CN111646661A - 一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺。该能量回收与制肥工艺包括：1)污泥预脱水；4)稀释换热；5)离心脱水；6)脱水滤液升流式厌氧污泥床厌氧消化；7)脱水泥饼厌氧干发酵；8)消化污泥螺旋挤压。本发明针对热水解污泥良好的固液分离性能特性，进行了厌氧消化技术的工艺创新，实现了单位容积产气率、有机物转化率和污泥减量化率的进一步提升，反应器容积、沼液排放、运行与建设成本和设备维护成本的进一步降低。

Description

一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺
技术领域
本发明属于污泥处理处置技术领域，更具体地，涉及一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺。
背景技术
目前“热水解+厌氧发酵”工艺的商业化推广已有20年，污泥经过高温高压的热水解处理后，污泥絮体相继解体，细胞破碎，粒径减小，粘度降低，水分释放，物质溶解，使得污泥的流动性能明显变好，固液分离效果显著改善。热水解处理后的污泥进行厌氧发酵，产气率大幅提高，污泥减量化率达到70％，污泥作为资源化利用产品的品质也大幅提高。热水解预处理极大地改善了污泥的理化性质，使得厌氧消化的负荷得以提升，反应器得到有效减容，但是传统的厌氧消化工艺有机负荷仍相对较低，停留时间相对较长，反应器容积相对较大，并没有充分利用热水解污泥良好的固液分离性能。另一方面，我国污泥含砂量大，砂子淤塞使得“热水解+厌氧发酵”运行不稳定，磨损后续设备。
现有技术存在以下技术问题：(1)现有的“热水解+厌氧消化”工艺没有充分利用热水解对污泥固液分离性能的提升作用，大量无机砂粒会造成后续设备的不必要磨损；(2)现有的“热水解+厌氧消化”工艺浪费了热水解对脱水性能的提升作用，仍需要在深度脱水过程投加大量的药剂，药剂费用占总运行成本的50％以上；(3)现有的“热水解+厌氧消化”工艺忽略了可溶有机物和不可溶有机物的降解速率差异，无法设定各自适合的水力停留时间，浪费了厌氧消化反应器容积进一步减少的潜力；(4)现有的“热水解+厌氧消化”工艺一般采用板框脱水的方法，板框泥饼的形状不适合后续的养分复配，需要再进行破碎。(5)现有的“热水解+厌氧消化”工艺有机负荷相对较低，导致单位容积产气率低，沼液排放多。
因此，有必要针对热水解污泥良好的固液分离性能特性，进行厌氧消化技术的工艺创新，以实现单位容积产气率、有机物转化率和污泥减量化率的进一步提升，反应器容积、沼液排放、运行与建设成本和设备维护成本的进一步降低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺，该能量回收与制肥工艺包括：
1)污泥预脱水：
将污水处理区排放污泥经格栅处理后预脱水至含水率为82％～86％，得到预脱水泥饼；
2)预脱水泥饼热水解：
将预脱水泥饼进行热水解；
3)热水解污泥除砂处理：
将热水解污泥进行除砂处理；
4)稀释换热：
将经除砂处理的热水解污泥进行稀释换热，至热水解污泥的含水率为88％～92％，温度为55℃～65℃；
5)离心脱水：
将经稀释换热后的热水解污泥进行离心脱水，得到脱水后的滤液和含水率为75％～80％的脱水泥饼；
6)脱水滤液升流式厌氧污泥床厌氧消化：
将步骤5)得到的脱水后的滤液进行第一厌氧消化，得到第一消化污泥和第一沼气；
7)脱水泥饼厌氧干发酵：
可选地将步骤5)得到的脱水泥饼的含水率调节至78％～82％，进入厌氧干发酵反应器进行第二厌氧消化，得到第二消化污泥和第二沼气；
8)消化污泥螺旋挤压：
将第一消化污泥和第二消化污泥进入螺旋挤压脱水装置，投加3‰～5‰的聚丙烯酰胺，进行深度脱水，得到深度脱水滤液和含水率≤60％的深度脱水泥饼。
作为优选方案，步骤2)中，热水解的压力为0.6～1.0MPa，温度为160℃～180℃，时间为30～60min。
作为优选方案，步骤6)中，在进行第一厌氧消化之前，还包括：将脱水后的滤液的化学需氧量调节至20000～25000mg/L。
作为优选方案，步骤6)中，第一厌氧消化的温度为40℃～60℃，水力停留的时间为12～24h。
作为优选方案，步骤7)中，第二厌氧消化的温度为40℃～60℃，脱水泥饼在厌氧干发酵反应器中的水力停留时间为20～25d。
作为优选方案，上述基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺还包括：将第一沼气和第二沼气进入沼气柜进行脱硫处理，然后将脱硫后的沼气进入蒸汽锅炉，生产12.5～15bar的饱和蒸汽供给热水解系统，并可选地进入发电机生产电能。
作为优选方案，上述基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺还包括：将得到的深度脱水滤液回流至污水处理区进行处理。
作为优选方案，上述基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺还包括：将得到的含水率≤60％的深度脱水泥饼进行养分复配后土地利用。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤1)包括：将污水处理区排放污泥经格栅处理后，砂渣外运，污泥进入储泥池，在储泥池中污泥经离心机预脱水至含水率为82％～86％，得到预脱水泥饼。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤2)包括：预脱水泥饼经过柱塞泵进入热水解缓冲仓，随后经过螺杆泵进入热水解浆化罐进行升温和稀释，而后进入热水解反应罐，热水解的压力为0.6～1.0MPa，温度为160℃～180℃，时间为30～60min，持续反应结束后进行压力释放，当热水解反应罐压力降至0.2～0.5MPa时，热水解污泥进入闪蒸罐，进行闪蒸、排泥，当热水解反应罐压力降至0.01MPa后，热水解反应罐再次进泥，进入下一个操作循环。
根据本发明，步骤3)中，除砂处理可采用本领域技术人员常规采用的除砂手段，除砂之后，产物有机质含量增加，减少了后续设备的磨损隐患，砂渣外运处置。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤5)包括：将经稀释换热后的热水解污泥通过螺杆泵进入脱水系统进行离心脱水，脱水系统为全密闭式离心机，不需添加脱水药剂，得到脱水后的滤液和含水率为75％～80％的脱水泥饼。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤6)包括：将步骤5)得到的脱水后的滤液在调蓄池调整其可溶性化学需氧量至20000～25000mg/L后，进入升流式厌氧污泥床进行第一厌氧消化，得到第一消化污泥和第一沼气。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，步骤7)包括：将步骤5)得到的含水率为75％～80％的脱水泥饼在调蓄池调整含水率至78％～82％后，通过螺杆泵进入厌氧干发酵反应器进行第二厌氧消化，得到第二消化污泥和第二沼气；该反应器采用常规连续式干发酵反应器。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，将第一沼气和第二沼气进入沼气柜进行脱硫处理，然后将脱硫后的沼气进入蒸汽锅炉，生产12.5～15bar的饱和蒸汽供给热水解系统，并可选地进入发电机生产电能。可选是指在供给热水解系统有剩余的前提下，再进入发电机生产电能自用和外供。
本发明提供了一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺。
具备以下有益效果：
1.本发明在污泥热水解后进行除砂处理，减轻大量无机砂粒对后续设备的磨损；
2.本发明在污泥热水解后进行离心脱水，充分利用热水解污泥良好的固液分离性能，不需添加脱水药剂，运行成本可总体减少50％；
3.本发明中，热水解污泥在离心脱水后，脱水滤液进入升流式厌氧污泥床进行厌氧消化，脱水泥饼进入厌氧干发酵反应器进行厌氧消化，使热水解污泥厌氧消化水力停留时间和固体停留时间有效分离，并可根据可溶有机物和不可溶有机物的降解速率差异设定各自适合的停留时间，这使得反应器容积可进一步减少40％，从而大幅减少建设投资；
4.本发明采用螺旋挤压装置对消化残余物进行脱水，所得脱水物料性状松散，不需要额外的破碎过程，可直接进行后续的养分复配；
5.本发明采用的消化工艺单位容积产气率高，沼液排放量减少25％。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的工艺简易流程图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
本实施例提供一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺，图1示出了本发明的一个实施例的工艺简易流程图。具体地，该能量回收与制肥工艺包括：
1)污泥预脱水：
将污水处理区排放污泥经格栅处理后，砂渣外运，污泥进入储泥池，在储泥池中污泥经离心机预脱水至含水率为82％～86％，得到预脱水泥饼；
2)预脱水泥饼热水解：
预脱水泥饼经过柱塞泵进入热水解缓冲仓，随后经过螺杆泵进入热水解浆化罐进行升温和稀释，而后进入热水解反应罐，热水解的压力为0.6MPa，温度为160℃，时间为30min，持续反应结束后进行压力释放，当热水解反应罐压力降至0.3MPa时，热水解污泥进入闪蒸罐，进行闪蒸、排泥，当热水解反应罐压力降至0.01MPa后，热水解反应罐再次进泥，进入下一个操作循环；
3)热水解污泥除砂处理：
将热水解污泥进行除砂处理；
4)稀释换热：
将经除砂处理的热水解污泥进入换热系统进行稀释换热，至热水解污泥的含水率为88％～92％，温度为57±2℃；
5)离心脱水：
将经稀释换热后的热水解污泥通过螺杆泵进入脱水系统进行离心脱水，脱水系统为全密闭式离心机，不需添加脱水药剂，得到脱水后的滤液和含水率为75％～80％的脱水泥饼；
6)脱水滤液升流式厌氧污泥床厌氧消化：
将步骤5)得到的脱水后的滤液在调蓄池调整其可溶性化学需氧量至20000～25000mg/L后，进入升流式厌氧污泥床进行第一厌氧消化，第一厌氧消化的温度为40℃，水力停留的时间为18h，得到第一消化污泥和第一沼气；
7)脱水泥饼厌氧干发酵：
在脱水泥饼调蓄池可选地将步骤5)得到的脱水泥饼的含水率调节至78％～82％，然后通过螺杆泵进入厌氧干发酵反应器进行第二厌氧消化，第二厌氧消化的温度为40℃，污泥在厌氧干发酵反应器中的水力停留时间为22d，得到第二消化污泥和第二沼气；
8)消化污泥螺旋挤压：
将第一消化污泥和第二消化污泥进入螺旋挤压脱水装置，投加3‰～5‰的聚丙烯酰胺，进行深度脱水，得到深度脱水滤液和含水率≤60％的深度脱水泥饼。
其中，将第一沼气和第二沼气进入沼气柜进行脱硫处理，然后将脱硫后的沼气进入蒸汽锅炉，生产12.5bar的饱和蒸汽供给热水解系统，并可选地进入发电机生产电能。可选是指在供给热水解系统有剩余的前提下，再进入发电机生产电能自用和外供。
其中，将得到的深度脱水滤液回流至污水处理区进行处理。
其中，将得到的含水率≤60％的深度脱水泥饼进行养分复配后土地利用。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种基于污泥热水解分相消化的能量回收与制肥工艺，其特征在于，该能量回收与制肥工艺包括：
1)污泥预脱水：
将污水处理区排放污泥经格栅处理后预脱水至含水率为82％～86％，得到预脱水泥饼；
2)预脱水泥饼热水解：
将预脱水泥饼进行热水解；
3)热水解污泥除砂处理：
将热水解污泥进行除砂处理；
4)稀释换热：
将经除砂处理的热水解污泥进行稀释换热，至热水解污泥的含水率为88％～92％，温度为55℃～65℃；
5)离心脱水：
将经稀释换热后的热水解污泥进行离心脱水，得到脱水后的滤液和含水率为75％～80％的脱水泥饼；
6)脱水滤液升流式厌氧污泥床厌氧消化：
将步骤5)得到的脱水后的滤液进行第一厌氧消化，得到第一消化污泥和第一沼气；
7)脱水泥饼厌氧干发酵：
可选地将步骤5)得到的脱水泥饼的含水率调节至78％～82％，进入厌氧干发酵反应器进行第二厌氧消化，得到第二消化污泥和第二沼气；
8)消化污泥螺旋挤压：
将第一消化污泥和第二消化污泥进入螺旋挤压脱水装置，投加3‰～5‰的聚丙烯酰胺，进行深度脱水，得到深度脱水滤液和含水率≤60％的深度脱水泥饼。
2.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，步骤2)中，热水解的压力为0.6～1.0MPa，温度为160℃～180℃，时间为30～60min。
3.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，步骤6)中，在进行第一厌氧消化之前，还包括：将脱水后的滤液的化学需氧量调节至20000～25000mg/L。
4.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，步骤6)中，第一厌氧消化的温度为40℃～60℃，水力停留的时间为12～24h。
5.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，步骤7)中，第二厌氧消化的温度为40℃～60℃，脱水泥饼在厌氧干发酵反应器中的水力停留时间为20～25d。
6.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，还包括：
将第一沼气和第二沼气进入沼气柜进行脱硫处理，然后将脱硫后的沼气进入蒸汽锅炉，生产12.5～15bar的饱和蒸汽供给热水解系统，并可选地进入发电机生产电能。
7.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，还包括：将得到的深度脱水滤液回流至污水处理区进行处理。
8.根据权利要求1所述的能量回收与制肥工艺，其中，还包括：将得到的含水率≤60％的深度脱水泥饼进行养分复配后土地利用。
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