CN109970315A - 一种城市污泥的高效热水解装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市污泥的高效热水解装置，包括热水解罐、储气罐、搅拌器以及用于检测热水解罐内温度的热电偶，热水解罐上开设有进料口和出料口，储气罐通过进气管与热水解罐相连通，进气管上安装有加压泵和第一电磁阀；储气罐还通过出气管与热水解罐相连通，出气管上依次安装有抽气泵、真空计和第二电磁阀；热水解罐的侧壁上安装有加热器。本发明通过设置加压泵预先提高热水解罐内压强，避免了压强对污泥温度升高的限制，提高污泥对热量的利用效率，具有操作灵活、简单高效等优点。

Description

一种城市污泥的高效热水解装置与方法

技术领域

本发明涉及污水污泥处理技术领域，特别涉及到一种城市污泥的高效热水解装置与方法。

背景技术

随着活性污泥法处理生活污水的普及应用，剩余污泥产量急剧增加，污泥产量已经达到4300万吨/年(以含水率80％计)，剩余污泥处理处置形势日益严峻。联合热水解和厌氧消化的处理方法作为一种极具潜力的污泥处理技术，在降低污泥污染环境的同时回收能源，成为目前国际上最受欢迎的污泥减量化和资源化处理技术。然而低的污泥厌氧消化效率(处理周期长、污泥有机质降解效率低、甲烷产率低)一直限制着厌氧消化技术的推广应用。热水解技术有助于可以克服此类问题，污泥在高温高压下进行水解和减压闪蒸过程，破坏了污泥固体的结构。污泥大分子有机物的高效热水解对提高厌氧消化效率有着积极意义。

常规的污泥热水解设备加热方式包括蒸汽直接加热和热传导型间接加热。相比于蒸汽直接加热，热传导间接加热方式是通过外部加热元件升温，将热量传递至污泥液体，进而使液体汽化来提高密闭反应器内的压力。但是热传导加热方式在实际应用中，污泥液体在加热过程中会处于过热状态，系统压力总是低于水(污泥液体)温度所对应的饱和蒸气压，造成了系统压力抑制污泥温度上升的问题。处于过热状态的污泥，水持续沸腾并汽化以提高系统压力，但是从污泥中带走大量热量，造成污泥对热量的利用效率降低，升温过程减慢。因此，污泥液体温度的升高被动地受限于反应器内压力的升高。总而言之，热传导型加热方式的污泥热水解设备存在传热效率低，加热时间长，热能利用率低的问题，严重限制了热传导型热水解工艺的应用。如何提高热传导型污泥热水解设备的加热效率，是目前急需解决的问题。

现有专利技术均以改善热水解效果为目的。专利：太阳能高温热水解联合闪蒸脱水污泥处理系统(CN104261643A)利用太阳能降低能耗成本，但并没有从根本上解决加热效率低的问题。

如何强化污泥的高效热水解，改善污泥热水解的效果和效率，是当前急需解决的重要问题。因此，亟需提出一种城市污泥的高效热水解装置与方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种城市污泥的高效热水解装置与方法，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种城市污泥的高效热水解装置，包括热水解罐、储气罐、搅拌器以及用于检测热水解罐内温度的热电偶，所述热水解罐的上部和下部分别开设有进料口和出料口，储气罐通过进气管与热水解罐相连通，进气管上安装有加压泵和第一电磁阀；储气罐还通过出气管与热水解罐相连通，出气管上依次安装有抽气泵、真空计和第二电磁阀；压力计安装于热水解罐上，搅拌器设于热水解罐内，搅拌器用于对热水解罐中的城市污泥均匀搅拌，热水解罐的侧壁上安装有加热器。

进一步的，所述进气管的一端以及出气管的一端分别从热水解罐的顶部伸入热水解罐中，且进气管和出气管的伸入端上均安装有管堵。

进一步的，所述城市污泥的含水率为85％～95％。

进一步的，所述加压泵用于将热水解罐内的压强增加至0.62MPa，抽气泵用于将热水解罐内的压强降低至10³Pa，抽气泵抽出的气体进入储气罐中并用于作为加压泵的进气。

进一步的，所述储气罐中设置有用于吸收气体中的氨气和硫化氢的碱液。

进一步的，所述热水解罐的内壁为陶瓷材质。

一种城市污泥的高效热水解方法，操作步骤如下：

S1、将城市污泥液体从进料口中的进料管进入热水解罐中，启动加压泵，使热水解罐内的压强增加至0.62MPa，而后关闭加压泵和第一电磁阀；加热器将城市污泥加热至160℃，进行热水解处理20min～30min；

S2、反应结束后启动抽气泵，使真空计所示压强降低至10³Pa，启动第二电磁阀，进行卸压闪蒸操作，抽气泵将释压气体抽至储气罐中；城市污泥液体经过出料口中的出料管排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明解决了现有城市污泥热传导间接加热型热水解设备的升温速度慢、处理效率低的问题，具有简单高效、操作灵活等优点，为我国城市污泥污染治理提供了重要技术与方法，实现显著的社会效益和环境效益。本发明的技术方案主要具有以下显著的优势：

(1)、本发明通过预先提高热水解罐内压强，避免了压强对污泥温度升高的限制，极大地提高污泥对热量的吸收利用，降低能耗。

(2)、本发明实现了城市污泥传导加热型热水解过程的快速升温，缩短停留时间，为城市污泥间接加热型热水解设备的推广应用提供条件。

(3)、本发明联合应用抽气泵、储气罐和加压泵，实现了污泥热水解释压气体的有效利用，操作灵活，避免了释压气体对环境的污染。通过设置抽气泵强化减压破壁效果，并收集释压气体作为加压泵的进气，以期为我国城市污泥处理提供亟需的技术与装备。

附图说明

图1为本发明所述的城市污泥的高效热水解装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明所述的一种城市污泥的高效热水解装置，包括热水解罐3、储气罐12、搅拌器20以及用于检测热水解罐3内温度的热电偶17。热水解罐3的上部和下部分别开设有进料口和出料口。储气罐12通过进气管9与热水解罐3相连通。进气管9上安装有加压泵8和第一电磁阀10，且第一电磁阀10设于靠近储气罐12的一侧。储气罐12还通过出气管11与热水解罐3相连通，出气管11上依次安装有抽气泵13、真空计14和第二电磁阀15，且第二电磁阀15设于靠近热水解罐3的一侧。压力计7安装于热水解罐3上，搅拌器20设于热水解罐3内，搅拌器20用于对热水解罐3中的城市污泥1均匀搅拌。热水解罐的侧壁上安装有加热器4。加热器的加热方式可以为电阻丝传导加热和换热式传导加热。

进料口和出料口中分别安装有进料管5和出料管18。进料管5的一端与热水解罐3的侧壁的上部相连通，出料管18的一端与热水解罐3的侧壁的下部相连通，进料管5和出料管18上还分别安装有第三电磁阀6和第四电磁阀19。各个电磁阀以及搅拌器、真空计、压力计、加压泵和抽气泵均与自动控制系统相连。各个电磁阀具有快速启动关闭的功能，实现热水解罐内压力的快速变化。热电偶、搅拌器、压力计分别设置在热水解罐上。加压泵对热水解罐进行加压，抽气泵对热水解罐进行减压。

进气管的一端以及出气管的一端分别从热水解罐的顶部伸入热水解罐中，且进气管和出气管的伸入端上均安装有管堵16，从而避免污泥液溢出。

城市污泥的含水率为85％～95％的高含固污泥液体。

加压泵用于将热水解罐内的压强增加至0.62MPa，抽气泵用于将热水解罐内的压强降低至10³Pa，抽气泵抽出的气体进入储气罐中并用于作为加压泵的进气。如果进气管道所需气体不足时，可通入空气。

储气罐中设置有用于吸收气体中的氨气和硫化氢的碱液。储气罐的设置可以减少热水解释放的气体对大气环境的污染。如果释放气体过多时，气体经NaOH溶液过滤后排放至大气。

热水解罐的内壁为陶瓷材质。热水解对设备的损耗主要由于污泥对罐体的腐蚀和砂子颗粒对罐体的磨损，采用陶瓷内壁能够适应碱性热水解等操作，减少对管壁的腐蚀；陶瓷易于更换维护，避免了污泥中砂石对管壁的磨损。因此，陶瓷内壁的设置可以有效避免由此产生的维护问题。

一种城市污泥的高效热水解装置的热水解方法，具体操作步骤如下：

S1、将城市污泥液体从进料口中的进料管进入热水解罐中，启动加压泵，使热水解罐内的压强增加至0.62MPa，而后关闭加压泵和第一电磁阀；加热器将城市污泥加热至160℃，进行热水解处理20min～30min。

S2、反应结束后启动抽气泵，使真空计所示压强降低至10³Pa，启动第二电磁阀，进行卸压闪蒸操作，抽气泵将释压气体抽至储气罐中；城市污泥液体经过出料口中的出料管排出。

在城市污泥热水解处理实践中得知，热传导型热水解预处理中污泥温度在140℃时系统压强为0.2MPa，污泥液体处于过热状态，在140℃～160℃之间系统压强才急剧升高至0.62MPa。系统压强的提高依赖于水的蒸发汽化，同时水的沸点提升与污泥液体外界系统压力的提升紧密相关。在间接加热型热水解罐中，水分子挥发汽化的量远远不足，导致污泥液体处于过热状态，系统压力低于此时水温度对应的饱和蒸气压。当水分子充分蒸发使系统压力达到0.62MPa时，污泥温度才会继续上升至160℃。因此，系统压力的缓慢上升是污泥温度提升的限速步骤。考虑引入加压泵对热水解环境进行加压，预先提高系统压力，避免污泥的升温速率被动地受限于热水解罐内压强的缓慢提升，提高污泥对热量的利用。

另外，在热水解的卸压闪蒸操作中，利用外界压强的瞬间降低可以使微生物细胞膜破裂。考虑引入抽气泵，增大压强差，强化减压破壁效果，尤其针对难以消灭的致病细菌。同时，设置抽气泵有利于热水解释压气体的集中收集，避免对大气环境造成污染。

本发明在城市污泥的高效热水解装置的实际应用时，将城市污水处理厂中产生的待处理污泥预先在离心机，压滤机或任何其它机械装置中浓缩，以达到5％～15％总固体浓度；

在环境温度下装载污泥，首先通过加压泵对热水解罐进行加压，热水解反应罐内压强被加压至0.62MPa，预先性地提高系统压强，污泥温度可以快速达到160℃，加快升温速率；

关闭加压泵，在温度160℃、压强0.62MPa的条件下进行城市污泥的热水解处理，反应时间20min～30min，污泥颗粒的胞内有机物溶出，部分大分子有机质被水解为小分子有机质；

反应结束后启动抽气泵，直到真空计所示压强降低至10³Pa，此时打开电磁阀进行污泥的卸压闪蒸，抽气泵持续开启将热水解释压气体抽至储气罐储存。

为了满足实际生产需要，本装置可以设置成序批式处理或并联式处理。在多个热水解罐并联的情况下，仅设置一套加压泵、抽气泵和储气罐。

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，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：包括热水解罐、储气罐、搅拌器以及用于检测热水解罐内温度的热电偶，所述热水解罐的上部和下部分别开设有进料口和出料口，储气罐通过进气管与热水解罐相连通，进气管上安装有加压泵和第一电磁阀；储气罐还通过出气管与热水解罐相连通，出气管上依次安装有抽气泵、真空计和第二电磁阀；压力计安装于热水解罐上，搅拌器设于热水解罐内，搅拌器用于对热水解罐中的城市污泥均匀搅拌，热水解罐的侧壁上安装有加热器。

2.根据权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：所述进气管的一端以及出气管的一端分别从热水解罐的顶部伸入热水解罐中，且进气管和出气管的伸入端上均安装有管堵。

3.根据权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：所述城市污泥的含水率为85％～95％。

4.根据权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：所述加压泵用于将热水解罐内的压强增加至0.62MPa，抽气泵用于将热水解罐内的压强降低至10³Pa，抽气泵抽出的气体进入储气罐中并用于作为加压泵的进气。

5.根据权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：所述储气罐中设置有用于吸收气体中的氨气和硫化氢的碱液。

6.根据权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置，其特征在于：所述热水解罐的内壁为陶瓷材质。

7.一种如权利要求1所述的城市污泥的高效热水解装置的热水解方法，其特征在于：操作步骤如下：

S1、将城市污泥液体从进料口中的进料管进入热水解罐中，启动加压泵，使热水解罐内的压强增加至0.62MPa，而后关闭加压泵和第一电磁阀；加热器将城市污泥加热至160℃，进行热水解处理20min～30min；

S2、反应结束后启动抽气泵，使真空计所示压强降低至10³Pa，启动第二电磁阀，进行卸压闪蒸操作，抽气泵将释压气体抽至储气罐中；城市污泥液体经过出料口中的出料管排出。