CN111333304A

CN111333304A - 一种污泥的集成处理方法及系统

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Publication number: CN111333304A
Application number: CN202010159099.5A
Authority: CN
Inventors: 黄智�; 陈奕名; 杜兵; 曹剑叶; 黄明星; 邓玲; 马晓玲; 刘晓吉; 龙艳秋; 喻武
Original assignee: China National Environmental Protection Group Co ltd
Current assignee: China National Environmental Protection Group Co ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-06-26

Abstract

本发明提供一种污泥的集成处理方法及系统，所述污泥的集成处理方法包括污泥的热水解预处理和厌氧消化以及对所述厌氧消化后沼渣的热干化处理，其中所述厌氧消化的温度为35～38℃。本发明通过热水解预处理、中温厌氧消化及热干化处理的工艺结合，能够将原污泥处理得到含水率20～30％的污泥，同时有机物去除率高，甲烷产率高，而且处理周期短，极大地实现了污泥减量化、资源化和稳定化。

Description

一种污泥的集成处理方法及系统

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，更具体地，涉及一种污泥的集成处理方法及系统。

背景技术

污泥是污水处理过程中的副产物，具有含水率高、颗粒较细、比重较轻等特点，主要来源于污水处理厂的初次沉淀池和二次沉淀池。污泥成分复杂，数量庞大，其中含有大量有机质、氮磷、病原微生物、寄生虫卵及病毒、重金属离子等物质。污泥中有机物易腐烂并产生恶臭，容易孽生蚊蝇；氮、磷等营养物质在雨水的冲刷下会流入地表或者地下水体，造成水体污染；未处理或处理不达标的污泥用作农肥或填埋时，病原菌及寄生虫(卵)等进入土壤，并直接或间接的与人或动物接触，危害人体和牲畜健康；重金属离子和难降解的有毒有害物质容易渗滤出来或挥发，造成水体、土壤和空气的二次污染。

根据污泥性质和含水率的不同，污泥处理方式包括填埋、干化+焚烧、堆肥+土地利用、厌氧消化+建材化等。目前随着技术不断改进，厌氧消化已成为污泥处理的主流技术。但是，传统的厌氧消化系统存在诸多缺陷：首先，有机物降解率较低，一般不到40％(以VS计)，甲烷产率也较低；其次，对污泥中复杂多聚物的水解速率缓慢，导致水力停留时间HRT较长，一般需要20～30d，致使反应器等设施规模大，投资高，占地面积广；再者，维持反应器的中温消化需要消耗大量能量，运行费用高。这些缺陷束缚了厌氧消化进一步的推广。

后来也有一些相关改进的报道，发明专利申请CN106755141A公开了一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，利用高温高压热水解和高温厌氧酸化联合处理剩余污泥的方法，热水解反应罐的温度为160～190℃，压力为0.5～1.2Mpa，反应时间为30～60min，反应结束后，将反应器中压力缓慢降至0.3～0.8MPa后，进行泄压闪蒸，得到热水解污泥；高温厌氧酸化反应罐的温度为50～60℃，高温厌氧酸化反应罐中的搅拌器的搅拌转速设为60～120转/min，反应2～4天。该发明采用热水解处理，虽提升了污泥的可生化特性，但厌氧后的污泥需要脱水处理，未形成完整的污泥处理流程；此外，虽热水解能带来一定的热量，但高温厌氧工艺仍需要较高的能量供应，且运行稳定性偏差。

发明专利申请CN109912150A公开了一种厌氧干化处理剩余活性污泥的工艺方法，具体公开了将剩余活性污泥均化后，加药送入热水解反应器，然后将热水解后污泥进入厌氧发酵系统进行高温厌氧产沼，厌氧后沼渣经成型干化机得到干化污泥，该方法可将剩余污泥的含水率降至15％以下。该方法在热水解环节中需要补加一定的药剂，药剂的累积可能会对高温高压系统的管路带来一定的风险；此外，高温厌氧运行的稳定性偏弱、氨氮抑制性方面较弱，运行成本也高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种污泥的集成处理方法及系统。

本发明提供一种污泥的集成处理方法，包括污泥的热水解预处理和厌氧消化以及对所述厌氧消化后沼渣的热干化处理，其中所述厌氧消化的温度为35～38℃。

本发明通过热水解预处理、中温厌氧消化及热干化处理的工艺结合，能够将原污泥处理得到含水率20～30％的污泥，同时有机物去除率高，甲烷产率高，而且处理周期短，极大地实现了污泥减量化、资源化和稳定化。

本发明将温度控制在35～38℃范围内，是因为低于35℃时产沼效果会降低，只有保持足够的污泥量时才能达到理想的沼气量；高于38℃时，微生物的活性会受到不可逆的破坏，有机物降解率会明显下降。还有，温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用，所以应尽可能采取一定的控温措施，温度变化幅度不超过2-3℃/h。

进一步地，所述厌氧消化的进料为经过所述热水解预处理后调浆至含固率10％的污泥，所述厌氧消化的时间为18～21天，消化过程中浆料的pH为7.0～7.8。

进一步地，所述热水解预处理包括浆化、预热、热水解反应和闪蒸步骤，所述热水解反应的温度为130～180℃，优选为160～170℃，时间为25～30min，压力为1.1～1.2MPa。

进一步地，所述热水解预处理的进料为含水率80～85％的污泥，所述预热的温度为85～95℃。

进一步地，所述热干化处理的进料为所述厌氧消化的出料经脱水后得到的沼渣，含水率为70±5％；所述热干化处理的出料含水率为25±5％。

进一步地，所述热干化处理过程中，热风温度为60～80℃，其中温度在70℃以上的时间为90～120min，回风为45～60℃。

本领域中一般用热泵进行热干化处理，其原理类似空调压缩机的原理，利用热交换产生的热量进行干化。

进一步地，对所述厌氧消化后得到的沼气进行余热回收利用，可用于污泥干化处理、厌氧罐热量补给等。

本发明还提供一种污泥的集成处理系统，包括热水解系统、厌氧消化系统和热干化系统，所述热水解系统包括顺次连接的均质浆化一体机、热水解反应罐、卸压闪蒸罐、沉砂罐、换热器和出料缓存罐；所述厌氧消化系统包括调理罐和厌氧罐；所述热干化系统包括机械离心脱水机和除湿干化机；所述出料缓存罐的出口与所述调理罐的入口连接，所述厌氧罐的出料进入所述机械离心脱水机。

进一步地，所述均质浆化一体机、热水解反应罐和卸压闪蒸罐均设有搅拌器；所述厌氧罐内设有换热装置。

进一步地，还包括沼气利用系统，所述沼气利用系统与所述厌氧罐的沼气出口连接，包括干式双模气柜、干式脱硫系统和余热锅炉系统。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的集成处理方法具有处理周期短、有机物去除率高、甲烷产率高，以及出泥含水率更低的优点。

(2)热水解预处理的主要目的是改善污泥的脱水性能，以获得高含固率污泥，从而减小污泥的运输和填埋体积。本发明中厌氧减量化年均值约为25％，再通过干化的减量，污泥总减量约为50％。污泥大幅度的减量将相应地降低污泥的后续处理(焚烧、土地利用、建材化)费用和运输费用。

(3)本发明还可以实现污泥的稳定化，将一些重金属由不稳定形态迁移转化至相对稳定或稳定的形态，实现了对污泥中重金属的稳定化效果，更利于污泥的土地利用。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的污泥集成处理系统的示意图；

图中，1-污泥接收仓；2-螺旋输送机；3-均质浆化一体机；4-热水解反应罐；5-卸压闪蒸罐；6-沉砂罐；7-换热器；8-出料缓存罐；9-调理罐；10-厌氧罐；11-机械离心脱水机；12-除湿干化机；13-水处理系统；14-刮板输送机；15-干式双模气柜；16-干式脱硫系统；17-余热锅炉系统。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种污泥的集成处理系统，其示意图如图1所示，包括热水解系统(简称I-TH系统)、厌氧消化系统(简称II-AD)和热干化系统(简称III-TD系统)，其中，热水解系统包括均质浆化一体机3、热水解反应罐4、卸压闪蒸罐5、沉砂罐6、换热器7和出料缓存罐8；厌氧消化系统包括调理罐9和厌氧罐10；热干化系统包括机械离心脱水机11和除湿干化机12；其中均质浆化一体机3、热水解反应罐4和卸压闪蒸罐5都设有搅拌器；该集成处理系统还包括污泥接收仓1、螺旋输送机2、水处理系统13、刮板输送机14、干式双模气柜15、干式脱硫系统16和余热锅炉系统17。

本实施例中污泥的集成处理方法具体如下：

污水厂脱水污泥通过封闭货车倒入污泥接收仓1，然后由螺旋输送机2将污泥输送至均质浆化一体机3，利用厂内稀释水(如卸压闪蒸罐5的热水)对脱水污泥进行调浆，将含固率由20％稀释至16.5％。

首先进行预热，关闭均质浆化一体机3进口，开启预热搅拌和蒸汽，预热温度为85-95℃，预热15-20min。预热结束后，关闭预热搅拌，打开均质浆化一体机3出口，污泥在预热蒸汽气压的作用下进入热水解反应罐4，然后关闭均质浆化一体机3出口，均质浆化一体机3开始第二阶段进泥。

关闭热水解反应罐4进口，开启搅拌和蒸汽底部进气，将物料加热至160-170℃，反应25-30min。反应结束后，关闭热水解反应罐4的搅拌和蒸汽进口，打开热水解反应罐4出口和卸压闪蒸罐5进口，通过温度检测与水量控制连锁装置使热水解反应罐4内污泥迅速压入卸压闪蒸罐5，同时卸压闪蒸罐5释放的蒸汽由顶端出汽口回到均质浆化一体机3循环利用，然后关闭热水解反应罐4出口，热水解反应罐4开始第二阶段进泥，并启动搅拌和蒸汽。热水解反应罐4的蒸汽温度为160-170℃，压力为1.1-1.2MPa，热水解系统按照预定程序周而复始运行，反应一个批次时间约2小时。

污泥进入卸压闪蒸罐5后，闪蒸后的污泥在卸压闪蒸罐5内缓冲，打开卸压闪蒸罐5卸料口，在螺杆泵的作用下，污泥依次经过沉砂罐6和换热器7，然后进入出料缓存罐8进行冷却，冷却至60℃左右。

经过热水解预处理后的污泥由出料缓存罐8泵入调理罐9，同时泵入一定量厌氧沼液，将污泥含固率调节至10％。厌氧罐10为完全混合式厌氧罐，采用立轴式机械搅拌，内部设有泥水换热器。物料进入厌氧罐10之前允许的最高温度为63℃，进入厌氧罐10后，同时打开高速搅拌器，在泥水换热器的作用下，将厌氧罐10内污泥的反应温度保持在35-38℃，停留时间18天。厌氧罐10的出料为顶部溢流出料，底部设有排砂管道，定期排放沉积物。厌氧消化系统采用24小时连续工作制。

厌氧罐10的溢流进入消化后储罐，然后泵入机械离心脱水机11，进料污泥含水率约为70％，脱水后的污泥(沼渣)含固率为30％，进入热干化系统；脱水后的液体(沼液)进入水处理系统13进行处理。脱水过程中需加入絮凝剂，絮凝剂通过加药螺杆泵定量加入，可选用聚丙烯酰胺PAM，配制成浓度为0.2-0.3％，加入量为8.0-12.0kg/h。

脱水后的污泥进入除湿干化机12，除湿干化机12是利用除湿热泵对污泥采用热风循环冷却除湿干化，同时通过热泵原理回收水分凝结潜热加热空气达到干燥物料目的。除湿热泵是除湿(去湿干燥)加热泵(能量回收)结合，使干燥过程中能量循环利用。采用低温(40-80℃)全封闭干化模式，处理后污泥含水率可在10-30％范围内调整。干化温度70℃以上时间达到90-120min，可有效杀菌90％以上。可根据不同含水率泥饼采用不同成型技术，降低泥饼干燥时间和干化系统的综合能效。本实施例中，干燥温度为60-80℃，湿污泥干化至含水率20％，需要停留时间约为1.5h。干化后的污泥通过刮板输送机14外运，可作为建材化或者土地利用的原料。

干化产生的冷凝水排放到水处理系统13中。低温干化冷凝水指标：COD_Cr 120-150mg/L，BOD₅ 60-80mg/L,氨氮20-25mg/L，总氮40mg/L，总磷5-7mg/L，石油类15mg/L，悬浮物50mg/L，色度50mg/L，pH值6-9。

厌氧罐10产生的沼气(甲烷含量55-65％)首先进入干式双膜气柜15，然后再经干式脱硫系统16净化，干式脱硫系统16包括颗粒过滤器、反应塔体、脱硫剂填料等组件。脱硫剂填料可采用氧化铁水合物的多孔结构，堆积密度为0.8kg/L。含硫化氢的沼气先经过颗粒过滤器，再从反应塔体底部进入，从顶端出口流出，然后进入余热锅炉系统17。净化后的沼气也可供锅炉燃烧用，或发电自用，烟气余热通过余热锅炉系统17回收利用。

余热锅炉系统17主要由余热回收装置、给水泵、阀门仪表、全自动控制柜、水箱、输水输气管线等组成。余热回收装置通过水位控制器控制蒸汽空间，提高饱和蒸汽的质量，当水位达到低水位时，控制柜将信号输送给水泵，水泵开启送水直到水位达到高水位止，如此反复循环。

本实施例的方法与现有技术相比，处理周期短仅为20天，有机物去除率高达50％，甲烷产率高，约为0.56m³·kg/VSS。

应用例

某城市污泥处理厂处理规模为1000t/d，污泥干基有机质含量50％。若直接进行厌氧消化处理，产气量约为10000m³/d；而采用本发明的方法，产气量约为45000m³/d。若直接进行干化热处理，每吨湿污泥从80％含水率干化至30％，综合耗能178-193kwh；而采用本发明的方法将厌氧产生的沼气进入余热锅炉系统，将降低干化机综合能耗30％，减少热水解蒸汽消耗。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种污泥的集成处理方法，其特征在于，包括污泥的热水解预处理和厌氧消化以及对所述厌氧消化后沼渣的热干化处理，其中所述厌氧消化的温度为35～38℃。

2.根据权利要求1所述的集成处理方法，其特征在于，所述厌氧消化的进料为经过所述热水解预处理后调浆至含固率10％的污泥，所述厌氧消化的时间为18～21天，消化过程中浆料的pH为7.0～7.8。

3.根据权利要求1或2所述的集成处理方法，其特征在于，所述热水解预处理包括浆化、预热、热水解反应和闪蒸步骤，所述热水解反应的温度为130～180℃，优选为160～170℃，时间为25～30min，压力为1.1～1.2MPa。

4.根据权利要求3所述的集成处理方法，其特征在于，所述热水解预处理的进料为含水率80～85％的污泥，所述预热的温度为85～95℃。

5.根据权利要求1或2所述的集成处理方法，其特征在于，所述热干化处理的进料为所述厌氧消化的出料经脱水后得到的沼渣，含水率为70±5％；所述热干化处理的出料含水率为25±5％。

6.根据权利要求5所述的集成处理方法，其特征在于，所述热干化处理过程中，热风温度为60～80℃，其中温度在70℃以上的时间为90～120min，回风为45～60℃。

7.根据权利要求1所述的集成处理方法，其特征在于，对所述厌氧消化后得到的沼气进行余热回收利用。

8.一种污泥的集成处理系统，其特征在于，包括热水解系统、厌氧消化系统和热干化系统，所述热水解系统包括顺次连接的均质浆化一体机、热水解反应罐、卸压闪蒸罐、沉砂罐、换热器和出料缓存罐；所述厌氧消化系统包括调理罐和厌氧罐；所述热干化系统包括机械离心脱水机和除湿干化机；所述出料缓存罐的出口与所述调理罐的入口连接，所述厌氧罐的出料进入所述机械离心脱水机。

9.根据权利要求8所述的集成处理系统，其特征在于，所述均质浆化一体机、热水解反应罐和卸压闪蒸罐均设有搅拌器；所述厌氧罐内设有换热装置。

10.根据权利要求8所述的集成处理系统，其特征在于，还包括沼气利用系统，所述沼气利用系统与所述厌氧罐的沼气出口连接，包括干式双模气柜、干式脱硫系统和余热锅炉系统。