CN111217505B - 一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，其特征在于，在冷泥加入反应容器前，反应容器内预留预定量的热泥；冷泥加入反应容器过程中，反应容器内的搅拌装置启动，冷泥与热泥混合，在反应容器加热状态下进行碱热反应。本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，针对活性污泥在常温下粘度极高、反应容器内壁夹套加热效率低的问题，在前次高温反应结束后，在反应容器内留存部分高温污泥，即投加“冷污泥”并启动高速机械旋流装置，使冷热污泥强烈混合，通过污泥间交互传热方式，使混合污泥快速达到50‑60度，达到粘度改善临界温度，从而大幅降低污泥粘度，有效提高反应容器夹套加热效率，缩短加温时间，节约加热能耗。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法。
背景技术
现有采用热碱水解方法提取污泥中蛋白类物质设备全部都是批次反应，全量进料通过加热、反应、破碎等工艺后，全量出料。
其存在如下缺点：
A、高黏稠性的污泥在低温环境的热传导系数低导致初始加温时间长。
B、由于整釜全量卸料量大，导致高温物料降温处理难度大、成本高、耗时长、过渡储存设备体积大。
C、高温高速粉碎时间需要根据物料分解能力随时调整或增加反应时间，部分未充分反应物料微生物不能完全溶析。
D、设备效率低全套工艺处理时间需180分钟，规模化生产中大大增加了设备总投资，综合经济效益及投资收益比相对较低。
E、污泥进入反应容器后黏稠性强输送搅动困难。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法。
本发明的技术解决方案是：一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，在冷泥加入反应容器前，反应容器内预留预定量的热泥；冷泥加入反应容器过程中，反应容器内的搅拌装置启动，冷泥与热泥混合，在反应容器加热状态下进行碱热反应。
进一步的，热泥的温度为120-140℃，优选130℃；反应容器内预留热泥的预定量为反应容器设计容积的30％-40％。
进一步的，所述方法，包括如下步骤：
S100)、卸料
将完成碱热反应的热泥卸料，由反应容器的出料口排出，并在反应容器内留存预定量的热泥；
S200)、进料
S210)、将冷泥通过反应容器的进料口进入反应容器，同时启动反应容器底部的下部分散搅拌装置开始搅拌；
S220)、冷泥持续进料，直至充满反应容器的设计容积；
S300)、搅拌热碱反应
按照预定温度下，混合后的热泥和冷泥在反应容器中进行热碱反应直至达到预定时间后重复步骤S100。
进一步的，步骤S220中，冷泥持续进料，直至充满反应容器的设计容积的时间为20-40分钟，优选30分钟。
进一步的，步骤S210中，反应容器底部的下部分散搅拌装置的转速为 400r/min-1000r/min，优选500r/min，600r/min或900r/min。
进一步的，步骤S300中，预定温度为120-140℃，优选130℃；和/或预定时间为20-50分钟，优选30或40分钟。
进一步的，反应容器设置有加热装置，步骤S100-S300全过程中，加热装置全程加热。
进一步的，反应容器内设置有刮壁搅拌装置，步骤S100-S300全过程中，刮壁搅拌装置全程开启。
进一步的，高速机械破碎装置包括反应容器，保温层，刮壁搅拌装置，下部分散搅拌装置，蒸汽加热管路；反应容器为中空结构，反应容器的上部开设有用于进入活性污泥和石灰混合物的进料口，反应容器的底部或下部开设有出料口；反应容器的侧壁外依次包覆有蒸汽加热管路和保温层；保温层开设有用于蒸汽进入的蒸汽进口和用于冷凝水排出的冷凝水出口；刮壁搅拌装置包括刮壁搅拌装置驱动电机，刮壁搅拌装置主轴，刮壁装置和刮壁连接梁；刮壁搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器顶部与刮壁搅拌装置主轴固定连接，刮壁搅拌装置主轴，刮壁装置和刮壁连接梁均置于反应容器的内腔中，刮壁装置与反应容器的内壁接触，刮壁搅拌装置主轴通过刮壁连接梁与刮壁装置固定连接；下部分散搅拌装置包括下部分散搅拌装置驱动电机，下部分散搅拌装置主轴和下部分散搅拌装置分散盘，下部分散搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器下部或底部与下部分散搅拌装置主轴连接，下部分散搅拌装置主轴伸入反应容器的内腔中，下部分散搅拌装置主轴上安装有下部分散搅拌装置分散盘；优选的，下部分散搅拌装置为1个或2个；
下部分散搅拌装置为1个时，下部分散搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器底部，反应容器的下部开设有出料口；
下部分散搅拌装置为2个时，下部分散搅拌装置驱动电机相对于反应容器的中心线对称固定安装在反应容器下部，反应容器的底部开设有出料口。
进一步的，高速机械破碎装置包括上部分散搅拌装置，上部分散搅拌装置包括电机，转轴和破碎装置，电机固定安装在反应容器顶部与转轴固定连接，转轴伸入反应容器的内腔中，转轴上固定安装有若干破碎装置；优选的，上部分散搅拌装置为1个或2个。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，针对活性污泥在常温下粘度极高、反应容器内壁夹套加热效率低的问题，在前次高温反应结束后，在反应容器内留存部分高温污泥，即投加“冷污泥”并启动高速机械旋流装置，使冷热污泥强烈混合，通过污泥间交互传热方式，使混合污泥快速达到50-60 度，优选60度，达到粘度改善临界温度，从而大幅降低污泥粘度，有效提高反应容器夹套加热效率，缩短加温时间，节约加热能耗。
2、本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，创造性的利用污泥粘度与温度的关系、反应容器的利用效率以及污泥热碱反应的平均时间，确定活性污泥粘度改善的最佳临界温度为50—60度。此温度范围与常温相比，污泥粘度下降约10倍，将极大提高污泥加热的传质效率。
3、本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，针对城市生活污水处理所产生的活性污泥(微生物产物)，在后续补料60％-70％(反应容器的设计容积),在反应容器的搅拌作用下，直接与上一次剩余的120-140℃的料混合，相互之间温度中和，直接达到反应温度约50-60℃，甚至达到90℃，从而省去长时间对冷料的加热耗时；且同时，60％-70％(反应容器的设计容积)新料进行热碱反应，其相对整釜新料热碱反应其需求反应时间大大降低，且上一次剩余的料也得以充分进行热碱反应，微生物更完全更彻底溶析，提高了肥性；实验表面，污泥的温度对其粘度的影响很大，如图2所示，这样，后续补充的料与上一次剩余的料混合，直接达到50-60℃，甚至达到90℃，其粘度大幅度下降，由原4500mPa.S断崖式下降至450mPa.S以下，不论是加热还是搅拌其能耗都有所下降，且作业效率得以提高8-13％；单次出料量大大减少，提高物料冷却时间，减少过渡性物料储存体积。
附图说明
图1为活性污泥的生物质构成分布图。
图2为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法的流程图。
图3为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，温度变化对污泥粘性影响图示。
图4为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，第一种高速机械破碎装置的结构示意图。
图5为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，第二种高速机械破碎装置的结构示意图。
图6为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，第三种高速机械破碎装置的结构示意图。
图7为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，第四种高速机械破碎装置的结构示意图。
图8为本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法中，高速机械破碎装置中的上部分散搅拌装置分散盘或下部分散搅拌装置分散盘的结构示意图。
图9为利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法的流程图。
图10为利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的装置的示意图。
图11为利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法中，污泥和石灰混合方式的示意图。
图12为利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法中获得的肽浓缩蛋白液作为营养液种植的农作物与使用普通化肥种植的农作物的根系对比图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所涉及的污泥为活性污泥，即含有微生物的产物，其生物质构成分布如图1所示；所涉及的热泥为在反应容器中留存的部分高温污泥，其温度为 120℃-140℃；所涉及的冷泥为常温20℃的污泥；所涉及的临界温度，为污泥粘度改善临界温度，其范围为50℃-90℃，优选60℃。
如图2所示，一种冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，在冷泥加入反应容器前，反应容器内预留预定量的热泥；冷泥加入反应容器过程中，反应容器内的搅拌装置启动，冷泥与热泥混合，在反应容器加热状态下进行碱热反应。
其中，反应器中的活性污泥与石灰的混合在高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质，优选的，高速旋转的机械力由高速机械破碎装置旋转产生。
如图4所示，所述高速机械破碎装置包括反应容器10，保温层20，刮壁搅拌装置30，下部分散搅拌装置50，蒸汽加热管路60；所述反应容器10为中空结构，所述反应容器10的上部开设有用于进入污泥和石灰混合物的进料口12，所述反应容器10的下部开设有用于排出完成热碱反应混合物的出料口13，所述反应容器10的侧壁外依次包覆有蒸汽加热管路60和保温层20；所述保温层开设有用于蒸汽进入的蒸汽进口61和用于蒸汽冷却后的冷凝水排出的冷凝水出口62；刮壁搅拌装置30包括刮壁搅拌装置驱动电机31，刮壁搅拌装置主轴 32，刮壁装置33和刮壁连接梁34；所述刮壁搅拌装置驱动电机31固定安装在所述反应容器10顶部与所述刮壁搅拌装置主轴32固定连接，所述刮壁搅拌装置主轴32，刮壁装置33和刮壁连接梁34均置于所述反应容器10的内腔中，所述刮壁装置33与所述反应容器10的内壁接触，所述刮壁搅拌装置主轴32 通过刮壁连接梁34与刮壁装置33固定连接；所述下部分散搅拌装置50包括下部分散搅拌装置驱动电机51，下部分散搅拌装置主轴52和下部分散搅拌装置分散盘53，所述下部分散搅拌装置驱动电机51固定安装在所述反应容器100 底部与所述下部分散搅拌装置主轴52连接，所述下部分散搅拌装置主轴52伸入反应容器10的内腔中，所述下部分散搅拌装置主轴上52安装有下部分散搅拌装置分散盘53。该实施例的高速破碎装置适用于容积为3m3以下的反应容器。
优选的，设置2个下部分散搅拌装置50，以提高机械力的破碎力和水力旋流力，进一步优选的，所述2个下部分散搅拌装置驱动电机51相对于所述反应容器10的中心线对称固定安装在所述反应容器10的下部，对应的，所述出料口13设置在所述反应容器10的底部，具体结构如图5所示，其适用于容积为 3m3-6m3的反应容器。
优选的，为进一步提高机械力的破碎力和水力旋流力，在反应容器10内增加了上部分散搅拌装置40，所述上部分散搅拌装置40包括上部分散搅拌装置驱动电机41，上部分散搅拌装置主轴42和上部分散搅拌装置分散盘43，所述上部分散搅拌装置驱动电机41固定安装在所述反应容器100顶部与所述上部分散搅拌装置主轴42固定连接，所述上部分散搅拌装置主轴42伸入所述反应容器100的内腔中，所述上部分散搅拌装置主轴42上固定安装有若干上部分散搅拌装置分散盘43，具体结构如图6-7所示，其适用于容积为6m3-10m3的反应容器。
进一步优选的，所述上部分散搅拌装置40为1个或2个。
优选的，如图8所示，上部分散搅拌装置分散盘43包括盘体431，盘体431 中心与上部分散搅拌装置主轴42固定连接，盘体431外圆周均匀设置有多个上折边432和多个下折边433，上折边432与下折边433在盘体431的外圆周上交错排列，所述上部分散搅拌装置主轴42由固定安装在反应容器10上的上部分散搅拌装置驱动电机41驱动高速转动，带动破碎装置旋转；所述盘体没入活性污泥；采用上述结构的高速机械破碎装置，其破碎装置旋转，在上折边、下折边的共同作用下，搅动活性污泥，对活性污泥进行高速的破碎、剪切，同时形成高速水力旋流，起到摩擦、淋洗作用，加速细胞外物质的分离和溶析；当然，通过高速机械旋流必然也会起到一定的细胞破壁作用，细胞内物质也会泄出。进一步优选的，所述下部分散搅拌装置分散盘53的结构与上部分散搅拌装置分散盘43结构相同。
所述冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，其具体包括如下步骤：
S100)、卸料
S110)、保持刮壁装置33的刮壁搅拌装置驱动电机31持续工作，所述刮壁搅拌装置驱动电机31带动刮壁搅拌装置主轴32旋转，进而带动刮壁装置旋转，机械旋转引起的水力旋流，同时，保持蒸汽对反应容器10持续加热，优选的，所述刮壁搅拌装置驱动电机31转速为25-47r/min。
S120)、将完成碱热反应的热泥卸料，由反应容器的出料口13排出，并在反应容器内留存预定量的热泥，所述热泥的温度为120-140℃，优选130℃；进一步优选的，反应容器内预留热泥的预定量为反应容器设计容积的30％-40％。
S200)、进料
S210)、将冷泥和石灰的混合物或者将冷泥和石灰同时通过反应容器的进料口12进入反应容器10，同时启动反应容器底部的下部分散搅拌装置驱动电机 51，所述下部分散搅拌装置驱动电机51带动下部分散搅拌装置分散盘旋转，机械旋转引起的水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，同时，活性污泥和石灰进行热碱反应。优选的，下部分散搅拌装置驱动电机的转速为400r/min-1000r/min，优选500r/min，600r/min或 900r/min。优选的，所述石灰为熟石灰或生石灰，进一步优选的，所述石灰为液态。
S220)、冷泥和石灰的混合物或者将冷泥和石灰持续进料，直至充满反应容器的设计容积，优选的，进料时间为20-40分钟，进一步优选30分钟。在此过程中，当所述高速机械破碎装置设置有上部分散搅拌装置40时，混合后的污泥与石灰混合物进入所述反应容器10内腔的量达到预定值，优选为反应容器10 内腔容积的20％-100％，进一步优选为30％，40％，60％，80％，启动上部分散搅拌装置驱动电机41，所述上部分散搅拌装置驱动电机41带动上部分散搅拌装置主轴42旋转，进而带动上部分散搅拌装置分散盘43旋转，机械旋转引起的水力旋流，在高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，优选的，上部分散搅拌装置驱动电机41的转速为500-1000r/min，进一步优选为400r/min-1000r/min，优选500r/min，600r/min或900r/min。
S300)、机械破碎，水力旋流，热碱反应
使用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥和石灰的混合物，同时污泥和石灰的混合物在高速旋转力的作用下形成水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，同时，活性污泥和石灰进行热碱反应直至达到预定时间后重复步骤S100。优选的，预定温度为120-140℃，优选 130℃；优选的，预定时间为20-50分钟，进一步优选，优选30或40分钟。
利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，所述活性污泥的含固率为18％-22％，优选的，含固率为20％；所述生物质包括细胞外物质和细胞内物质；所述方法为：用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质，如图9所示，其具体包括如下步骤：
S10)、输送，混合
将活性污泥和石灰分别通过输送装置通过进料口12加入所述反应容器10。
优选的，在活性污泥和石灰料仓与反应容器10之间增设混合器时，以使活性污泥和石灰进入所述反应器10之前进行混合，将活性污泥加压进入管道式混合器，所述反应容器通过管道连接管道混合器，同时按一定比例注入氧化钙溶液或氢氧化钙溶液，使溶液强力浸入活性污泥，经管道混合器混合均匀，再进入后续反应容器，该方法与现有的溶液先投加入反应容器再机械搅拌的方法相比，大幅度提高混合效率，节省氧化钙投加量约30％，减少混合时间约60％。优选的，注入氧化钙溶液或氢氧化钙溶液中，氧化钙溶液或氢氧化钙的质量为含固率20％活性污泥的质量的1.5-3.5％。
进一步优选的，污泥采用加压的方式通过螺杆在混合器中运行，石灰的注入通道与污泥的运行方向垂直设置，如图11所示，采用该种设置方式，使石灰浆液强力浸入活性污泥，大幅度提高混合效率，进一步节省氧化钙投加量和减少混合时间。
优选的，所述石灰为熟石灰或生石灰，进一步优选的，为石灰为浆液，以进一步使石灰与污泥充分接触，混合。
优选的，活性污泥和石灰通过输送装置输送至管道式混合容器，进一步优选的，所述输送装置为螺杆泵。
S20)、机械破碎，水力旋流，热碱反应
使用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥和石灰的混合物，同时污泥和石灰的混合物在高速旋转力的作用下形成水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，同时，活性污泥和石灰进行热碱反应。优选的，保持该过程40-60分钟，进一步优选为50分钟。
S21)、将混合后的活性污泥与石灰混合物后由进料口12进入反应容器10 内腔，在混合后的活性污泥与石灰混合物刚进入反应容器10内腔同时启动刮壁搅拌装置驱动电机31，所述刮壁搅拌装置驱动电机31带动刮壁搅拌装置主轴 32旋转，进而带动刮壁装置旋转，机械旋转引起水力旋流，同时，通过蒸汽对反应容器10加热。优选的，所述刮壁搅拌装置驱动电机31转速为25-47r/min。
S22)、混合后的活性污泥与石灰混合物进入所述反应容器10内腔的量达到预定值，优选为反应容器10内腔容积的10％-20％，启动下部分散搅拌装置驱动电机51，所述下部分散搅拌装置驱动电机51带动下部分散搅拌装置分散盘旋转，机械旋转引起水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，同时，活性污泥和石灰进行热碱反应。优选的，下部分散搅拌装置驱动电机的转速为400r/min-1000r/min，优选500r/min，600r/min或 900r/min。
S23)、保持反应容器10内腔内的温度120℃-130℃，刮壁搅拌装置30和下部分散搅拌装置50持续搅拌40-60分钟，优选50分钟后，进行本申请的步骤S100-S300。
优选的，所述污泥处理装置设有上部分散搅拌装置40时，在步骤S22-S23 之间增加步骤S225：混合后的污泥与石灰混合物进入所述反应容器100内腔的量达到预定值，优选为反应容器100内腔容积的20％-100％，启动上部分散搅拌装置驱动电机41，所述上部分散搅拌装置驱动电机41带动上部分散搅拌装置主轴42旋转，进而带动上部分散搅拌装置分散盘43旋转，机械旋转引起的水力旋流，在高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁。
S30)、冷却
将由出料口13排出的混合物通过输送装置输送至冷却装置进行冷却，优选的，冷却至70℃。
S40)、压滤
将步骤S30冷却后的混合物输送至压滤装置，优选的，所述压滤装置为板框压滤，经过压滤装置压滤后，混合物分离为腐殖酸和蛋白营养液和泥饼。
如图10所示，使用上述高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法分离活性污泥生物质的装置，包括污泥输送装置，石灰输送装置，高速机械破碎装置，冷却装置，压滤装置，污泥输送装置两端分别与污泥料仓和高速机械破碎装置连通，石灰输送装置两端分别与石灰料仓连通和高速机械破碎装置连通，高速机械破碎装置的出口依次与冷却装置，压滤装置连通。
优选的，所述污泥处理装置包括混合装置，污泥输送装置两端分别与污泥料仓和混合装置连通，石灰输送装置两端分别与石灰料仓连通和混合装置连通，混合装置的出口与高速机械破碎装置的进料口连通。通过设置混合装置，使活性污泥与石灰在进入反应前进行充分混合，与现有的石灰先投加入反应容器再机械搅拌的方法相比，大幅度提高混合效率，节省氧化钙投加量，减少混合时间。
使用上述高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法进行污泥处理，得到的腐殖酸和蛋白营养液含氮量，含磷量及PH数据数据表如下：
由上表可以看出，经过本发明高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法得到的腐殖酸和蛋白营养液中，总氮的含量高于3000mg/L以上，含有丰富的氮元素，同时还富含磷元素，营养丰富，且pH 值较高。
使用上述高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法进行污泥处理，整个过程中，活性污泥，碱热污泥，腐殖酸和蛋白营养液即泥饼中金属元素的一组数据见下表：
由上表可以看出，由本发明高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法得到的腐殖酸和蛋白营养液中，有害重金属元素含量很低，而对于植物生长有益的经书元素钙，钾的含量很高，营养丰富，如图11所示，采用本发明高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法得到的腐殖酸和蛋白营养液作为肥料种植的农作物的根系明显比采用普通化肥种植的农作物的根系繁茂。
利用本发明的冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，具备以下有益技术效果：
1、研究表明，活性污泥的生物质大量存在于微生物细胞之外，包括菌胶团构成物质、絮体物质以及胞外聚合物(EPS)等，其中EPS贡献最大，约占活性污泥总生物质的40％-60％。从性质讲，它们这类胞外物质属于微生物产物，但不等同于微生物细胞内物质。在活性污泥中，这些胞外物质占可利用的生物质近90％，且结构相对松散，而细胞内物质较少，仅占可利用生物质比例在10％左右；基于此，本申请通过高速机械旋流方法，重点分离并溶析活性污泥中细胞外物质，在高速机械力和水力旋流的双重作用下，对活性污泥絮体、菌胶团和胞外聚合物(EPS)等细胞外物质，进行强力破碎、剪切，尽最大可能把活性污泥微粒化、胶质化，加大其比表面积，并通过机械和水力形成的摩擦、淋洗作用，加速细胞外物质的分离和溶析；当然，通过高速机械旋流必然也会起到一定的细胞破壁作用，细胞内物质也会泄出。
2、高速机械破碎装置的破碎装置旋转，在上折边、下折边的共同作用下，搅动活性污泥，对活性污泥进行高速的破碎、剪切，同时形成高速水力旋流，起到摩擦、淋洗作用，加速细胞外物质的分离和溶析；当然，通过高速机械旋流必然也会起到一定的细胞破壁作用，细胞内物质也会泄出。
3、设计合理，构思巧妙，采用的高速机械破碎，水力旋流破坏细胞壁的方法，辅以热碱条件，形成机械、水力、温度、化学的综合作用，重点分离并溶析活性污泥中细胞外物质，大幅度提高活性污泥生物质的分离、溶析、水解和萃取的效率；与现有的热碱工艺技术相比，反应时间缩短50％-70％，能耗减少 40％-60％，生物质提取率提高20％以上，设备减少约50％(台套)，投资和占地面积大幅度下降，维护管理简便，从根本上改变了现有技术的状况，具有显著的技术、经济、环境和社会效益。
4、将化工行业的反应釜进行创造性的改进形成高速机械破碎装置用于污泥处理，实现了污泥的有机蛋白质分离，同时，在高速机械破碎装置的底部和/ 或上部增加了分散盘，使得高速机械破碎装置内的混合物在机械力破碎的同时形成水力旋流，既提高了破碎的效率又提高了加热效率，进一步提高了热碱反应的效率，同时，无需额外增加水降低污泥含固率即实现了污泥的热碱反应，大幅提高了反应效率和经济效率。
5、通过机械旋转，实现了20％含固率的污泥，无需额外增加水降低污泥含固率的情况下，即实现了污泥的热碱反应，大幅提高了反应效率和经济效率。
6、通过热碱反应，将重金属转变为固体进入泥饼，进而降低了蛋白液的重金属含量，使用更加安全环保。
7、将活性污泥加压进入管道式混合器，同时按一定比例注入氧化钙溶液，经管道混合器混合均匀，送入反应容器内。优选，含固率约20％的活性污泥，将其加压进入管道式混合器，同时按一定比例注入氧化钙溶液或氧化钙溶液，使溶液强力浸入活性污泥，再进入后续反应容器。该方法与现有的氧化钙溶液先投加入反应容器再机械搅拌的方法相比，大幅度提高混合效率，节省氧化钙投加量约30％，减少混合时间约60％。
8、通过增加石灰，使得蛋白液具有高pH 值，抑制微生物的繁殖，不易腐蚀。
9、增加的石灰通过热碱反应，转变为有机钙，蛋白液作为营养液使用时，有助于植物的吸收。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (15)
1.一种利用冷热污泥高速混合提高加热效率的方法实现高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，其特征在于，
冷污泥为含固率20%的活性污泥，
所述高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质，其具体包括如下步骤：
S10）、输送，混合
将活性污泥和石灰分别通过输送装置通过进料口加入反应容器；
S20）、机械破碎，水力旋流，热碱反应
使用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥和石灰的混合物，同时污泥和石灰的混合物在高速旋转力的作用下形成水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，同时，活性污泥和石灰进行热碱反应；保持该过程40-60分钟；
S30）、冷却
将由出料口排出的混合物通过输送装置输送至冷却装置进行冷却，冷却至70℃；
S40）、压滤
将步骤S30冷却后的混合物输送至压滤装置，经过压滤装置压滤后，混合物分离为腐殖酸和蛋白营养液和泥饼；
所述利用冷热污泥高速混合提高加热效率的方法，在冷泥加入反应容器前，反应容器内预留预定量的热泥；冷泥加入反应容器过程中，反应容器内的搅拌装置启动，冷泥与热泥混合，在反应容器加热状态下进行热碱反应；
热泥的温度为120-140℃；反应容器内预留热泥的预定量为反应容器设计容积的30%-40%；
其包括如下步骤：
S100）、卸料
将完成碱热反应的热泥卸料，由反应容器的出料口排出，并在反应容器内留存预定量的热泥；
S200）、进料
S210）、将冷泥通过反应容器的进料口进入反应容器，同时启动反应容器底部的下部分散搅拌装置开始搅拌；
S220）、冷泥持续进料，直至充满反应容器的设计容积；
S300）、搅拌热碱反应
按照预定温度下，混合后的热泥和冷泥在反应容器中进行热碱反应，同时使用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥和石灰的混合物，同时污泥和石灰的混合物在高速旋转力的作用下形成水力旋流，高速旋转的机械力和水力旋流双重作用，破坏活性污泥的细胞壁，直至达到预定时间后重复步骤S100；
高速机械破碎装置包括反应容器，保温层，刮壁搅拌装置，下部分散搅拌装置，蒸汽加热管路；反应容器为中空结构，反应容器的上部开设有用于进入活性污泥和石灰混合物的进料口，反应容器的底部或下部开设有出料口；反应容器的侧壁外依次包覆有蒸汽加热管路和保温层；保温层开设有用于蒸汽进入的蒸汽进口和用于冷凝水排出的冷凝水出口；刮壁搅拌装置包括刮壁搅拌装置驱动电机，刮壁搅拌装置主轴，刮壁装置和刮壁连接梁；刮壁搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器顶部与刮壁搅拌装置主轴固定连接，刮壁搅拌装置主轴、刮壁装置和刮壁连接梁均置于反应容器的内腔中，刮壁装置与反应容器的内壁接触，刮壁搅拌装置主轴通过刮壁连接梁与刮壁装置固定连接；下部分散搅拌装置包括下部分散搅拌装置驱动电机，下部分散搅拌装置主轴和下部分散搅拌装置分散盘，下部分散搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器下部或底部与下部分散搅拌装置主轴连接，下部分散搅拌装置主轴伸入反应容器的内腔中，下部分散搅拌装置主轴上安装有下部分散搅拌装置分散盘。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S220中，冷泥持续进料，直至充满反应容器的设计容积的时间为20-40分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S210中，反应容器底部的下部分散搅拌装置的转速为400r/min-1000r/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S300中，预定温度为120-140℃；和/或预定时间为20-50分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应容器设置有加热装置，步骤S100-S300全过程中，加热装置全程加热。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应容器内设置有刮壁搅拌装置，步骤S100-S300全过程中，刮壁搅拌装置全程开启。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，下部分散搅拌装置为1个或2个。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，下部分散搅拌装置为1个时，下部分散搅拌装置驱动电机固定安装在反应容器底部，反应容器的下部开设有出料口。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，下部分散搅拌装置为2个时，下部分散搅拌装置驱动电机相对于反应容器的中心线对称固定安装在反应容器下部，反应容器的底部开设有出料口。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高速机械破碎装置包括上部分散搅拌装置，上部分散搅拌装置包括电机，转轴和破碎装置，电机固定安装在反应容器顶部与转轴固定连接，转轴伸入反应容器的内腔中，转轴上固定安装有若干破碎装置。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上部分散搅拌装置为1个或2个。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S210中，反应容器底部的下部分散搅拌装置的转速为500 r/min ，600 r/min 或900 r/min。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S220中，冷泥持续进料，直至充满反应容器的设计容积的时间为30分钟。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S300中，预定温度为130℃。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S300中，预定时间为30或40分钟。
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