CN106904808A - 污泥热水解系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污泥热水解系统及方法，该污泥热水解系统包括：混合单元；所述混合单元用于将碱液与污泥混合形成混合物料；热水解单元；所述热水解单元用于将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。本发明的污泥热水解系统及方法在对污泥进行热水解时无须过高的热解温度，可以避免产生“美拉德反应”，不易产生难以降解的“类黑色素”，改善产沼效果，且利于后续的污泥处理。

Description

污泥热水解系统及方法

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种污泥热水解系统及方法。

背景技术

由于污泥中含有一些难以分解的物质，如：水胶物质或细胞外多聚物质，这些物质主要由多糖物质和蛋白质组成。通过热水解可使污泥中的细胞破壁，胞外聚合物发生水解，以提高可生化性能和有机物的降解率，在增加沼气产量和改善污泥脱水性能的同时实现污泥的卫生化处理。

现有的污泥热水解技术通常采用高温(155～170℃)、高压蒸汽对污泥进行蒸煮和瞬时卸压汽爆闪蒸工艺。该方法存在的问题和影响如下：

1.由于是在高温高压条件下运行，不仅存在安全风险，而且反应器内容易产生粘底结盖问题。

2.污泥在高温条件下水解时，可能会产生“美拉德反应”，产生难以降解的“类黑色素”，不仅影响产沼，而且给后续的污水处理带来困难。

3.需要高温度的热源。

4.水解后的污泥温度高，需要冷却降温处理后方能进入后续处理装置，能量浪费大。

5.废气浓度高，产量大。

6.对运行操作人员要求高，日常维护保养工作量大。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明有必要提供一种污泥热水解系统及方法，以至少解决以上技术问题之一。

本发明采用如下技术方案：

一种污泥热水解系统，包括：

混合单元；所述混合单元用于将碱液与污泥混合形成混合物料；

热水解单元；所述热水解单元用于将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

作为一种优选的实施方式，所述混合单元连接有进料管以及加药装置；所述进料管用于向所述混合单元输入污泥；所述加药装置用于向所述混合单元输入碱液。

作为一种优选的实施方式，所述混合单元为管道混合器；所述管道混合器具有第一输入口、第二输入口以及输出口；所述第一输入口与所述进料管相连通；所述第二输入口与所述加药装置通过管道相连通；所述输出口通过管道与所述热水解单元相连通。

作为一种优选的实施方式，所述加药装置包括用于储存碱液的存储罐、以及与所述存储罐连接的加药泵。

作为一种优选的实施方式，所述存储罐的容积为0.5至1.5立方米或10至30立方米；所述加药泵为隔膜计量泵。

作为一种优选的实施方式，所述热水解单元包括加热组件以及反应器；所述加热组件能将所述混合物料加热到预定温度；所述反应器用于使预定温度下的所述混合物料进行水解反应；

所述加热组件具有第一进料口以及第一出料口；所述反应器具有第二进料口以及第二出料口；

所述第一进料口与所述混合单元相连通；所述第一出料口与所述第二进料口相连通；所述第二出料口用于输出产物。

作为一种优选的实施方式，所述加热组件具有第一流道以及第二流道；所述第一流道用于混合物料流动；所述第二流道用于能对所述混合物料加热的加热介质流动。

作为一种优选的实施方式，所述第一流道与所述第二流道的流向相反。

作为一种优选的实施方式，所述加热组件为套管式热交换器；所述套管式热交换器包括内管以及外管；所述内管套设于所述外管内；所述第一流道位于所述内管的内部；所述内管与所述外管之间的环形空间形成所述第二流道。

作为一种优选的实施方式，所述内管与所述外管中至少一个的管壁经螺旋压花处理。

作为一种优选的实施方式，所述加热组件为螺旋式热交换器；所述第一流道与所述第二流道均为螺旋形流道。

作为一种优选的实施方式，所述反应器还设有回流口；所述回流口与所述第一进料口相连通，以使所述反应器内的部分物料回流至所述加热单元内。

作为一种优选的实施方式，所述反应器具有相通的第一反应空间以及第二反应空间；所述第一反应空间能向所述第二反应空间输入物料；

所述第二进料口与所述回流口设置于所述第一反应空间；所述第二出料口设置于所述第二反应空间。

作为一种优选的实施方式，所述反应器的顶部还设置有排气口。

作为一种优选的实施方式，所述反应器包括壳体、以及位于所述壳体内的内胆；所述第一反应空间设置于所述壳体的内侧壁与所述内胆的外侧壁之间；所述第二反应空间位于所述内胆内；

所述第一反应空间内的物料通过溢流进入所述第二反应空间。

作为一种优选的实施方式，所述壳体及所述内胆的横截面为圆形；所述第二进料口位于所述壳体的侧壁上；所述第二进料口上可拆卸地设置有切向进料的输入喷头。

作为一种优选的实施方式，所述反应器包括第一容器以及位于所述第一容器外的第二容器；所述第一反应空间位于所述第一容器内，所述第二反应空间位于所述第二容器内；所述第二进料口、所述回流口位于所述第一容器上；所述第二出料口位于所述第二容器上；所述第一容器的底部通过管道通入所述第二容器的第二反应空间内。

作为一种优选的实施方式，所述第一容器与所述第二容器内均设有搅拌器。

一种污泥热水解方法，包括：

将碱液与污泥混合形成混合物料；

将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

作为一种优选的实施方式，还包括：

将所述混合物料加热到所述预定温度。

作为一种优选的实施方式，在所述污泥的含固率小于或等于8％时，采用套管式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。

作为一种优选的实施方式，在所述污泥的含固率超过8％且小于或等于12％时，采用螺旋式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。

作为一种优选的实施方式，在所述将碱液与污泥混合形成混合物料的步骤中，每立方米的污泥混入1.0升至3.0升碱液；所述碱液的浓度为40％至60％。

作为一种优选的实施方式，所述预定温度为60℃至70℃。

作为一种优选的实施方式，采用80℃至90℃的热源将所述混合物料加热到所述预定温度。

可见，本发明的污泥热水解系统在对污泥进行热水解时无须过高的热解温度，从而可以降低对热源的温度要求，比如来自沼气发电机的冷却热水(温度区域在80℃至90℃之间)、或者城市发电厂产生的废热等等。而在实际生产试验中发现，本发明的污泥热水解系统在较低温度下通过向污泥中投加碱液实现热水解，不仅可以提升污泥的水解程度，还可以有效增加污泥水解后的沼气产量。

同时，本发明的污泥热水解系统在对污泥进行热水解时无须过高的热解温度，可以避免产生“美拉德反应”，不易产生难以降解的“类黑色素”，改善产沼效果，且利于后续的污水处理。

另外，本发明的污泥热水解系统在对污泥进行热水解后可以降低污泥的温度，无须冷却或适当冷却降温后即可进入后续处理装置，能量浪费较少。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式提供的污泥热水解系统示意图；

图2是图1中反应器结构示意图；

图3是本发明另一种实施方式提供的反应器结构示意图；

图4是本发明一种实施方式提供的污泥热水解方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

经发明人在污泥热解领域多年研究发现，在污泥中加碱可以实现热水解，且可以降低水解反应的温度，并在常压条件下进行。基于该发现，发明人提出以下发明创造。

请参考图1至图3，为本发明一种实施方式提供的污泥热水解系统，包括：混合单元10；所述混合单元10用于将碱液与污泥混合形成混合物料；热水解单元；所述热水解单元用于将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

在本实施方式中，通过混合单元10将碱液加入到污泥中，并在预定温度下将污泥与碱液的混合物料进行水解。在预定温度下，污泥在碱液的联合作用下和无压(常压)状态下，大约若干小时后细胞就被分解(完成破壁)。此时，水解反应中污泥释放出的有机酸可以中和投加的碱液，从而可以使得水解后的污泥基本呈中性，避免对反应容器或后续容器产生腐蚀。

水解后的污泥与初沉污泥或其它物料混合降温后与消化池的循环污泥可以一同进入厌氧消化池。另外，水解后污泥中的热能还可以被重新利用。其中，预定温度在本实施方式中小于100摄氏度。优选的，预定温度为60℃至70℃。

可见，本实施方式的污泥热水解系统在对污泥进行热水解时无须过高的热解温度，从而可以降低对热源的温度要求，比如来自沼气发电机的冷却热水(温度区域在80℃至90℃之间)、或者城市发电厂产生的废热等等。而在实际生产试验中发现，本实施方式的污泥热水解系统通过向污泥中投加碱液进行热水解，不仅可以提升污泥的水解程度，还可以有效增加污泥水解后的沼气产量。

同时，本实施方式的污泥热水解系统在对污泥进行热水解时无须过高的热解温度，可以避免产生“美拉德反应”，不易产生难以降解的“类黑色素”，改善产沼效果，且利于后续的污水处理。

另外，本实施方式的污泥热水解系统在对污泥进行热水解后可以降低污泥的温度，无须冷却或适当冷却降温后即可进入后续处理装置，能量浪费较少。

在本实施方式中，混合单元10可以将碱液混入污泥中。其中，混合单元10的构造形式可以有多种，比如混合单元10可以为一盛放污泥的容器，通过人工或器械投加碱液实现碱液与污泥的混合；或者，混合单元10可以为合流的两根管道，其中一根管道供污泥输入，另一管道供碱液输入，并在混合单元10处合流混合形成混合物料，等等。考虑到混合单元10的构造有多种，本实施方式中并不作特别的限制，只需混合单元10能将碱液与污泥混合即可。

在本实施方式中，为实现实时进料并提升污泥热水解效率，所述混合单元10可以连接有进料管5以及加药装置6。所述进料管5用于向所述混合单元10输入污泥；所述加药装置6用于向所述混合单元10输入碱液。在热水解过程中，混合单元10可以实时将碱液与污泥混合，进料管5以及加药装置6可以不间断地向混合单元10输入，混合单元10同时输出混合物料。

示意性质地举例为，所述混合单元10可以为管道混合器(未示出)。所述管道混合器具有第一输入口、第二输入口以及输出口。所述第一输入口与所述进料管5相连通；所述第二输入口与所述加药装置6通过管道相连通；所述输出口通过管道与所述热水解单元相连通。其中，管道混合器可以包括一直管，该直管的一端为第一输入口，另一端为输出口，在该直管的侧壁上可以开设第二输入口。在第一输入口将污泥输入至该直管内时，第二输入口将碱液同时输入至直管内完成混合，最后由排出口将混合物料排出，进入热水解单元。

在本实施方式中，污泥由进料管5输入至混合单元10，污泥整体为液态。在本实施方式中，污泥的含固率可以为12％以下。具体的，进料管5上可以设有加压泵，以将污泥泵入混合单元10中。加药装置6与混合单元10之间也可以通过管道连通，该管道上同样可以设置有加药泵，通过加药泵将碱液泵入混合单元10内，从而与污泥混合。

加药装置6可以为需借助手工操作的加药器械，比如通过人工转动、握持、投放等动作完成对碱液的投放，加药装置6也可以为自动化加药器械，比如，加药装置6通过加药板(含加药泵)(此时人工只需开启关闭)向混合单元10中自动泵入碱液。

为维持较好的热水解效果，加药装置6向污泥中碱液的投加量可以为1.0升至3.0升每立方米污泥(也可以计为1.0至3.0L/m³污泥)。其中，所述碱液的浓度可以为40％至60％。优选的，碱液的浓度可以为50％，以取得较佳的污泥水解率。在本实施方式中，碱液呈碱性即可，其可以为氢氧化钠溶液，也可以为氢氧化钙溶液。作为优选的，碱液中的溶质为氢氧化钠。

优选的，所述加药装置6可以包括用于储存碱液的存储罐、以及与所述存储罐连接的加药泵。其中，可以根据污泥的处理规模大小以及碱液来源和存储要求，选择存储罐的储量大小。其中，所述存储罐的容积为0.5至1.5立方米或10至30立方米。在污泥处理规模较小时，存储罐的容积可以为0.5至1.5立方米，例如，存储罐可以为1m³(立方米)的方型结构，该存储罐的材料可以为HDPE材料。在污泥处理规模较大时，存储罐的容积可以为10至30立方米，此时，该大型存储罐的主体为圆柱体结构，顶部为大致15°的锥体，该存储罐的材料可以为PE材料。

在本实施方式中，通过控制加药泵的运转可以实现碱液的自动投加。该加药泵可以连接一控制器，该控制器可以控制加药泵的运转。该控制器具体的可以为计算机、PLC、控制柜、或者电路板等结构。其中，所述加药泵可以为隔膜计量泵(也可以称为隔膜加药泵)。示意性质地举例为：隔膜计量泵可以根据流量测试以正比例方式向污泥投加氢氧化钠溶液。

在本实施方式中，热水解单元可以使碱液与污泥的混合物料在预定温度下进行热水解。通过加入碱液，热水解单元在水解污泥时无需提供过高的反应温度。其中，预定温度在本实施方式中小于100摄氏度。优选的，预定温度为60℃至70℃。

其中，热水解单元可以提供污泥进行热水解的反应场所。热水解单元可以自身具有加热单元(或加热元件)，从而在混合物料进入热水解单元后将其加热到预定温度；热水解单元也可以连接有加热单元，从而热水解单元直接输入已被加热到预定温度的混合物料。

优选的，所述热水解单元可以包括加热组件20以及反应器30；所述加热组件20能将所述混合物料加热到预定温度；所述反应器30用于使预定温度下的所述混合物料进行水解反应。加热组件20通过热交换提升混合物料的温度，混合物料进入反应器30中进行水解反应。其中，反应器30为(热)水解反应的主要场所。

加热组件20与反应器30具有多种连接构造，比如加热组件20为反应器30中的加热棒或者反应器30中外缠绕的电热丝等等，或者，加热组件20为与反应器30相连通的换热器，加热组件20通过将混合物料与加热介质(优选为流体)换热后将加热后的混合物料供应至反应器30中。

优选的，所述加热组件20具有第一进料口23以及第一出料口24。所述反应器30具有第二进料口33以及第二出料口35。所述第一进料口23与所述混合单元10相连通，以便混合单元10将混合物料输入至加热组件20中。所述第一出料口24与所述第二进料口33相连通，从而加热组件20将加热到预定温度的混合物料输送至反应器30中。所述第二出料口35用于输出产物。具体的，为便于第二出料口35输出产物，第二出料口35优选地位于反应器30的最低位置。第一出料口24与第二进料口33之间可以通过管道连通。第一进料口23与混合单元10之间也可以通过管道连通。

在本实施方式中，所述加热组件20具有第一流道以及第二流道；所述第一流道用于混合物料流动；所述第二流道用于能对所述混合物料加热的加热介质流动。其中，第二流道内的加热介质通过热交换传动至第一流道中。优选的，第一流道与第二流道之间间隔材料为金属材质，以便具有较佳的热交换效率。为便于对混合物料均匀加热，所述第一流道与所述第二流道的流向可以相反。

由于本实施方式通过向污泥中加入碱，从而使得污泥的水解温度降低，因此，加热介质的温度无须太高，加热介质(未参与热交换时)的温度不超过100℃即可，在本实施方式中采用，具体的，加热介质(热源)的温度在80℃至90℃之间即可使用，进而大大降低了对加热介质的要求。比如，加热介质可以利用发电厂的废水余热，或者，沼气发电机的冷却热水等等。加热介质在本实施方式中优选为流体，其中，加热介质可以为液体，比如废水，也可以为气体，比如蒸汽、烟气等等。

加热组件20的结构形式具有多种，在本实施方式中只需加热组件20通过第一流道与第二流道进行热交换来加热混合物料及回流物料即为本实施方式加热组件20的保护范围。以下结合附图1详细描述本发明中发热组件的两个实施例，以便更好地理解本发明。

在一实施例中，所述加热组件20可以为套管式热交换器。所述套管式热交换器可以包括内管22以及外管21；所述内管22套设于所述外管21内。所述第一流道位于所述内管22的内部；所述内管22与所述外管21之间的环形空间形成所述第二流道。其中，该套管式热交换器适用于污泥中含固率小于或等于8％的情况。

在该实施例中，外管21与内管22形成的套管可以具有多个依次串联在一起的平行管段；各个平行管段的端部通过弯曲管段串联，从而形成排状结构的套管式热交换器。套管式热交换器可以固定安装在支架上，平行管段与水平方向平行放置。

优选的，所述内管22和所述外管21中至少一个的管壁通过螺旋压花处理。其中，内管22与外管21的管壁均通过螺旋压花处理形成。如此设置，不仅可以提升加热组件20(内管22及外管21)的机械结构稳定性，而且加热组件20内的流动介质(混合物料以及加热介质)会在流动中产生一个扭曲涡流，从而大幅度降低或者阻碍介质内的杂质沉积在管壁上，同时，如此设置还可以提高热交换效率30％以上。

在另一实施例中，所述加热组件20可以为螺旋式热交换器(未示出)。在螺旋式热交换器中，所述第一流道与所述第二流道均为螺旋形流道。其中，第一流道与第二流道可以由两个螺旋管组成，第一流道与第二流道的螺旋段交错分布，即，第一流道的螺旋段的两侧均为第二流道的螺旋段，相应的，第二流道的螺旋段的两侧也均为第一流道。

螺旋式热交换器的结构可以有多种，比如在套管环形空间中通过两个螺旋板将其分割成第一流道以及第二流道；或者，如上所述的通过两个独立的螺旋管(每个螺旋管代表一个流道)通过接触传热等等。

螺旋式热交换器可以固定于支架或框架上，其中，螺旋式热交换器可以水平安装(流体整体流向为水平方向)，也可以竖直安装(流体整体流向为竖直方向)。螺旋式热交换器中第一流道与第二流道内的流向相反，以便为混合物料均匀加热。在本实施方式中，螺旋式热交换器通过设置螺旋结构，使得其换热面积大、换热效率高，且流体的压力损失低，堵塞风险相对较小。基于螺旋式热交换器的优选考虑，该螺旋式热交换器适用于污泥中含固率大于8％且小于或等于12％的情况。

在本实施方式中，反应器30可以容纳加热组件20排入的混合物料及回流物料，并对污泥进行热水解反应。反应器30具有一定的容积，其上设有第二进料口33以及第二出料口35。其中，混合单元10向热水解单元的进料速率(或进料量)与第二出料口35的出料速率(或出料量)相同。污泥的水解反应时间大致可以为反应器30的物料量(或容积)与出料速率(或出料量)的比值。根据不同性质的污泥，可以通过反应器30的进料速率(或进料量)以及出料速率(或出料量)来控制污泥的水解反应时间。

考虑到污泥中混入碱液会增强腐蚀性，虽然在水解反应时污泥会释放酸来中和所加入的碱液，但需要在反应器30中停留一段时间进行水解反应，进而容易对反应器30产生腐蚀。同时，物料在反应器30因流动性不高而容易导致混合、反应不完全；另外，物料在反应器30中可能会沉积和/或结块影响反应效果。

基于上述考虑，所述反应器30还可以设有回流口34；所述回流口34与所述第一进料口23相连通，以使所述反应器30内的部分物料回流至所述加热单元内。通过设有回流口34使部分反应器30内的物料形成回流，重新进入加热组件20进行加热，增加了系统流动性,降低或避免了反应器30中污泥发生沉淀或结块的可能性，同时，改善了热传递效果。

另外，通过设有回流口34可以促进反应器30内的物料的流动性，促进污泥的完全水解以及快速水解，进而可以在反应器30中快速将碱中和，降低对反应器30的腐蚀。其中，回流口34的出料量为混合单元排出的混合物料的2-6倍，且如图1、图2、图3所示，回流口34的位置高度低于第二进料口33的位置高度。

考虑到在污泥热水解反应中会产生(少量的)废气，一般废气量大约为0.15m³/m³污泥，基于该点考虑，所述反应器30的顶部还可以设置有排气口36。该排气口36可以将水解反应中产生的废气排入大气环境中或排入废气处理装置中进行处理。优选的，该排气口36上连接一排气管将废气排至指定位置。

在本实施方式中，为保证污泥的热水解反应时间，避免由第二进料口33输入的物料直接由第二出料口35排出，所述反应器30可以具有相通的第一反应空间31以及第二反应空间32。所述第一反应空间31能向所述第二反应空间32输入物料。所述第二进料口33与所述回流口34设置于所述第一反应空间31；所述第二出料口35设置于所述第二反应空间32。

其中，所述第一反应空间31与所述第二反应空间32可以通过管道相连通，也可以通过预定水位的开口或敞口连通。第一反应空间31内的物料可以通过重力进入第二反应空间32，也可以通过泵吸作用泵入第二反应空间32。

在如图2所示的实施例中，所述反应器30为内胆302式反应器30，该内胆302式反应器30可以适用于污泥处理规模较小的情况。具体的，该反应器30可以包括壳体301、以及位于所述壳体301内的内胆302。所述第一反应空间31设置于所述壳体301的内侧壁与所述内胆302的外侧壁之间；所述第二反应空间32位于所述内胆302内；所述第一反应空间31内的物料通过溢流进入所述第二反应空间32。

其中，内胆302与壳体301之间的环形区域即形成第一反应空间31，内胆302的内部区域即为第二反应空间32。内胆302的顶部为敞口设计，且低于壳体301的顶部。当第一反应空间31内的物料积累至高于内胆302的顶部时，物料通过溢流由第一反应空间31进入内胆302中。

如图2所示，所述壳体301及所述内胆302的横截面为圆形。所述第二进料口33位于所述壳体301的侧壁上。所示回流口34位于第一反应空间31的底部位置。内胆302的底部为锥体结构，且在内胆302的最低位置(锥体结构的尖端位置)设置有所示第二出料口35，以便将反应完全的污泥排出。另外，第二出料口35可以通过管道连接有排料泵，第二反应空间32可以起到缓冲平衡作用。

如图2所示，在本实施方式中，为了获得最佳液流装置，第二进料口33可以进行切向进料，从而确保物料的混合效果，以有利于污泥的水解完全。具体的，所述第二进料口33上可拆卸地设置有切向进料的输入喷头37。该输入喷头37可以向壳体301内切向进料，同时方便进行拆卸更换。

在如图3所示的另一实施例中，所述反应器30包括第一容器303以及位于所述第一容器303外的第二容器304。所述第一反应空间31位于所述第一容器303内。所述第二反应空间32位于所述第二容器304内；所述第二进料口33、所述回流口34位于所述第一容器303上。所述第二出料口35位于所述第二容器304上；所述第一容器303的底部通过管道通入所述第二容器304的第二反应空间32内。

其中，第一容器303与第二容器304均可以为罐体，第一容器303与第二容器304的下部均可以设置有支架支撑。第一容器303与第二容器304相通，即为第一反应空间31与第二反应空间32相通。如图3所示，第一容器303与第二容器304的底部均为锥体结构，第一容器303的底部(锥体结构的尖端位置)通过管道通入第二容器304内。为便于物料的混合均匀，促使污泥水解完全，所述第一容器303与所述第二容器304内均可以设有搅拌器38。

请参阅图4，本发明另一种实施方式中还提供一种污泥热水解方法，所述污泥热水解方法可以应用但不限于上述污泥热水解系统。其中，该污泥热水解方法包括以下步骤：

S10、将碱液与污泥混合形成混合物料；

S20、将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

其中，所述污泥热水解方法还包括步骤：S15、将所述混合物料加热到所述预定温度。

在本实施方式中，在所述污泥的含固率小于或等于8％时，采用套管式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。其中，套管式热交换器的形状、结构、以及功能均可以参考上述污泥热水解系统中的套管式热交换器，本实施方式中不再一一赘述。

在本实施方式中，在所述污泥的含固率超过8％且小于或等于12％时，采用螺旋式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。其中，螺旋式热交换器的形状、结构、以及功能均可以参考上述污泥热水解系统中的螺旋式热交换器，本实施方式中不再一一赘述。

在所述将碱液与污泥混合形成混合物料的步骤中，每立方米的污泥混入1.0升至3.0升碱液；所述碱液的浓度为40％至60％。优选的，碱液的浓度可以为50％，以取得较佳的污泥的水解率。在本实施方式中，碱液呈碱性即可，其可以为氢氧化钠溶液，也可以为氢氧化钙溶液。作为优选的，碱液中的溶质为氢氧化钠。

在本实施方式中，该污泥热水解方法通过使碱液与污泥的混合物料在预定温度下进行热水解。通过加入碱液，在水解污泥时无需提供过高的反应温度。其中，预定温度在本实施方式中小于100摄氏度。优选的，预定温度为60℃至70℃。

由于本实施方式通过向污泥中加入碱，从而使得污泥的水解温度降低，因此，热源的温度无须太高，热源(未参与热交换时)的温度不超过100℃即可在本实施方式中采用，具体的，采用80℃至90℃的热源将所述混合物料加热到所述预定温度，进而大大降低了对热源的要求。比如，热源可以利用发电厂的废水余热，或者，沼气发电机的冷却热水等等。热源在本实施方式中优选为流体，其中，热源可以为液体，比如废水，也可以为气体，比如蒸汽、烟气等等。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (25)

1.一种污泥热水解系统，其特征在于，包括：

混合单元；所述混合单元用于将碱液与污泥混合形成混合物料；

热水解单元；所述热水解单元用于将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

2.如权利要求1所述的污泥热水解系统，其特征在于，所述混合单元连接有进料管以及加药装置；所述进料管用于向所述混合单元输入污泥；所述加药装置用于向所述混合单元输入碱液。

3.如权利要求2所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述混合单元为管道混合器；所述管道混合器具有第一输入口、第二输入口以及输出口；所述第一输入口与所述进料管相连通；所述第二输入口与所述加药装置通过管道相连通；所述输出口通过管道与所述热水解单元相连通。

4.如权利要求2所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述加药装置包括用于储存碱液的存储罐、以及与所述存储罐连接的加药泵。

5.如权利要求4所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述存储罐的容积为0.5至1.5立方米或10至30立方米；所述加药泵为隔膜计量泵。

6.如权利要求1-5任一所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述热水解单元包括加热组件以及反应器；所述加热组件能将所述混合物料加热到预定温度；所述反应器用于使预定温度下的所述混合物料进行水解反应；

所述加热组件具有第一进料口以及第一出料口；所述反应器具有第二进料口以及第二出料口；

所述第一进料口与所述混合单元相连通；所述第一出料口与所述第二进料口相连通；所述第二出料口用于输出产物。

7.如权利要求6所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述加热组件具有第一流道以及第二流道；所述第一流道用于混合物料流动；所述第二流道用于能对所述混合物料加热的加热介质流动。

8.如权利要求7所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述第一流道与所述第二流道的流向相反。

9.如权利要求7或8所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述加热组件为套管式热交换器；所述套管式热交换器包括内管以及外管；所述内管套设于所述外管内；所述第一流道位于所述内管的内部；所述内管与所述外管之间的环形空间形成所述第二流道。

10.如权利要求9所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述内管与所述外管中至少一个的管壁经螺旋压花处理。

11.如权利要求7或8所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述加热组件为螺旋式热交换器；所述第一流道与所述第二流道均为螺旋形流道。

12.如权利要求6所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述反应器还设有回流口；所述回流口与所述第一进料口相连通，以使所述反应器内的部分物料回流至所述加热单元内。

13.如权利要求12所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述反应器具有相通的第一反应空间以及第二反应空间；所述第一反应空间能向所述第二反应空间输入物料；

所述第二进料口与所述回流口设置于所述第一反应空间；所述第二出料口设置于所述第二反应空间。

14.如权利要求6所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述反应器的顶部还设置有排气口。

15.如权利要求13所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述反应器包括壳体、以及位于所述壳体内的内胆；所述第一反应空间设置于所述壳体的内侧壁与所述内胆的外侧壁之间；所述第二反应空间位于所述内胆内；

所述第一反应空间内的物料通过溢流进入所述第二反应空间。

16.如权利要求15所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述壳体及所述内胆的横截面为圆形；所述第二进料口位于所述壳体的侧壁上；所述第二进料口上可拆卸地设置有切向进料的输入喷头。

17.如权利要求13所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述反应器包括第一容器以及位于所述第一容器外的第二容器；所述第一反应空间位于所述第一容器内，所述第二反应空间位于所述第二容器内；所述第二进料口、所述回流口位于所述第一容器上；所述第二出料口位于所述第二容器上；所述第一容器的底部通过管道通入所述第二容器的第二反应空间内。

18.如权利要求17所述的污泥热水解系统，其特征在于：所述第一容器与所述第二容器内均设有搅拌器。

19.一种污泥热水解方法，其特征在于，包括：

将碱液与污泥混合形成混合物料；

将所述混合物料在预定温度下进行水解反应。

20.如权利要求19所述的污泥热水解方法，其特征在于：还包括：

将所述混合物料加热到所述预定温度。

21.如权利要求20所述的污泥热水解方法，其特征在于：在所述污泥的含固率小于或等于8％时，采用套管式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。

22.如权利要求20所述的污泥热水解方法，其特征在于：在所述污泥的含固率超过8％且小于或等于12％时，采用螺旋式热交换器将所述混合物料加热到所述预定温度。

23.如权利要求19所述的污泥热水解方法，其特征在于：在所述将碱液与污泥混合形成混合物料的步骤中，每立方米的污泥混入1.0升至3.0升碱液；所述碱液的浓度为40％至60％。

24.如权利要求19所述的污泥热水解方法，其特征在于：所述预定温度为60℃至70℃。

25.如权利要求24所述的污泥热水解方法，其特征在于：采用80℃至90℃的热源将所述混合物料加热到所述预定温度。