CN202543012U - 一种产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,由污泥前处理单元,电弧流处理单元,气体收集单元,污泥后处理单元构成;污泥前处理单元通过管道连接到电弧流处理单元;电弧流处理单元分别通过管道连接到气体收集单元和污泥后处理单元;气体收集单元对电弧流处理单元产生的可燃气体进行过滤干燥压缩后,输出或者储存使用;污泥后处理单元对电弧流处理单元产生并输入的易于生物降解的液态污泥,进行厌氧消化后,再进行干化热处理,从而完成流态污泥的处理。该装置在处理流态污泥的同时,能够产生清洁可燃气体,属于清洁能源技术领域。

Description

一种产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种流态污泥处理装置,该装置在处理流态污泥的同时,能够产生清洁可燃气体,属于清洁能源技术领域。
背景技术
[0002] 城市污泥是一种含有病原微生物、多种有机和无机污染物及重金属的固液混合体,从污泥中检测到的192种化合物中,有99种被确定为有害化合物,因此污泥是一类危害性极大的固体废弃物,如果不加以彻底处理和控制,将会对环境造成严重的二次污染。
[0003] 目前污泥处置的过程,通常包括浓缩脱水减量过程一稳定化过程一热处理过程一最终处置过程,这些处置过程,以及各个过程中多种技术手段的结合,构成了目前的污泥实 际处理工艺系统。
[0004] 一、污泥浓缩脱水:
[0005] 污泥所含的水分可分为自由水和结合水,自由水是指不直接与污泥结合也不受污泥颗粒影响的那部分水,污泥中的大部分水以自由水形式存在,可以通过浓缩去除;结合水一般是指在_20°C不冻结的水,结合水可分为空隙水、毛细水和水合水,间隙水存在于絮体或有机体的空隙之间,条件变化是(如有絮体破坏时)可变成自由水,通过浓缩去除,污泥浓缩的方法可选择重力浓缩、起浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓机械浓缩。
[0006] 污泥浓缩脱水处理过程去除的对象,是自由水和部分空隙水,是减少污泥体积的有效方法。
[0007] 污泥机械脱水的目的是进一步提高污泥的含固率,主要将污泥颗粒间的毛细水和颗粒表面的吸附水分离出来,毛细水是指结合力大,结合紧的多层水分子,浓缩不能脱出这部分水,必须用机械脱水和热处理去处;由于这部分水占污泥总含水量的10%〜25%,因此经过机械脱水后的污泥体积可以减少至原有体积的1/10,并使污泥的含固率提高至20%〜30%,调质后的污泥经过机械脱水可以降至含水65%左右。从而有利于污泥的后续处理与处置。
[0008] 机械脱水方法常用的有压滤脱水法、真空吸滤脱水法和离心脱水法。
[0009] 二、污泥稳定化传统工艺:
[0010] 污泥通常含有50%以上的有机物,极易腐败,并产生恶臭,因此需要进行稳定化处理,目前常用的稳定化处理工艺有:厌氧消化、好氧消化、好氧堆肥、碱法稳定和干化稳定。消化和堆肥是利用生物反应方式,使污泥中的有机组分转化成稳定的最终产物;碱法稳定是通过添加化学药剂来稳定污泥,但碱法稳定的污泥PH值会逐渐下降,微生物逐渐恢复活性,使污泥最终再度失去稳定性;干化稳定是通过高温杀死微生物,低含水率也能使污泥稳定。
[0011 ] I、污泥的消化过程可以减少污泥中病原菌和产生异味的含量。
[0012] I)污泥的厌氧消化是在无氧条件下,依靠厌氧微生物使污泥中有机物分解的过程,在这个过程中,微生物将各种复杂的高分子有机物转换为简单的有机化合物及CO2,H2O, CH4和&3,目前此方法是国际上最为常用和经济的污泥生物处理方法;污泥厌氧消化实际工程中常采用四种工艺:常规中温厌氧消化;高负荷消化;两级厌氧消化;中温/高温两相消化。
[0013] 但是一般中温消化不能使城市污水污泥达到A级污泥的微生物指标;高温消化可以达到A级,但是高温消化会明显出现挥发性有机酸积累现象,破坏厌氧消化使运行过程不稳定,而且高温操作费用较高,两相结合的优越性需要取决于系统的有机负荷率;厌氧消化的上清液中富含COD,BOD, SS及氨,还有浮渣和粗砂、矿物沉淀等都会造成后期处置困难,同时存在气体爆炸的安全问题。
[0014] 2)污泥好氧消化是基于微生物的内源呼吸原理,在不投加其他底物的条件下,对污泥进行较长时间的曝气,使污泥中的微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化,以此获取能量;在耗氧消化中细胞物质中可生物降解的组分被逐渐氧化或分解为二氧化碳、水、氨氮、硝态氮等小分子产物。常见的污泥好氧消化工艺有四种:传统污泥好氧消化工艺;厌氧/好氧污泥消化工艺;污泥高温好氧消化工艺;高温好氧/中温厌氧消化工艺。
[0015] 但是好氧消化供氧需要动力,运行费用较高;挥发性固体的去除率低,尤其低温时会严重影响运行效果;经高温/中温好氧消化处理后的污泥较难用机械方法脱水;不会产生有价值可再次利用的甲烷等产物。
[0016] 2、堆肥技术是利用污泥中的微生物进行发酵的过程,在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂,利用微生物在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为稳定性较高的类腐殖质,同时会杀死大部分病原菌和寄生虫(卵)。
[0017] 虽然堆肥既节约能源,又有效合理地利用资源,但是污泥中不同程度地含有金属物质,虽然有些金属物质是农作物生长必需的成分,但是超出农作物需求指标,便视为不可利用的肥料;而且需要大量的土地面积,处理的完整性和全面性要求直接关系到投资成本。
[0018] 三、污泥热处理传统工艺:
[0019] 污泥因含有丰富有机物而具有较高的热值,但是大量水分存在时污泥的热值不但得不到利用,还需要大量补充燃料,污泥的热值要作为资源利用,进一步降低含水率是必须的首要条件;
[0020] 水合水是存在于污泥颗粒内部的水,只有通过热处理方法,打破化学键才能使这部分水彻底去除,例如干化可使污泥的含水率从65%降至10%,同时还能降低污泥中污染物的危险性。
[0021] 污泥的热处理方法目前常用的工艺有:干化、焚烧、湿式氧化及与煤混烧发电。
[0022] I、干化是指利用热源提供的低于绝干污泥燃点的热量,使污泥中的水分蒸发。根据热源传递给污泥的方式,污泥干化过程可分为接触式干化和对流式;接触式干化过程存在一个固定不变的基础面,热量通过这个接触面和导热介质传给污泥,使污泥的水分蒸发;对流式干化过程式通过导热介质,如热风、烟气直接与污泥颗粒接触,将从污泥中释放的水蒸气带走。
[0023] 直接加热干化热利用效率高,但是极易结块,表面坚硬难以粉碎,里面却仍是稀泥,这为污泥的进一步干化和灭菌带来极大困难,需采用干料返混工艺,同时因为需要的空气量大,废气处理要求较高,需采用气体循环回用的设计,热风经除尘、冷凝、水洗后85%返回转鼓,15%经过热氧化除臭后排放;[0024] 间接加热干化则热利用效率相对较低、需要单独的热媒系统,维护工作量大,但气体的处理量小。
[0025] 根据干化需要热量提供的来源不同,可以分为独立热源和烟气余热;独立热源是通过能源燃烧专门为污泥干化提供的热源,能源可以来自燃煤、沼气、燃油、天然气等,产生热量的焚烧设备根据利用的不同能源特点要进行特别设计;利用烟气余热干化污泥,是将热电厂锅炉排放的烟气或水泥窑排放的烟气通过引风机设备送入特制的污泥干化成料装置中,在烟气余污泥直接接触过程中,烟气余热加热污泥,但是必须具备可以被利用的烟气余热资源。
[0026] 2、湿式氧化法是将污泥置于密闭反应器中,在高温高压条件下通入空气或氧气或氧化剂,按浸没燃烧原理使污泥中的有机物氧化分解,将有机物转化为无机物的过程。在湿式氧化过程中污水污泥结构和成分被改变,脱水性能大大提高,并可使污泥中80%〜90%的有机物被氧化;虽然湿式氧化可以使难降解的有机物被氧化,达到完全杀菌的目的,残渣仅为原污泥的1%以下。但是湿式氧化法的氧化设备需要采用耐压不锈钢制造,价格昂贵;高压泵和空压机电耗大、噪声大;热交换器和反应塔必须经常除垢一酸洗;反应物料在高 压氧化过程中产生有机酸和无机酸,对器壁有腐蚀作用,所以湿式氧化法的实际应用很受局限。
[0027] 3、污泥焚烧是目前常见的污泥处置方法,污泥焚烧的原理是经脱水处理和干化后的污泥,在一定温度、气相充分有氧的条件下,使污泥中的有机质发生燃烧反应,反应结果使有机质转化为co2、h2o、no2等相关的气相物质,反应过程中释放的热量则维持反应的温度条件,使处理过程能持续进行,焚烧过程可以破坏全部有机质,杀死一切病原菌,并最大限度减少污泥体积,焚烧的产物是灰渣和烟气。
[0028] 污泥焚烧的烟气中的常规污染物为:悬浮颗粒物(TSP)、NO2, HCUSO2, CO等,微量毒害性的污染物包括:重金属(Hg、Ca、Zn及其化合物)和有机物(耐热降解有机物和二垩英),容易形成二次污染,因此污泥焚烧的工艺目标的三方面:热量自持、可燃物充分分解、衍生物(炉渣、烟气)对环境无害的技术发展改进,是污泥焚烧工艺的技术关键。
[0029] 4、在火力发电厂内焚烧污泥,目前与煤混烧的主流工艺有:循环流化床工艺、旋风炉工艺和煤粉炉工艺。污泥与泥混烧存在的技术问题主要有:1)重金属问题:例如毒性较强且能够在生物中富集的重金属汞由于在高温下极易挥发,传统的烟气净化装置很难完全将其截留,因此污泥与煤混烧的环境风险较大,需要采取额外的烟气控制措施;2)污泥中的氮含量高出普通煤很多,在高温下,氮和氧形成NOx,会大气造成严重污染;3)污泥中的硫含量比煤的含量要高,硫在燃料中是一种极为有害的物质,燃烧后产生的SO2和SO3会危害人体健康并造成大气污染,在加热中会造成金属氧化和脱碳,在锅炉中能引起锅炉换热面腐蚀;4)此外污泥与煤混烧后的灰渣处置,无论用作水泥掺加料还是路面建材,都必须符合相关材料成分和力度的限制标准。
[0030] 四、污泥最终处置过程:
[0031]目前的最终处置方式有:土地利用技术、建材利用技术、填埋处置技术。
[0032] I、污泥的土地利用技术主要包括污泥农用、污泥用于森林和园艺、废弃矿场等场地改良等,虽然城市污水厂污泥含有丰富的有机物和一定量的氮、磷、钾等营养元素,有利于低能耗增加土壤肥力,但是污泥中含有大量的病原菌、寄生虫(卵),以及多氯联苯等难降解的物质,特别是污泥中所含的重金属,如镉、铅、锌等限制了污泥土地利用的适用性,使农田利用的可行性变得越来越小。土地利用的前提是污泥在土地利用前经过高温堆肥和生化处理后,重金属含量不能超过土地利用的国家限制标准。
[0033] 2、污泥建材利用包含了利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等,但是污泥焚烧灰中也含有一些有毒有害的污染物,如重金属、二噁英及放射性污染物和有机污染物等,建材利用过程中的高温环境或应用环境会使有害物质游离到气相或浸出,会对人类健康和环及国内造成不利影响,同时在制作过程中污泥的使用量对建材的抗压度、吸水性、使用寿命等产生影响。虽然污泥的建材利用是资源化的良好途径,但是建材利用目前在销售上存在劣势,公众在心理上较难接受,因此保证建材本身的产品质量、建立相应的管理法律法规制度和生产标准规范、政府在资金税收市场等多方面的支持是建材利用的前提。
[0034] 3、污泥卫生填埋主要存在以下四大问题:一是填坑中含有各种有毒有害物,经雨 水的侵蚀和渗漏作用污染地下水环境;二是适宜污泥填埋的场所越来越有限;三是污泥填埋场会产生甲烷气体,如不采取适当的措施,会引起爆炸和燃烧;四是卫生填埋场会产生很难处理的剩滤液。如果因为经济条件等原因必须采用卫生填埋时,在填埋前需经过高温堆肥和生化处理,并采取必要的防渗工程措施、防爆措施、剩滤液的收集和净化措施,由于污泥卫生填埋不能最终避免环境污染,目前各国家队污泥陆地填埋处置都在加以限制和逐步禁止。
[0035] 可以看出,现有的污泥处理技术,其着眼点限于减少继续危害,而没有考虑对污泥本身的深层次利用。在当今社会城市化快速发展的今天,城市污泥的大量产生,迫使社会不得不关注城市污泥的新的利用处理技术。
实用新型内容
[0036] 本实用新型的目的在于提供一种流态污泥处理装置,该装置在处理流态污泥的同时,能够产生清洁可燃气体。
[0037] 本实用新型所述的流态污泥处理装置,由污泥前处现单元、电弧流处理单元、气体收集单元、污泥后处理单元构成。
[0038] 所述污泥前处理单元通过管道连接到电弧流处理单元;所述污泥前处理单元将收集来的污泥进行浓缩/调配处理,经过粉碎处理后,注入到所述电弧流处理单元;
[0039] 所述污泥前处理单元,包括通过管道依次连接的缓冲池、离心浓缩机和污泥粉碎机;或者包括通过管道依次连接的调配池和污泥粉碎机。这两种连接组合方式,可根据实际应用需要,单独选用,或者同时选用。
[0040] 所述的收集来的污泥经缓冲池处理后,输入到所述离心浓缩机进行浓缩后,通过管道输送到污泥粉碎机进行粉碎,然后通过管道输送到电弧流处理单元。
[0041] 或者,所述的收集来的污泥输入到所述调配池进行调配后,通过管道输送到污泥粉碎机进行粉碎,然后通过管道输送到电弧流处理单元。
[0042] 所述电弧流处理单元分别通过管道连接到气体收集单元和污泥后处理单元。
[0043] 所述电弧流处理单元通过高温,将经前处理的污泥进行灭菌、金属钝化和溶胞处理,将其中的有机物转变为易于生物降解的液态污泥,输入到污泥后处理单元;同时对所述污泥的高温处理过程伴随产生可燃气体,输入到气体收集单元;
[0044] 所述电弧流处理单元包括一个装有液体的耐压耐热容器;该容器内部设置有至少一对电极,且电极浸没于输入的液态混合衆液中;所述容器内部设置有向电极输送电流的机构;所述容器内部设置有维持和改变电极对之间距离的机构。 [0045] 所述电弧流处理单元的容器内部或外部设置有维持和改变电极对之间距离的机构,该机构可瞬间短接电极对,以启动电弧;该机构连接有电机,通过电机工作,实现维持和改变电极对之间的距离。
[0046] 所述电弧流处理单元包括一个监测容器内液位的液位计,以监控设备的实时工作状态。
[0047] 所述气体收集单元,对电弧流处理单元产生的可燃气体进行过滤干燥压缩后,输出或者储存使用。
[0048] 所述气体收集单元,包括通过管道依次连接的气液分离器、一级储气罐、过滤器、二级储气罐、干燥机、压缩机和气瓶。
[0049] 所述电弧流处理单元产生并输入的可燃气体通过管道输入到气液分离器进行气液分离后,储存到一级储气罐,并在所储存的可燃气体达到第一预设值后通过过滤器过滤后输出到二级储气罐储存,待二级储气罐储存的可燃气体达到第二预设值后输出到干燥机干燥,然后通过压缩机进行压缩后,输出或者储存到气瓶使用。
[0050] 所述污泥后处理单元,对电弧流处理单元产生并输入的易于生物降解的液态污泥,进行厌氧消化后,再进行干化热处理,从而完成流态污泥的处理。
[0051] 所述污泥后处理单元,包括通过管道依次连接缓冲池、厌氧消化池、调和池、压滤机、干化造粒机和储料仓。
[0052] 所述电弧流处理单元产生并输入的液态污泥经管道输入缓冲池,进行降温处理;经降温后的液态污泥经管道输送到厌氧消化池进行厌氧消化处理,消化处理后的沼液经压滤机脱水后,再输送到干化造粒机,经干化造粒成为肥料颗粒,最后将肥料颗粒储存到储料仓,完成流态污泥处理。
[0053] 根据实际需要,在调和池与压滤机之间,可增加一泵,如螺旋污泥泵,以使污泥输送效果更好。在压滤机与干化造粒机之间可增加一污泥螺旋输送机,以提高污泥输送效率。
[0054] 所述厌氧消化产生沼气,可用于沼气发电和城市燃气管网;发电产生的热量,可经热交换装置后,用于后续的干化造粒。
[0055] 本实用新型所述的流态污泥处理装置,是能够实现液态污泥无害化和减量化的简单低能耗系统,其通过电弧流反应釜,将液态污泥混合物中复杂的有机结构,破坏转变为易于生物降解的小分子物质,减少了厌氧消化时间,从而提高厌氧消化效率;同时,在该过程中,还进一步产生了具有工业利用价值的清洁可燃气体及沼气,该清洁可燃气体和沼气,经燃烧,可以用于发电;电弧流反应釜产生的高温余热经回收,以及燃气发电的余热回收,可用于本实用新型所述的流态污泥处理装置的系统干化和厌氧消化反应的热源。污泥经过流态污泥处理装置处置后,病原菌被彻底消灭,重金属被钝化,最终产物为含水30 %的营养土。
[0056] 污泥浓缩或调配过程一灭菌、金属钝化、溶胞反应过程一中温厌氧消化过程一污泥絮凝机械脱水过程一干化热处理过程一最终处置过程[0057] 污泥前处理:
[0058] 本实用新型所述的流态污泥处理装置,其所述的污泥前处理单元,针对污泥浓缩的可靠性、有效性作了考虑,并尽量减少污泥的释磷量。该前处理单元,将未经浓缩和脱水的污泥(含水率98〜99% )。在无需添加混凝调理剂的条件下,输送进入离心浓缩机,如卧螺式离心机;当高速旋转后,混合液中固体颗粒比重较大,受离心力作用,沉降到转鼓外壁,液体挤向转鼓中心;污泥浓缩后,可以使含水率降至95%左右。
[0059] 如处理来自污水处理厂经脱水后的含水70〜80%的污泥,则可将其在调配池中与水混合,进行调配,使含水率达到95%,以方便后续处理。
[0060] 上述经前处理的污泥,经粉碎机,进入电弧流处理单元。污泥经过电弧流反应釜高温、强电流、高磁场和强烈紫外线的电弧区域时,病原菌被彻底消灭,重金属被钝化,污泥穿越8000°C以上的高温电弧,生物细胞内部的水化学键被打开,细胞水被去除。
[0061 ] 电弧流反应釜在处理流态污泥的同时,水的电解导致产生清洁可燃气体。
[0062] 清洁可燃气体的主要特征为:
[0063] I)清洁可燃气体中含60%的等离子态氢结构。
[0064] 2)清洁可燃气体中不含碳氢结构,燃烧时不会产生二垩英。
[0065] 3)清洁可燃气体中不含硫,燃烧时不会产生S0X。
[0066] 4)清洁可燃气体燃烧排放物中含有15%的氧气。
[0067] 5)清洁可燃气体燃烧排放物中CO2含量仅为汽油燃烧释放CO2的50%左右,仅为天然气燃烧释放CO2的35%左右。
[0068] 6)清洁可燃气体燃烧排放物中CO含量仅为汽油燃烧释放CO的13%左右,仅为天然气燃烧释放CO的5%左右。
[0069] 该可燃气体与污泥后处理阶段的厌氧发酵产生的沼气,均可作为产品销售,并可以混合用于燃烧发电;同时,电弧流和可燃气体发电时产生的余热,经回收,可作为厌氧消化和污泥干化的热源,减少了本实用新型所述的流态污泥处理装置对外界电能的消耗。
[0070] 传统污泥处置工艺中,为了使污泥最终满足土地利用、建材利用或填埋处置,经处置的污泥如果在病原菌、寄生虫(卵)、有毒有害有机物、重金属等各方面含量符合国家法规和标准规定,必须要经过高温堆肥和生化处理、及经过干化和焚烧处置。但目前存在的各处置工艺只能在一定程度上减少某个方面有害物的含量,即使采用全部工艺结合在一起的方法,不仅需要消耗大量的电能、外界能源(热能)、大额投资,在最终污泥焚烧后的产物中,依然存在带有N02、HC1、S02、CO及重金属和有机物(耐热降解有机物和二垩英)的灰渣和烟气,为避免最终的二次污染,能耗及投资都在不断加大。
[0071] 电弧流处理:
[0072] 污泥进入反应釜工艺流程:
[0073] 流态污泥处理系统为线性处理模式,即流态污泥通过反应釜经高温灭菌、重金属钝化及细胞脱水过程后,排放至下一级设备,同时伴随产生清洁可燃气体。
[0074] I)进料部分包括粉碎机和进料泵,并依次以管道连接,在各部件之间的管道上设有阀门;经粉碎机后污泥颗粒为1_以下;流态污泥经进料泵从反应釜顶部进料口进入釜内,进料泵为高压高扬程多级离心泵,配置变频器,叶轮材质为黄铜。
[0075] 2)主反应釜部分,包括主反应釜及其电机、整流器、循环泵及液位计。电机用来调整电极的位置,外部动力电通过整流器使交流电转变为直流电并接通釜内电极,使反应釜内电极间产生高温、强电流、高磁场和强烈紫外线的电弧区域,当污泥完全通过电弧区域时,完成高温灭菌、重金属钝化及细胞脱水过程,同时产生了新的清洁可燃气体,气体经液体冷却逐渐转化为气泡脱离液体表面进入气体层,可燃气体被电弧持续不断地从电极顶端移走并收集。经过处理的高温污泥残留液体从反应釜底部排放口排出进入进入调和池进行下一级处理。
[0076] 使用液位计对液下电弧反应釜内的液位进行自动和手动处理,以满足连续工作的 进料要求。
[0077] 经电弧流处理后的物料分为两部分:一部分是清洁可燃气体;另一部分是污泥。
[0078] 气体收集单元:
[0079] 气体收集单元部分包括汽液分离器、一级和二级储气罐、储气罐间高压过滤器、干燥机、压缩机和背压阀等阀门,依次以管道连接。清洁可燃气体从釜内的气体层首先进入汽液分离器,分离器内部构件为折流挡板,气体中夹带的水蒸汽在进入分离器时瞬间扩大管道半径造成降压和降温,使气体中夹带的水蒸汽进一步凝结,液滴碰撞聚结于分离器底部排放,气体继续上升进入一级储气罐。
[0080] 一级储气罐与二级储气罐之间安装高压过滤器和背压阀;高压过滤器安装在背压阀与一级罐之间,过滤器材质为304L或316L不锈钢,过滤后气体中的颗粒尺寸需在达到5μπι以下,以保护干燥机、压缩机和背压阀的正常工作和运转,保证工艺过程的稳定和安全;为维持压缩机运行平稳,二级储气罐内的气体需要通过背压阀控制来维持罐内压力稳定,背压阀通过弹簧弹力来工作,当一级储气罐的压力小于设定压力时,膜片在弹簧作用下堵塞管路,此时一级储钱罐压力逐渐上升大于设定压力时,膜片压缩弹簧管路接通,气体通 过背压阀进入二级储气罐,直到达到系统设定压力压缩机开始启动运行。
[0081] 气体进入压缩机前需经过干燥机进行处理,经过预冷和再热过程,使气体中水蒸汽气凝聚进一步减少气体中水蒸汽的含量,以提高压缩后气体的质量,同时降低压缩机能耗,避免压缩气体在突然膨胀时由于温降而析出水分会对压缩机产生冲击和锈蚀。
[0082] 达到系统设定压力的气体经干燥后进入压缩机系统,本工艺采用氢气压缩机或天然气压缩机,配置液压强化驱动系统,压缩机由中部一个液压缸,两端各两个气缸组成,压缩机根据进气和出气的压力设定值自动运行,出气压力的设定取决于气瓶的最大存储压力值,进气压力的设定取决于压缩比和出气压力的要求,由干燥机进气端的调节阀来调节。
[0083] 气体罐装部分包括高压管道、安全阀组件及氢气瓶,压缩机的出气压力设定要根据气瓶的最大存储压力及时调整,气瓶达到最大压力后压缩机自动关闭,并转向下一个气瓶进行灌装,气瓶压力低于最大值时,压缩机重新启动。
[0084] 污泥后处理:
[0085] (I)中温厌氧消化过程
[0086] 污泥中的通常含有50%以上的有机物,极易腐败,并产生恶臭,因此需要稳定化处理,通常有机污染物主要以大分子的形式存在,经过高温电弧流后污泥中复杂的有机结构被破坏转变为易于生物降解的小分子物质,破环了原料的长链或网状结构,分解后的分子结构接近胶体状,厌氧消化在无氧条件下,依靠厌氧微生物使混合浆液小分子有机物再分解的过程,在这个过程中,有机物转换为更简单的有机化合物及C02、H20、CH4和H2S,从而使浆液体积明显减小。
[0087] 整个厌氧消化过程需要经历水解、酸化、乙酸化和甲烷化四个过程,每个过程都有各自不同种类的微生物 群体,消化过程最终产物是甲烷:1)水解发生在消化初级阶段,混合液中的非溶解性高分子有机物在酶的作用下,水解为溶解性物质;2)酸化过程发生在水解过程以后,水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下转变为短链有机酸,在此过程中,甲烷均仅能将以上中间产物中的乙酸、H2、C02转变为甲烷;3)乙酸化过程中,乙酸菌将酸化过程中的有机物、乙醇转为乙酸;4)甲烷化过程发生在污泥消化后期,甲烷菌将乙酸、H2, CO2分别转化为甲烷。
[0088] 由于经电弧流分解后的分子结构接近胶体状,本工艺系统采用中温厌氧消化,处理的物料含固率为5%。反应釜排放的100°C左右的高温污泥经缓冲池冷却至40°C后,物料输送至密闭厌氧反应池,在35〜40°C条件下浆液停留时间较传统消化工艺的20天减少至14天,时间缩短30%,同时沼气产量增加20%,提高产气效率降低能耗效果明显,厌氧反应池的温度如果降低,通过反应池通入低压饱和蒸汽进行温度提升。在消化反应过程中需要随时监测厌氧反应的各参数,包括碱度、PH值、挥发性脂肪酸浓度、氨氮浓度、沼气产量和沼气中甲烷含量,并根据监测数据调整消化控制条件和环境,经消化反应后的浆液排至调和池。
[0089] 厌氧消化池设有搅拌装置,罐体顶部设有进料口、进蒸汽口和出气口,底部设有出料口,下部设有排放沼液的沼液排放管,出口通过管路经水封罐与沼气储柜连接,方便对消化物料发酵过程中产生的沼气进行储存,出料口通过控制阀门同时与出料管连接,用于排出发酵消化处理后的残渣。
[0090] 经消化反应产生的沼气采用脱硫塔进行初步处理后,经过冷凝、旋风分离和除尘过滤器等设备冷却、脱水和净化后,可以满足沼气发电机组和城市燃气管网的用气要求,利用部分沼气燃烧产生蒸汽作为厌氧消化热源补充。
[0091] (2)污泥絮凝机械脱水过程:
[0092] 经厌氧消化后的污泥进入调和池中,和化学絮凝药剂通过混合器充分混合。由于在新的工艺系统污泥经过反应釜内部细胞水化学键被打开,污泥的成份复杂多样化,本系统采用特殊研制的多种方式复合絮凝剂,经机械脱水后含水由95%可以降至60%左右,为后续污泥无需外界热源进行干化创造了有利条件。
[0093] 污泥的压滤脱水由板框压滤机完成,通过板框压滤后的泥饼含量达到60%以下,在板框压滤机种带有滤液通路的滤板和滤框平行交替排列,每组滤板和滤框中间夹有滤布,用可动端把滤板和滤框压紧,使滤板和滤框之间构成一个压滤室,污泥从料液入口进入压液室,滤液在压力下,通过滤布从排液口流出,泥饼即聚集在框内滤布上,当滤板和滤框松开后,泥饼自然剥落,完成压滤脱水过程。
[0094] (3)污泥干化过程:
[0095] 作为一种可实施方式,本实施例的干化造粒机可使用间接加热圆盘干化技术,通过干化,使污泥含水率从60%降至30%,作为一种可实施方式,机械脱水后的污泥(含固率60% ),进入污泥缓冲料仓,然后通过污泥泵输送至涂层机上部,均匀地散在顶层圆盘上,间接加热,造粒机呈立式布置,多级分布,通过与中央旋转主轴相连的耙壁上耙子的作用,污泥颗粒在上层圆盘上做圆周运动,污泥颗粒从造粒机的上部圆盘由重力直至造粒机底部圆盘,颗粒在圆盘上运动时直接和加热表面接触干化,干化后的污泥颗粒离开干化机后送入颗粒储料仓。
[0096] (4)最终处置过程
[0097] a)因为利用本工艺处置后的物料为无害沼渣颗粒,干化后的物料中含有氮、磷、钾等微量元素,具有很高的再利用价值,通过传统的土地利用及卫生填埋等方法,均可以实现资源化利用。
[0098] b)将厌氧消化后的沼渣干化至含水率30%左右后还可以用作有机肥,保持适当的颗粒和含水率可以防止撒布时被风吹散,如果干化肥料中掺入其它无机肥料做成复合肥可以适合各种不同的植被需要。 [0099] c)因为利用本工艺处置后的剩余产物中的碳含量高,发热量大,碳化物的燃值与褐煤相当,但燃烧时的污染物排放比煤要少的多,具有很高的燃烧价值。
[0100] 附图说明
[0101] 图I是本实用新型可产生清洁燃气的流态污泥电弧流处理装置结构示意图;
[0102] 图2是实施例I所述可产生清洁燃气的流态污泥电弧流处理装置流程图;
[0103] 图3是实施例2所述的可产生清洁燃气的流态污泥电弧流处理装置的附加装置流程图;
[0104] 11-调配池; 12-缓冲池; 13-离心浓缩机; 14-粉碎机;
[0105] 15-泵; 20-液下电弧流反应爸;21-液位计;
[0106] 31-缓冲池; 32-厌氧消化池; 33-调和池; 34螺旋污泥栗;
[0107] 35-板框压滤机;36-污泥螺旋输送机;37-干化造粒机; 38-储料仓;
[0108] 41-气液分离器;42-—级储气罐; 43-过滤器; 44-二级储气te ;
[0109] 45-干燥机; 46-压缩机; 47-气瓶;
[0110] 50-沼气储罐; 51-燃气发电机; 52-燃气锅炉; 53-导热油锅炉;
[0111] 54-沼气纯化装置;55_油泵; 56-脱硫塔
[0112] 具体实施方式
[0113] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型的可产生清洁燃气的流态污泥电弧流处理装置进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0114] 实施例I
[0115] 如图2所示,为本实用新型的一种流态污泥处理装置,该装置在处理流态污泥的同时,能够产生清洁可燃气体。
[0116] 该流态污泥处理装置,由污泥前处理单元、电弧流处理单元、气体收集单元、污泥后处理单元构成。
[0117] 所述污泥前处理单元通过管道连接到电弧流处理单元;所述污泥前处理单元将收集来的污泥进行浓缩/调配处理,经过粉碎处理后,注入到所述电弧流处理单元。
[0118] 该污泥前处理单元,包括通过管道依次连接的缓冲池12、离心浓缩机13和污泥粉碎机14 ;同时并联一组通过管道依次连接的调配池11和污泥粉碎机14。
[0119] 工作时,收集来的含水量大于95%的污泥经缓冲池12处理后,输入到离心浓缩机13进行浓缩至含水量95%,然后离心脱水后的污泥通过管道输送到污泥粉碎机14 ;同时,收集来的含水量小于95%污泥被输入到调配池11进行调配,达到含水量95%后,通过管道输送到污泥粉碎机14 ;进入污泥粉碎机14的污泥被粉碎,然后通过管道,经泵15输送到电弧流处理单元,即液下电弧流反应釜20。
[0120] 液下电弧流反应釜20具有一个装有液体的耐压耐热容器;该容器内部设置有至少一对电极,且电极浸没于输入的液态混合衆液中;所述容器内部设置有向电极输送电流的机构;所述容器内部设置有维持和改变电极对之间距离的机构。该液下电弧流反应釜20的容器内部或外部设置有维持和改变电极对之间距离的机构,该机构可瞬间短接电极对,以启动电弧;该机构连接有电机,通过电机工作,实现维持和改变电极对之间的距离。该液下电弧流反应釜20包括一个监测容器内液位的液位计21,以监控设备的实时工作状态。
[0121 ] 经前处理的污泥进入液下电弧流反应釜20。污泥经过电弧流反应釜高温、强电流、高磁场和强烈紫外线的电弧区域时,病原菌被彻底消灭,重金属被钝化,污泥穿越800°C以上的高温电弧,生物细胞内部的水化学键被打开,细胞水被去除。电弧流反应釜在处理流态污泥的同时,水的电解导致产生清洁可燃气体。
[0122] 流态污泥处理系统为线性处理模式,即流态污泥通过反应釜经高温灭菌、重金属钝化及细胞脱水过程后,排放至下一级设备,同时伴随产生清洁可燃气体。
[0123] I)进料部分包括粉碎机和进料泵,并依次以管道连接,在各部件之间的管道上设有阀门;经粉碎机后污泥颗粒为1_以下;废机油经进料泵从反应釜顶部进料口进入釜内,进料泵为高压高扬程多级离心泵,配置变频器,叶轮材质为黄铜。
[0124] 2)主反应釜部分,包括主反应釜及其电机、整流器、循环泵及液位计。电机用来调整电极的位置,外部动力电通过整流器使交流电转变为直流电并接通釜内电极,使反应釜内电极间产生高温、强电流、高磁场和强烈紫外线的电弧区域,当污泥完全通过电弧区域时,完成高温灭菌、重金属钝化及细胞脱水过程,同时产生了新的清洁可燃气体,气体经液体冷却逐渐转化为气泡脱离液体表面进入气体层,可燃气体被电弧持续不断地从电极顶端移走并收集。经过处理的高温污泥残留液体从反应釜底部排放口排出进入进入调和池进行下一级处理。
[0125] 使用液位计用来对液下电弧反应釜内的液位进行自动和手动处理,以满足连续工作的进料要求。
[0126] 经电弧流处理后的物料分为两部分:一部分是清洁可燃气体;另一部分是污泥。
[0127] 清洁可燃气体具有以下特征:
[0128] I)清洁可燃气体中含60%的等离子态氢结构。
[0129] 2)清洁可燃气体中不含碳氢结构,燃烧时不会产生二垩英。
[0130] 3)清洁可燃气体中不含硫,燃烧时不会产生S0X。
[0131] 4)清洁可燃气体燃烧排放物中含有15%的氧气。
[0132] 5)清洁可燃气体燃烧排放物中CO2含量仅为汽油燃烧释放CO2的50%左右,仅为天然气燃烧释放CO2的35%左右。
[0133] 6)清洁可燃气体燃烧排放物中CO含量仅为汽油燃烧释放CO的13%左右,仅为天然气燃烧释放CO的5%左右。
[0134] 电弧流处理单元分别通过管道连接到气体收集单元和污泥后处理单元。
[0135] 气体收集单元包括通过管道依次连接的气液分离器41、一级储气罐42、过滤器43、二级储气罐44、干燥机45、压缩机46和气瓶47。
[0136] 电弧流处理单元产生的可燃气体通过管道输入到气液分离器41进行气液分离后,储存到一级储气罐42,并在所储存的可燃气体达到第一预设值后通过过滤器43过滤后输出到二级储气罐44储存,待二级储气罐储存的可燃气体达到第二预设值后输出到干燥机45干燥,然后通过压缩机46进行压缩后,输出或者储存到气瓶47使用。
[0137] 清洁可燃气体从液下电弧流反应釜20首先进入汽液分离器41,分离器41内部构件为折流挡板,气体中夹带的水蒸汽在进入分离器时瞬间扩大管道半径造成降压和降温,使气体中夹带的水蒸汽进一步凝结,液滴碰撞聚结于分离器底部排放,气体继续上升进入一级储气罐42。
[0138] 一级储气罐42与二级储气罐44之间安装高压过滤器43和背压阀;高压过滤器43安装在背压阀与一级储气罐42之间,过滤器43材质为304L或316L不锈钢,过滤后气体中的颗粒尺寸需在达到5μπι以下,以保护干燥机、压缩机和背压阀的正常工作和运转,保证工艺过程的稳定和安全;为维持压缩机运行平稳,二级储气罐44内的气体需要通过背压阀控制来维持罐内压力稳定,背压阀通过弹簧弹力来工作,当一级储气罐42的压力小于设定压力时,膜片在弹簧作用下堵塞管路,此时一级储气罐42压力逐渐上升大于设定压力时,膜片压缩弹簧管路接通,气体通过背压阀进入二级储气罐44,直到达到系统设定压力压缩机开始启动运行。
[0139] 气体进入压缩机46前需经过干燥机45进行处理,经过预冷和再热过程,使气体中水蒸汽凝聚,进一步减少气体中水蒸汽的含量,以提高压缩后气体的质量,同时降低压缩机46能耗,避免压缩气体在突然膨胀时由于温降而析出水分会对压缩机46产生冲击和锈蚀。
[0140] 达到系统设定压力的气体经干燥后进入压缩机45,可采用氢气压缩机或天然气压缩机,配置液压强化驱动系统,压缩机45由中部一个液压缸,两端各两个气缸组成,压缩机45根据进气和出气的压力设定值自动运行,出气压力的设定取决于气瓶47的最大存储压力值,进气压力的设定取决于压缩比和出气压力的要求,由干燥机45进气端的调节阀来调节。
[0141] 气体罐装部分包括高压管道、安全阀组件及氢气瓶,压缩机46的出气压力设定要根据气瓶47的最大存储压力及时调整,气瓶47达到最大压力后压缩机46自动关闭,并转向下一个气瓶47进行灌装,气瓶47压力低于最大值时,压缩机46重新启动。
[0142] 高压管道为采用氩弧焊做底焊的无缝钢管,钢管内需采取措施防止焊渣、铁屑和可燃物进入;
[0143] 该污泥后处理单元包括通过管道依次连接缓冲池31、厌氧消化池32、调和池33、螺旋污泥泵34、板框压滤机35、污泥螺旋输送机36、干化造粒机37和储料仓38。
[0144] 经电弧流处理单元处理后的液态污泥接近胶体状,经管道输入缓冲池31,液下电弧流反应釜20排放的100°C左右的高温污泥经缓冲池31降温处理,温度降至40°C;经降温后的液态污泥经管道输送到厌氧消化池32,进行厌氧消化处理,在35〜40°C条件下浆液停留约14天,经消化反应后的浆液排至调和池33,和化学絮凝药剂充分混合。[0145] 经调和池33处理后的污泥经螺旋污泥泵34进入板框压滤机35压滤脱水,通过板框压滤后的泥饼含量达到60%以下。
[0146] 在板框压滤机种带有滤液通路的滤板和滤框平行交替排列,每组滤板和滤框中间夹有滤布,用可动端把滤板和滤框压紧,使滤板和滤框之间构成一个压滤室,污泥从料液入口进入压液室,滤液在压力下,通过滤布从排液口流出,泥饼即聚集在框内滤布上,当滤板和滤框松开后,泥饼自然剥落,完成压滤脱水过程。
[0147] 经板框压滤后的污泥由污泥螺旋输送机36机送至干化造粒机37,使用间接加热圆盘干化技术,将污泥含水率从60%降至30%。
[0148] 机械脱水后的污泥(含固率60% ),送入污泥缓冲料仓,然后通过污泥泵输送至涂层机上部,均匀地散在顶层圆盘上,间接加热,造粒机呈立式布置多级分布,通过与中央旋转主轴相连的耙臂上耙子的作用,污泥颗粒在上层圆盘上做圆周运动,污泥颗粒从造粒机的上部圆盘由重力直至造粒机底部圆盘,颗粒在圆盘上运动时直接和加热表面接触干化, 干化后的污泥颗粒离开干化机后送入颗粒储料仓。
[0149] 经干化造粒成为肥料颗粒,最后将肥料颗粒储存到储料仓38,完成流态污泥处理。
[0150] 实施例2
[0151] 在实施例I的基础上,本实施例增加了辅助设备,以实现更好的利用价值。
[0152] 如图3,厌氧消化池32在厌氧消化过程中产生的沼气,经脱硫塔56脱硫,进入沼气储罐50,然后分别送至燃气发电机51、燃气锅炉52、导热油锅炉53、以及沼气纯化装置54;同时,气瓶47也可将液下电弧流反应爸20产生的可燃气体送至燃气发电机51和燃气锅炉52,供其使用。
[0153] 燃气发电机51可将可燃气体及沼气转化为电能。
[0154] 燃气锅炉52可利用可燃气体及沼气将水转化为水蒸汽,供厌氧消化池32在厌氧消化过程中利用。整个厌氧消化过程需要经历水解、酸化、乙酸化和甲烷化四个过程,每个过程都有各自不同种类的微生物群体,消化过程最终产物是甲烷:1)水解发生在消化初级阶段,混合液中的非溶解性高分子有机物在酶的作用下,水解为溶解性物质;2)酸化过程发生在水解过程以后,水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下转变为短链有机酸,在此过程中,甲烷均仅能将以上中间产物中的乙酸、H2, CO2转变为甲烷;3)乙酸化过程中,乙酸菌将酸化过程中的有机物、乙醇转为乙酸;4)甲烷化过程发生在污泥消化后期,甲烷菌将乙酸、H2> CO2分别转化为甲烷。
[0155] 由于经电弧流分解后的分子结构接近胶体状,所以采用中温厌氧消化,处理的物料含固率为5%。反应釜排放的100°C左右的高温污泥经缓冲池冷却至40°C后,物料输送至密闭厌氧反应池,在35〜40°C条件下浆液停留时间较传统消化工艺的20天减少至14天,时间缩短30%,同时沼气产量增加20%,产气效率提高,能耗降低效果明显;厌氧反应池的温度如果降低,利用部分沼气燃烧产生蒸汽作为厌氧消化热源补充,本实施例使用燃气锅炉52产生的低压饱和蒸汽,以维持厌氧反应温度。
[0156] 经消化反应产生的沼气采用脱硫塔进行脱硫处理,使沼气通过脱硫塔56,与脱硫剂进行化学反应,达到脱硫目的。
[0157] 沼气纯化装置54将沼气冷凝、旋风分离和除尘过滤,使其冷却、脱水和净化,可以满足沼气发电机组和城市燃气管网的用气要求。[0158] 导热油锅炉53利用沼气,将产生的热量通过热油传递至干化造粒机37,用于干化 造粒。

Claims (7)

1. 一种产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述装置由污泥前处理单元,电弧流处理单元,气体收集单元,污泥后处理单元构成; 其中,所述污泥前处理单元通过管道连接到电弧流处理单元;所述污泥前处理单元将收集来的污泥进行浓缩/调配处理,经过粉碎处理后,注入到所述电弧流处理单元; 所述电弧流处理单元分别通过管道连接到气体收集单元和污泥后处理单元;所述电弧流处理单元通过高温,将经前处理的污泥进行灭菌、金属钝化和溶胞处理,将其中的有机物转变为易于生物降解的液态污泥,输入到污泥后处理单元;同时对所述污泥的高温处理过程伴随产生可燃气体,输入到气体收集单元; 所述气体收集单元,对电弧流处理单元产生的可燃气体进行过滤干燥压缩后,输出或者储存使用; 所述污泥后处理单元,对电弧流处理单元产生并输入的易于生物降解的液态污泥,进行厌氧消化后,再进行干化热处理,从而完成流态污泥的处理。
2.根据权利要求I所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述污泥前处理单元,包括通过管道依次连接的缓冲池、离心浓缩机和污泥粉碎机;或者包括通过管道依次连接的调配池和污泥粉碎机; 所述的收集来的污泥,经缓冲池处理后,输入到所述离心浓缩机进行浓缩后,通过管道输送到污泥粉碎机进行粉碎,然后通过管道输送到电弧流处理单元; 或者,所述的收集来的污泥输入到所述调配池进行调配后,通过管道输送到污泥粉碎机进行粉碎,然后通过管道输送到电弧流处理单元。
3.根据权利要求I所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述气体收集单元,包括通过管道依次连接的气液分离器、一级储气罐、过滤器、二级储气罐、干燥机、压缩机和气瓶; 所述电弧流处理单元产生并输入的可燃气体通过管道输入到气液分离器进行气液分离后,储存到一级储气罐,并在所储存的可燃气体达到第一预设值后通过过滤器过滤后输出到二级储气罐储存,待二级储气罐储存的可燃气体达到第二预设值后输出到干燥机干燥,然后通过压缩机进行压缩后,输出或者储存到气瓶使用。
4.根据权利要求I所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述污泥后处理单元,包括通过管道依次连接缓冲池、厌氧消化池、调和池、压滤机、干化造粒机和储料仓; 所述电弧流处理单元产生并输入的液态污泥经管道输入缓冲池,进行降温处理;经降温后的液态污泥经管道输送到厌氧消化池进行厌氧消化处理,消化处理后的沼液经压滤机脱水后,再输送到干化造粒机,经干化造粒成为肥料颗粒,最后将肥料颗粒储存到储料仓,完成流态污泥处理。
5.根据权利要求I所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述电弧流处理单元包括一个装有液体的耐压耐热容器;该容器内部设置有至少一对电极,且电极浸没于输入的液态混合衆液中;所述容器内部设置有向电极输送电流的机构;所述容器内部设置有维持和改变电极对之间距离的机构。
6.根据权利要求5所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述电弧流处理单元的容器内部或外部设置有维持和改变电极对之间距离的机构,该机构可瞬间短接电极对,以启动电弧;该机构连接有电机,通过电机工作,实现维持和改变电极对之间的距离。
7.根据权利要求6所述的产生清洁可燃气体的流态污泥处理装置,其特征在于,所述电弧流处理单元包括一个监测容器内液位的液位计。
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