CN114751609A - 一种污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池，方法包括如下步骤：a、向厌氧消化池注入混合液直至厌氧消化池的池内空间被划分为位于上部的顶空区域和位于下部的液相区域；b、向顶空区域的池壁及液相区域的混合液中添加硫氧化菌；c、将待处理的污泥进料至厌氧消化池的混合液中；d、将污泥在厌氧消化过程中产生的沼气通入厌氧消化池的混合液中；e、同时向污泥、沼气以及顶空区域内注入纯氧，直至污泥处理完毕。本发明使厌氧消化反应过程和沼气脱硫过程集于消化池一体内，利用消化池本体系统，同步实现沼气脱硫，实现沼气脱硫与厌氧消化过程的高度融合，运维简便且费用低，有着十分广阔的应用前景。

Description

一种污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池

技术领域

本发明属于污水污泥处理环保技术领域，具体涉及一种污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池。

背景技术

人类活动引发温室气体的增加导致了全球变暖，这是当前人类面临的最大挑战之一。随着我国城镇化的推进和污水处理设施的完善，我国城镇污水处理规模超过2亿吨/天，位居世界第一，因而污水处理行业是不可忽视的减排领域。污泥是污水处理过程有机质能量的最终去除，污水处理过程能量的发掘利用必然要从污泥着手。在污泥的众多处理工艺中，厌氧消化技术，同步具备减量化、无害化、稳定化和资源化四大优势，尤其是在能量利用方面，其利用自然生物降解释放污泥有机质能量，产生可被直接利用能源-沼气(CH₄)，实现能量的循环利用，厌氧消化技术理应成为未来污泥处理处置技术发展的必然趋势之一。

污泥厌氧消化过程产生沼气的主要成分有CH₄，CO₂和H₂S。H₂S可腐蚀设备和管道，对CHP装置的运行产生不利影响，并对人体有毒。传统的厌氧消化池系统将厌氧消化产生的沼气经管道收集后进行集中脱硫处理，设置大型复杂的沼气脱硫处理系统，厌氧消化过程与沼气脱硫过程完全独立分离。常用的沼气的脱硫方式有干法脱硫、湿法脱硫及生物法脱硫等，几种脱硫方法在理论层面和工程应用层面均较成熟，各有利弊。但几种常规沼气脱硫方法均有相同的缺点：1、厌氧消化过程与沼气脱硫过程完全独立，设备投资成本高；2、系统配置及运行技术相对复杂，运行维护难度大；3、运行成本，药耗、电耗等较高。鉴于上述传统厌氧消化系统沼气脱硫工艺普遍存在的问题，开发一种新型高效厌氧消化系统沼气脱硫工艺显得十分迫切和必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服传统厌氧消化池普遍存在的沼气脱硫系统投资成本高、系统配置复杂、运行成本高、运行维护难度大的问题，有鉴于此，本发明的目的是提供一种污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池，旨在降低厌氧消化池及其沼气脱硫系统的投资，简化系统配置，降低运行成本，减小运行维护的难度，以解决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一方面，提供一种污泥处理方法，包括如下步骤：

a、向厌氧消化池注入混合液直至厌氧消化池的池内空间被划分为位于上部的顶空区域和位于下部的液相区域；

b、向顶空区域的池壁及液相区域的混合液中添加硫氧化菌；

c、将待处理的污泥进料至厌氧消化池的混合液中；

d、将污泥在厌氧消化过程中产生的沼气通入厌氧消化池的混合液中；

e、同时向污泥、沼气以及顶空区域内注入纯氧，直至污泥处理完毕。

如所述污泥处理方法，所述厌氧消化池的液相区域的池壁构成圆柱形，所述厌氧消化池的顶空区域的池壁自所述厌氧消化池内气液分界面处开始向外倾斜，所述厌氧消化池的顶空区域的池顶盖为圆弧形。

如所述污泥处理方法，所述厌氧消化池的顶空区域的池壁自所述厌氧消化池内气液分界面处开始向外倾斜的角度为大约10°。

如所述污泥处理方法，所述顶空区域的容积按厌氧消化沼气产量的1.5～5.0h停留时间计算。

如所述污泥处理方法，步骤c还包括：在将污泥进料至所述厌氧消化池内的同时，加热所述污泥。

如所述污泥处理方法，步骤d还包括：在将沼气通入所述厌氧消化池内的同时，搅拌所述沼气。

如所述污泥处理方法，步骤e还包括：对厌氧消化池的顶空区域进行硫沉淀清洗。

如所述污泥处理方法，步骤e还包括：对厌氧消化池的液相区域进行硫沉淀收集排放。

另一方面，提供一种气液两相内脱硫厌氧消化池，采用如上述任意一项所述的污泥处理方法对污泥进行处理。

本发明技术方案的有益效果是：

利用消化池本体对消化池沼气中的硫化氢进行脱除，打破传统“厌氧消化—沼气脱硫”的两段式工艺的隔离，实现一段式“厌氧消化+沼气脱硫”协同工艺，将两者融合，是技术上的较大突破和进步；除硫系统与厌氧消化池本体系统的高度协同和融合，气相脱硫与液相脱硫的协同实现气、液两相流高效内除硫，运维简便且费用低，有着十分广阔的应用前景。

附图说明

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

图1为本发明较佳实施例污泥处理方法流程示意图；

图2为本发明较佳实施例气液两相内脱硫厌氧消化池结构示意图；

图中：1、厌氧消化池；2、顶空区域；3、液相区域；4、液相池壁；5、顶空池壁；6、池顶盖；7、外循环污泥管组；8、沼气循环搅拌管组；9、纯氧布气管组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明污泥处理方法及气液两相内脱硫厌氧消化池主要用于市政污水厂污泥、餐厨垃圾、厨余垃圾等有机质固废的处理。参看图1所示，本发明提供一种污泥处理方法，同时本发明较佳实施例提供了一种具有如图2所示结构的厌氧消化池1，通过采用该厌氧消化池1能够实现本发明较佳实施例中的污泥处理方法。结合图1和图2所示，本污泥处理方法具体包括如下步骤：

a、向厌氧消化池1注入混合液直至厌氧消化池1的池内空间被划分为位于上部的顶空区域2和位于下部的液相区域3。应当理解的是，位于下部的液相区域3的容积将大于位于上部的顶空区域2的容积。

b、向顶空区域2的池壁及液相区域3的混合液中添加硫氧化菌。

硫氧化菌(Sulfur-Oxidizing Bacteria，SOB)是指将低价态的还原性硫化物或单质硫完全氧化为硫酸盐(SO₄ ^2-)或部分氧化为更高价态的硫化物的类群，具体包括绿硫细菌、紫硫细菌、紫色非硫细菌和无色硫细菌等。

继续参看图2所示，本发明较佳实施例中，厌氧消化池1的液相区域3的池壁(液相池壁4)构成圆柱形，液相池壁4的侧壁垂直设置，厌氧消化池1的顶空区域2的池壁(顶空池壁5)自厌氧消化池1内气液分界面处开始向外倾斜。具体地，厌氧消化池1的顶空区域2的顶空池壁5自厌氧消化池1内气液分界面处开始向外倾斜的角度为大约10°，根据实际应用情况，该倾斜角度大小使得顶空区域2的内部增扩容积以及内壁增大面积均能刚好满足需求。与之相配合的是，厌氧消化池1的顶空区域2的池顶盖6为圆弧形。

本发明中以气相脱硫为主，顶空池壁5可以为硫氧化菌提供最适宜的生长环境，厌氧消化池1的顶空池壁5采用外倾斜布置形式，在受力合理的情况下，可以最大程度地增加池壁及池顶的表面积，增大顶空容积，从而增加硫氧化菌的数量，促进硫化氢的氧化作用，提高硫化氢生物氧化作用有效性。

进一步地，顶空区域2的容积按厌氧消化沼气产量的1.5～5.0h停留时间计算。

c、将待处理的污泥进料至厌氧消化池1的混合液中。

通过输送泵等设备将待处理的污泥输送入厌氧消化池1的混合液中。较佳实施例中，在将污泥进料至厌氧消化池1内的同时加热污泥。

继续参看图2所示，较佳实施例中，将污泥进料至厌氧消化池1内的同时加热污泥可以通过自带泥水热交换器的外循环污泥管组7实现，应当理解的是，外循环污泥管组7无论采用何种结构形式均属于本发明保护范围。

d、将污泥在厌氧消化过程中产生的沼气通入厌氧消化池1的混合液中。

较佳实施例中，在将沼气通入厌氧消化池1内的同时搅拌沼气，以使得各种气体充分混合。继续参看图2所示，较佳实施例中，将沼气通入厌氧消化池1内的同时搅拌沼气可以通过自带搅拌功能的沼气循环搅拌管组8实现，应当理解的是，沼气循环搅拌管组8无论采用何种结构形式均属于本发明保护范围。

e、同时向污泥、沼气以及顶空区域2内注入纯氧，直至污泥处理完毕。

本发明中，内脱硫工艺主要依靠硫氧化菌的生物化学氧化作用，该反应的条件时需要有O₂的存在，因而采用纯氧布气而非空气布气。若使用空气代替纯氧进行注气，沼气中氮气含量增加，从而导致甲烷含量降低，将大大降低沼气的品质。同时，若采用空气形式注气，反应效率降低，除硫反应灵敏性及调控性整体下降，注气量将增大，设备投资增加。采用纯氧注气工艺则克服了空气注气方案的缺陷，纯氧中氧气浓度高，通常在95％以上，与沼气中硫化氢反应速率快，效率高，控制灵敏度高，且无其他物质，对消化池系统整体影响较小。

本发明中氧气的注入需要注意几个方面：一是确保注入的氧气被硫化物氧化反应完全消耗，无残留氧气抑制厌氧过程；二是保持厌氧反应器中极低的残余氧气浓度，这不仅可以防止厌氧消化过程受到抑制，而且还可以最大程度地降低可能发生的火灾和爆炸风险，必须避免使得沼气中的氧气浓度超过极限氧气浓度。鉴于此，本发明优选方案中还设置有氧气投加反馈调节控制系统，设置硫化氢和氧气浓度检测仪表，信号直接反馈用于调节纯氧布气系统的控制阀，通过阀门开启度及启停来控制氧气的投加量。

继续参看图2所示，较佳实施例中，同时向污泥、沼气以及顶空区域2内注入纯氧可以通过纯氧布气管组9实现，应当理解的是，纯氧布气管组9无论采用何种结构形式均属于本发明保护范围。

进一步的较佳实施例中，本发明步骤e还包括：对厌氧消化池1的顶空区域2进行硫沉淀清洗。

对厌氧消化池1的顶空区域2进行硫沉淀清洗可以通过顶空硫沉淀清洗管组实现，具体包括对于顶空区域2的池顶盖6进行清洗的硫沉淀清洗管组和对于顶空区域2的顶空池壁5进行清洗的侧壁硫沉淀清洗管组，采用两套清洗管组组合，达到全方位及高效的清洗目的，硫氧化与硫沉淀物去除协同，实现硫的全过程管控。

顶空硫沉淀清洗管组的清洗水源优选为中水，应当理解的是，顶空硫沉淀清洗管组无论采用何种结构形式均属于本发明保护范围。

本发明厌氧消化池1的顶空池壁5采用外倾斜布置形式，还便于对于顶空区域2的顶空池壁5硫沉淀的清洗，经硫氧化菌氧化的硫单质沉淀会附着在顶空池壁5上，倾斜式侧壁设计便于清洗水流的冲刷，从而利于池壁硫单质的清洗，避免池壁及管道系统的淤堵。

更进一步的较佳实施例中，本发明步骤e还包括：对厌氧消化池1的液相区域3进行硫沉淀收集排放。

对厌氧消化池1的液相区域3进行硫沉淀收集排放可以通过硫沉淀收集排放管组实现，应当理解的是，硫沉淀收集排放管组无论采用何种结构形式均属于本发明保护范围。

总体来说，本发明沼气脱硫过程结合厌氧消化池本体系统进行，即沼气内脱硫，具体原理是基于厌氧消化池内硫氧化菌的生物化学氧化作用，在氧气存在的条件下，厌氧消化池1内的硫氧化菌将沼气中的硫化氢氧化成硫单质。厌氧消化池系统中硫氧化菌存在于顶空区域2的池壁及消化池混合液中，为最大程度地利用硫氧化菌的代谢作用并将其同步在顶空气相中及消化池混合液液相中进行除硫代谢反应。

本发明使厌氧消化反应过程和沼气脱硫过程集于消化池一体内，利用消化池本体系统同步实现沼气脱硫，实现沼气脱硫与厌氧消化过程的高度融合。本发明克服传统厌氧消化池沼气脱硫工艺系统复杂，投资及运行成本高的缺陷，提供一种高效的污泥处理方法及厌氧消化池，相关工艺技术系统配置简单，运行维护简便且费用低，是一种经济高效的节能方案，有着十分广阔的应用前景。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种污泥处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、向厌氧消化池(1)注入混合液直至厌氧消化池(1)的池内空间被划分为位于上部的顶空区域(2)和位于下部的液相区域(3)；

b、向顶空区域(2)的池壁及液相区域的混合液中添加硫氧化菌；

c、将待处理的污泥进料至厌氧消化池(1)的混合液中；

d、将污泥在厌氧消化过程中产生的沼气通入厌氧消化池(1)的混合液中；

e、同时向污泥、沼气以及顶空区域(2)内注入纯氧，直至污泥处理完毕。

2.如权利要求1所述污泥处理方法，其特征在于，所述厌氧消化池(1)的液相区域(3)的池壁构成圆柱形，所述厌氧消化池(1)的顶空区域(2)的池壁自所述厌氧消化池(1)内气液分界面处开始向外倾斜，所述厌氧消化池(1)的顶空区域(2)的池顶盖(6)为圆弧形。

3.如权利要求2所述污泥处理方法，其特征在于，所述厌氧消化池(1)的顶空区域(2)的池壁自所述厌氧消化池(1)内气液分界面处开始向外倾斜的角度为大约10°。

4.如权利要求1所述污泥处理方法，其特征在于，所述顶空区域(2)的容积按厌氧消化沼气产量的1.5～5.0h停留时间计算。

5.如权利要求1所述污泥处理方法，其特征在于，步骤c还包括：在将污泥进料至所述厌氧消化池(1)内的同时，加热所述污泥。

6.如权利要求1所述污泥处理方法，其特征在于，步骤d还包括：在将沼气通入所述厌氧消化池(1)内的同时，搅拌所述沼气。

7.如权利要求1所述污泥处理方法，其特征在于，步骤e还包括：对厌氧消化池(1)的顶空区域(2)进行硫沉淀清洗。

8.如权利要求7所述污泥处理方法，其特征在于，步骤e还包括：对厌氧消化池(1)的液相区域(3)进行硫沉淀收集排放。

9.一种气液两相内脱硫厌氧消化池，其特征在于，采用如权利要求1至8中任意一项所述的污泥处理方法对污泥进行处理。

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