泥调节池120中的污泥用水进行稀释到含水率达80％以上，要求稀释后的污泥具有流动性。再将稀释后的污泥以螺杆泵输送到密闭的污泥热水解装置130中，对污泥热水解装置130中的污泥以蒸气进行加热。污泥热水解装置130可采用污泥水解罐，厌氧反应装置150可采用厌氧反应罐，污泥脱水装置160可选用板框式压泥机，污泥干化装置170可选用带式干燥机。

污泥处理系统还包括脱硫装置200、储气罐180和沼气锅炉190。厌氧反应装置150开有出气端141，厌氧反应装置150的出气端141与脱硫装置200的进气端连接，脱硫装置200的出气端与储气罐180的输入端连接。沼气锅炉190的燃料输入端与储气罐180的输出端连接，沼气锅炉190的输出端与污泥热水解装置130连接。污泥脱水装置160上开有出水端161，污泥脱水装置160的出水端161与污泥调节池120的输入端连接。厌氧反应装置150的底部设有与储气罐180的出气部连接的进气管。厌氧反应装置150中的污泥在厌氧消化过程中会产生沼气，沼气中含有大量的甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氢气体。厌氧消化所产生的沼气首先输送到脱硫装置200以脱除其中的硫化氢气体，脱硫后的沼气再输送到储气罐180进行储存。储气罐180中的沼气可通过管道输送到厌氧反应装置150的底部对正在进行厌氧消化的污泥进行搅拌。储气罐180中的沼气也可作为燃料输送到沼气锅炉190内对沼气锅炉190进行加热。沼气锅炉190所产生的蒸气输送到污泥热水解装置130内对需要进行水解的污泥进行加热及保温。实现的物料能量的循环利用。

污泥处理系统还包括污水处理系统210。污泥脱水装置160和污泥干化装置170均设有出水端，污水处理系统210的输入端与污泥脱水装置160和污泥干化装置170的出水端连接，污水处理系统210的输出端与沼气锅炉190的进水端连接。污泥脱水装置160和污泥干化装置170分离出的污水输经除臭后输送到送到污泥调节池120作为调节用水，也可经污水处理系统210净化后又可输送到沼气锅炉190作为锅炉用水。

厌氧反应装置150可选用厌氧反应罐，为方便搅拌和排料，厌氧反应罐可设计成上大下小的锥形。

图2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的污泥处理方法。

如图2所示，适用于上述污泥处理系统的污泥处理方法，包括如下步骤：

1)污泥收集及污泥调节：以污泥收集池110对污泥进行收集，所收集的污泥包括城镇污水厂污泥或/和工业废水污泥和餐厨垃圾。收集的污泥原料经过滤栅过滤后进入污泥调节池120，并用水稀释到含水率达到80％～90％；

2)污泥水解：将稀释后的污泥原料送入污泥热水解装置130中，在污泥热水解装置130中通入高压蒸汽将污泥加热到133～137℃水解2～4小时得到水解产物。污泥热水解装置130设为二个以上进行序批式循环生产。

3)污泥消化：将水解后的水解产物送入热交换器140降温至45～50℃，再送入厌氧反应装置150中，在密闭条件下厌氧消化16～18天产生沼气和消化污泥。

4)沼气收集及沼气供热：厌氧消化所产生的沼气输送到脱硫装置200进行脱硫后再输送到储气罐180进行收集。储气罐180收集后的沼气再通过厌氧反应装置150底部的进气管输送到厌氧反应装置150的底部，以对厌氧反应装置150中的污泥进行搅拌。收集后的沼气输送到沼气锅炉190作为沼气锅炉190的燃料，沼气锅炉190产生的蒸气输送到污泥热水解装置130中对污泥热水解装置130中的污泥原料进行加热。

5)污泥脱水及污泥干化：采用污泥脱水装置160和污泥干化装置170对消化污泥进行脱水及干化得到污泥成品。污泥脱水装置160和污泥干化装置170分离出的污水经除臭后可输送到污泥调节池120作为调节用水。污泥脱水装置160和污泥干化装置170分离出的污水经过污水处理系统处理后可作为沼气锅炉190的锅炉用水。

6)沼气发电：储气罐180中的污泥还可以输送到沼气发电装置中进行发电，所产生的电量用于对整个污泥处理系统提供电能，以实现资源的循环利用。

实施例1

城镇污水厂污泥和餐厨垃圾在污泥收集池110中以4：1的比例混合，后经过过滤栅过滤后输送到污泥调节池120，加水调节至污泥的含水率为80％，再将污泥以螺杆泵输送到密闭的污泥水解罐中，以高压蒸气直接通入到污泥水解罐中对污泥进行加热，加热至135℃保温2小时进行水解。水解后的污泥通过螺杆泵输送到热交换器140中降温至45℃后，输送到密闭的厌氧反应罐进行厌氧消化17天。厌氧消化过程中产生的沼气通过硫装置200脱硫后送入储气罐180进行储存。厌氧消化后产生的消化污泥通过板框式压泥机和带式干燥机进行脱水及干化后得到成品污泥。

实施例2

工业废水污泥和餐厨垃圾在污泥收集池110中以5：1的比例混合，后经过过滤栅过滤后输送到污泥调节池120，加水调节至污泥的含水率为85％，再将污泥以螺杆泵输送到密闭的污泥水解罐中，以高压蒸气直接通入到污泥水解罐中对污泥进行加热，加热至133℃保温3小时进行水解。水解后的污泥通过螺杆泵输送到热交换器140中降温至45℃后，输送到密闭的厌氧反应罐进行厌氧消化16天。厌氧消化过程中产生的沼气通过硫装置200脱硫后送入储气罐180进行储存。厌氧消化后产生的消化污泥通过板框式压泥机和带式干燥机进行脱水及干化后得到成品污泥。

实施例3

工业废水污泥、城镇污水厂污泥和餐厨垃圾在污泥收集池110中以2：2：1的比例混合，后经过过滤栅过滤后输送到污泥调节池120，加水调节至污泥的含水率为90％，再将污泥以螺杆泵输送到密闭的污泥水解罐中，以高压蒸气直接通入到污泥水解罐中对污泥进行加热，加热至137℃保温4小时进行水解。水解后的污泥通过螺杆泵输送到热交换器140中降温至45℃后，输送到密闭的厌氧反应罐进行厌氧消化18天。厌氧消化过程中产生的沼气通过硫装置200脱硫后送入储气罐180进行储存。厌氧消化后产生的消化污泥通过板框式压泥机和带式干燥机进行脱水及干化后得到成品污泥。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims (10)

1.污泥处理系统，其特征在于，包括依次连接的污泥收集池(110)、污泥调节池(120)、污泥热水解装置(130)、热交换器(140)、厌氧反应装置(150)、污泥脱水装置(160)和污泥干化装置(170)，还包括储气罐(180)和沼气锅炉(190)，所述厌氧反应装置(150)设有出气端(151)，所述储气罐(180)的输入端与厌氧反应装置(150)的出气端(151)连接，所述沼气锅炉(190)的燃料输入端与储气罐(180)的输出端连接，所述沼气锅炉(190)的输出端与污泥热水解装置(130)连接，所述污泥脱水装置(160)设有出水端(161)，所述污泥脱水装置(160)的出水端(161)与污泥调节池(120)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，还包括脱硫装置(200)，所述脱硫装置(200)连接在厌氧反应装置(150)和储气罐(180)之间。

3.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，还包括污水处理系统(210)，污泥脱水装置(160)和污泥干化装置(170)均设有出水端，所述污水处理系统(210)的输入端与污泥脱水装置(160)和污泥干化装置(170)的出水端连接，所述污水处理系统(210)的输出端与沼气锅炉(190)的进水端连接。

4.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，所述污泥收集池(110)和污泥调节池(120)之间设有过滤栅。

5.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，所述厌氧反应装置(150)的底部设有与储气罐(180)的出气部连接的进气管，所述厌氧反应装置(150)为厌氧反应罐，所述厌氧反应罐为上大下小的锥形。

6.应用于权利要求1～5任一项所述的污泥处理系统的污泥处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)收集污泥原料并用水稀释到含水率达到80％～90％；

2)将稀释后的污泥原料在133～137℃下水解2～4小时得到水解产物；

3)将水解产物降温后在密闭条件下厌氧消化16～18天以产生沼气和消化污泥；

4)对沼气进行收集；

5)对消化污泥进行脱水及干化得到污泥成品。

7.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤1)中污泥收集池(110)对污泥进行收集，并采用污泥调节池(120)对污泥进行稀释，将污泥原料用水稀释之前将污泥原料进行过滤，所述步骤1)中的污泥原料包括餐厨垃圾和城镇污水厂污泥/工业废水污泥。

8.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤2)中采用污泥热水解装置(130)对污泥进行水解，所述污泥热水解装置(130)为二个以上进行序批式循环生产。

9.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤3)中采用厌氧反应装置(150)对污泥进行厌氧消化，所述步骤4)中采用储气罐(180)对沼气进行收集，储气罐(180)收集后的沼气再输送到厌氧反应装置(150)的底部对厌氧反应装置(150)中的污泥进行搅拌。

10.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤4)收集后的沼气用于对沼气锅炉(190)的燃料，沼气锅炉(190)产生的蒸气用于对步骤2)中稀释后的污泥原料进行加热。