CN107857455B - 一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及使用方法，包括缓冲仓、浆化罐、反应罐、闪蒸罐、压滤机、蒸发仓、稀释水泵、冷水储池、蒸汽锅炉、除臭系统；缓冲仓与浆化罐相连接；浆化罐分别与反应罐、闪蒸罐和除臭系统相连接；反应罐还分别与闪蒸罐和蒸汽锅炉相连接；闪蒸罐还与压滤机相连接；所述压滤机还与蒸发仓相连接，所述冷水储池与压滤机通过稀释水泵相连接；反应罐与闪蒸罐通过连接管道将两者内的剩余蒸汽输送至浆化罐。其具有结构设计合理、操作使用方便、运行安全可靠稳定、自动化程度高、有效缩短了工艺链，节省了建设成本，降低了热水解与脱水过程的温差，减少了稀释冷却环节，降低了运行管理难度，提高了污泥的减量化效果。

Description

一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及使用方法。
背景技术
污泥含水量大的特点，是实现污泥有效减量化的主要困难之一。污泥的絮体结构和细胞壁屏障，导致了污泥中的水分难以脱除。常规的脱水方式只能将污泥的含水率降低至80％左右，且病原菌杀灭效果较差，再加上污泥的有机物含量较多，其处理处置过程容易造成环境污染和生态危害。
热水解技术是近年来发展较快且商业化程度不断提高的一种污泥预处理技术，污泥经过高温高压的处理后絮体解体，细胞破碎，粘度降低、粒径减小、水分释放和物质溶解，这使得污泥的流动性明显变好，固液分离效果显著改善，生物降解性能大幅提升，有害病菌被完全杀灭。目前应用较多的是“热水解+厌氧消化+脱水”的工艺，效果表现为厌氧消化过程的沼气产率增加，污泥的脱水减量效果提升，污泥处理过程产成品的稳定性良好。
然而，热水解污泥的温度通常在100–105℃，但常用的中温厌氧消化的温度需维持在37–40℃，温度的不匹配导致需要在两个技术单元之间进行多次的稀释冷却和换热降温，增加了工艺过程的复杂性和运行管理难度；另外，降温处理会引起热水解污泥固液分离性能的下降，冷媒温度的季节性变化也导致了厌氧消化反应器进料负荷的不稳定。厌氧消化过程中的微生物活动也会引起污泥的絮体结构再形成和胶体物质含量回增，从而部分削弱热水解预处理对污泥固液分离性能的改善作用；微生物的增殖也会导致污泥处理产成品的细菌总数含量较大。
减量化是污泥处理处置的基础，如何充分发挥热水解技术对污泥固液分离性能的改善作用，在现有技术条件允许的情况下达到良好的脱水减量效果，并合理降低工艺流程的复杂程度和运行管理难度，需要紧密围绕污泥脱水减量的基本目标，全面结合各单元技术的优势特点，通过合理的能力匹配与性能优化，开发一种创新的污泥脱水减量方法，以实现污泥的高效减量化。
发明内容
针对现有技术中污泥脱水工艺存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及其使用方法，其具有结构设计合理、操作使用方便、运行安全可靠稳定、自动化程度高、有效缩短了工艺链，节省了建设成本，降低了热水解与脱水过程的温差，减少了稀释冷却环节，降低了运行管理难度，提高了污泥的减量化效果。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置，该装置包括缓冲仓、浆化罐、反应罐、闪蒸罐、压滤机、蒸发仓、稀释水泵、冷水储池、蒸汽锅炉、除臭系统；其中，所述缓冲仓与浆化罐相连接；所述浆化罐分别与反应罐、闪蒸罐和除臭系统相连接；所述反应罐还分别与闪蒸罐和蒸汽锅炉相连接；所述闪蒸罐还与压滤机相连接；所述压滤机还与蒸发仓相连接，所述冷水储池与压滤机通过稀释水泵相连接；反应罐与闪蒸罐通过连接管道将两者内的剩余蒸汽输送至浆化罐。
作为上述技术方案的进一步优化，所述压滤机为高温板框压滤机。
作为上述技术方案的进一步优化，该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括可编程控制器、设置在缓冲仓内的预脱水污泥流量传感器、设置在浆化罐内用于监测所述浆化污泥温度的第一温度传感器、设置在反应罐内的用于监测罐内物料温度的第二温度传感器及用于监测反应罐内气体压力的压力传感器、设置在闪蒸罐内用于监测热水解污泥温度的第三温度传感器、设置在蒸发仓内用于检测压榨脱水泥饼的在线含水率检测仪；所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、第三温度传感器和在线含水率检测仪分别与可编程控制器数据信号相连接，并将相应的检测信号发送至可编程控制器，可编程控制器将接收到的检测信号经数据转换后存储于存储器中。
作为上述技术方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括数据处理器，所述数据处理器分别与可编程控制器、存储器相连接；所述数据处理器包括数据比较模块和预设阈值存储模块，所述数据比较模块将存储器中存储的经数据转换后相应信号的实时检测值与预设阈值存储模块中的相应预设阈值进行比较，并将比较后的结果发送至可编程控制器，可编程控制器根据比较的结果控制缓冲仓的预脱水污泥进泥量、浆化罐的温度调节装置、蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量温度调节装置、反应罐内压力控制阀调节装置及闪蒸罐内温度调节装置的调节量。
作为上述技术方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括图像采集模块、图像处理模块和图像存储模块，所述图像采集模块包括设置在蒸发仓内用于拍摄压榨脱水污泥的高清防水摄像头，所述高清防水摄像头的摄像头面朝压榨脱水污泥方位进行高清图像数据采集以获得压榨脱水污泥高清图像；所述图像处理模块包括滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块，所述图像边缘增强模块分别与滤波模块、噪声分析模块相连接，所述滤波模块与高清防水摄像头相连接；所述滤波模块对采集到的顶部反冲洗废水中滤料高清图像进行滤波以获得滤波图像；所述图像边缘增强模块对获得的滤波图像进行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述噪声分析模块对边缘增强图像进行噪声类型分析并形成最终滤波图像；采集到的压榨脱水污泥高清图像经过滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块处理后存储于所述图像存储模块；所述图像采集模块、图像处理模块、图像存储模块均连接于可编程控制器。
作为上述技术方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括无线网络通信模块，所述可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接；所述无线网络通信模块包括3G、4G或者wifi网络；所述智能移动终端包括智能手机、平板电脑或者笔记本电脑。
本发明上述基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置的使用方法包括如下步骤：
1)经过预脱水的污泥首先输送至缓存仓，并根据浆化罐的液位变化调整缓存仓至浆化罐的输送流量；
2)浆化罐通过接收反应罐和闪蒸罐产生的剩余蒸汽，对污泥进行预热和稀化，剩余蒸汽中不能被吸收的不凝臭气进入除臭系统进行处理；当反应罐闪蒸完成压力降至常压后，浆化罐向反应罐泵入浆化污泥；
3)反应罐进泥结束后，切换阀组，使蒸汽锅炉的高压饱和蒸汽进入反应罐对浆化污泥进行进一步地加热，并通过搅拌强化污泥对蒸汽热量的吸收；当污泥温度升高至165-185℃后，关闭蒸汽阀门，反应罐进入保温保压的反应阶段；控制反应时间为30-60min后，反应罐向闪蒸罐进行泄压闪蒸，热水解污泥随之进入闪蒸罐；
4)通过调整稀释水泵的流量，与闪蒸罐出口流量相匹配，对热水解污泥进行定量稀释冷却，使进入压滤机的热水解污泥温度低于80℃；压滤机进料完成后在2-2.5MPa的压力下对热水解污泥进行压榨脱水；压榨所得脱水泥饼进入蒸发仓，利用自身余热进一步蒸发干化。
还包括步骤5)可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接。
采用本发明的基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及使用方法具有如下有益效果：
(1)整体结构设计更加合理，通过上述缓冲仓、浆化罐、反应罐、闪蒸罐、压滤机、蒸发仓、稀释水泵、冷水储池、蒸汽锅炉、除臭系统的设计，使得整体结构更加紧凑，不占据较大的用地，并且生产及运营成本大大降低，操作更加便捷。
(2)脱水泥饼含水率低于50％，病原菌完全杀灭。相比于直接脱水过程，污泥的进一步减量化率可以达到70％以上，相比于“热水解+厌氧消化+脱水”过程，脱水泥饼的含水率降低15％以上。
(3)借助于温度传感器、流量传感器、压力传感器及在线含水率检测仪等设备能够有效实时获取相应的温度、压力、流量及含水率数据；同时利用高清防水摄像头能够有效采集并存储压榨脱水泥饼图像，整体自动化程度较高。
(4)借助于无线通信模块，能够便于试验人员实时获取及存储采集的实时检测数据，能够满足工作人员的使用需求，降低了工人的劳动强度。
附图说明
附图1为本发明基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置及使用方法作以详细说明。
一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置，该装置包括缓冲仓1、浆化罐2、反应罐3、闪蒸罐4、压滤机5、蒸发仓6、稀释水泵7、冷水储池8、蒸汽锅炉9、除臭系统10；其中，所述缓冲仓与浆化罐相连接；所述浆化罐分别与反应罐、闪蒸罐和除臭系统相连接；所述反应罐还分别与闪蒸罐和蒸汽锅炉相连接；所述闪蒸罐还与压滤机相连接；所述压滤机还与蒸发仓相连接，所述冷水储池与压滤机通过稀释水泵相连接；反应罐与闪蒸罐通过连接管道将两者内的剩余蒸汽输送至浆化罐。所述压滤机为针对于高温物料开发的高温板框压滤机。该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括可编程控制器、设置在缓冲仓内的预脱水污泥流量传感器、设置在浆化罐内用于监测浆化污泥温度的第一温度传感器、设置在反应罐内的用于监测罐内物料温度的第二温度传感器及用于监测反应罐内气体压力的压力传感器、设置在闪蒸罐内监测热水解污泥温度的第三温度传感器、设置在蒸发仓内用于检测压榨脱水泥饼的在线含水率检测仪；所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、第三温度传感器和在线含水率检测仪分别与可编程控制器数据信号相连接，并将相应的检测信号发送至可编程控制器，可编程控制器将接收到的检测信号经数据转换后存储于存储器中。所述自动控制系统还包括数据处理器，所述数据处理器分别与可编程控制器、存储器相连接；所述数据处理器包括数据比较模块和预设阈值存储模块，所述数据比较模块将存储器中存储的经数据转换后相应信号的实时检测值与预设阈值存储模块中的相应预设阈值进行比较，并将比较后的结果发送至可编程控制器，可编程控制器根据比较的结果控制缓冲仓的与脱水污泥进泥量、浆化罐内浆化污泥温度调节装置、蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量调节装置、反应罐内压力控制阀调节装置及闪蒸罐内热水解污泥温度调节装置的调节量。所述自动控制系统还包括图像采集模块、图像处理模块和图像存储模块，所述图像采集模块包括设置在蒸发仓内用于拍摄压榨脱水污泥的高清防水摄像头，所述高清防水摄像头的摄像头面朝压榨脱水污泥方位进行高清图像数据采集以获得压榨脱水污泥高清图像；所述图像处理模块包括滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块，所述图像边缘增强模块分别与滤波模块、噪声分析模块相连接，所述滤波模块与高清防水摄像头相连接；所述滤波模块对采集到的顶部反冲洗废水中滤料高清图像进行滤波以获得滤波图像；所述图像边缘增强模块对获得的滤波图像进行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述噪声分析模块对边缘增强图像进行噪声类型分析并形成最终滤波图像；采集到的压榨脱水污泥高清图像经过滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块处理后存储于所述图像存储模块；所述图像采集模块、图像处理模块、图像存储模块均连接于可编程控制器。所述自动控制系统还包括无线网络通信模块，所述可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接；所述无线网络通信模块包括3G、4G或者wifi网络；所述智能移动终端包括智能手机、平板电脑或者笔记本电脑。
在上述装置中，各个部件的具体含义如下：
缓存仓为圆筒形料仓，用于预脱水泥饼的暂时储存，以保证热水解系统运行的连续稳定。
浆化罐用于从缓存仓获取预脱水泥饼，并接收来自于反应罐和闪蒸罐的高温蒸汽，以实现预脱水泥饼的预热和蒸汽能量的回收。
反应罐用于从浆化罐接收浆化污泥，通过搅拌装置强化污泥对蒸汽热量的吸收，利用来自于蒸汽锅炉的高温饱和蒸汽将浆化污泥加热至设定的反应温度165-185℃，并在该温度下维持设定的时间30-60min。
闪蒸罐用于接收反应罐中反应完成的热水解污泥，该装置为常压环境，反应罐中的热水解污泥通过压力骤降产生的推动力进入闪蒸罐，并由于饱和压力的变化产生大量的高温蒸汽。
压滤机为高温板框压滤机，从闪蒸罐出来的热水解污泥，经过稀释水泵用冷水储池的冷水进行定量稀释冷却后，进入压滤机在2-2.5MPa的压力下进行压榨脱水。
蒸发仓，用于压榨脱水泥饼的存储和水分的进一步蒸发。
稀释水泵，用于从冷水储池获取冷水对热水解污泥进行定量稀释冷却，使其温度降至低于80℃。
冷水储池，用于稀释冷却所需冷水的储存。
蒸汽锅炉，用于提供高温饱和蒸汽，将反应罐内的污泥加热至设定的反应温度。
除臭系统，用于热水解和闪蒸过程产生的不凝臭气的处理。
本发明上述基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置的使用方法包括如下步骤：
1)经过预脱水的污泥首先输送至缓存仓，并根据浆化罐的液位变化调整缓存仓至浆化罐的输送流量；
2)浆化罐通过接收反应罐和闪蒸罐产生的剩余蒸汽，对污泥进行预热和稀化，剩余蒸汽中不能被吸收的不凝臭气进入除臭系统进行处理；当反应罐闪蒸完成压力降至常压后，浆化罐向反应罐泵入浆化污泥；
3)反应罐进泥结束后，切换阀组，使蒸汽锅炉的高压饱和蒸汽进入反应罐对浆化污泥进行进一步地加热，并通过搅拌装置强化污泥对蒸汽热量的吸收；当污泥温度升高至165-185℃后，关闭蒸汽阀门，反应罐进入保温保压的反应阶段；控制反应时间为30-60min后，反应罐向闪蒸罐进行泄压闪蒸，热水解污泥随之进入闪蒸罐；
4)通过调整稀释水泵的流量，与闪蒸罐出口流量相匹配，对热水解污泥进行定量稀释冷却，使进入压滤机的热水解污泥温度低于80℃；压滤机进料完成后在2-2.5MPa的压力下对热水解污泥进行压榨脱水；压榨所得脱水泥饼进入蒸发仓，利用自身余热进一步蒸发干化。
还包括步骤5)可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接。
经过多次试验发现：经过本发明的上述装置及方法处理有，脱水泥饼含水率低于50％，病原菌完全杀灭，相比于直接脱水过程，污泥的进一步减量化率可以达到70％以上，相比于“热水解+厌氧消化+脱水”过程，脱水泥饼的含水率降低15％以上，整体性能上较高，具有较高的推广及应用空间。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于热水解的污泥高温高干脱水减量装置，其特征在于：该装置包括缓冲仓(1)、浆化罐(2)、反应罐(3)、闪蒸罐(4)、压滤机(5)、蒸发仓(6)、稀释水泵(7)、冷水储池(8)、蒸汽锅炉(9)、除臭系统(10)；其中，所述缓冲仓与浆化罐相连接；所述浆化罐分别与反应罐、闪蒸罐和除臭系统相连接；所述反应罐还分别与闪蒸罐和蒸汽锅炉相连接；所述闪蒸罐还与压滤机相连接；所述压滤机还与蒸发仓相连接，所述冷水储池与压滤机通过稀释水泵相连接；反应罐与闪蒸罐通过连接管道将两者内的剩余蒸汽输送至浆化罐；
该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括可编程控制器、设置在缓冲仓内的预脱水污泥流量传感器、设置在浆化罐内且用于监测所述浆化污泥温度的第一温度传感器、设置在反应罐内的用于监测罐内物料温度的第二温度传感器及用于监测反应罐内气体压力的压力传感器、设置在闪蒸罐内用于监测热水解污泥温度的第三温度传感器、设置在蒸发仓内用于检测压榨脱水泥饼的在线含水率检测仪；所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、第三温度传感器和在线含水率检测仪分别与可编程控制器数据信号相连接，并将相应的检测信号发送至可编程控制器，可编程控制器将接收到的检测信号经数据转换后存储于存储器中；
所述自动控制系统还包括数据处理器，所述数据处理器分别与可编程控制器、存储器相连接；所述数据处理器包括数据比较模块和预设阈值存储模块，所述数据比较模块将存储器中存储的经数据转换后相应信号的实时检测值与预设阈值存储模块中的相应预设阈值进行比较，并将比较后的结果发送至可编程控制器，可编程控制器根据比较的结果控制缓冲仓的预脱水污泥进泥量、浆化罐的温度调节装置、蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量调节装置、反应罐内压力控制阀调节装置及闪蒸罐温度调节装置的调节量；
所述自动控制系统还包括图像采集模块、图像处理模块和图像存储模块，所述图像采集模块包括设置在蒸发仓内用于拍摄压榨脱水污泥的高清防水摄像头，所述高清防水摄像头的摄像头面朝压榨脱水污泥方位进行高清图像数据采集以获得压榨脱水污泥高清图像；所述图像处理模块包括滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块，所述图像边缘增强模块分别与滤波模块、噪声分析模块相连接，所述滤波模块与高清防水摄像头相连接；所述滤波模块对采集到的压榨脱水污泥高清图像进行滤波以获得滤波图像；所述图像边缘增强模块对获得的滤波图像进行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述噪声分析模块对边缘增强图像进行噪声类型分析并形成最终滤波图像；采集到的压榨脱水污泥高清图像经过滤波模块、图像边缘增强模块、噪声分析模块处理后存储于所述图像存储模块；所述图像采集模块、图像处理模块、图像存储模块均连接于可编程控制器；
所述自动控制系统还包括无线网络通信模块，所述可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接；所述无线网络通信模块包括3G、4G或者wifi网络；所述智能移动终端包括智能手机、平板电脑或者笔记本电脑；
上述污泥高温高干脱水减量装置的使用方法包括如下步骤：
1)经过预脱水的污泥首先输送至缓冲仓，并根据浆化罐的液位变化调整缓冲仓至浆化罐的输送流量；
2)浆化罐通过接收反应罐和闪蒸罐产生的剩余蒸汽，对污泥进行预热和稀化，剩余蒸汽中不能被吸收的不凝臭气进入除臭系统进行处理；当反应罐闪蒸完成压力降至常压后，浆化罐向反应罐泵入浆化污泥；
3)反应罐进泥结束后，切换阀组，使蒸汽锅炉的高压饱和蒸汽进入反应罐对浆化污泥进行进一步地加热，并通过搅拌强化污泥对蒸汽热量的吸收；当污泥温度升高至165-185℃后，关闭蒸汽阀门，反应罐进入保温保压的反应阶段；控制反应时间为30-60min后，反应罐向闪蒸罐进行泄压闪蒸，热水解污泥随之进入闪蒸罐；
4)通过调整稀释水泵的流量，与闪蒸罐出口流量相匹配，对热水解污泥进行定量稀释冷却，使进入压滤机的热水解污泥温度低于80℃；压滤机进料完成后在2-2.5MPa的压力下对热水解污泥进行压榨脱水；压榨所得脱水泥饼进入蒸发仓，利用自身余热进一步蒸发干化；
步骤5)可编程控制器将接收到经过数据转换得到的实时检测的缓冲仓内的预脱水污泥流量、浆化罐内浆化污泥温度、反应罐内蒸汽锅炉输送高温饱和蒸汽流量、闪蒸罐内热水解污泥温度、蒸发仓内压榨脱水泥饼的在线含水率以及图像存储模块中的最终滤波图像经过无线网络通信模块与远程监控中心或者智能移动终端相连接。
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