CN111001277A - 一种水热或热水解尾气资源化利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水热或热水解尾气资源化利用系统，包括浆化反应器、厌氧反应器、沼气柜和脱硫塔；所述浆化反应器与厌氧反应器连通，所述厌氧反应器与沼气柜连通；所述沼气柜与脱硫塔连通；所述浆化反应器和厌氧反应器之间设置有废气冷凝器和汽水分离器；所述浆化反应器的废气出口与废气冷凝器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口之间设置有止回阀，所述厌氧反应器的入气口低于厌氧反应器的工作液面。将需要热量厌氧反应的水热废气直接与厌氧反应器连接，将不需要热量厌氧反应的水热废气经过废气冷凝器和汽水分离器再与厌氧反应器连接。

Description

一种水热或热水解尾气资源化利用系统及方法
技术领域
本发明涉及臭气处理技术领域，尤其是一种水热或热水解尾气资源化利用系统及方法。
背景技术
近年来，在国家节能减排和积极的财政政策作用下，城镇污水处理得到迅速发展，在污水收集处理、出水达标排放后产生的残留物(城市污泥)。污泥含水率为80％左右，主要由低级的有机物如氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等组成。此外，还含有无机砂和汞、镉、铅等重金属物质。如果污泥不进行适当处置，将导致二次污染，使得污水处理事倍功半。
“水热/热水解”的预处理方式，可以大幅改善污泥流动性，提升其厌氧消化性能、脱水性能，因此，得到了广泛的认可和应用，成为目前污泥处理行业的主流技术。
在污泥水热反应过程中，污泥中蛋白质水解过程中，含有的硫元素也发生了物相转移，由原来的固相分解成了液相和气相中的硫化物等，造成高温闪蒸乏汽/工艺气含有大量硫化氢和有机硫气体；同时，水热反应室在密闭(不供氧气)的反应器内进行，部分大分子有机物会降解产生CH4和CO2，根据原料污泥特性和水热反应条件的不同，水热尾气的组分中，CH4的比例10％～30％，CO2的比例65％～90％，硫化物(主要为H2S、CH4S、C2H6S、C2H6S2)的比例约为1％～1.5％，因此，水热废气是具有一定的热值(3.6－10.8kj/Nm3)，可以进一步资源化利用。同时，废气中的硫化物含量很高，种类复杂，因此所需要的除臭设备投资大、运行费用高。因此，将水热尾气与沼气协同焚烧，不仅可以解决臭味问题，还回收了水热废气的热值。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种水热或热水解尾气资源化利用系统及方法，用以解决尾气臭味的问题，并且回收水热废气的热值。
本方案是这样进行实现的：
一种水热或热水解尾气资源化利用系统，包括浆化反应器、厌氧反应器、沼气柜和脱硫塔；所述浆化反应器与厌氧反应器连通，所述厌氧反应器与沼气柜连通；所述沼气柜与脱硫塔连通。
浆化反应器是水热系统唯一的臭气出口，通过浆化反应器内的自压，废气向后续设备流动，然后将浆化反应器中的臭气出口与外部连接，可以调小或关闭废气冷凝器的循环水供水阀门，有选择的将水热废气的热量供给厌氧反应器，来维持厌氧反应所需的温度。
作为优选的，所述浆化反应器和厌氧反应器之间设置有废气冷凝器和汽水分离器；所述浆化反应器的废气出口与废气冷凝器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口之间设置有止回阀，所述厌氧反应器的入气口低于厌氧反应器的工作液面。废气冷凝器的进水口设置程控调节阀，来调整冷却水的流量，调整废气出口的温度。
尾气冷凝器采用板式换热器的形式，所述的汽水分离器采用切向旋流的形式；汽水分离器的冷凝废液富含低分子脂肪酸，生化性能良好，因此，此部分液体自流至厌氧进料的物料缓冲池，与水热污泥一并进入厌氧反应器。
本工艺可以有选择地将水热废气的余热供给厌氧反应器，用于其反应温度的维持；本工艺可以充分回收水热废气中的甲烷；本工艺可以充分利用厌氧反应器中微生物的对含硫臭气的分解和固化功能；同时，将水热废气脱硫和沼气脱硫合二为一，节约投资、缩小占地、方便管理
水热废气进入到厌氧反应器工作液面的0.5～1.5m之间，采用特殊设计的布气装置；同时，进入厌氧反应器前的水热尾气管道采用从上向下的布置形式，并且在垂直管道上安装止回阀，避免厌氧反应器内的污泥倒流、堵塞尾气管道；在厌氧反应器内，水热废气得到一定程度的生物降解(可使得硫化物得到一定的吸收和形态转化)；水热废气和沼气的体积比约为1：10～20，因此，二者混合后，对于沼气的热值不产生显著的影响。
作为优选的，还包括增压风机和燃烧装置；所述增压风机的入气口与脱硫塔的出气口贯通连接，所述增压风机与燃烧装置连接。
在脱硫塔和沼气用户之间设置罗茨风机，以满足沼气用户的压力需求；沼气用户宜采用沼气锅炉，可以产生水热系统所需的饱和蒸汽；也可选用沼气发电机和余热锅炉，进行热电联产；火炬是沼气工程项目的必需的应急焚烧设备。
所述脱硫塔为湿式脱硫塔，脱硫塔的脱硫剂为碳酸钠，来自于贫液槽，喷淋脱硫后的富液自流进入到富液槽，富液槽经过再生槽处理后形成贫液，回流至贫液槽。
作为优选的，所述厌氧反应器内设置有有水热尾气布气装置；所述水热尾气布气装置包括进气直管、连接直管、同心环管和出气孔；所述同心环管沿同一圆心在厌氧反应器内部设置多个直径大小不同的同心环管，所述最外侧的环管与进气直管连接头，相邻同心环管之间通过连接直管连通；所述出气孔沿同心环管的下表面设置为多个。
在厌氧反应器内的水热尾气布气装置采用2～4个同心环管的形式，因厌氧反应器的底面积较大，多个同心环管可以使得布气更加均匀；环管之间通过管道连通；在环管剖面向下均匀的开孔，使布气更加合理。
水热废气和沼气混合进入脱硫塔内，去除硫化氢和其他的硫化物，以满足锅炉燃烧器、沼气发电机、火炬燃烧器对硫化物限值的要求；本方案采用湿式脱硫塔，以浓度10％－20％碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生(氧化、硫单质分离)，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔，节约了药剂的使用，降低利用成本。
作为优选的，所述的废气冷凝器采用板式换热器的形式，占地面积小，换热系数高；所述的汽水分离器采用切向旋流的形式，简单、可靠。
作为优选的，所述燃烧设备包括燃气锅炉、火炬和发电机。
本发明还公开一种水热或热水解尾气资源化利用方法，包括以下步骤；
1)将污泥通入水热成套装置内，所产生的水热废气汇集到浆化反应器内，通过浆化反应器内的自压，经过废气冷凝器和汽水分离器，通入厌氧反应器工作液面的以下，通过调整废气冷凝器供水流量，给厌氧反应器补充热量；如果厌氧反应器温度低于设定值，可以调小或关闭废气冷凝器的循环水供水阀门，以提高废气温度，将废气的热量用于厌氧反应器的升温；
2)经过厌氧反应器的水热废气通入到沼气柜中，将水热废气与沼气按照一定比例进行混合；
3)按照一定比例混合后的气体通入到脱离塔中，以一定浓度碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被吸收后变为碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔中；
4)脱硫后的气体通入增压风机输送到燃烧装置中进行燃烧。
作为优选的，所述步骤1中，可以通过调整废气冷凝器的供水流量，来控制进入厌氧反应器的废气热量，进而控制厌氧反应器的反应温度。
作为优选的，所述步骤1中，水热废气进入到厌氧反应器工作液面的0.5～1.5m之间；步骤2中，水热废气和沼气的体积比约为1：10～20；步骤3中，碳酸钠溶液的浓度为10％－20％。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中充分并且低成本的回收了水热废气中的CH4的热量，实现了水热废气的资源化利用，减少了废气、臭气的排放。
2、本发明中通过高温焚烧的方式，彻底解决了水热废气高浓度硫化物的臭味问题；在厌氧反应器内，水热废气得到一定程度的生物降解(可使得硫化物得到一定的吸收和形态转化)；水热废气和沼气的体积比约为1：10～20，因此，二者混合后，对于沼气的热值不产生显著的影响。
3、本发明中的增压风机在设置在沼气罗茨风机之后，改善了风机的工况，使硫化物含量低，并且增压风机的使用寿命更长。
4、本发明对本专利采用湿式脱硫塔，以浓度10％－20％碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被吸收后变为碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生(氧化、硫单质分离)，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔，节约了药剂的使用，降低利用成本。
5、本发明中控制废气冷凝器进水流量的措施，实现出气温度可控，进而按需向厌氧反应器供热，可维持厌氧反应器温度稳定，使各类厌氧反应都能高效的进行，提升了厌氧反应效率，节约整体的资源利用化时间，回收利用了水热废气中的余热。
6、本发明将水热废气脱硫和沼气脱硫合二为一，节约投资、缩小占地、方便管理。
附图说明
图1是本发明整体处理系统示意图；
图2是本发明整体处理流程示意图；
图3是本发明厌氧反应器中布气装置的俯视结构示意图；
图4是本发明厌氧反应器中布气装置的A－A的剖面结构示意图；
图5是本发明中湿法脱硫的工艺流程示意图；
图中标记：1、浆化反应器；2、厌氧反应器；3、沼气柜；4、脱硫塔；5、增压风机；6、燃烧装置；7、废气冷凝器；8、汽水分离器；21、进气直管；22、连接直管；23、同心环管；24、出气孔；25、调节阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。
实施例1
如图1和5所示，一种水热或热水解尾气资源化利用系统，包括浆化反应器1、厌氧反应器2、沼气柜3和脱硫塔4；所述浆化反应器1与厌氧反应器2连通，所述厌氧反应器2与沼气柜3连通；所述沼气柜3与脱硫塔4连通；还包括增压风机5和燃烧装置6；所述增压风机5的入气口与脱硫塔4的出气口贯通连接，增压风机5的入气口与脱硫塔4的出气口之间设置有止回阀，所述增压风机5与燃烧装置6连接。
所述脱硫塔4为湿式脱硫塔，脱硫塔的脱硫剂为碳酸钠，来自于贫液槽，喷淋脱硫后的富液自流进入到富液槽，富液槽经过再生槽处理后形成贫液，回流至贫液槽。
所述厌氧反应器2内设置有有水热尾气布气装置；所述水热尾气布气装置包括进气直管21、连接直管22、同心环管23和出气孔24；所述同心环管23沿同一圆心在厌氧反应器2内部设置多个大小不同的同心环管23，所述多个同心环管23均与进气直管21连接头，相邻同心环管23之间通过连接直管22连通；所述出气孔24沿进气直管21、连接直管22和同心环管23的下表面设置为多个。
所述的废气冷凝器7采用板式换热器的形式，所述的汽水分离器8采用切向旋流的形式。
所述燃烧设备包括燃气锅炉、火炬和发电机。
一种水热或热水解尾气资源化利用方法，包括以下步骤，
1)将污泥通入浆化反应器1产生水热反应，将需要热量的才能发生厌氧反应的水热废气直接通入厌氧反应器2工作液面的以下；水热废气进入到厌氧反应器2工作液面的0.5～1.5m之间。
2)经过厌氧反应器2的水热废气通入到沼气柜3中，将水热废气与沼气按照一定比例进行混合，水热废气和沼气的体积比约为1：10～20；
3)按照一定比例混合后的气体通入到脱离塔中，以一定浓度碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被吸收后变为碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔4中；碳酸钠溶液的浓度为10％－20％；
4)脱硫后的气体通入增压风机5输送到燃烧装置6中进行燃烧。
实施例2
如图1和5所示，一种水热或热水解尾气资源化利用系统，包括浆化反应器1、厌氧反应器2、沼气柜3和脱硫塔4；所述浆化反应器1与厌氧反应器2连通，所述厌氧反应器2与沼气柜3连通；所述沼气柜3与脱硫塔4连通。
所述浆化反应器1和厌氧反应器2之间设置有废气冷凝器7和汽水分离器8；所述浆化反应器1的废气出口与废气冷凝器7的入气口连接，废气冷凝器7的出气口与厌氧反应器2的入气口连接，废气冷凝器7的出气口与厌氧反应器2的入气口之间设置有止回阀，所述厌氧反应器2的入气口低于厌氧反应器2的工作液面；所述废气冷凝器的入水口设置有调节阀。
还包括增压风机5和燃烧装置6；所述增压风机5的入气口与脱硫塔4的出气口贯通连接，增压风机5的入气口与脱硫塔4的出气口之间设置有止回阀，所述增压风机5与燃烧装置6连接。
所述脱硫塔4为湿式脱硫塔，脱硫塔的脱硫剂为碳酸钠，来自于贫液槽，喷淋脱硫后的富液自流进入到富液槽，富液槽经过再生槽处理后形成贫液，回流至贫液槽。
所述厌氧反应器2内设置有有水热尾气布气装置；所述水热尾气布气装置包括进气直管21、连接直管22、同心环管23和出气孔24；所述同心环管23沿同一圆心在厌氧反应器2内部设置多个大小不同的同心环管23，所述多个同心环管23均与进气直管21连接头，相邻同心环管23之间通过连接直管22连通；所述出气孔24沿进气直管21、连接直管22和同心环管23的下表面设置为多个。
所述的废气冷凝器7采用板式换热器的形式，所述的汽水分离器8采用切向旋流的形式。
所述燃烧设备包括燃气锅炉、火炬和发电机。
一种水热或热水解尾气资源化利用方法，包括以下步骤，
1)将污泥通入浆化反应器1产生水热反应，将不需要热量的才能发生厌氧反应的水热废气首先通入到废气冷凝器7中进行冷凝，在通入到汽水分离器8进行汽水分离，将水热废气在通入厌氧反应器2工作液面的以下；水热废气进入到厌氧反应器2工作液面的0.5～1.5m之间。
2)经过厌氧反应器2的水热废气通入到沼气柜3中，将水热废气与沼气按照一定比例进行混合，水热废气和沼气的体积比约为1：10～20；
3)按照一定比例混合后的气体通入到脱离塔中，以一定浓度碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被吸收后变为碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔4中；碳酸钠溶液的浓度为10％－20％；
4)脱硫后的气体通入增压风机5输送到燃烧装置6中进行燃烧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水热或热水解尾气资源化利用系统，其特征在于：包括浆化反应器、厌氧反应器、沼气柜和脱硫塔；所述浆化反应器与厌氧反应器连通，所述厌氧反应器与沼气柜连通；所述沼气柜与脱硫塔连通；所述浆化反应器和厌氧反应器之间设置有废气冷凝器和汽水分离器；所述浆化反应器的废气出口与废气冷凝器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口连接，废气冷凝器的出气口与厌氧反应器的入气口之间设置有止回阀，所述废气冷凝器的入水口设置有调节阀，所述厌氧反应器的入气口低于厌氧反应器的工作液面。
2.如权利要求1所述的一种水热或热水解尾气资源化利用系统，其特征在于：还包括增压风机和燃烧装置；所述增压风机的入气口与脱硫塔的出气口贯通连接，所述增压风机与燃烧装置连接。
3.如权利要求1或2所述的一种水热或热水解尾气资源化利用系统，其特征在于：所述厌氧反应器内设置有有水热尾气布气装置；所述水热尾气布气装置包括进气直管、连接直管、同心环管和出气孔；所述同心环管沿同一圆心在厌氧反应器内部设置多个直径大小不同的同心环管，最外侧的环管与进气直管连接，相邻同心环管之间通过连接直管连通；所述出气孔沿同心环管的下表面设置为多个。
4.如权利要求1或2所述的一种水热或热水解尾气资源化利用系统，其特征在于：所述的废气冷凝器采用板式换热器的形式，所述的汽水分离器采用切向旋流的形式。
5.如权利要求4所述的一种水热或热水解尾气资源化利用系统，其特征在于：所述燃烧设备包括燃气锅炉、火炬和沼气发电机。
6.一种水热或热水解尾气资源化利用方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将生物质固体废弃物通入水热成套装置内，所产生的水热废气汇集到浆化反应器内，通过浆化反应器内的自压，经过废气冷凝器和汽水分离器，通入厌氧反应器工作液面的以下；可以调小或关闭废气冷凝器的循环水供水调节阀，有选择的将水热废气的热量供给厌氧反应器，来维持厌氧反应所需的温度；
水热废气中的含硫气体可以被厌氧反应器内的微生物部分转化和固定固相，水热废气中的甲烷与厌氧沼气混合后，可以进入后续焚烧装置资源化利用；
2)经过厌氧反应器的水热废气通入到沼气柜中，将水热废气与沼气按照一定比例进行混合；
3)按照一定比例混合后的气体通入到脱离塔中，以一定浓度碳酸钠溶液作为吸收剂，沼气中的硫化物被碳酸钠吸收转化为硫氢化钠和碳酸氢钠，然后对废液进行再生，回收碳酸钠溶液，循环喷入脱硫塔中；
4)脱硫后的气体通入增压风机输送到燃烧装置中进行燃烧。
7.如权利要求6所述的一种水热或热水解尾气资源化利用方法，其特征在于：所述步骤1中，通过调整废气冷凝器的供水流量，来控制进入厌氧反应器的废气热量，进而控制厌氧反应器的反应温度。
8.如权利要求6所述的一种水热或热水解尾气资源化利用方法，其特征在于：步骤1中，水热废气进入到厌氧反应器工作液面的0.5～1.5m之间；步骤2中，水热废气和沼气的体积比约为1：10～20；步骤3中，碳酸钠溶液的浓度为10％－20％。
9.如权利要求6或7或8所述的一种水热或热水解尾气资源化利用方法，其特征在于：资源化利用方法处理的杂质包括餐厨垃圾、厨余垃圾、食品加工废物、园林废弃物、抗生素菌渣等任一生物质固体废弃物。
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