CN110950510B - 一种处理剩余生化污泥的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种处理剩余生化污泥的系统和方法。该系统包括原料入口、混合反应设备、闪蒸设备、固液分离设备、污水出口和浓缩污泥出口；混合反应设备包括具有进料口和出料口的壳体，壳体外设有物料循环管路，物料循环管路分别通过循环物料入口和循环物料出口与壳体内部连通，物料循环管路上连接有第一物料混合单元，壳体内设有第二物料混合单元。本公开的处理系统和方法通过外循环混合以及内部强化混合，实现对污泥液‑固非均相体系的高效混合，强化并促进了污泥消减反应过程，同时，通过闪蒸汽化能够对污泥减量反应进行有效强化。

Description

一种处理剩余生化污泥的系统和方法

技术领域

本公开涉及固废减量化和资源化应用领域，具体地，涉及一种处理剩余生化污泥的系统和方法。

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98w％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。

专利CN 105859088公开了一种超临界污泥处理系统和方法，通过加入氧化剂以及含碳有机物粉末使得污泥泥浆在反应器中进行燃烧反应，因此反应条件非常苛刻。

发明内容

本公开的目的是提供一种处理剩余生化污泥的系统和方法，该系统和方法结构简单、操作便捷，对剩余生化污泥的处理效率高、效果好。

为了实现上述目的，本公开提供一种处理剩余生化污泥的系统，该系统包括原料入口、混合反应设备、闪蒸设备、固液分离设备、污水出口和浓缩污泥出口；所述混合反应设备包括具有进料口和出料口的壳体，所述壳体外设有物料循环管路，所述物料循环管路分别通过循环物料入口和循环物料出口与所述壳体内部连通，所述物料循环管路上连接有第一物料混合单元，所述壳体内设有第二物料混合单元，以使所述循环物料入口和所述循环物料出口在所述壳体内仅通过所述第二物料混合单元流体连通，所述循环物料出口和所述循环物料入口在所述物料循环管路内仅通过所述第一物料混合单元流体连通；所述闪蒸设备包括入口、液体出口和气体出口，所述原料入口与所述混合反应设备的进料口连通，所述混合反应设备的出料口与所述闪蒸设备的入口连通，所述闪蒸设备的液体出口与所述固液分离设备的入口连通，所述固液分离设备的液体出口和固体出口分别与所述污水出口和所述浓缩污泥出口连通。

可选地，所述壳体为立式筒状，所述第二物料混合单元的个数为一个或多个，多个所述第二物料混合单元沿轴向间隔设置于所述壳体内。

可选地，所述第二物料混合单元包括第一隔板和混合分配组件；所述第一隔板沿径向设置于所述壳体内部，所述第一隔板的边缘与所述壳体的内壁密封连接，以将所述壳体的内部由下至上分隔为第一混合反应室和第二混合反应室；所述混合分配组件与所述第一隔板固定连接，且所述混合分配组件的入口贯穿所述第一隔板、出口与所述第二混合反应室连通，以使所述第一混合反应室和所述第二混合反应室仅通过所述混合分配组件连通；所述进料口和所述循环物料入口分别与所述第一混合反应室连通，所述出料口和所述循环物料出口分别与第二混合反应室连通。

可选地，所述混合分配组件沿所述壳体的轴向设置于所述第一隔板上，所述混合分配组件包括依次连通的第二静态混合器和分配器，所述第二静态混合器的入口贯穿所述第一隔板，所述分配器的出口与所述第二混合反应室连通。

可选地，所述第二静态混合器为管式静态混合器，所述分配器形成为与所述第二静态混合器等径同轴的分配管，所述分配管的底端开口以与所述第二静态混合器的出口连通，所述分配管的顶端封闭，且所述分配管的管壁形成有绕周向均匀分布的多个分配孔，以形成所述分配器的出口。

可选地，所述第二物料混合单元包括一个所述第一隔板和多个所述混合分配组件，多个所述混合分配组件在所述第一隔板上均匀分布。

可选地，所述第二物料混合单元还包括设置于所述第一混合反应室内的收集装置；所述收集装置包括与所述第一隔板平行间隔设置的第二隔板，所述第二隔板的边缘与所述壳体的内壁密封连接，以在所述第一隔板和第二隔板之间形成缓冲分配室，所述第二隔板上形成有通孔，以连通所述缓冲分配室和所述第一混合反应室。

可选地，所述收集装置还包括导流筒，所述导流筒固定于所述缓冲分配室的外侧且覆盖所述通孔，所述导流筒的筒体侧壁具有开孔，以形成所述收集装置的入口。

可选地，所述通孔位于所述第二隔板的中心，所述第二隔板和所述导流筒同轴设置。

可选地，所述开孔为多个并沿所述导流筒的筒体圆周等间隔设置。

可选地，所述导流筒内设有多个同轴间隔布置的折流套筒以在所述导流筒内形成折流通道；或者，所述导流筒内设有混合填料。

可选地，该混合反应设备还包括设置于所述第一混合反应室内的流体分布装置，所述流体分布装置的入口与所述循环物料入口连通，所述流体分布装置的出口与所述第一混合反应室内连通且朝向所述进料口。

可选地，所述流体分布装置选自管式分布器、槽式分布器、盘式分布器、冲击式分布器、喷嘴式分布器、宝塔式分布器和莲蓬式分布器中的至少一种。

可选地，所述第一物料混合单元包括单管式静态混合器和/或列管式静态混合器。

可选地，所述物料循环管路连接有循环泵，所述循环泵设置于所述循环物料出口与所述第一物料混合单元之间。

可选地，所述闪蒸设备包括依次连接的减压器和闪蒸罐，所述闪蒸罐包括液体出口和气体出口，所述混合反应设备的出料口与所述减压器的入口连通，所述闪蒸罐的所述液体出口与所述固液分离设备的入口连通。

可选地，所述闪蒸设备包括超声装置，所述超声装置包括超声发生器和超声探头，所述超声探头设置于所述闪蒸罐底部。

可选地，该系统还包括原料缓冲罐，所述原料缓冲罐的液体入口与所述原料入口连通、出口与所述混合反应设备的进料口连通。

可选地，所述原料缓冲罐的液体入口和出口分别位于罐体的顶部和底部，所述原料缓冲罐的底部设有气体分布器，所述闪蒸设备的气体出口与所述气体分布器的入口连通。

可选地，所述固液分离设备包括旋流分离器和沉降罐，所述旋流分离器的入口与所述出料口连通，所述旋流分离器的液体出口与所述污水出口连通，所述旋流分离器的固体出口与所述沉降罐的入口连通，所述沉降罐的液体出口和固体出口分别与所述污水出口和所述浓缩污泥出口连通。

可选地，所述固液分离设备包括沉降罐，所述沉降罐的罐体上部设有旋流分离器，所述旋流分离器的入口穿过所述沉降罐并与所述混合反应设备的出料口连通，所述旋流分离器的固体出口与所述沉降罐的罐体内部连通，所述旋流分离器和所述沉降罐的液体出口分别与所述污水出口连通，所述沉降罐的固体出口与所述浓缩污泥出口连通。

可选地，该系统还包括助剂入口，所述助剂入口与所述混合反应设备的进料口连通。

可选地，该系统包括进料泵，所述进料泵设置于所述原料入口与所述混合反应设备之间。

可选地，该系统包括换热器，所述换热器设置于所述原料入口与所述混合反应设备之间。

本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的系统处理剩余生化污泥的方法。

本公开第三方面提供一种处理剩余生化污泥的方法，该方法包括如下步骤：S1，在消减反应条件下，使剩余生化污泥与助剂在混合反应设备内进行消减反应，得到消减反应产物；S2，使至少部分所述混合反应设备内的混合物料作为循环物料在所述混合反应设备外进行静态混合后返回至所述混合反应设备内；S3，使所述消减反应产物进行闪蒸，得到闪蒸蒸汽和闪蒸后的反应产物；S3，使所述闪蒸后的反应产物进行固液分离，分别得到污水和水含量降低的浓缩污泥。

可选地，使所述剩余生化污泥与所述闪蒸蒸汽换热后与助剂进行所述消减反应。

可选地，该方法包括：使所述闪蒸后的反应产物进行超声处理后进行所述固液分离，所述超声处理的超声波频率为20kHz～30kHz，超声密度为50W/m³～500W/m³。

可选地，所述消减反应条件包括：反应温度为80℃～300℃；反应压力为0.05MPa～10.0MPa；所述助剂的加入量为使得所述混合反应设备内的混合物料的pH值为8～14；所述剩余生化污泥在所述混合反应设备内的停留时间为0.1h～6.0h。

可选地，所述剩余生化污泥的固含率为1w％～10w％。

可选地，所述助剂为碱性助剂，所述碱性助剂选自氢氧化钠、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至少一种。

可选地，所述循环物料相对于所述剩余生化污泥进料量的质量流量比为0.5～5.0。

可选地，所述闪蒸的操作压力为0MPa～1.0Mpa，操作温度为100～200℃。

可选地，所述固液分离依次包括旋流分离和重力沉降。

本公开提供的处理剩余生化污泥的系统和方法的有益效果为：

(1)本发明所提供的处理剩余生化污泥的系统和方法通过外循环混合以及内部强化混合，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；并且由于采用的静态混合过程，没有专门的机械搅拌混合设备，有效避免了动密封泄露的问题。

(2)本发明所提供的处理剩余生化污泥的系统和方法通过闪蒸汽化并结合超声处理对污泥减量反应进行强化，促进污泥消减反应进行。

(3)本发明所提供的处理剩余生化污泥的系统结构简单，方法操作方便，条件缓和，所用试剂便宜易得等优势，便于推广和应用。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的处理剩余生化污泥的系统和方法的一种具体实施方式的流程示意图。

图2是本公开的处理剩余生化污泥的系统的一种具体实施方式的混合反应设备结构示意图。

图3是本公开的处理剩余生化污泥的系统的一种具体实施方式的混合反应设备的第二物料混合单元的结构示意图。

图4是本公开的处理剩余生化污泥的系统的一种具体实施方式的混合反应设备的混合分配组件的结构示意图。

图5是本公开的处理剩余生化污泥的系统的另一种具体实施方式的混合反应设备的混合分配组件的结构示意图。

附图标记说明

1 原料入口 2 助剂入口

3 进料泵 4 换热器

5 混合反应设备 51 进料口

52 壳体 53 流体分布装置

54 导流筒 55 混合分配组件

551 第二静态混合器 552 分配器

56 循环泵 57 第一物料混合单元

58 出料口 59 物料循环管路

591 循环物料入口 592 循环物料出口

510 第一隔板 511 第二隔板

6 旋流分离器 7 沉降罐

8 污水出口 9 浓缩污泥出口

10 原料缓冲罐 11 减压器

12 闪蒸罐 13 超声发生器

14 超声探头 15 循环蒸汽

16 混合进料

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，具体可参考图1的图面方向。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。

如图1所示，本公开第一方面提供一种处理剩余生化污泥的系统，该系统包括原料入口1、混合反应设备5、闪蒸设备、固液分离设备、污水出口8和浓缩污泥出口9；所述混合反应设备5包括具有进料口51和出料口58的壳体52，所述壳体52外设有物料循环管路59，所述物料循环管路59分别通过循环物料入口591和循环物料出口592与所述壳体52内部连通，所述物料循环管路59上连接有第一物料混合单元57，所述壳体52内设有第二物料混合单元，以使循环物料入口591和循环物料出口592在壳体52内仅通过第二物料混合单元流体连通，循环物料出口592和循环物料入口591在物料循环管路59内仅通过第一物料混合单元流体连通；所述闪蒸设备包括入口、液体出口和气体出口，所述原料入口1与所述混合反应设备5的进料口51连通，所述混合反应设备5的出料口58与所述闪蒸设备的入口连通，所述闪蒸设备的液体出口与所述固液分离设备的入口连通，所述固液分离设备的液体出口和固体出口分别与所述污水出口8和所述浓缩污泥出口9连通。

本公开的处理剩余生化污泥的系统通过在混合反应设备上设置具有混合单元的外循环管路，能够实现外循环混合和内部强化混合，提高污泥的混合效率，有利于污泥消减反应进行；同时系统内设置了闪蒸设备，能够对污泥减量反应进行强化。本系统结构简单、操作方便，便于推广和应用。

根据本公开，混合反应设备的形状可以为本领域常规的，没有特别限制，例如壳体52可以为筒状或管状，例如壳体52可以为立式或卧式；在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，壳体52可以为立式筒状，进料口51和出料口58可以分别位于壳体52的底部和顶部。在这种实施方式中，设备内部混合空间大，污泥原料可以自下而上流过混合反应设备，并经壳体内外的第一物料混合单元和第二物料混合单元充分混合反应，强化了混合效果。在另一种实施方式中，进料口51和出料口58可以分别位于壳体52的顶部和底部。

根据本公开，第二物料混合单元的个数可以为一个或多个，为了加强设备内部物料混合效果，第二物料混合单元的个数优选为2～6个，多个第二物料混合单元可以沿轴向间隔设置于壳体52内，以使物料依次流经多个第二物料混合单元进行多次混合分配。

进一步地，为了方便物料进入物料循环管路59，循环物料出口592可以设置于壳体侧壁且位于出料口58的下方，循环物料入口591可以设置于壳体侧壁且位于进料口51的上方。

在本公开的一种具体实施方式中，第一混合单元和第二混合单元可以分别为静态混合单元，例如分别包括静态混合器，从而避免在壳体内设置专门的机械混合设备，防止出现动密封泄露的问题。

为了进一步提高混合强化效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，第二物料混合单元可以包括第一隔板510和混合分配组件55，第一隔板510沿径向设置于壳体52内部，第一隔板510的边缘可以与壳体52的内壁密封连接，以将壳体52的内部由下至上分隔为第一混合反应室和第二混合反应室，即在第一隔板510的两侧分别形成第一混合反应室和第二混合反应室，进料口51和出料口58可以分别与第一混合反应室和第二混合反应室连通，以使壳体52内的污泥依次流经第一混合反应室和第二混合反应室，循环物料入口591和循环物料出口592可以分别与第一混合反应室和第二混合反应室连通，以使第二混合反应室的部分污泥通过物料循环管路59返回至第一混合反应室，从而形成物料循环通路；混合分配组件55可以与第一隔板510固定连接，且混合分配组件元55的入口可以贯穿第一隔板510、出口可以与第二混合反应室连通，以使第一混合反应室和第二混合反应室仅通过混合分配组件55连通，即第一混合反应室内的污泥均进入混合分配组件55混合后再进入第二混合反应室，提高了混合效率。在这一具体实施方式中，含有剩余生化污泥和助剂的原料从进料口51进入第一混合反应室初步混合后，经设置在第一隔板上的混合分配组件55混合后进入第二混合反应室，第二混合反应室的部分混合物料从循环物料出口592进入物料循环管路59，经第一物料混合单元57混合后循环至循环物料入口591返回第一混合反应室，与进入第一混合反应室的物料混合反应。

其中，第一隔板510可以为平板、波纹板或弧形板，优选为平板；第一隔板510的边缘可以与壳体的内壁密封连接，以将壳体内部空间分隔为第一混合反应室和第二混合反应室。

进一步地，为了提高第二物料混合单元的混合效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图3所示，混合分配组件55可以沿壳体的轴向设置于第一隔板510上，以使壳体内的污泥流向与混合分配组件55内的污泥流向一致；进一步地，为了便于污泥混合反应并均匀分配，如图3-图5所示，混合分配组件55可以包括依次连通的第二静态混合器551和分配器552，第二静态混合器551的入口可以与混合分配组件55的入口连通，即第二静态混合器551的入口贯穿第一隔板510，分配器552的出口可以与混合分配组件55的出口连通，即分配器552的出口与第二混合反应室连通，以使进入混合分配组件55的污泥流经第二静态混合器551进行混合后再进入分配器552分配流出，提高壳体内物料流动混合的均匀性。进一步地，为了优化混合效果，混合分配组件55的高度可以不超过第二混合反应室高度的1/2，优选1/10～1/3。

为了提高物料在混合反应设备径向上的分布均匀性，在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，第二静态混合器551可以为管式静态混合器，分配器552可以形成为与第二静态混合器551等径且同轴设置的分配管，分配管的底端开口以与第二静态混合器551连通，分配管的顶端封闭，且分配管的管壁可以形成有绕周向均匀分布的多个分配孔，以形成分配器552的出口。管式静态混合器可以选自满足标准(如JB/T 7660-2016)要求的SV型、SK型、SX型、SL型、SH型等型式静态混合器中的一种或几种；分配孔可以形成为条形(图4)、三角形、圆形(图5)和椭圆形中的至少一种。在这一实施方式中，物料先沿轴向在第二静态混合器551内流动混合反应，然后进入分配管经分配孔分配后进入第二混合反应室，由于分配孔的开孔朝向与混合分配组件55的轴向垂直，一方面能够使混合物料在壳体径向上均匀分布，另一方面也利于提高流体的湍动程度和不同股流体之间的混合效果，从而有利于污泥消减反应的进行。

根据本公开，为了提高混合反应设备内的污泥混合和消减反应效率，保证物料在径向上分配均匀，在本公开的一种具体实施方式中，第二物料混合单元可以包括一个第一隔板10和多个混合分配组件55，多个混合分配组件55可以在第一隔板510上均匀分布，以使壳体径向截面上的混合污泥均匀进入第二物料混合单元进行混合，提高混合效率和分配效果。多个混合分配组件55的排布方式可以为本领域常规的，例如形成三角形或正方形排列。

根据本公开，为了加强剩余生化污泥在混合反应设备内的混合反应效果、促进消减反应进行，在一种具体实施方式中，如图1和图2所示，第二物料混合单元还可以包括设置于第一混合反应室内的收集装置，用于收集第一混合反应室内的物料，并使物料流至第二物料混合单元的入口；进一步地，收集装置可以包括与第一隔板510平行间隔设置的第二隔板511，第二隔板511的边缘可以与壳体52的内壁密封连接，以在第一隔板510和第二隔板511之间形成缓冲分配室，第二隔板511上可以形成有通孔，以连通缓冲分配室和第一混合反应室。在这一实施方式中，第一混合反应室内的物料经初步混合后可以经通孔进入缓冲分配室，在径向上均匀分配后经第二物料混合单元混合后进入第二混合反应室，从而强化了混合和分配效果。进一步地，为了提高径向分配的均匀性，通孔可以设置于第二隔板511的中心处。在本公开的其他实施方式中，收集装置可以包括轴向间隔交错设置的两个弧形板，以使污泥物料在进入第二物料混合单元前产生垂直于壳体轴向的折流流动。

在收集装置包括第二隔板511的具体实施方式中，为了进一步强化污泥和助剂的混合消减反应，如图3所示，进一步地，收集装置还可以包括导流筒54，导流筒54可以固定于缓冲分配室的外侧且覆盖通孔，即导流筒54可以固定于第二隔板511远离第一隔板510的一侧，导流筒54的筒体侧壁可以具有开孔，以形成收集装置的入口；开孔形状不限，可以为矩形、圆形、三角形、梯形、螺旋形中的至少一种。在这一实施方式中，第一混合反应室内的物料沿轴向流动至导流筒时，可以经该收集装置的开孔沿径向进入导流筒54，并由四周向导流筒中心流动，通过该流向的改变可以提高混合污泥的湍动程度，从而有利于混合和消减反应。

进一步地，为了使进入导流筒54的混合流体充分混合后进入缓冲分配室，在本公开的一种实施方式中，通孔可以位于第二隔板511的中心，第二隔板511和导流筒54可以同轴设置。此时，污泥和助剂的混合物料在导流筒54内和缓冲分配室内向各个方向的流动分配更均匀，有利于混合。

在收集装置包括导流筒54的实施方式中，进一步地，为了便于收集物料，筒体侧壁的开孔可以为多个并沿筒体的周向等间隔设置，以使第一混合反应室内的物料可以从多个不同方向的开孔流入导流筒54，提高混合效率，且进入导流筒54的多股流体可以进一步碰撞接触强化混合和反应效果。

在收集装置包括导流筒54的实施方式中，进一步地，为了强化混合效果，在本公开的一种实施方式中，如图3所示，导流筒54内可以设有多个同轴间隔布置的折流套筒，以在导流筒54内形成折流通道，以使物料可沿径向由四周向导流筒中心折流流动，例如折流套筒可包括同轴间隔设置的上折流套筒和下折流套筒，上折流套筒的顶端可以与第二隔板511固定、底端与导流筒54的底壁留有间隙，下折流套筒的底端可以与导流筒54的底壁固定、顶端与第二隔板511留有间隙，以使进入导流筒54的物料从四周向中心折流流动。在本公开的另一种实施方式中，导流筒54内可以设有混合填料，以提高物料的流动混合和反应效率。

为了使循环物料与第一混合反应室内的污泥和助剂充分混合效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，该混合反应设备还可以包括设置于第一混合反应室内的流体分布装置53，流体分布装置53的入口可以与循环物料入口591连通，流体分布装置53的出口可以与第一混合反应室内连通且朝向进料口51，以便于循环物料与从进料口51流入的原料更充分地混合。

根据本公开，流体分布装置53可以为本领域的常规种类，为了进一步提高分散效果，流体分布装置53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、宝塔式分布器和莲蓬式分布器中的至少一种。上述种类的流体分布装置压降较大，能够保证循环物料进入第一混合反应室时具有足够的出口线速度，有利于混合和反应进行。进一步地，流体分布装置53的循环物料出口方向向下，以促进循环物料与进料充分混合。

根据本公开，为了防止动态混合部件产生的动密封泄露问题，第一物料混合单元57可以为静态混合器。进一步地，为了连接物料循环管路，在本公开的一种具体实施方式中，第一物料混合单元57可以包括单管式静态混合器和/或列管式静态混合器。单管式静态混合器可以选自满足标准要求的SV型、SK型、SX型、SL型、SH型等型式静态混合器中的一种，列管式静态混合器可以为多根单管均匀排布在一壳体内作为一个整体，排布方式可以是三角形或正方形排列。对于列管式静态混合器，循环物料可以从管程通过，可以进一步选择性的在壳程通入加热或冷却介质以达到控制反应器内温度的效果。

为了促进物料循环管路内的物料进行循环混合，在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，物料循环管路59可以连接有循环泵56，循环泵56可以设置于循环物料出口592与第一物料混合单元57之间。循环泵56可以为本领域的常规种类，如管道离心泵。

为了取得更好的闪蒸强化反应效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，闪蒸设备可以包括依次连接的减压器11和闪蒸罐12，闪蒸罐12可以包括液体出口和气体出口，混合反应设备5的出料口可以与减压器11的入口连通，闪蒸罐12的液体出口可以与固液分离设备的入口连通。

进一步地，为了强化污泥减量消减反应，在本公开的一种具体实施方式中，闪蒸设备可以包括超声装置，超声装置可以包括超声发生器13和超声探头14，进一步地，超声探头14可以设置于闪蒸罐12底部，以使其位于闪蒸罐12的液面下方，提高超声作用效果。

为了便于调节进料量，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，该系统还可以包括原料缓冲罐10，原料缓冲罐10的液体入口可以与原料入口连通、出口可以与混合反应设备5的进料口51连通。

进一步地，为了提高系统的热利用效率、降低换热器结垢，在本公开的一种具体实施方式中，原料缓冲罐10的液体入口和出口可以分别位于罐体的顶部和底部，以使原料上进下出，闪蒸设备的气体出口可以与原料缓冲罐10连通，以使闪蒸气体与原料换热；进一步地，为了使换热充分有效，原料缓冲罐10的底部可以设有气体分布器，闪蒸设备的气体出口可以与气体分布器的入口连通，以使循环蒸汽从底部进入原料缓冲罐，并与原料逆流接触强化换热。

根据本公开，固液分离设备可以为本领域常规种类。为了进一步提高对消减反应产物进行固液分离的效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，固液分离设备可以包括旋流分离器6和沉降罐7，旋流分离器6的入口可以与混合反应设备的出料口连通，旋流分离器6的液体出口可以与污水出口8连通，旋流分离器6的固体出口可以与沉降罐7的入口连通，沉降罐7的液体出口和固体出口可以分别与污水出口8和浓缩污泥出口9连通。在这种实施方式中，物料先通过旋流分离器6将大部分的水分出，分离出来的固相再通过沉降罐7进一步沉降脱水浓缩，最终得到水含量大大降低浓缩污泥。

在本公开的另一种具体实施方式中，固液分离设备可以包括沉降罐，沉降罐的罐体上部可以设有旋流分离器，即旋流分离器可以置于重力沉降罐内部作为组合设备，以节省设备空间和输送动力，旋流分离器的入口可以穿过沉降罐并与混合反应设备的出料口连通，旋流分离器的固体出口与沉降罐的罐体内部连通，旋流分离器和沉降罐的液体出口分别与污水出口连通，沉降罐的固体出口与浓缩污泥出口连通。

根据本公开，用于进行污泥消减反应的助剂可以与剩余生化污泥一同进入混合反应设备5中，在本公开的一种具体实施方式中，该系统还可以包括助剂入口2，助剂入口2可以与混合反应设备的进料口51连通，以使助剂和生物生化污泥分别从助剂入口2和原料入口1进入混合反应设备中，以便于单独控制二者进料量。在本公开的系统包括原料缓冲罐的实施方式中，可以使从原料缓冲罐流出的剩余生化污泥原料与助剂入口2进入的助剂一同进入混合反应设备。

在本公开的一种具体实施方式中，为了便于进料，该系统可以包括进料泵3，进料泵3可以设置于原料入口1与混合反应设备5之间。

为了便于提高混合反应设备内的污泥消减反应效率，在本公开的一种具体实施方式中，该系统可以包括换热器4，用于对进入系统的原料换热，换热器4可以设置于原料入口1与混合反应设备5之间。

本公开第二方面提供采用本公开第一方面所述的系统处理剩余生化污泥的方法。该方法操作简单，便于应用。

如图1所示，在本公开的一种实施方式中，剩余生化污泥物料在本公开的系统中进行处理反应的方法可以包括：剩余生化污泥原料从反应原料入口1进入系统，在原料缓冲罐10中与来自闪蒸设备的循环蒸汽15换热后，同助剂一同进入进料泵3升压、换热器4换热后进入混合反应设备5的进料口51，混合原料进入第一混合反应室与从流体分布装置53流出的循环物料初步混合后，从侧壁的开孔进入导流筒54，并在折流套筒的作用下从四周向中心轴向折流，导流筒54中心处的物料经第二隔板上的通孔进入缓冲分配室，在径向上分配均匀后进入设置在第一隔板上的混合分配组件55，物料先沿轴向在第二静态混合器551内向上流动混合反应，然后进入分配管经分配孔分配后进入第二混合反应室进一步混合，第二混合反应室的部分物料从循环物料出口592进入物料循环管路59，其余物料从顶部的出料口58采出，循环物料经第一物料混合单元57混合后循环至循环物料入口591，并进入流体分布装置53分布均匀后返回第一混合反应室，与进入第一混合反应室的物料混合反应。混合反应设备5顶部出料口58采出的反应产物经减压器11和闪蒸罐12进行闪蒸，闪蒸蒸汽作为循环蒸汽15返回至原料缓冲罐10与原料污泥换热，闪蒸罐内的剩余污泥污水混合物经超声处理强化消减反应，然后进入旋流分离器6出去大部分水分，分离出来的固相再通过沉降罐7进一步沉降脱水浓缩，最终从浓缩污泥出口9得到水含量大大降低的浓缩污泥，旋流分离器6和沉降罐7分出的污水经污水出口8流出。

本公开第三方面提供一种处理剩余生化污泥的方法，该方法包括如下步骤：S1，在消减反应条件下，使剩余生化污泥与助剂在混合反应设备内进行消减反应，得到消减反应产物；S2，使至少部分所述混合反应设备内的混合物料作为循环物料在所述混合反应设备外进行静态混合后返回至所述混合反应设备内；S3，使所述消减反应产物进行闪蒸，得到闪蒸蒸汽和闪蒸后的反应产物；S3，使所述闪蒸后的反应产物进行固液分离，分别得到污水和浓缩污泥。

本公开的方法通过使消减反应原料同时进行外循环混合以及内部强化混合，能够实现对污泥液-固非均相体系的高效混合，有利于消减反应进行；该方法通过闪蒸汽化对污泥减量反应进行强化，提高了消减反应的效率；该方法操作方便，条件缓和，所用试剂便宜易得等优势，便于推广和应用。

根据本公开，为了提高热量利用效率，优选地，该方法可以包括使所述剩余生化污泥与所述闪蒸蒸汽换热后与助剂进行所述消减反应，以充分利用闪蒸蒸汽的热量，节约外部能源。

进一步地，为了对污泥消减反应进行强化，该方法可包括：使所述闪蒸后的反应产物进行超声处理后进行所述固液分离，超声处理与闪蒸处理结合能够进一步促进污泥的消减，提高反应效率。进行超声处理的条件可以在较大范围内变化，优选的超声处理条件可以包括：所述超声处理的超声波频率为20kHz～30kHz，超声密度为50W/m³～500W/m³。

根据本公开，剩余生化污泥的消减反应的含义为本领域技术人员所熟知的，剩余生化污泥进行消减反应的条件可以在较大范围内变化，优选的消减反应条件包括：反应温度可以为80℃～300℃，优选为100℃～250℃；反应压力可以为0.05MPa～10.0MPa，优选为0.1MPa～5.0MPa；所述助剂的加入量可以为使得所述混合反应设备内的混合物料的pH值为8～14，优选为10～13；所述剩余生化污泥在所述混合反应设备内的停留时间可以为0.1h～6.0h，优选为0.5h～4.0h。

根据本公开，将消减反应得到的产物进行闪蒸的条件可以在较大范围内变化，优选的闪蒸条件可以包括：操作压力为0MPa～1.0Mpa，操作温度为100～200℃。

根据本公开，作为待处理的剩余生化污泥可以是市政污泥，也可以来自工业污泥，其中固含率可以为1(重量)％～10(重量)％。

根据本公开，助剂可以为进行污泥消减反应的常规助剂，优选为碱性助剂，进一步地，碱性助剂优选自氢氧化钠、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至少一种。

根据本公开，在管路中循环的循环物料与原料的进料量之比可以在较大范围内变化，为了进一步提高混合反应效果，循环物料相对于所述剩余生化污泥进料量的质量流量比可以为0.5～5.0，优选为1.0～3.0。

根据本公开，进行固液分离的方法可以为本领域常规的，例如沉降分离、离心分离等，优选地，为了提高分离效率，本公开的方法中固液分离可以依次包括旋流分离和重力沉降，以使物料先通过旋流分离将大部分的水分出，分离出来的固相再通过重力沉降进一步脱水浓缩，最终得到水含量大大降低浓缩污泥。进行旋流分离和重力沉降的设备和操作方法可以为本领域常规的，此处不再赘述。重力沉降后得到的浓缩污泥也可以进一步进行脱水浓缩处理。

下面通过实施例进一步说明本公开的混合反应设备，但是本公开并不因此而受到任何限制。下述实施例和对比例中的实验原料为取自天津市某市政污水处理装置产生的剩余生化污泥(固含率为2.25w％)，碱性助剂采用30％的氢氧化钠溶液。主要考察反应前后原料和处理后物料中的悬浮物SS的变化情况，SS的分析方法根据国家标准GB 11901-89进行，原料分析结果见表1。

实施例1

本实施例用于说明本公开的处理剩余生化污泥的系统和方法对污泥原料进行消减处理的效果。

如图1和图2所示，本实施例的剩余生化污泥处理系统中的混合反应设备被隔离成第一混合反应室和第二混合反应室，原料下进上出，通过加入碱液调节进料pH＝13，进料温度为常温35℃，混合反应设备入口温度180℃，混合反应设备出口压力1.5MPa，物料在混合反应设备内的表观停留时间为2h。混合反应设备底部设置排管式高压降分布器，支管底部开有一定数量圆孔通道。第一隔板上呈三角形排布三根SK型静态混合器，混合器顶部留有一段分布管，分布管侧壁对称开有四个条形通道，条形尺寸1mm×4mm，混合器总长占第一隔板总高度的1/4。循环比1.5，循环泵为离心泵，物料循环管路上设有列管式混合器，三根混合管呈三角形排列，同样为SK型混合元件。实验测得反应器内的高压降分布器前后压降0.36MPa，内部混合器(第二混合反应单元)压降0.22MPa，外部混合器(第一混合反应单元)压降0.19MPa。取反应器出口物料进行分析，结果如表1所示。反应器出口物料依次经闪蒸和超声强化，闪蒸罐操作压力0.1MPa，闪蒸后温度120℃，汽化率10％，产生的闪蒸蒸汽直接与原料进行接触混合换热，换热后温度99℃，超声波频率为25kHz，超声密度为200W/m³，闪蒸剩余的液体先通过液固旋流器进行液固分离，旋流器底部采出的污泥进入重力沉降罐进一步分离，顶部上清液与沉降罐排出清液混合后采出，沉降罐底停留时间10min。取混合反应设备出口物料进行分析，剩余污泥悬浮物浓度结果如表1所示，预热器总热量消耗结果见表2。

实施例2

采用实施例1的方法和系统对污泥原料进行消减处理，所用原料和反应条件同实施例1，不同之处在于不包括超声设备和相应的超声处理步骤。

对比例1

本对比例采用常规机械搅拌釜式反应器对上述市政污泥原料进行处理，反应原料与实施例相同。向污泥进料中添加一定量的氢氧化钠溶液，控制进料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。

对比例2

采用实施例1的方法和系统对污泥原料进行消减处理，所用原料和反应条件同实施例1，不同之处在于系统不包括闪蒸设备和超声设备。分析反应后物料中剩余污泥悬浮物浓度及预热器总热量消耗，结果见表1和表2。

表1

项目	原料	对比例1	对比例2	实施例1	实施例2
						SS含量，g/L	22.53	9.92	9.86	8.03	8.98

表2

项目	对比例2	实施例1	实施例2
				加热/换热消耗，kW/t进料	170.3	98.9	98.9

由表1和表2数据可以看出，本公开的处理剩余生化污泥的系统和方法对污泥的消减更充分高效，预热器总热量消耗更小，提高了热量利用效率。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (28)

1.一种处理剩余生化污泥的系统，其特征在于，该系统包括原料入口(1)、混合反应设备(5)、闪蒸设备、固液分离设备、污水出口(8)和浓缩污泥出口(9)；

所述混合反应设备(5)包括具有进料口(51)和出料口(58)的壳体(52)，所述壳体(52)外设有物料循环管路(59)，所述物料循环管路(59)分别通过循环物料入口(591)和循环物料出口(592)与所述壳体(52)内部连通，所述物料循环管路(59)上连接有第一物料混合单元(57)，所述壳体(52)内设有第二物料混合单元，以使所述循环物料入口(591)和所述循环物料出口(592)在所述壳体(52)内仅通过所述第二物料混合单元流体连通，所述循环物料出口(592)和所述循环物料入口(591)在所述物料循环管路(59)内通过所述第一物料混合单元流体连通；

所述第二物料混合单元包括第一隔板(510)和混合分配组件(55)；

所述第一隔板(510)沿径向设置于所述壳体(52)内部，所述第一隔板(510)的边缘与所述壳体(52)的内壁密封连接，以将所述壳体(52)的内部由下至上分隔为第一混合反应室和第二混合反应室；所述混合分配组件(55)与所述第一隔板(510)固定连接，且所述混合分配组件(55)的入口贯穿所述第一隔板(510)、出口与所述第二混合反应室连通，以使所述第一混合反应室和所述第二混合反应室仅通过所述混合分配组件(55)连通；

所述进料口(51)和所述循环物料入口(591)分别与所述第一混合反应室连通，所述出料口(58)和所述循环物料出口(592)分别与第二混合反应室连通；

所述混合分配组件(55)沿所述壳体(52)的轴向设置于所述第一隔板(510)上，所述混合分配组件(55)包括依次连通的第二静态混合器(551)和分配器(552)，所述第二静态混合器(551)的入口贯穿所述第一隔板(510)，所述分配器(552)的出口与所述第二混合反应室连通；

所述第二静态混合器(551)为管式静态混合器，所述分配器(552)形成为与所述第二静态混合器(551)等径同轴的分配管，所述分配管的底端开口以与所述第二静态混合器(551)的出口连通，所述分配管的顶端封闭，且所述分配管的管壁形成有绕圆周均匀分布的多个分配孔，以形成所述分配器(552)的出口；

所述闪蒸设备包括入口、液体出口和气体出口，所述原料入口(1)与所述混合反应设备(5)的进料口(51)连通，所述混合反应设备(5)的出料口(58)与所述闪蒸设备的入口连通，所述闪蒸设备的液体出口与所述固液分离设备的入口连通，所述固液分离设备的液体出口和固体出口分别与所述污水出口(8)和所述浓缩污泥出口(9)连通；所述闪蒸设备包括超声装置，所述超声装置包括超声发生器(13)和超声探头(14)，所述超声探头(14)设置于所述闪蒸罐(12)底部；所述闪蒸设备包括依次连接的减压器(11)和闪蒸罐(12)，所述闪蒸罐(12)包括液体出口和气体出口，所述混合反应设备(5)的出料口与所述减压器(11)的入口连通，所述闪蒸罐(12)的所述液体出口与所述固液分离设备的入口连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合反应设备(5)的壳体(52)为立式筒状，所述第二物料混合单元的个数为一个或多个，多个所述第二物料混合单元沿轴向间隔设置于所述壳体(52)内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第二物料混合单元包括一个所述第一隔板(510)和多个所述混合分配组件(55)，多个所述混合分配组件(55)在所述第一隔板(510)上均匀分布。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二物料混合单元还包括设置于所述第一混合反应室内的收集装置；

所述收集装置包括与所述第一隔板(510)平行间隔设置的第二隔板(511)，所述第二隔板(511)的边缘与所述壳体(52)的内壁密封连接，以在所述第一隔板(510)和第二隔板(511)之间形成缓冲分配室，所述第二隔板(511)上形成有通孔，以连通所述缓冲分配室和所述第一混合反应室。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述收集装置还包括导流筒(54)，所述导流筒(54)固定于所述缓冲分配室的外侧且覆盖所述通孔，所述导流筒(54)的筒体侧壁具有开孔，以形成所述收集装置的入口。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述通孔位于所述第二隔板(511)的中心，所述第二隔板(511)和所述导流筒(54)同轴设置。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述开孔为多个并沿所述导流筒(54)的筒体圆周等间隔设置。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述导流筒(54)内设有多个同轴间隔布置的折流套筒以在所述导流筒(54)内形成折流通道；或者，所述导流筒(54)内设有混合填料。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合反应设备(5)还包括设置于所述第一混合反应室内的流体分布装置(53)，所述流体分布装置(53)的入口与所述循环物料入口(591)连通，所述流体分布装置(53)的出口与所述第一混合反应室内连通且朝向所述进料口(51)。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述流体分布装置(53)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、宝塔式分布器和莲蓬式分布器中的至少一种。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的系统，其特征在于，所述第一物料混合单元(57)包括单管式静态混合器和/或列管式静态混合器。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物料循环管路(59)连接有循环泵(56)，所述循环泵(56)设置于所述循环物料出口(592)与所述第一物料混合单元(57)之间。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括原料缓冲罐(10)，所述原料缓冲罐(10)的液体入口与所述原料入口连通、出口与所述混合反应设备(5)的进料口(51)连通。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述原料缓冲罐(10)的液体入口和出口分别位于罐体的顶部和底部，所述原料缓冲罐(10)的底部设有气体分布器，所述闪蒸设备的气体出口与所述气体分布器的入口连通。

15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固液分离设备包括旋流分离器(6)和沉降罐(7)，所述旋流分离器(6)的入口与所述出料口连通，所述旋流分离器(6)的液体出口与所述污水出口(8)连通，所述旋流分离器(6)的固体出口与所述沉降罐(7)的入口连通，所述沉降罐(7)的液体出口和固体出口分别与所述污水出口(8)和所述浓缩污泥出口(9)连通。

16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固液分离设备包括沉降罐(7)，所述沉降罐(7)的罐体上部设有旋流分离器(6)，所述旋流分离器(6)的入口穿过所述沉降罐(7)并与所述混合反应设备(5)的出料口连通，所述旋流分离器(6)的固体出口与所述沉降罐(7)的罐体内部连通，所述旋流分离器(6)和所述沉降罐(7)的液体出口分别与所述污水出口(8)连通，所述沉降罐(7)的固体出口与所述浓缩污泥出口(9)连通。

17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括助剂入口(2)，所述助剂入口(2)与所述混合反应设备(5)的进料口(51)连通。

18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包括进料泵(3)，所述进料泵(3)设置于所述原料入口与所述混合反应设备(5)之间。

19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包括换热器(4)，所述换热器(4)设置于所述原料入口与所述混合反应设备(5)之间。

20.一种采用权利要求1-19中任意一项所述的系统处理剩余生化污泥的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1，在消减反应条件下，使剩余生化污泥与助剂在混合反应设备内进行消减反应，得到消减反应产物；

S2，使至少部分所述混合反应设备内的混合物料作为循环物料在所述混合反应设备外进行静态混合后返回至所述混合反应设备内；

S3，使所述消减反应产物进行闪蒸，得到闪蒸蒸汽和闪蒸后的反应产物；

S3，使所述闪蒸后的反应产物进行超声处理后进行固液分离，分别得到污水和浓缩污泥。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，该方法包括：使所述剩余生化污泥与所述闪蒸蒸汽换热后与助剂进行所述消减反应。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述超声处理的超声波频率为20kHz～30kHz，超声密度为50W/m³～500W/m³。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述消减反应条件包括：反应温度为80℃～300℃；反应压力为0.05MPa～10.0MPa；所述助剂的加入量为使得所述混合反应设备内的混合物料的pH值为8～14；所述剩余生化污泥在所述混合反应设备内的停留时间为0.1h～6.0h。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述剩余生化污泥的固含率为1w％～10w％。

25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述助剂为碱性助剂，所述碱性助剂选自氢氧化钠、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至少一种。

26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述循环物料相对于所述剩余生化污泥进料量的质量流量比为0.5～5.0。

27.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述闪蒸的操作压力为0MPa～1.0Mpa，操作温度为100～200℃。

28.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述固液分离依次包括旋流分离和重力沉降。

Images