CN108101333B - 一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，包括如下步骤：S1、对剩余污泥进行低温热水解处理，得到热水解污泥；S2、将热水解污泥与未经处理的剩余污泥和/或冷媒介质进行热交换处理；S3、过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质；S4、将过滤后的热水解污泥进行冲压撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。本发明的剩余污泥厌氧消化预处理工艺对剩余污泥的破解效率高、能耗低、能有效加快剩余污泥厌氧消化反应速率、缩短停留时间、提高甲烷产率且工艺简单、成本低。

Description

一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺

技术领域

本发明属于固体废弃物处理和资源再生领域，具体涉及一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺。

背景技术

城市污水处理厂产生的大量剩余污泥越来越成为严重的环境与社会问题。目前剩余污泥处置方式有填埋、焚烧、堆肥、厌氧消化等。由于剩余污泥中含有微量元素、有机质等可回收资源。在“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的背景下，剩余污泥的减量化与资源化成为当今剩余污泥处理处置的必然选择。厌氧消化则因具备回收潜在能量和降低环境危害的双重功能而成为目前国际上首推的主流技术。但是，传统的厌氧消化工艺普遍存在厌氧消化速率慢、剩余污泥停留时间长、消化池体积大等缺点。

为改善这种现状，近年来人们对剩余污泥的厌氧消化的过程展开了大量研究。研究表明，剩余污泥厌氧消化反应过程分为三个步骤：即水解、酸化和甲烷化，其中水解过程耗时最长，为厌氧消化的限速步骤，水解效率低直接导致了剩余污泥在厌氧消化过程中存在停留时间长、降解效率低等缺点。剩余污泥中的有机物大部分是微生物的细胞物质，被细胞壁所包裹，由于细胞壁的存在，微生物对污泥的水解情况直接影响消化反应的效果。因此，提高剩余污泥水解率的主要方法就是先对剩余污泥进行强化预处理。其中，对剩余污泥进行破解(击破细胞壁，从而使胞内有机物质从固相转移到液相，实现微生物对有机物降解转化)是目前剩余污泥减量化、无害化、资源化的有效预处理方法。

目前采用的剩余污泥预处理工艺繁多，一般可分为物理法、机械法、化学法、生物法和联合法等。具体如高温热水解法、低温热水解法、碱解处理法、碱解高压喷射处理法、高温热水解联合真空闪蒸脱水处理法等。但是高温热水解能量输入高、一般需要高压下操作、设备复杂、运行成本高。低温热水解法虽然能够减少能量输入，但是单独使用热水解耗时较长、效果有限。碱解处理法等其他方法对剩余污泥厌氧消化过程起到了一点改善作用，但改善效果不加、厌氧消化反应速率较慢、污泥停留时间较长、最终甲烷产率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种对剩余污泥的破解效率高、能耗低、能有效加快剩余污泥厌氧消化反应速率、缩短停留时间、提高甲烷产率且工艺简单以及成本低的剩余污泥厌氧消化预处理工艺。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，包括如下步骤：S1、对剩余污泥进行低温热水解处理，得到热水解污泥；S2、将热水解污泥与未经处理的剩余污泥和/或冷媒介质进行热交换处理；S3、过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质；S4、将过滤后的热水解污泥进行冲压撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。

根据本发明，若污泥破解液的温度低于厌氧消化工艺的最高温度，污泥破解液直接用作厌氧消化工艺的原料；否则，污泥破解液需进行以下处理：将污泥破解液与未经处理的剩余污泥和/或冷媒介质进行热交换处理，直至将污泥破解液的温度降低至厌氧消化工艺所需的温度，以用作厌氧消化工艺的原料。

根据本发明，在步骤S4中，采用冲压撞击流反应装置进行冲压撞击流处理；其中，冲压撞击流反应装置包括撞击仓、回流仓和高压泵，回流仓上设有进料口和出料口；撞击仓内设置有若干个喷嘴，撞击仓的底部设置有回流出口，回流出口与回流仓相连通，回流仓通过管路及高压泵与若干个喷嘴相连通。

根据本发明，在步骤S4中，若干个喷嘴沿撞击仓的水平周向均匀排布，撞击仓的中心形成撞击区。

根据本发明，喷嘴的数量为偶数，每两个喷嘴口对向设置。

根据本发明，每两个对向设置的喷嘴口之间具有喷嘴间距，喷嘴间距为4～8cm，每个喷嘴(4)的喷嘴口直径为1～2mm。

根据本发明，高压泵(3)的工作压力为15～30MPa，冲压撞击流处理的循环撞击时间为30～90min。

根据本发明，在步骤S3中，采用具有筛网结构的过滤器进行过滤，过滤器设置在回流仓内，过滤器的筛网数目为20～50目。

根据本发明，在步骤S1中，剩余污泥中的固体浓度为5000～20000mg/L，进行一次低温热水解处理所用的剩余污泥的体积为1～10L。

根据本发明，在步骤S1中，低温热水解处理中的水解反应温度为40～80℃，水解反应时间为30～120min；在步骤S2中，经过热交换后的热水解污泥的温度降至20～40℃。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明中的剩余污泥厌氧消化预处理工艺首次将冲压撞击流技术应用到剩余污泥的破解中，并与低温热水解方法相结合，剩余污泥经过这两种方法的共同作用后，菌胶团和细菌均得到较高程度的破解，破解效率高，且有机物得到充分地释放，进而有效加快剩余污泥厌氧消化反应速率、缩短停留时间、提高甲烷产率。

此外，采用低温热水解处理，能量输入低、在常压下就能进行，工艺简单，运行成本低。同时将冲压撞击流技术与低温热水解方法相结合在一起，可以缩短在进行冲压撞击流处理时的循环撞击时间，进而减少能耗，降低设备的损耗。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的剩余污泥厌氧消化预处理工艺的工艺流程图；

图2为本发明实施例1提供的剩余污泥厌氧消化预处理工艺中所选用的高压喷射撞击流反应装置的结构示意图。

【附图标记说明】

1：撞击仓；2：回流仓；3：高压泵；4：喷嘴；5：喷枪；6：压力调节阀。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

参照图1，本实施例提供一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，具体包括如下步骤：

S1、将剩余污泥通入到热水解罐内进行低温热水解处理，得到热水解污泥。通过低温热水解可以改变剩余污泥的理化性质，实现剩余污泥的破解和胞内有机质的溶出。

具体地，热水解罐中包括水浴层和包裹在水浴层外部的保温层，保温层能够使热水解罐被加热至一定温度后保持在稳定的温度范围内。利用热泵对热水解罐供热，将热水解罐内的水解反应温度升高至60℃，将体积为1L、固体浓度为10000mg/L、SCOD(即溶解性化学需氧量)为72mg/L的剩余污泥通入到热水解罐中进行水解反应，水解反应时间为80min，在整个水解反应过程中施以连续的机械搅拌，搅拌转速为1600r/min，最终得到热水解污泥。通过机械搅拌能够使剩余污泥受热均匀，进而加快水解速率。

需要说明的是，这里所说的低温是指低于100℃的温度，而高于100℃的温度为高温，这里的低温和高温的范围可作为参考，具体以本领域技术人员所公知的范围为准。这里所说的水解反应时间是指在当温度升高至水解反应温度时开始计时的反应时间。相比较现有技术中的水解反应时间，本实施例中的水解反应时间更短，可减少能耗，提高处理效率。

S2、利用循环泵将步骤S1得到的热水解污泥通入到套管式热交换器中，使其与未经处理的剩余污泥进行热交换处理，使热水解污泥的温度降低至25℃，避免温度过高对后续步骤S4中进行高压喷射撞击流处理时对高压喷射撞击流反应装置造成损害。同时经过热交换后可以将热水解污泥的热量部分传递给未经处理的剩余污泥，能够降低能耗。此外，采用套管式热交换器具有传热速度快、设备简单、检修方便等优点。

其中，经过热交换后的未经处理的剩余污泥的温度有所升高，但并未达到低温热水解处理的水解反应温度，这部分剩余污泥可以直接通入到热水解罐中作为原料进行低温热水解处理，由于这部分剩余污泥已经具备一定的温度，因此将这部分剩余污泥作为原料进行低温热水解处理能够减少能耗，加快水解反应速率，缩短水解反应时间。

S3、利用具有筛网结构的过滤器过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质。

具体地，参照图2，在步骤S4中所采用的高压喷射撞击流装置包括撞击仓1、回流仓2和高压泵3，回流仓2上设有进料口和出料口，热交换后的热水解污泥通过进料口通入至回流仓2内，污泥破解液通过出料口通入至厌氧消化工艺的装置中。其中，可以在回流仓2上设置一个开口，即作为进料口，又作为出料口。也可以在回流仓2上分别设置一个进料口和一个出料口。

撞击仓1内设有若干个喷嘴4，每个喷嘴4与一个喷枪5连接。在撞击仓1的底部设有回流出口，且回流出口与回流仓2相通，以便使高压喷射撞击流处理后的污泥进入到回流仓2内。回流仓2通过管路及高压泵3与若干个喷枪5和各自对应的喷嘴4连接。其中，回流仓2先通过管路与高压泵3连接，再由高压泵3通过若干个管路分别与若干个喷枪5连接，以使回流仓2内的污泥能够先通过高压泵3的自吸作用进入到高压泵3内，再由高压泵3内通过管路后由喷嘴4喷出。

其中，回流出口可以通过管路与回流仓2相连通，也可以不通过任何管路与回流仓2连接，仅需回流仓2正对回流出口的下方，以使由回流出口流出的污泥在自重的作用下直接降落至回流仓2内。在本实施例中，回流出口通过管路与回流仓2相连通。

进一步地，过滤器设在连接回流仓2与高压泵3的管路端部，且该管路端部为伸入回流仓2内的一端。这里所说的过滤器的设置位置主要具有以下几种情况：第一种，设有过滤器的该管路端部可以从回流仓2的底部伸入回流仓2内与回流仓2的底部平齐；第二种，设有过滤器的该管路端部可以伸入回流仓2内略高于回流仓2的底部；第三种，设有过滤器的该管路端部可以直接从回流仓2的上部伸入到回流仓2内。第四种，将具有筛网结构的过滤器可以直接固定在回流仓2的内壁上，同时连接回流仓2与高压泵3的管路从回流仓2的底部伸入回流仓2内，且伸入到回流仓2内的管路端部不高于过滤器的底部。在本实施例中，过滤器采用第一种方式设置。

将热水解污泥通入到回流仓2后，利用高压泵3的自吸作用，将热水解污泥吸入到过滤器的筛网结构内以过滤掉剩余污泥中的杂质(一般为泥沙、树叶等)，进而避免设备(主要指高压喷射撞击流反应装置)阻塞。其中，高压泵3的工作压力为16MPa。

进一步地，过滤器的筛网目数(即每平方英寸上的孔数目)为20目。在此筛网目数下，既能保证过滤效果，同时又能保证污泥能够顺利地排出。

进一步地，筛网的材质优选为不锈钢或烧结金属丝网。采用不锈钢，具有优良的耐化学腐蚀、耐电化学腐蚀性能，较高的强度和硬度等优势。采用烧结金属丝网，具有较高的机械强度和整体刚性结构，以及耐磨等优势。

S4、将过滤后的热水解污泥进行高压喷射撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。

具体地，设置2个喷嘴4且2个喷嘴4水平对向设置，2个喷嘴4在工作时能够形成相互对撞的同轴撞击流，能够增强污泥的破解效果，减少循环撞击的时间，减少能耗。其中，喷嘴间距(即每两个对向设置的喷嘴口之间的距离)为6cm。热水解污泥由2个喷嘴口喷出后在撞击仓1的中心(撞击区)位置形成撞击流。每个喷嘴4的喷嘴口的直径为1mm。通过高压泵3的自吸作用将过滤后的热水解污泥通过管路被吸入高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出。每个喷嘴4处形成单股的喷射流，每两股喷射流之间进行水平同轴对撞，从而完成单次高压喷射撞击流处理。进一步地，在高压泵3与喷枪5连接的管路上靠近喷枪5处还设有压力调节阀6，能够控制每个喷嘴4处喷出的喷射流的压力。

其中，由于撞击仓1与回流仓2是相通的，对撞之后的污泥会进入到回流仓2内，以备下次循环撞击。再进行下次循环撞击时，通过高压泵3的自吸作用将进入到回流仓2内的污泥先经过过滤器进行过滤，再被吸入到高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出，实现撞击，如此实现循环撞击处理，最终得到污泥破解液。其中，高压泵3优选为柱塞泵，高压泵3的工作压力为16MPa，形成的每股喷射流的压力为8MPa，循环撞击处理的时间为90min。在整个高压喷射撞击流处理过程中，均需要对回流仓2内的污泥进行搅拌，搅拌转速为1500r/min，以防止污泥自然沉降对高压喷射造成不利的影响。

具体地，由于污泥中含有固体物质，若不搅拌，污泥中的水和泥沙容易自然沉降而分层，使污泥的下层浓度较高，这样易造成对回流仓2底部的堵塞，影响污泥进行循环撞击处理，同时也影响高压喷射的效率，因此在整个高压喷射撞击流处理过程中均需要对回流仓2内的污泥进行搅拌。

经过高压喷射撞击流处理后得到的污泥破解液根据季节以及循环处理的时间不同，会有不同程度的升温，若经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度低于40℃(即厌氧消化工艺的最高温度)，则可以直接作为厌氧消化工艺的原料。若经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度高于40℃，则至少进行一次热交换处理，使污泥破解液的温度降低至30～40℃之间(即厌氧消化工艺所需的温度)。具体热交换处理的工艺同步骤S3，在此不再赘述。当然经过热交换后的未经处理的剩余污泥的温度有所升高，这部分剩余污泥也可以直接通入到热水解罐中作为原料进行低温热水解处理，进而减少能耗，加快水解反应速率，缩短水解反应时间。

在本实施例中，经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度为52℃，因此先对其进行一次热交换处理，经过热交换后的污泥破解液的温度降至38℃，可用作厌氧消化工艺的原料。

取部分经过预处理工艺得到的污泥破解液进行离心分离，测得离心分离后的上清液中的SCOD的浓度为2845mg/L。将预处理后的污泥破解液在温度为35℃的条件下进行厌氧消化处理，最终测得厌氧消化的停留时间为8天，甲烷产量增加56％。

实施例2

本实施例提供一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，具体包括如下步骤：

S1、将剩余污泥通入到热水解罐内进行低温热水解处理，得到热水解污泥。

具体地，利用热泵对热水解罐供热，将热水解罐内的水解反应温度升高至65℃，将体积为1L、固体浓度为10000mg/L、SCOD为72mg/L的剩余污泥通入到热水解罐中进行水解反应，水解反应时间为70min，在整个水解反应过程中施以连续的机械搅拌，搅拌转速为1400r/min，最终得到热水解污泥。

S2、利用循环泵将步骤S1得到的热水解污泥通入到套管式热交换器中，使其与未经处理的剩余污泥进行热交换处理，使热水解污泥的温度降低至35℃。

S3、利用具有筛网结构的过滤器过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质。具体地，过滤器采用实施例1中所说的第二种方式设置。将热水解污泥通入到回流仓2后，利用高压泵3的自吸作用，将热水解污泥吸入到过滤器的筛网结构内以过滤掉剩余污泥中的杂质。其中，高压泵3的工作压力为20MPa。

进一步地，过滤器的筛网目数为32目。

S4、将过滤后的热水解污泥进行高压喷射撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。

具体地，设置4个喷嘴4且4个喷嘴4沿撞击仓1的水平周向均匀布置，且每两个喷嘴口对向设置，4个喷嘴4在工作时能够形成两两相互对撞的同轴撞击流，能够增强剩余污泥的破解效果，减少循环撞击的时间，减少能耗。其中，喷嘴间距为6cm，每个喷嘴口的直径为1mm。通过高压泵3的自吸作用将过滤后的热水解污泥通过管路被吸入高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出。每个喷嘴4处形成单股的喷射流，每两股喷射流之间进行水平同轴对撞，从而完成单次高压喷射撞击流处理。进一步地，在高压泵3与喷枪5连接的管路上靠近喷枪5处还设有压力调节阀6，能够控制每个喷嘴4处喷出的喷射流的压力。

其中，回流出口不通过任何管路与回流仓2连接，回流仓2正对回流出口的下方设置。对撞之后的污泥会进入到回流仓2内，以备下次循环撞击。再进行下次循环撞击时，通过高压泵3的自吸作用将进入到回流仓2内的污泥先经过过滤器进行过滤，再被部吸入到高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出，实现撞击，如此实现循环撞击处理，最终得到污泥破解液。其中，高压泵3的工作压力为20MPa，形成的每股喷射流的压力为5MPa，循环撞击处理的时间为85min。在整个高压喷射撞击流处理过程中，均需要对回流仓2内的污泥进行搅拌，搅拌转速为1300r/min，以防止污泥自然沉降对高压喷射造成不利的影响。

经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度为55℃，因此先对其进行一次热交换处理，经过热交换后的污泥破解液的温度降至35℃，可用作厌氧消化工艺的原料。

取部分经过预处理工艺得到的污泥破解液进行离心分离，测得离心分离后的上清液中的SCOD的浓度为2639mg/L。将预处理后的污泥破解液在温度为35℃的条件下进行厌氧消化处理，最终测得厌氧消化的停留时间为9天，甲烷产量增加52％。

实施例3

本实施例提供一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，具体包括如下步骤：

S1、将剩余污泥通入到热水解罐内进行低温热水解处理，得到热水解污泥。

具体地，利用热泵对热水解罐供热，将热水解罐内的水解反应温度升高至70℃，将体积为1L、固体浓度为10000mg/L、SCOD为72mg/L的剩余污泥通入到热水解罐中进行水解反应，水解反应时间为60min，在整个水解反应过程中施以连续的机械搅拌，搅拌转速为1200r/min，最终得到热水解污泥。

S2、利用循环泵将步骤S1得到的热水解污泥通入到套管式热交换器中，使其与未经处理的剩余污泥进行热交换处理，使热水解污泥的温度降低至30℃。

S3、利用具有筛网结构的过滤器过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质。具体地，过滤器采用实施例1中所说的第三种方式设置。将热交换后的热水解污泥通入到回流仓2后，利用高压泵3的自吸作用，将热水解污泥吸入到过滤器的筛网结构内以过滤掉剩余污泥中的杂质。其中，高压泵3的工作压力为24MPa。

进一步地，过滤器的筛网目数为40目。

S4、将过滤后的热水解污泥进行高压喷射撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。

具体地，设置4个喷嘴4且4个喷嘴4沿撞击仓1的水平周向均匀布置，且每两个喷嘴口对向设置，4个喷嘴4在工作时能够形成两两相互对撞的同轴撞击流，能够增强剩余污泥的破解效果，减少循环撞击的时间，减少能耗。其中，喷嘴间距为6cm，每个喷嘴口的直径为2mm。通过高压泵3的自吸作用将过滤后的热水解污泥通过管路被吸入高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出。每个喷嘴4处形成单股的喷射流，每两股喷射流之间进行水平同轴对撞，从而完成单次高压喷射撞击流处理。进一步地，在高压泵3与喷枪5连接的管路上靠近喷枪5处还设有压力调节阀6，能够控制每个喷嘴4处喷出的喷射流的压力。

其中，回流出口不通过任何管路与回流仓2连接，回流仓2正对回流出口的下方设置。对撞之后的污泥会进入到回流仓2内，以备下次循环撞击。再进行下次循环撞击时，通过高压泵3的自吸作用将进入到回流仓2内的污泥先经过过滤器进行过滤，再被吸入到高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出，实现撞击，如此实现循环撞击处理，最终得到污泥破解液。其中，高压泵3的工作压力为24MPa，形成的每股喷射流的压力为6MPa，循环撞击处理的时间为76min。在整个高压喷射撞击流处理过程中，均需要对回流仓2内的污泥进行搅拌，搅拌转速为1200r/min，以防止污泥自然沉降对高压喷射造成不利的影响。

经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度为60℃，因此先对其进行一次热交换处理，经过热交换后的污泥破解液的温度降至40℃，可用作厌氧消化工艺的原料。

取部分经过预处理工艺得到的污泥破解液进行离心分离，测得离心分离后的上清液中的SCOD的浓度为2797mg/L。将预处理后的污泥破解液在温度为35℃的条件下进行厌氧消化处理，最终测得厌氧消化的停留时间为8天，甲烷量产增加57％。

实施例4

本实施例提供一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，具体包括如下步骤：

S1、将剩余污泥通入到热水解罐内进行低温热水解处理，得到热水解污泥。

具体地，利用热泵对热水解罐供热，将热水解罐内的水解反应温度升高至52℃，将体积为2L、固体浓度为8000mg/L、SCOD为68mg/L的剩余污泥通入到热水解罐中进行水解反应，水解反应时间为85min，在整个水解反应过程中施以连续的机械搅拌，搅拌转速为1650r/min，最终得到热水解污泥。

S2、利用循环泵将步骤S1得到的热水解污泥通入到套管式热交换器中，使其与未经处理的剩余污泥进行热交换处理，使热水解污泥的温度降低至40℃。

S3、利用具有筛网结构的过滤器过滤掉热交换后的热水解污泥中的杂质。具体地，过滤器采用实施例1中所说的第四种方式设置。将热交换后的热水解污泥通入到回流仓2后，利用高压泵3的自吸作用，将热水解污泥吸入到过滤器的筛网结构内以过滤掉剩余污泥中的杂质。其中，高压泵3的工作压力为28MPa。

进一步地，过滤器的筛网目数为35目。

S4、将过滤后的热水解污泥进行高压喷射撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液。

具体地，设置4个喷嘴4且4个喷嘴4沿撞击仓1的水平周向均匀布置，且每两个喷嘴口对向设置，4个喷嘴4在工作时能够形成两两相互对撞的同轴撞击流，能够增强剩余污泥的破解效果，减少循环撞击的时间，减少能耗。其中，喷嘴间距为8cm，每个喷嘴口的直径为2mm。通过高压泵3的自吸作用将过滤后的热水解污泥通过管路被吸入高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出。每个喷嘴4处形成单股的喷射流，每两股喷射流之间进行水平同轴对撞，从而完成单次高压喷射撞击流处理。进一步地，在高压泵3与喷枪5连接的管路上靠近喷枪5处还设有压力调节阀6，能够控制每个喷嘴4处喷出的喷射流的压力。

其中，回流出口通过管路与回流仓2连接，对撞之后的污泥会进入到回流仓2内，以备下次循环撞击。再进行下次循环撞击时，通过高压泵3的自吸作用将进入回流仓2内的污泥先经过过滤器进行过滤，再被吸入到高压泵3内，再经过管路、喷枪5，然后由喷嘴4喷出，实现撞击，如此实现循环撞击处理，最终得到污泥破解液。其中，高压泵3的工作压力为28MPa，形成的每股喷射流的压力为7MPa，循环撞击处理的时间为90min。在整个高压喷射撞击流处理过程中，均需要对回流仓2内的污泥进行搅拌，搅拌转速为1500r/min，以防止污泥自然沉降对高压喷射造成不利的影响。

经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度为40℃，可直接作为厌氧消化工艺的原料。

取部分经过预处理工艺得到的污泥破解液进行离心分离，测得离心分离后的上清液中的SCOD的浓度为2598mg/L。将预处理后的污泥破解液在温度为35℃的条件下进行厌氧消化处理，最终测得厌氧消化的停留时间为9天，甲烷量产增加54％。

当然本发明的剩余污泥厌氧消化预处理工艺也并不局限于上述实施例，在步骤S1中，所用剩余污泥中的固体浓度优选为5000～20000mg/L，若浓度太大，会增大高压泵3的承受能力，同时易造成堵塞，若浓度太小，剩余污泥中所含的微生物的细胞太少，影响处理效果。所用剩余污泥中所含固体浓度进一步优选为5000～10000mg/L，经过大量的试验研究表明，剩余污泥的浓度处于该范围时具备更佳地处理效果。进行一次低温热水解处理所用的剩余污泥的体积优选为1～10L，具体根据实际所用热水解罐的大小以及实际需要做出相应的调整。进行一次低温热水解处理所用的剩余污泥的体积进一步优选为1～4L。

水解反应温度优选为40～80℃。水解反应温度进一步优选为60～70℃，在此温度范围内能够使剩余污泥中的菌胶团瓦解(即使菌胶团瓦解后使细菌以单个的形态存在)，同时效率较高。水解反应时间优选为30～120min，若水解反应时间太短，菌胶团的瓦解效果较差，若水解反应时间太长，剩余污泥中微生物的整个细胞都会破解，影响效果。水解反应时间进一步优选为60～80min，经过大量的试验研究表明，水解反应时间度处于该范围时菌胶团具备更佳地瓦解效果。具体的水解反应温度和水解反应时间根据所用剩余污泥的体积而定。在整个水解反应过程中的转速优选为1200～1800r/min。

在步骤S1中所用的剩余污泥可以是未经处理的剩余污泥，也可以是在步骤S2中用于热交换的未经处理的剩余污泥。当然，在步骤4中对撞后的污泥破解液温度高于40℃，再进行热交换时，热交换所采用的未经处理的剩余污泥再进行过热交换之后也可以作为步骤S1中剩余污泥的原料。所采用的热水解装置并不局限于热水解罐，也可以是其他可用来进行低温热水解处理的装置。

在步骤S2中，所选用的热交换装置并不局限于套管式热交换器，也可以是其他热交换装置。经过热交换后使热水解污泥的温度优选为降低至20～40℃，进一步优选为降低至25～35℃。进行热交换的次数并不局限于只进行一次，根据季节的不同，需要进行一到两次热交换处理，第一次热交换时采用热污泥(即热水解污泥)与冷污泥(即未经处理的剩余污泥)进行热交换，这样可以让热污泥的热量部分传递给冷污泥，降低能耗；第二次进行热交换时，采用第一次热交换后的热污泥与冷媒介质(如冷却水、氟利昂等)进行热交换。当然，两次热交换也可以均采用热污泥与冷污泥进行，也可以均采用热污泥与冷媒介质进行，具体热交换次数根据实际情况而定，只要使热污泥的的温度降低至20～40℃均可。

在步骤S3中，过滤器的筛网数目优选为20～50目，高压泵3的工作压力优选为15～30MPa。具有筛网结构的过滤器也不局限于上述实施例的设置方式，将过滤器设在回流仓2内能实现过滤均可。此外，过滤器也并不局限于具有筛网结构的装置，也可以选用其他具备过滤功能的过滤装置。

在步骤S4中，若干个喷嘴4优选为沿水平周向均匀排布，能够增强对剩余污泥的破解效果。喷嘴4的数量优选为偶数，且每两个喷嘴口优选为对向设置。喷嘴4的数量进一步优选为2～6个。喷嘴间距优选为4～8cm，每个喷嘴口的直径优选为1～2mm。高压泵3的工作压力优选为15～30MPa；形成的每股喷射流的压力优选为5～10MPa，具体由设置的喷嘴4的个数和高压泵3的工作压力决定。循环撞击处理的时间优选为30～90min，具体循环时间根据所用剩余污泥的体积而定。在整个高压喷射撞击流处理过程中的转速优选为1200～1800r/min。经过高压喷射撞击流处理后的污泥破解液的温度高于40℃，优选为经过热交换处理将污泥破解液的温度降至30～40℃之间。当然，在步骤S4中所采用的撞击流处理也不局限于高压喷射撞击流处理，也可以采用其他能够形成多股喷射流的冲压撞击流技术。所采用的撞击流反应装置也不局限于高压喷射撞击流反应装置，也可以采用其他类型的冲压撞击流反应装置。

综上，本实施例中的剩余污泥厌氧消化预处理工艺首次将冲压撞击流技术应用到剩余污泥的破解中，并与低温热水解方法相结合。剩余污泥经过这两种方法的共同作用后，菌胶团和细菌均得到较高程度的破解，破解效率高，且有机物得到充分地释放。进而有效加快剩余污泥厌氧消化反应速率、缩短停留时间、提高甲烷产率。现有技术中一般厌氧消化的停留时间为10～20天，甚至时间更长，甲烷产量一般能增加40％左右，甚至更低。与现有技术相比，经过本实施例中的预处理工艺处理后的污泥破解液的上清液中的SCOD可大幅度提高，厌氧消化的停留时间能够大幅度缩短，产甲烷量能够增加50％以上，具备更高的厌氧消化效率。

此外，采用低温热水解处理，能量输入低、在常压下就能进行，工艺简单，运行成本低。同时将冲压撞击流技术与低温热水解方法相结合在一起，可以缩短在进行冲压撞击流处理时的循环撞击时间，进而减少能耗，降低设备的损耗。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种剩余污泥厌氧消化预处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对剩余污泥进行低温热水解处理，得到热水解污泥；

S2、将所述热水解污泥与未经处理的剩余污泥和/或冷媒介质进行热交换处理；

S3、过滤掉所述热交换后的热水解污泥中的杂质；

S4、将所述过滤后的热水解污泥进行冲压撞击流处理，通过多股喷射流对撞并循环撞击形成污泥破解液；

其中，在步骤S4中，采用冲压撞击流反应装置进行所述冲压撞击流处理；

其中，所述冲压撞击流反应装置包括撞击仓(1)、回流仓(2)和高压泵(3)，所述回流仓(2)上设有进料口和出料口；

所述撞击仓(1)内设置有若干个喷嘴(4)，所述撞击仓(1)的底部设置有回流出口，所述回流出口与所述回流仓(2)相连通，所述回流仓(2)通过管路及所述高压泵(3)与若干个所述喷嘴(4)相连通；

在步骤S4中，若干个所述喷嘴(4)沿撞击仓的水平周向均匀排布，所述撞击仓(1)的中心形成撞击区；

每两个对向设置的喷嘴口之间具有喷嘴间距，所述喷嘴间距为4～8cm，每个所述喷嘴(4)的喷嘴口直径为1～2mm；

在步骤S1中，所述低温热水解处理中的水解反应温度为40～80℃，水解反应时间为30～120min；

在步骤S2中，经过所述热交换后的热水解污泥的温度降至20～40℃；

所述喷嘴(4)的数量为偶数，每两个喷嘴口对向设置。

2.如权利要求1所述的剩余污泥厌氧消化预处理工艺，其特征在于，

若所述污泥破解液的温度低于厌氧消化工艺的最高温度，所述污泥破解液直接用作所述厌氧消化工艺的原料；

否则，所述污泥破解液需进行以下处理：

将所述污泥破解液与未经处理的剩余污泥和/或冷媒介质进行热交换处理，直至将所述污泥破解液的温度降低至所述厌氧消化工艺所需的温度，以用作所述厌氧消化工艺的原料。

3.如权利要求1所述的剩余污泥厌氧消化预处理工艺，其特征在于，

所述高压泵(3)的工作压力为15～30MPa，所述冲压撞击流处理的循环撞击时间为30～90min。

4.如权利要求1所述的剩余污泥厌氧消化预处理工艺，其特征在于，

在步骤S3中，采用具有筛网结构的过滤器进行过滤，所述过滤器设置在所述回流仓(2)内，所述过滤器的筛网目数 为20～50目。

5.如权利要求1所述的剩余污泥厌氧消化预处理工艺，其特征在于，在步骤S1中，所述剩余污泥中的固体浓度为5000～20000mg/L，进行一次所述低温热水解处理所用的剩余污泥的体积为1～10L。

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