CN106630507B - 一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备及其运行方法，所述设备其特征在于，包括设备外壳和设置在设备外壳内的水解单元、脱水单元和厌氧消化单元，所述脱水单元位于水解单元的下方，厌氧消化单元设置在水解单元和脱水单元的一侧。本发明将污泥水解、脱水和厌氧消化三个单元设计在同一设备的不同部位，结构设计新颖，规划合理，设备占地面积小、容积利用率高，能耗低，且操作简单可靠、运行稳定,可通过温度、pH值、调节剂投加等针对性的对各单元进行调节控制，高效增加各单元特异性微生物活性，可极大提高整体工艺的污泥厌氧消化效率。

Description

一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备及其运行方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及污泥处理技术领域。

背景技术

水处理过程中产生的污泥含有大量的有毒有害物质和致病细菌，如果得不到合理的妥善处理处置会带来严重的环境问题。近年来，对于污泥的减量化、无害化和资源化重视程度不断提高，污泥的处理处置率得到显著提高，但是依然有很大的提升空间。厌氧消化技术是被《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》、《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》等近年来相关政策文件鼓励的城镇污水处理厂污泥处理建议技术，但目前全国经过厌氧处理的污泥不足2%。另一方面，传统厌氧消化处理污泥含水率往往在95%以上，占地面积大，采用脱水后的剩余污泥（高含固率）进行厌氧消化会提高单位土地面积的利用率，但是也面临诸多问题。

刘吉宝等在研究中发现微波、过氧化氢和碱协同处理剩余污泥可强化厌氧消化产甲烷效果（刘吉宝等，微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究. 环境科学，2014(09)：第3455-3460页）。高瑞丽研究了不同预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气的影响，发现酶法预处理产气速率最大，热处理累计产气量最多，微波预处理后甲烷占比最高（高瑞丽等，不同预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响。食品与生物技术学报，2009(01)：第107-112页）。

申请号为201510003850.1的发明专利通过加入硫酸铜破坏微生物细胞壁以促进厌氧消化速率，但是硫酸铜本身为重金属，虽然发明提到采用淘洗的方法将多余的硫酸铜去除，但是该方法铜离子淘洗干净的界定较为麻烦，成本较高，实际实施不便。申请号201510736760.3的发明专利公开了一种套筒型厌氧反应装置，该套筒型装置包括内筒、外筒、布水装置和两个三项分离器，实现了在一个反应器内完成水解酸化和厌氧产甲烷过程，但是该装置缺乏针对脱水剩余污泥的运送和搅拌设计，无法应用于脱水剩余污泥的厌氧消化处理工艺。申请号为201520688753.6的实用新型公开了一种污泥厌氧发酵装置，该装置包括罐体、进料口、出料口、出气口、搅拌轴、保温层，其搅拌轴有加热功能，与保温层共同实现反应器的温度控制功能，但是该装置结构单一，无法对污泥进行水解和产甲烷区分，污泥厌氧消化效果较差。

发明内容

本发明的技术目的在于针对现有脱水剩余污泥厌氧消化装置效率低，稳定性差的缺点，提供一种高效、低成本、易操作的脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备及其运行方法，其技术方案为：

一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备，其特征在于，包括设备外壳和设置在设备外壳内的水解单元、脱水单元和厌氧消化单元，所述脱水单元位于水解单元的下方，厌氧消化单元设置在水解单元和脱水单元的一侧：

所述水解单元为一筒状反应容器，所述水解单元的上部设有伸出所述设备外壳的第一进料口，水解单元下部设有第一出料口，水解单元内设有搅拌机构，水解单元外层设有第一温控层；

所述脱水单元设有多个转鼓和从相应转鼓上绕过的多条闭合环路滤带，多条滤带中，其中一条滤带设有处于所述第一出料口下方的进料端和伸进厌氧消化单元的出料端；所述多个转鼓中，包括一个以上的有多层滤带于其表面上贴合的转鼓，在转鼓带动下，落在所述进料端的污泥从贴合在一起的多层滤带中穿过，通过滤带的挤压进行压滤后，再输送到所述出料端，脱水单元底部设有第一排水管；

所述厌氧消化单元内设有搅拌机构和温度测量装置，厌氧消化单元外层设有第二温控层，厌氧消化单元的上方设有布水管和伸出设备外壳的第二进料口、加药管和导气管，所述加药管与布水管连接，厌氧消化单元的底部设有排泥口和第二排水管；

在水解单元、脱水单元和厌氧消化单元的交界处设有分离挡板，所述分离挡板包括设置在水解单元和脱水单元之间的斜板、设置在脱水单元和厌氧消化单元之间的竖板，所述斜板的高端与竖板相接，斜板低端位于所述进料端的上方。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述脱水单元内设有三条闭合环路的滤带和多个转鼓，所述多个转鼓中包括第一转鼓和位于第一转鼓下方的第二转鼓；三条滤带中，第二滤带位于第一滤带闭合环路的外部，第三滤带设置第二滤带闭合环路的内部，所述第一滤带设有处于所述第一出料口下方的进料端和伸进厌氧消化单元的出料端，所述第一转鼓位于第一滤带闭合环路的内侧，第二转鼓位于第二滤带闭合环路的内侧，所述第一滤带、第二滤带从第一转鼓、第二转鼓上依次绕过，形成一段贴合段，所述第三滤带亦从第一转鼓上绕过，压在第一滤带和第二滤带上，进料端的污泥从所述贴合段中间穿过进行压滤后，再输送到所述出料端。

所述斜板与竖板的夹角优选控制在45°～60°。

所述水解单元优选采用横向设置的圆筒状反应容器。

所述水解单元内的搅拌机构由一中心转轴和均布在中心转轴周围的多个搅板构成，所述厌氧消化单元内的搅拌机构优选采用螺带式搅拌器。

一种如上所述脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备的运行方法，其特征在于，包括：

将剩余污泥、PAM（非离子型高分子絮凝剂）、水解接种污泥从所述第一进料口投入水解单元的筒状反应容器内，启动筒状反应容器的搅拌机构搅拌污泥，通过第一温控层调节水解单元的温度，使污泥在合适的温度下进行水解；

污泥水解完成后，启动脱水单元的转鼓，开启第一出料口，使污泥落入脱水单元滤带的进料端，通过贴合的滤带对污泥进行压滤，滤液从第一排水管排出，脱水后的污泥被送入厌氧消化单元；

通过第二进料口向厌氧消化单元内投入厌氧接种污泥和固态药剂，通过所述加药管和布水管向厌氧消化单元内施加液态药剂或水，通过所述温度传感测量装置和第二温控层测量并调节厌氧消化单元的反应温度，厌氧消化单元的消化产气通过所述导气管到处，消化液通过所述第二排水管排出，厌氧消化单元的上层污泥通过所述斜板回流至脱水单元，在该过程中，厌氧消化单元含水率相对较高，通过部分回流至脱水单元脱水实现含水率下降，再通过滤带的输送回至厌氧消化单元后增大含水率提高传质效率，从而实现该一体式设备内部的干湿循环，保证处理效果的同时又增大了设备的容积利用率。

作为优选，所述脱水单元的出泥含固率控制在14%～16%，在厌氧消化单元中，将污泥含固率调节为8%～12%。

作为优选，所述水解接种污泥的投入量为水解单元总容积的20%～30%，PAM的投加量为加入剩余污泥质量0.5%～1%，水解过程温度控制为38℃～42℃，pH控制在6～7，污泥停留时间为0.5～1d。

投入所述厌氧消化单元的固态药剂包括强化药剂，所述强化药剂优选采用海藻糖脂。

所述厌氧消化单元的接种污泥量为厌氧消化单元总容积的20%～30%，海藻糖脂强化药剂投加量为每L污泥1～5g，温度控制为33℃～36℃，pH控制在6～8，污泥停留时间为15d～20d。

本发明将污泥的厌氧消化环节分为水解、脱水和产甲烷三个阶段，可结合不同的温度控制策略和搅拌过程，针对性的提高各单元的工作效率，同时通过对厌氧消化单元污泥调理和组合脱水可实现污泥的干湿间歇发酵，进而提高整体设备的容积利用率和污泥厌氧消化效率。

有益效果：

（1）本发明将污泥水解、脱水和厌氧消化三个单元设计在同一设备的不同部位，结构设计新颖，规划合理，设备占地面积小，能耗低, 且操作简单可靠、运行稳定。可通过温度、pH值、调节剂投加等针对性的对各单元进行调节控制，高效增加各单元特异性微生物活性，极大提高整体工艺的污泥厌氧消化效率。

（2）本发明通过脱水单元和厌氧消化单元含水率的干湿交替调整，既可以提高设备容积利用率，又可以保证厌氧消化段的传质效率。同时进一步通过生物强化药剂的加入，可稳定提高甲烷产量。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的方案和技术原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1所示的一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备，包括设备外壳和设置在设备外壳内的水解单元A、脱水单元B和厌氧消化单元C（即产甲烷单元）等组成部分。所述脱水单元B位于水解单元A的下方，厌氧消化单元C设置在水解单元A和脱水单元B的右侧。

所述水解单元A为一横向设置的圆筒状反应容器，水解单元A的上部设有伸出所述设备外壳的第一进料口1，水解单元A下部设有第一出料口5，水解单元内设有搅拌机构3，所述搅拌机构3由一中心转轴和均布在中心转轴周围的多个搅板构成，其横截面呈“米”字形，水解单元外层设有第一温控层2，所述第一温控层2内设有温度调节装置。

所述脱水单元内设有三条闭合环路的滤带和多个转鼓，所述多个转鼓中包括第一转鼓7和位于第一转鼓7正下方的第二转鼓8。三条滤带中，第二滤带位于第一滤带闭合环路的外部，第三滤带设置第二滤带闭合环路的内部，所述第一转鼓7位于第一滤带闭合环路的内侧，第二转鼓位于第二滤带闭合环路的内侧。所述第一滤带、第二滤带从第一转鼓7、第二转鼓8上依次绕过，形成一段S型贴合段，所述第三滤带亦从第一转鼓7上绕过，将第一滤带和第二滤带压向第一转鼓7方向，以增加压滤压力，即第一转鼓7上贴合了三层滤带，第二转鼓8上贴合了两层滤带。所述第一滤带设有处于所述第一出料口5下方的进料端和伸进厌氧消化单元的出料端，所述第一滤带闭合环路的内侧除了第一转鼓7外，还另外设有三个小转鼓，其中一个小转鼓设置在厌氧消化单元内，构成所述出料端，第一滤带进料端的污泥从所述第一、第二滤带贴合段的中间穿过，进行压滤后，再输送到所述出料端，脱水单元底部设有收集滤液的第一排水管9。

所述厌氧消化单元内设有第一螺带式搅拌器16、第二螺带式搅拌器18和温度传感器15，所述第一螺带式搅拌器16与第一电机17的动力输出端连接，第二螺带式搅拌器18与第二电机19的动力输出端连接。厌氧消化单元外层设有第二温控层10，所述第二温控层10内设有温度调节装置，厌氧消化单元的上方设有布水管13和伸出设备外壳的第二进料口11、加药管12和导气管14，所述加药管12与布水管13连接，厌氧消化单元的底部设有排泥口20和第二排水管21。

在水解单元、脱水单元和厌氧消化单元的交界处设有分离挡板4，可实现功能单元区分，同时将厌氧消化单元上层较低含固率的污泥回流至脱水单元。所述分离挡板4包括设置在水解单元和脱水单元之间的斜板、设置在脱水单元和厌氧消化单元之间的竖板，以竖板所在竖直面为界，右侧为厌氧消化单元的容腔，所述斜板的高端与竖板相接，斜板低端位于所述第一滤带进料端的上方，斜板与竖板的夹角一般为45°～60°。

用于如上所述设备的运行方法：

实施例一、应用某城市污水处理厂剩余污泥，操作按以下步骤实现：

（一）从某制药污水处理厂厌氧塔取悬浮颗粒浓度约15 g/L的浓缩污泥作为接种污泥。待处理污泥为该污水处理厂生物池脱水剩余污泥，含水率87%。

（二）将脱水剩余污泥通过第一进料口1加入到水解单元A内，投加量为水解单元总容积的80%，同时加入剩余污泥总质量0.5%的PAM，剩余空间填满接种污泥。通过第一温控层2保持水解单元内的温度为38℃～42 ℃，将pH控制在6～7，开启搅拌机构3搅拌污泥，水解时间控制在0.5 d，滤液通过第一排水管9排出收集。

（三）水解结束后，启动脱水单元的转鼓，开启水解单元A的第一出料口5，使水解污泥缓慢落在脱水单元B第一滤带的进料端，压滤后，污泥被输送到厌氧消化单元C中，脱水单元的出泥含固率控制在14%～16%。同时向污泥消化单元C中加入接种污泥，投加的接种污泥量为污泥消化单元总容积的20%。通过加药管12和布水管13加入水和碱液，调节污泥含固率为8%～12%，pH为6～8，温度调节为33℃～36℃。通过加药管12加入海藻糖脂1 g/L（污泥），通过排泥口20排泥，控制厌氧消化单元C污泥停留时间为15d。产生甲烷等气体通过导气管14导出收集，消化液通过第二排水管21排出收集另外处理。

设备稳定运行，日产气量520 mL/L（厌氧消化单元总容积），其中甲烷含量约62%。

实施例 2：

本实施例与实施例1 的不同之处在于污泥取自某城市污水处理厂脱水后的剩余污泥，含固率85%，接种污泥来自该污水处理工艺的水解酸化段浓缩污泥，该浓缩污泥的悬浮颗粒浓度为13g/L。

该实施例中，水解单元A中PAM投加量为加入的剩余污泥质量的1%，水解单元和厌氧消化单元的污泥接种量为各单元总容积的30%。污泥在水解单元A、厌氧消化单元C的停留时间分别为1 d和20 d。脱水单元B的出泥含固率为15%，厌氧消化单元C中，海藻糖脂投加量为5 g/L（污泥）。

设备稳定运行，日均沼气产量为590 mL/L（厌氧消化单元总容积），其中甲烷含量约59%。

实施例 3：

本实施例与实施例1 的不同之处在于污泥取自乡镇污水处理厂脱水后的剩余污泥，含固率82%，接种污泥来自该污水处理工艺的厌氧段浓缩污泥，其悬浮颗粒浓度为11 g/L。

该实施例中，水解单元A中PAM投加量为加入的剩余污泥质量的0.8%，水解单元A和厌氧消化单元C的污泥接种量为各单元总容积的25%。污泥在水解单元A、和厌氧消化单元C的停留时间分别为0.6 d和18 d。脱水单元B脱水后污泥含固率为16%，厌氧消化单元C中，海藻糖脂投加量为3 g/L（污泥）。

设备稳定运行，日均沼气产量为570 mL/L（厌氧消化单元总容积），其中甲烷含量约60%。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备，其特征在于，包括设备外壳和设置在设备外壳内的水解单元、脱水单元和厌氧消化单元，所述脱水单元位于水解单元的下方，厌氧消化单元设置在水解单元和脱水单元的一侧：

所述水解单元为一横向设置的圆筒状的反应容器，水解单元的上部设有伸出所述设备外壳的第一进料口（1），水解单元的下部设有第一出料口（5），水解单元内设有搅拌机构，水解单元外层设有第一温控层（2）；

所述脱水单元内设有三条闭合环路的滤带和多个转鼓，所述多个转鼓中包括第一转鼓（7）和位于第一转鼓（7）下方的第二转鼓（8）；三条滤带中，第二滤带位于第一滤带闭合环路的外部，第三滤带设置第二滤带闭合环路的内部，所述第一滤带设有处于所述第一出料口（5）下方的进料端和伸进厌氧消化单元的出料端，所述第一转鼓（7）位于第一滤带闭合环路的内侧，第二转鼓位于第二滤带闭合环路的内侧，所述第一滤带、第二滤带从第一转鼓（7）、第二转鼓（8）上依次绕过，形成一段贴合段，所述第三滤带亦从第一转鼓（7）上绕过，压在第一滤带和第二滤带上，在转鼓带动下，落在所述进料端的污泥从所述贴合段中间穿过，通过滤带的挤压进行压滤后，再输送到所述出料端，脱水单元底部设有第一排水管（9）；

所述厌氧消化单元内设有搅拌机构和温度测量装置，厌氧消化单元外层设有第二温控层（10），厌氧消化单元的上方设有布水管（13）和伸出设备外壳的第二进料口（11）、加药管（12）和导气管（14），所述加药管（12）与布水管（13）连接，厌氧消化单元的底部设有排泥口（20）和第二排水管（21）；

在水解单元、脱水单元和厌氧消化单元的交界处设有分离挡板（4），所述分离挡板（4）包括设置在水解单元和脱水单元之间的斜板、设置在脱水单元和厌氧消化单元之间的竖板，所述斜板的高端与竖板相接，斜板低端位于所述进料端的上方。

2.根据权利要求1所述的一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备，其特征在于，所述斜板与竖板的夹角为45～60°。

3.根据权利要求1所述的一种脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备，其特征在于，所述水解单元的搅拌机构由一中心转轴和均布在中心转轴周围的多个搅板构成，所述厌氧消化单元内的搅拌机构为螺带式搅拌器。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述脱水剩余污泥厌氧消化一体式设备的运行方法，其特征在于，包括：

将剩余污泥、PAM、水解接种污泥从所述第一进料口投入水解单元内，启动搅拌机构搅拌污泥，通过第一温控层（2）调节水解单元内的温度，使污泥在合适的温度下进行水解；

污泥水解完成后，启动脱水单元的转鼓，开启第一出料口（5），使污泥落入脱水单元滤带的进料端，通过贴合的滤带对污泥进行压滤，滤液从第一排水管（9）排出，脱水后的污泥被送入厌氧消化单元；

通过第二进料口（11）向厌氧消化单元内投入厌氧接种污泥和固态药剂，通过所述加药管（12）和布水管（13）向厌氧消化单元内施加液态药剂或水，通过所述温度测量装置和第二温控层（10）测量并调节厌氧消化单元的反应温度，厌氧消化单元的消化产气通过所述导气管（14）导出，消化液通过所述第二排水管（21）排出，厌氧消化单元的上层污泥通过所述斜板回流至脱水单元。

5.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于：所述脱水单元的出泥含固率为14%～16%，在厌氧消化单元中，将污泥含固率调节为8%～12%。

6.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于：所述水解接种污泥的投入量为水解单元总容积的20%～30%，PAM的投加量为加入剩余污泥质量的0.5%～1%，水解过程温度控制为38℃～42℃，pH控制在6～7，污泥停留时间为0.5～1d。

7.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于：投入所述厌氧消化单元的固态药剂包括强化药剂，所述强化药剂为海藻糖脂。

8.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于：所述厌氧消化单元的接种污泥量为厌氧消化单元总容积的20%～30%，强化药剂投加量为每L污泥1～5g，温度控制为33℃～36℃，pH控制在6～8，污泥停留时间为15d～20d。

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