CN110510839A - 剩余生化污泥减量处理系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固废减量化和资源化应用领域，公开了一种剩余生化污泥减量处理系统和处理方法，其中，所述处理系统包括：进料系统、反应系统和分离系统，所述反应系统包括：反应器和减压器；所述反应器包括：沿着其高度方向由下向上依次设置的降压装置、隔板和内部混合器，所述隔板将反应器分成上下两个反应区，内部混合器穿过隔板与反应器的下方反应区相通，所述内部混合器上还设置有与反应器的上方反应区相通的反应产物出口；所述反应器还设置有外部循环装置。采用本发明所述处理系统对剩余活性污泥进行水热处理，能够有效去除污泥中的有机物，获得水含量大大降低的剩余污泥，实现污泥减量排放。

Description

剩余生化污泥减量处理系统和处理方法

技术领域

本发明涉及固废减量化和资源化应用，更具体地，涉及一种剩余生化污泥减量处理系统和处理方法。

背景技术

近年来我国环保产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率迅速提高，截止2016年9月底，全国累计建成污水处理厂3976座，污水日处理能力达1.7亿立方米，这无疑对保护水环境作用重大。但与此同时，污水处理过程产生大量的剩余活性污泥，以目前污水处理产生的剩余活性污泥量计，每天将产生含水98重量％的剩余活性污泥130万立方米，年产剩余活性污泥将达到4.75亿立方米，数量庞大。

由于剩余活性污泥对环境污染严重，成分复杂，处理十分困难，因此，这已成为污水处理带来的难题，因而成为人们关注的热点。为解决剩余活性污泥对环境的污染，人们在剩余活性污泥减量方面开展了大量的研发工作，开发出一系列减量化技术，如剩余活性污泥干化填埋技术、堆肥技术、焚烧技术等等。这些技术对剩余活性污泥减量具有一定的效果，但都存在明显不足，如干化填埋技术不仅占用大量的土地，而且对地下水具有污染风险，堆肥技术在使用过程中会对土壤造成重金属污染和生物污染，焚烧技术不仅对设备要求很高、处理成本高，而且会产生污染大气的有害气体。

例如，CN105859088A公开了一种超临界污泥处理系统和方法，该方法通过加入氧化剂以及含碳有机物粉末使得污泥泥浆在超临界污泥处理装置的反应器中进行燃烧反应，但是反应条件非常苛刻。

发明内容

本发明的目的是提供一种剩余生化污泥减量处理系统和处理方法，采用本发明所述处理系统对剩余活性污泥进行水热处理，能够有效去除污泥中的有机物，获得水含量大大降低的剩余污泥，实现污泥减量排放。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种剩余生化污泥减量处理系统，其中，所述处理系统包括：进料系统、反应系统和分离系统，所述反应系统通过物料进口与进料系统连通，并通过物料出口与分离系统连通；

所述反应系统包括：反应器和减压器；

所述反应器包括：设置在下部的第一口和循环物料进口，以及设置在上部的第二口和循环物料出口，所述第一口作为反应系统的物料进口与进料系统连通，所述第二口与减压器的进口连通，所述减压器的出口作为反应系统的物料出口与分离系统连通；

所述反应器还包括：沿着其高度方向由下向上依次设置的降压装置、隔板和内部混合器，所述隔板将反应器分成上下两个反应区，内部混合器穿过隔板与反应器的下方反应区相通，所述内部混合器上还设置有与反应器的上方反应区相通的反应产物出口；

所述反应器还设置有外部循环装置，该外部循环装置用于将反应产物通过循环物料出口从反应器的上方反应区引出并经升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置返回反应器的下方反应区；

所述进料系统用于将剩余生化污泥和助剂进行混合、加热、升压，并送入反应系统中进行消减反应；

所述分离系统用于将从反应系统排出的反应产物进行固液分离，得到污泥和污水。

优选地，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐，所述反应器的第二口通过减压器与蒸汽闪蒸罐连通，所述蒸汽闪蒸罐设置有第三口和第四口，所述第三口与进料系统连通，所述第四口作为反应系统的物料出口与分离系统连通，更优选，所述第三口设置在蒸汽闪蒸罐的上部，进一步优选为顶部；更优选，所述第一口设置在反应器的底部，所述第二口设置在反应器的顶部。

优选地，所述外部循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵和静态混合器，所述升压循环泵的进口通过循环物料出口与反应器的上方反应区连通，所述静态混合器的出口通过循环物料进口经降压装置与反应器的下方反应区连通，更优选，所述降压装置的出口方向朝向反应器的底部。

本发明第二方面提供一种剩余生化污泥减量处理方法，其中，所述处理方法包括采用本发明所述的剩余生化污泥减量处理系统进行污泥减量处理；

将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压；并将反应物料送入反应系统中进行消减反应，反应物料通过第一口进入反应器中，在反应器的下方反应区进行混合反应，然后通过内部混合器继续进行混合反应并进入反应器的上方反应区，部分反应产物通过反应器的第二口采出并进入减压器进行减压后引出反应系统并进入分离系统进行固液分离，得到污泥和污水；部分反应产物通过循环物料出口从反应器的上方反应区引出，进入外部循环装置经过升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置降压并返回反应器的下方反应区与反应进料继续混合反应。

优选地，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐，所述处理方法还包括：将从第二口采出的部分反应产物经减压器进行减压后送入蒸汽闪蒸罐中进行减压闪蒸，分离得到的闪蒸后反应产物通过所述蒸汽闪蒸罐的第四口引出反应系统后进入分离系统进行固液分离；更优选，所述蒸汽闪蒸罐的压力为常压至0.5MPa，闪蒸温度为100-150℃。

优选地，所述外部循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵和静态混合器，进入外部循环装置的部分反应产物经升压循环泵升压至0.1-3MPa，更优选为0.2-2MPa后，进入静态混合器进行静态混合。

本发明提供的剩余生化污泥减量处理系统包括进料系统、反应系统和分离系统，所述反应系统包括反应器，该反应器内部设置有内部混合器，外部设置有外部循环装置，通过内部强化混合和外部循环混合，实现对污泥液-固非均相体系的高效混合，进而对污泥消减反应过程进行强化，从而能够有效去除污泥中的有机物，获得水含量大大降低的剩余污泥，实现污泥减量排放。此外，本发明提供的所述剩余生化污泥减量处理方法还具有处理系统简单，操作方便，条件缓和，污泥消减率高，所用试剂便宜易得等优势，便于推广和应用。

优选情况下，所述外部循环装置包括沿着物料输送方向连接的升压循环泵和静态混合器，用于将反应产物从反应器的上方反应区引出并依次经升压、静态混合后，返回反应器的下方反应区，由于采用的是静态混合过程，没有再设置专门的机械搅拌混合设备，因而，有效避免了动密封泄露的问题。

优选情况下，所述反应系统还包括蒸汽闪蒸罐，通过对反应器出口的反应产物进行减压闪蒸汽化能够对污泥减量反应进行强化，并且将闪蒸产生的蒸汽返回原料缓冲罐与原料进行直接接触换热，可以提高热利用效率，同时可以有效降低换热器结垢。

附图说明

图1为本发明一种具体实施方式的剩余活性污泥的减量处理工艺流程图。

附图标记说明

1-剩余活性污泥，2-原料缓冲罐，3-助剂，4-混合进料，5-进料泵，

6-加热器，7-新鲜反应物料，8-反应器，9-降压装置，10-隔板，

11-内部混合器，12-升压循环泵，13-静态混合器，14-反应器出口，

15-减压器，16-蒸汽闪蒸罐，17-反应污泥，18-循环蒸汽，

19-旋流分离器，20-旋流清液，21-旋流污泥，22-沉降罐，

23-沉降清液，24-污泥，25-污水。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指沿着反应器高度方向的上、下。“内、外”是指反应器的内部或者外部。

根据本发明，所述剩余生化污泥减量处理系统包括：进料系统、反应系统和分离系统，所述反应系统通过物料进口与进料系统连通，并通过物料出口与分离系统连通；

所述反应系统包括：反应器8和减压器15；

所述反应器8包括：设置在下部的第一口和循环物料进口，以及设置在上部的第二口和循环物料出口，所述第一口作为反应系统的物料进口与进料系统连通，所述第二口与减压器15的进口连通，所述减压器15的出口作为反应系统的物料出口与分离系统连通；

所述反应器8还包括：沿着其高度方向由下向上依次设置的降压装置9、隔板10和内部混合器11，所述隔板10将反应器8分成上下两个反应区，内部混合器11穿过隔板10与反应器8的下方反应区相通，所述内部混合器11上还设置有与反应器8的上方反应区相通的反应产物出口；所述反应器8还设置有外部循环装置，该外部循环装置用于将反应产物通过循环物料出口从反应器8的上方反应区引出并经升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置9返回反应器8的下方反应区；

所述进料系统用于将剩余生化污泥以及助剂进行混合、加热和升压，并送入反应系统中进行消减反应；

所述分离系统用于将从反应系统排出的反应产物进行固液分离，得到污泥和污水。

根据本发明，所述反应器8的主体包括壳体，以及设置在壳体内部的、沿着其高度方向由下向上依次设置的降压装置9、隔板10和内部混合器11。所述反应器8的内部空间通过隔板10分成上下两个反应区，即，降压装置9位于下方反应区内，内部混合器11位于上方反应区内，且上下方反应区通过内部混合器11连通。其中，所述反应器8优选为圆柱体。

根据本发明，所述降压装置9位于反应器8的下部，主要用于将经过外部循环装置进行升压、静态混合后的部分反应产物进行降压并均匀分配后返回反应器8的下方反应区。其中，所述降压装置9可以为本领域公知的各种高压降分布器，例如，可以选自管式分布器、槽式分布器、盘式分布器、冲击式分布器、喷嘴式分布器、宝塔式分布器以及莲蓬式分布器中的一种或多种形式的组合。优选情况下，所述降压装置9的出口方向朝向反应器8的底部，以使得返回的该部分反应产物与从设置在反应器8下部优选为底部的第一口进入反应器8的反应物料接触时能形成强烈冲击和扰动，以保证物料的充分混合。进一步优选，所述第一口设置在反应器8的底部，所述第二口设置在反应器8的顶部。

根据本发明，所述内部混合器11只要能够实现反应物料从下方反应区进入上方反应区并能够实现混合以及混合后卸出的功能即可。此外，所述内部混合器11对反应物料进行混合的同时还作为连接隔板10上下两个反应区空间的通道。优选情况下，所述内部混合器11为单管或列管，所述内部混合器11垂直设置在隔板10上，所述隔板10与反应器8横截面平行设置，且所述内部混合器11的下端穿过所述隔板10与反应器8的下方反应区连通，所述内部混合器11包括下段和上段，所述下段用于反应物料的静态混合，顶端封闭，上段侧壁开有孔，用于卸出反应产物。其中，上段指从管的顶端到至多为管高1/2的部分。优选情况下，下段为管式静态混合器，所述管式静态混合器可以为满足标准要求的SV型、SK型、SX型、SL型和SH型等型式静态混合器中的一种或多种组合；上段为分配管，管的顶端封闭，管的上段侧壁开有孔，用于卸出反应产物。其中，所述孔的形状没有特别限定，可以根据使用要求和使用环境进行选择，优选情况下，所述孔的形状选自条形、三角形、圆形和椭圆形中的一种或多种组合。进一步优选，所述内部混合器11为列管，所述列管在隔板10上的排布方式为多根单管呈一个或多个三角形排布或一个或多个正方形排布，作为一个整体对反应物料进行混合。

根据本发明，优选情况下，所述内部混合器11的高度不超过所述反应器8高度的1/2，更优选，所述内部混合器11的高度为所述反应器8高度的1/10-1/3。

根据本发明，设置在所述反应器8外部的循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵12和静态混合器13，所述升压循环泵12的进口通过循环物料出口与反应器8的上方反应区连通，所述静态混合器的出口通过循环物料进口经降压装置9与反应器8的下方反应区连通。反应物料在反应器8内部进行强化混合后，部分反应产物通过外部循环装置采出并在静态混合器13中进行外部循环混合后再次返回反应器8内部，从而实现对污泥液-固非均相体系的高效混合，进而对污泥消减反应过程进行了强化，保证了污泥中有机物的有效去除从而获得水含量大大降低的剩余污泥。

根据本发明，所述静态混合器13可以为本领域技术人员所公知的各种静态混合器，例如，管式静态混合器，具体如SK型或者SV型等。

根据本发明，优选情况下，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐16，所述反应器8的第二口通过减压器15与蒸汽闪蒸罐16连通，所述蒸汽闪蒸罐16设置有第三口和第四口，所述第三口与进料系统连通，所述第四口作为反应系统的物料出口与分离系统连通。进一步优选，所述第三口设置在蒸汽闪蒸罐16的上部，更优选为顶部，更加利于将闪蒸后分离的蒸汽引出和回收利用。通过利用蒸汽闪蒸罐16对反应器8出口的反应产物进行减压闪蒸汽化能够对污泥减量反应进行进一步强化。

根据本发明，所述进料系统用于将剩余生化污泥与助剂进行混合、加热和升压，并送入反应系统中进行消减反应。其中，所述混合、加热和升压的工艺顺序可以根据实际操作需要进行选择，本发明中没有特别限定，例如，先混合、升压然后再加热，也可以混合、加热然后升压。其中，所述进料系统包括：沿着物料输送方向连接的原料缓冲罐2和进料升压泵5，所述进料升压泵5的出口与所述反应系统的物料进口连通。以及，所述进料系统还设置有用于给物料加热的换热器6，通过换热器6对反应物料进行加热以达到消减反应的反应温度。

根据本发明，所述原料缓冲罐2设置有剩余生化污泥进口，用于引入剩余生化污泥；选择性设置的助剂进口，用于选择性的引入助剂；使得剩余活性污泥和选择性引入的助剂在原料缓冲罐2中混合。其中，所述助剂可以与剩余活性污泥在原料缓冲罐2中混合，也可以待剩余活性污泥被引出原料缓冲罐2之后再与助剂混合。具体来说，所述助剂可以与剩余生化污泥一起从剩余生化污泥进口引入原料缓冲罐2，也可以通过选择性设置的助剂进口引入原料缓冲罐2。所述原料缓冲罐2还设置有反应物料出口，用于排出反应物料。优选情况下，为了使得剩余活性污泥和助剂混合的更均匀，所述剩余生化污泥进口设置在原料缓冲罐2的上部，更优选为顶部，所述反应物料出口设置在原料缓冲罐2的底部。

根据本发明，优选情况下，原料缓冲罐2还设置有热源进口，用于额外引入热源，例如循环蒸汽或公用工程蒸汽，用于给剩余活性污泥进行加热。并且更优选地，为了使得剩余活性污泥和热源更好地接触，所述热源进口设置在原料缓冲罐2的下部，以使得剩余生化污泥与热源在原料缓冲罐2内呈逆流状态接触。为了使得进入原料缓冲罐2的热源能够均匀分配、并与剩余活性污泥充分接触、混合，所述原料缓冲罐2的下部还设置有气体分布器，热源进口与所述气体分布器相连通。

根据本发明，优选情况下，为了能够使得能量循环利用，所述蒸汽闪蒸罐16的第三口通过热源进口与所述原料缓冲罐2连通，以将通过蒸汽闪蒸罐16分离的热蒸汽进行回收再利用，返回至原料缓冲罐2内与剩余活性污泥混合。进一步优选，所述蒸汽闪蒸罐16的第三口由热源进口并通过气体分布器与所述原料缓冲罐2连通。

根据本发明的一种具体实施方式，所述换热器6设置在原料缓冲罐2内部，所述换热器6一般设置有热介质进口和热介质出口，用于引入和排出热介质，该热介质可以为来自循环蒸汽也可以为外部的公用工程蒸汽，以更好地控制用于给原料缓冲罐2内的反应物料进行预热的热介质的流量。如果由蒸汽闪蒸罐11分离得到的热蒸汽的量足够多，优选情况下，所述蒸汽闪蒸罐11的第三口还可以同时与设置在原料缓冲罐3内部的换热器的热介质进口相连通，用于引入热介质。但是，根据本发明的一种具体实施方式，来自蒸汽闪蒸罐16的循环蒸汽通过热源进口并通过气体分布器与所述原料缓冲罐2内，同时外部的公用工程蒸汽通过换热器6的热介质进口引入原料缓冲罐2，完成混合换热，控制物料达到反应所需温度后经进料增压泵5提升至反应所需压力后直接引入反应器8。其中，所述换热器6优选为盘管式换热器。

根据本发明的另一种具体实施方式，所述换热器6设置在原料缓冲罐2的外部，所述换热器6的进口与进料升压泵5的出口连通，所述换热器6的出口与所述反应系统的物料进口连通。例如，所述设置在原料缓冲罐2外部的换热器6可以为间壁式以及管壳式换热器中的一种或多种组合。

根据本发明，所述分离系统主要用于从反应系统排出的反应产物进行固液分离，得到固相污泥和液相污水。通常情况下，所述分离系统主要包括旋流分离器以及沉降罐，两个设备可以单独顺序设置，也可将旋流分离器设置于沉降罐内部作为组合设备。

根据本发明的一种具体实施方式，所述分离系统包括：沿着物料输送方向连接的旋流分离器19和沉降罐22；所述减压器15的出口作为反应系统的物料出口与旋流分离器19的进口连通，或者所述蒸汽闪蒸罐16的第四口作为反应系统的物料出口与旋流分离器19的进口连通；所述旋流分离器19包括固相出口和液相出口，旋流分离器19的固相出口与沉降罐22的进口连通；所述沉降罐22包括固相出口和液相出口，优选情况下，为了便于操作，旋流分离器19的液相出口与沉降罐22的液相出口连通，用于引出污水。根据上述优选的具体实施方式，将完成消减反应后的反应产物先通过旋流分离器19进行旋流分离将大部分的水分出，分离出来的固相再通过沉降罐22进行重力沉降以进一步脱水浓缩，最终得到水含量大大降低剩余污泥。

根据本发明，所述剩余生化污泥减量处理方法包括采用本发明所述的剩余生化污泥减量处理系统进行污泥减量处理；

将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压；并将反应物料送入反应系统中进行消减反应，反应物料通过第一口进入反应器8中，在反应器8的下方反应区进行混合反应，然后通过内部混合器11继续进行混合反应并进入反应器8的上方反应区，部分反应产物通过反应器8的第二口采出并进入减压器15进行减压后引出反应系统并进入分离系统进行固液分离，得到外排污泥和外排污水；部分反应产物通过循环物料出口从反应器8的上方反应区引出，进入外部循环装置经过升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置9降压并返回反应器8的下方反应区与反应进料继续混合反应。

根据本发明，所述反应物料进入反应器8内，先在下方反应区内进行混合反应，然后通过内部混合器11继续进行混合反应并进入上方反应区，通过在两个反应区进行二次混合反应可以减小因反应物料不均匀对反应效率造成的影响。部分反应产物通过循环物料出口从反应器8的上方反应区引出，进入外部循环装置，经过升压、静态混合后通过压降装置9进行降压并均匀分配后再次返回反应器8的下方反应区与由第一进口进入反应器8的新鲜反应物料继续混合反应，还有部分反应产物从反应器8中引出反应系统，进入分离系统进行固液分离。经过外部循环装置返回反应器8内的部分反应产物通过所述降压装置9进行降压，使得降压前后反应物料的压降差不低于0.05MPa，优选为0.1-1MPa，以保证降压装置9出口反应物料有足够的流速对由第一口进入反应器8内的新鲜反应物料造成强烈冲击和扰动，从而实现通过降压装置9返回反应器8内的部分反应产物(经过外部循环装置静态混合后返回的部分反应物料)与由第一口优选为反应器底部进入的新鲜反应物料的充分混合，同时有利于防止反应器8底部死区的形成，进而影响反应效率。进一步优选，经过内部混合器11混合后反应产物在反应器8内的总压降为0.05MPa-0.3MPa，以使得新鲜进料与循环物料混合均匀。

根据本发明，优选情况下，如前所述，所述降压装置9的出口方向朝向反应器8的底部，能够保证经过外部循环装置返回反应器8内的该部分反应产物的出口方向向下，以进一步保证物料之间的充分混合。进一步优选，经降压装置9降压后进入反应器8下方反应区的该部分反应产物的出口线速度大于5m/s。

根据本发明，所述外部循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵12和静态混合器13，进入外部循环装置的部分反应产物经升压循环泵12升压后，进入静态混合器13进行静态混合后返回反应器8内，反应物料在反应器8内部进行强化混合后，部分反应产物通过外部循环装置采出并在静态混合器13中进行外部循环混合后再次返回反应器8内部，从而实现对污泥液-固非均相体系的高效混合，进而对污泥消减反应过程进行强化。优选情况下，该部分反应产物经升压循环泵12升压至0.1-3MPa，更优选升压至0.2-2MPa。

根据本发明，进入外部循环装置的部分反应产物的量的可选择范围较宽，为了更好地实现本发明的发明目的，进入外部循环装置的部分反应产物相对于进入反应系统的新鲜反应物料的质量流量比为0.5-5，更优选为1-3。

根据本发明，消减反应的反应条件可以参考本领域的现有技术进行。例如，反应温度为80-300℃，优选为100-250℃；反应压力为0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa。优选情况下，为了保证消减反应的充分进行，反应物料在反应器8内的停留时间为0.1-6h，优选为0.5-4h。

根据本发明，所述助剂的加入量使得反应物料的pH值为8-14，优选为10-13；所述助剂为碱性物质，所述碱性物质的种类可以参考本领域的常规选择，优选情况下，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、过氧化钠、氧化钾、过氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或多种。

根据本发明，所述剩余生化污泥的种类和来源为本领域技术人员所公知，例如，所述剩余活性污泥可以为市政污泥，也可以为来自工业的污泥，其中，所述剩余生化污泥的固含量通常为1-10重量％。

根据本发明，经减压器15将反应产物减压的目的是为了能够使得反应物料在常压下顺利进入分离系统进行固液分离，因此，优选情况下，经减压器15被采出的部分反应产物减压为常压至1MPa后再引入分离系统进行固液分离。

根据本发明，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐16，所述处理方法还包括：将从第二口采出的部分反应产物经减压器15进行减压后送入蒸汽闪蒸罐16中进行减压闪蒸，通过利用蒸汽闪蒸罐16对反应器8出口的反应产物进行减压闪蒸汽化能够对污泥减量反应进行进一步强化。其中，所述蒸汽闪蒸罐16的操作压力为常压至0.5MPa，闪蒸温度为100-150℃。分离得到的闪蒸后反应产物通过所述蒸汽闪蒸罐16的第四口引出反应系统后进入分离系统进行固液分离。

根据本发明，所述进料系统用于将剩余生化污泥以及助剂进行混合、加热和升压，并送入反应系统中进行消减反应。其中，将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压的方法可以采用各种形式进行，只要将剩余污泥以及助剂充分混合并达到适合消减反应的温度和压力即可。

根据本发明的一种具体实施方式，将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压的方法包括：

将剩余生化污泥和助剂分别通过剩余生化污泥进口和助剂进口，或者将剩余生化污泥和助剂通过剩余生化污泥进口，送入原料缓冲罐2内，并通过设置在原料缓冲罐2内的加热器6，将反应物料加热至80-300℃，优选为100-250℃，然后通过进料升压泵5将进料升压至0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa，送入反应系统进行消减反应。

根据本发明的另一种具体实施方式，将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压的方法包括：

将剩余生化污泥通过剩余生化污泥进口送入原料缓冲罐2内，反应物料由原料缓冲罐2引出后，与助剂一起送入进料升压泵5升压至0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa，并通过加热器6加热至80-300℃，优选为100-250℃，送入反应系统进行消减反应。

根据本发明，该方法还包括将热源通过热源进口送入原料缓冲罐2内与剩余生化污泥以及选择性含有的助剂接触混合，以使得污泥与助剂的混合更充分，同时可以通过热源的引入而降低加热装置的能耗。

根据本发明，所述热源可以为由外部直接引入的热源，如公用工程蒸汽，优选情况下，为了能够使得能量循环利用，所述热源的至少一部分来自于将由蒸汽闪蒸罐16减压闪蒸后分离得到的循环蒸汽。即，在上述两种具体实施方式中，将由蒸汽闪蒸罐16减压闪蒸后分离得到的循环蒸汽通过热源进口送入原料缓冲罐2内与剩余活性污泥和选择性引入的助剂混合。优选地，来自蒸汽闪蒸罐16的循环蒸汽通过热源进口并通过气体分布器与所述原料缓冲罐2内，同时外部的公用工程蒸汽通过换热器6的热介质进口引入原料缓冲罐2，所有热源介质与原料直接接触并完成混合换热。

根据本发明，优选情况下，所述原料缓冲罐2的下部还设置有气体分布器，热源由热源进口并通过所述气体分布器进行均匀分布后进入原料缓冲罐2内与剩余生化污泥以及选择性含有的助剂混合，以保证它们充分接触反应。

根据本发明，所述分离系统用于将从反应系统排出的反应产物进行固液分离，得到污泥和污水。其中，将由减压器15或由蒸汽闪蒸罐16引出反应系统的部分反应产物送入分离系统进行固液分离的方法可以采用各种形式进行，只要将污泥和污水分离，并分别引出系统即可。例如，所述分离系统主要包括旋流分离器以及沉降罐，两个设备可以单独顺序设置，也可将旋流分离器设置于沉降罐内部作为组合设备。当分离系统为将旋流分离器设置于沉降罐内部作为组合设备使用时，可以直接从分离系统分离得到污泥和污水。

根据本发明的一种具体实施方式，为了将污泥和污水更充分地分离，所述分离方法包括：将反应产物送入旋流分离器19中进行固液分离，由旋流分离器19的固相出口引出污泥，并将污泥送入沉降罐22中进行重力沉降，并由沉降罐22的固相出口引出污泥；并且，分别由旋流分离器19的液相出口以及沉降罐22的液相出口将污水引出分离系统；优选情况下，为了更加便于操作并控制污水的外排量，经旋流分离器19分离的污水与经沉降罐22重力沉降后分离的污水一起引出分离系统。此外，本领域技术人员公知的是，为了达到外排环保要求，引出分离系统的污泥和污水需要分别进行处理，例如，固相污泥经脱水后称为可利用资源而得到外排污泥，而液相污水需要经生化处理后作为外排污水排。

下面将结合附图1对本发明所述剩余生化污泥减量处理系统和处理方法进行进一步详细说明。

如图1所示，将一定流量的剩余活性污泥1从原料缓冲罐2顶部的剩余活性污泥进口进入，并与由设置在原料缓冲罐2下部的热源进口进入的循环蒸汽18逆流接触换热，原料被预热，蒸汽被完成泠凝，新鲜反应物料7由设置在原料缓冲罐2底部的物料出口引出，与助剂3混合后作为混合进料4，经进料升压泵5升压，并通过加热器6加热至所需温度，从反应器8底部的第一口引入反应系统。反应器8操作条件包括：反应温度为80-300℃，优选为100-250℃，反应压力为0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa，助剂的加入量以使得反应物料的pH值为8-14，优选为10-13。反应物料在反应器8内的停留时间0.1-6h，优选为0.5-4h。隔板10将反应器8内部分成上下两个反应区，下方反应区的反应物料经过内部混合器11进行二次混合后再进入上方反应区进行反应。部分反应产物从反应器8上部的循环物料口采出，经升压循环泵12升压至0.1-3MPa，优选升压至0.2-2MPa、并通过静态混合器13进行进一步的静态混合，并通过反应器8下部的循环物料进口经反应器8底部返回至反应器8内部，并与由底部的第一口进入反应器8内部的新鲜反应物料7继续混合反应。由反应器8上部的循环物料出口采出的部分反应产物相对于进入反应器8的新鲜反应物料的质量流量比为0.5-5，优选为1-3。部分反应产物从反应器8上部优选为顶部的第二口(反应器出口14)采出，通过减压器15减至常压至1Mpa并进入蒸汽闪蒸罐16进行减压闪蒸，分离成汽液(含固)两相，顶部采出循环蒸汽18，底部采出反应污泥17，将反应污泥17送入分离系统进行固液分离。该反应污泥17先进入分离系统的旋流分离器19中进行泥水快速分离，由旋流分离器19底部采出旋流污泥21，将旋流污泥21送入沉降罐22进行重力沉降进一步进行泥水分离，由旋流分离器19顶部采出的旋流清液20和由沉降罐22顶部采出的沉降清液23混合后作为污水25引出分离系统进行污水处理，由沉降罐22底部排出的污泥24进一步进行脱水浓缩处理成为可利用资源。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下对比例和实施例的处理对象为相同的剩余生化污泥原料，分别采用常规搅拌釜以及本分明所述的剩余生化污泥减量处理系统进行污泥减量处理，并通过两个实施例对比说明采用/不采用蒸汽减压闪蒸过程的热耗对比，比较不同情况下的污泥消减率差异，以此说明本发明的有益效果。

其中，实验原料取自天津市某市政污水处理装置产生的剩余生化污泥，碱性助剂采用质量百分比浓度为30％的氢氧化钠水溶液。主要考察反应前后剩余生化污泥原料和处理后剩余生化污泥物料中的悬浮物SS的变化情况，SS的分析方法根据国家标准GB 11901-89进行，剩余生化污泥原料分析结果见表1。

对比例1

本对比例采用常规搅拌釜对上述市政污泥原料进行处理，该处理方法包括：向污泥进料中加入碱性助剂，控制进料的pH＝13。搅拌釜转速200rpm，加热控制反应温度180℃，反应器压力1.5MPa，反应停留时间2h^-1。分析反应后物料中剩余污泥量，结果见表1。将反应器出口物料进行重力沉降，沉降时间10min，罐底采出污泥水含量结果见表2。

实施例1

本实施例用于说明采用本发明所述剩余生化污泥处理系统进行污泥减量处理的方法。

如图1所示，剩余生化污泥处理系统包括进料系统、反应系统和分离系统。

将污泥原料(污泥原料的温度为常温35℃)、碱性助剂在进料系统进行混合、加热和升压的方法包括：将污泥原料通过剩余生化污泥进口送入原料缓冲罐内。反应物料由原料缓冲罐缓冲后引出，与碱性助剂(氢氧化钠水溶液，质量百分比浓度为65％)一起送入进料升压泵升压至1.5MPa，并通过加热器加热至180℃，送入反应系统进行消减反应。

反应系统包括反应器，反应器被隔离分离成上下两个反应区域，反应物料由反应器底部第一口进入，通过加入碱性助剂调节反应物料的pH＝13。反应器入口温度180℃，反应器入口压力1.5MPa，反应物料在反应器内的表观停留时间同为2h。反应器下部的降压装置为排管式高压降分布器，支管底部开有多个圆孔通道。反应器上部的内部混合器的下段为静态混合器，上段为分布管，管顶端封闭，分布管侧壁对称开有四个条形通道，条形尺寸1mm×4mm。内部混合器在隔板上呈三角形排布三根SK型静态混合器。内部混合器总长占反应器总高度的1/4。反应器还设置有外部循环装置，外部循环装置包括升压循环泵和静态混合器，进入外部循环装置的部分反应产物相对于进入反应系统的新鲜反应物料的质量流量比为1.5。所述静态混合器为列管式混合器，三根混合管呈三角形排列，同样为SK型混合元件。实验测得，经外部循环装置循环回反应器内并经降压装置降压前后压降为0.36MPa，内部混合器总压降为0.22MPa，静态混合器压降为0.19MPa。从反应器顶部第二口将反应产物采出减压至常压，将反应产物进行分析，结果如表1所示。

将由反应器顶部第二口采出的反应产物送入分离系统进行固液分离。该反应产物先通过液固旋流分离器进行固液分离，旋流分离器底部采出的污泥进入沉降罐进行重力沉降，由旋流分离器顶部得到的旋流清液与由沉降罐顶部排出的沉降清液混合后作为污水引出系统进行后处理，污泥在沉降罐内的停留时间为10min，沉降罐底采出污泥进行后处理，污泥水含量结果见表2。

实施例2

本实施例用于说明采用本发明所述剩余生化污泥处理系统进行污泥减量处理的方法。

按照实施例1的方法对污泥原料进行污泥减量化处理，所用反应器结构形式和反应条件同实施例1，不同之处在于，反应系统还包括蒸汽闪蒸罐，由反应器顶部第二口采用的反应产物经减压后进入蒸汽闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸罐操作压力为0.1MPa，闪蒸后温度为120℃，汽化率为10％，产生的蒸汽直接作为反应系统的热源通过热源进口由气体分布器均匀分布后送入进料系统的原料缓冲罐2内用于与反应物料污泥原料进行接触混合换热，换热后温度为99℃，然后通过加热器补充加热至180℃，送入反应系统进行消减反应。其它反应结果见表3。

表1

项目	原料	对比例1	实施例1	实施例2
					SS，g/L	22.53	9.92	9.86	8.78

表2

项目	对比例1	实施例1	实施例2
				罐底污泥水含量，重量％	68	59	62

表3

项目	实施例1	实施例2
			加热/换热功耗，kW/t进料	170.3	98.9

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (25)

1.一种剩余生化污泥减量处理系统，其特征在于，所述处理系统包括：进料系统、反应系统和分离系统，所述反应系统通过物料进口与进料系统连通，并通过物料出口与分离系统连通；

所述反应系统包括：反应器(8)和减压器(15)；

所述反应器(8)包括：设置在下部的第一口和循环物料进口，以及设置在上部的第二口和循环物料出口，所述第一口作为反应系统的物料进口与进料系统连通，所述第二口与减压器(15)的进口连通，所述减压器(15)的出口作为反应系统的物料出口与分离系统连通；

所述反应器(8)还包括：沿着其高度方向由下向上依次设置的降压装置(9)、隔板(10)和内部混合器(11)，所述隔板(10)将反应器(8)分成上下两个反应区，内部混合器(11)穿过隔板(10)与反应器(8)的下方反应区相通，所述内部混合器(11)上还设置有与反应器(8)的上方反应区相通的反应产物出口；

所述反应器(8)还设置有外部循环装置，该外部循环装置用于将反应产物通过循环物料出口从反应器(8)的上方反应区引出并经升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置(9)返回反应器(8)的下方反应区；

所述进料系统用于将剩余生化污泥和助剂进行混合、加热、升压，并送入反应系统中进行消减反应；

所述分离系统用于将从反应系统排出的反应产物进行固液分离，得到污泥和污水。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐(16)，所述反应器(8)的第二口通过减压器(15)与蒸汽闪蒸罐(16)连通，所述蒸汽闪蒸罐(16)设置有第三口和第四口，所述第三口与进料系统连通，所述第四口作为反应系统的物料出口与分离系统连通，优选，所述第三口设置在蒸汽闪蒸罐(16)的上部，更优选为顶部；优选，所述第一口设置在反应器(8)的底部，所述第二口设置在反应器(8)的顶部。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述内部混合器(11)为单管或列管，所述单管或列管垂直设置在隔板(10)上，所述隔板(10)与反应器(8)横截面平行设置，且所述内部混合器(11)的下端穿过所述隔板(10)与反应器(8)的下方反应区连通，所述内部混合器(11)包括：上段和下段，下段用于反应物料的静态混合，顶端封闭，上段侧壁开有孔，用于卸出反应产物，优选，所述孔的形状选自条形、三角形、圆形和椭圆形中的一种或多种组合。

4.根据权利要求3所述的处理系统，其中，所述内部混合器(11)的高度不超过所述反应器(8)高度的1/2，优选，所述内部混合器(11)的高度为所述反应器(8)高度的1/10-1/3。

5.根据权利要求3或4所述的处理系统，其中，所述内部混合器(11)为列管，列管在隔板(10)上的排布方式为多根单管呈一个或多个三角形排布或呈一个或多个正方形排布。

6.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述降压装置(9)选自管式分布器、槽式分布器、盘式分布器、冲击式分布器、喷嘴式分布器、宝塔式分布器以及莲蓬式分布器中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述外部循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵(12)和静态混合器(13)，所述升压循环泵(12)的进口通过循环物料出口与反应器(8)的上方反应区连通，所述静态混合器(13)的出口通过循环物料进口经降压装置(9)与反应器(8)的下方反应区连通，优选，所述降压装置(9)的出口方向朝向反应器(8)的底部。

8.根据权利要求1或2所述的处理系统，其中，所述进料系统包括：沿着物料输送方向连接的原料缓冲罐(2)和进料升压泵(5)，所述进料升压泵(5)的出口与所述反应系统的物料进口连通，所述进料系统还设置有用于给物料加热的换热器(6)。

9.根据权利要求8所述的处理系统，其中，所述原料缓冲罐(2)设置有剩余生化污泥进口、选择性设置的助剂进口以及反应物料出口，所述剩余生化污泥进口设置在原料缓冲罐(2)的上部，优选为顶部，所述反应物料出口设置在原料缓冲罐(2)的底部。

10.根据权利要求9所述的处理系统，其中，所述原料缓冲罐(2)还设置有热源进口，所述热源进口设置在原料缓冲罐(2)的下部，所述原料缓冲罐(2)的下部还设置有气体分布器，热源进口与所述气体分布器相连通。

11.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述蒸汽闪蒸罐(16)的第三口通过热源进口与所述原料缓冲罐(2)连通，优选，所述蒸汽闪蒸罐(16)的第三口由热源进口并通过气体分布器与所述原料缓冲罐(2)连通。

12.根据权利要求8-11中任意一项所述的处理系统，其中，所述换热器(6)设置在原料缓冲罐(2)内部。

13.根据权利要求8-11中任意一项所述的处理系统，其中，所述换热器(6)的进口与进料升压泵(5)的出口连通，所述换热器(6)的出口与所述反应系统的物料进口连通。

14.根据权利要求1或2所述的剩余生化污泥减量处理系统，其中，所述分离系统包括：沿着物料输送方向连接的旋流分离器(19)和沉降罐(22)；

所述减压器(15)的出口作为反应系统的物料出口与旋流分离器(19)的进口连通，或者所述蒸汽闪蒸罐(16)的第四口作为反应系统的物料出口与旋流分离器(19)的进口连通；

所述旋流分离器(19)包括固相出口和液相出口，旋流分离器(19)的固相出口与沉降罐(22)的进口连通；

所述沉降罐(22)包括固相出口和液相出口，优选，旋流分离器(19)的液相出口与沉降罐(22)的液相出口连通，用于引出污水。

15.一种剩余生化污泥减量处理方法，其特征在于，所述处理方法包括采用权利要求1-14中任意一项所述的剩余生化污泥减量处理系统进行污泥减量处理；

将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压；并将反应物料送入反应系统中进行消减反应，反应物料通过第一口进入反应器(8)中，在反应器(8)的下方反应区进行混合反应，然后通过内部混合器(11)继续进行混合反应并进入反应器(8)的上方反应区，部分反应产物通过反应器(8)的第二口采出并进入减压器(15)进行减压后引出反应系统并进入分离系统进行固液分离，得到污泥和污水；部分反应产物通过循环物料出口从反应器(8)的上方反应区引出，进入外部循环装置经过升压、静态混合后，通过循环物料进口经降压装置(9)降压并返回反应器(8)的下方反应区与反应进料继续混合反应。

16.根据权利要求15所述的处理方法，其中，所述反应系统还包括：蒸汽闪蒸罐(16)，所述处理方法还包括：将从第二口采出的部分反应产物经减压器(15)进行减压后送入蒸汽闪蒸罐(16)中进行减压闪蒸，分离得到的闪蒸后反应产物通过所述蒸汽闪蒸罐(16)的第四口引出反应系统后进入分离系统进行固液分离；优选，所述蒸汽闪蒸罐(16)的压力为常压至0.5MPa，闪蒸温度为100-150℃。

17.根据权利要求15所述的处理方法，其中，经外部循环装置升压、静态混合后的部分反应产物经降压装置(9)进行降压前后的压降差不低于0.05MPa，优选为0.1-1MPa；更优选，经降压装置(9)降压后进入反应器(8)下方反应区的该部分反应产物的出口线速度大于5m/s。

18.根据权利要求15-17中任意一项所述的处理方法，其中，消减反应的反应温度为80-300℃，优选为100-250℃；反应压力为0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa；反应物料在反应器(8)内的停留时间为0.1-6h，优选为0.5-4h；助剂的加入量使得反应物料的pH值为8-14，优选为10-13；所述助剂为碱性物质，优选，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、过氧化钠、氧化钾、过氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或多种。

19.根据权利要求15-17中任意一项所述的处理方法，其中，经减压器(15)被采出的部分反应产物减压为常压至1MPa。

20.根据权利要求15-17中任意一项所述的处理方法，其中，所述外部循环装置包括：沿着物料输送方向连接的升压循环泵(12)和静态混合器(13)，进入外部循环装置的部分反应产物经升压循环泵(12)升压至0.1-3MPa，优选为0.2-2MPa后，进入静态混合器(13)进行静态混合。

21.根据权利要求20所述的处理方法，其中，进入外部循环装置的部分反应产物相对于进入反应系统的新鲜反应物料的质量流量比为0.5-5，优选为1-3。

22.根据权利要求15所述的处理方法，其中，将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压的方法包括：

将剩余生化污泥和助剂分别通过剩余生化污泥进口和助剂进口，或者将剩余生化污泥和助剂通过剩余生化污泥进口送入原料缓冲罐(2)内，并通过设置在原料缓冲罐(2)内的加热器(6)，将反应物料加热至80-300℃，优选为100-250℃，然后通过进料升压泵(5)升压至0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa，送入反应系统进行消减反应。

23.根据权利要求15所述的处理方法，其中，将剩余生化污泥以及助剂在进料系统中进行混合、加热和升压的方法包括：

将剩余生化污泥通过剩余生化污泥进口送入原料缓冲罐(2)内，反应物料由原料缓冲罐(2)引出后，与助剂一起送入进料升压泵(5)升压至0.05-10MPa，优选为0.1-5MPa，然后通过加热器(6)加热至80-300℃，优选为100-250℃，送入反应系统进行消减反应。

24.根据权利要求22或23所述的处理方法，其中，所述原料缓冲罐(2)还设置有热源进口，所述热源进口设置在原料缓冲罐(2)的下部，所述原料缓冲罐(2)的下部还设置有气体分布器，该方法还包括将热源通过热源进口，优选将热源由热源进口并通过气体分布器进行均匀分布后送入原料缓冲罐(2)内与剩余生化污泥以及选择性含有的助剂接触混合，其中，所述热源的至少一部分来自于将由蒸汽闪蒸罐(16)减压闪蒸后分离得到的循环蒸汽。

25.根据权利要求15-17中任意一项所述的处理方法，其中，将由减压器(15)或由蒸汽闪蒸罐(16)引出反应系统的部分反应产物送入分离系统进行固液分离的方法包括：

将反应产物送入旋流分离器(19)中进行固液分离，由旋流分离器(19)的固相出口引出污泥，并将污泥送入沉降罐(22)中进行重力沉降，并由沉降罐(22)的固相出口引出污泥；并且，

分别由旋流分离器(19)的液相出口以及沉降罐(22)的液相出口将污水引出分离系统；

优选，经旋流分离器(19)分离的污水与经沉降罐(22)重力沉降后分离的污水一起引出分离系统。