CN208260519U - 一种污泥热水解工艺气处理装置 - Google Patents

Abstract

一种污泥热水解工艺气处理装置，包括反应器、工艺气管路、药液管路；反应器自上而下分为相通的顶部排放区、中部反应区和底部药液区，反应区均匀填料，药液区底部连通补水管和放空管；工艺气管路的进气管连通布气装置伸入药液下，排放区顶部连通排气管，进气管和排气管通过旁通管在反应器外连通；药液管路的带泵回流管连通药液区和静态混合器，设置带泵进药管连通静态混合器，静态混合器的出口连通排放区顶部布水装置；各管路上设置阀门。本实用新型可解决污泥热水解后工艺气中某些成份浓度过高影响后续消化池内厌氧消化效果以及后续沼气再利用率低的问题。

Description

一种污泥热水解工艺气处理装置

技术领域

本实用新型属于污泥处理领域，具体涉及一种污泥热水解工艺气处理装置。

背景技术

现污水处理厂中泥区改造中较多采用热水解+厌氧消化的污泥处理技术，由于污泥在热水解系统的处理过程中会产生工艺气体，此种工艺气体的成分中包含颗粒杂质、水蒸气、H₂S、VOCs、酚类及醛类等，其中以H₂S和VOCs占主要成份，呈酸性。由于此种工艺气体成分的复杂性、毒害性及腐蚀性，如何对工艺气进行稳定化、无害化的处理仍处于探索。部分学者指出此种工艺气应接入消化池中进行稳定化处理，但并未对工艺气内各成分的浓度进行充分了解。根据已运行热水解工艺的污泥处理中心所检测到的此工艺气内主要成份为极高浓度的H₂S、低浓度的VOCs及相应的水溶酸性溶液，如处理不当会对整个系统的运行效果产生极大影响。

在污泥处理系统中，H₂S主要包含于厌氧消化系统的沼气中，由于其毒害性、酸性以及溶水之后的腐蚀性等问题，必须在沼气贮存及使用前将其处理至50mg/L以下，如果回用沼气中的H₂S含量过高，会加速对整个系统的设备、管道的腐蚀，同时使沼气利用设备(例如沼气发电机等)无法正常运转，对沼气的回收利用效果产生巨大影响。由于在污水处理厂整个系统运行中，为了强化除磷效果，一般在污水处理区投加铁盐，而对于铁盐的投加在除磷的同时也将活性污泥中含S成份以及生成的H₂S进行了有效去除，使得厌氧消化系统内的沼气的H₂S含量得以大大降低，泥区的H₂S去除系统的设计进气浓度不超过1000mg/L，出气浓度小于50mg/L。当泥区使用热水解-厌氧消化系统深度处理改造后，原设计方案将热水解系统所产工艺气通入消化池处理，但工艺气成份中的H₂S含量极高，浓度约为10000ppm以上，通入消化池后，使消化池内H₂S含量达到2200mg/L，远超消化系统以及后续脱硫处理措施的设计处理能力。如采取增大原厂区内脱硫设备的处理能力，在大幅度增加厂区占地的同时也会大幅度提高厂区的运行费用。

对于污水处理厂的设计工作以及运行工作中并未对VOCs进行针对性的处理措施，而痕量VOCs气体的泄露以及溢出的浓度达到一定数值后，人体会产生明显反应，短时间内出现四肢无力、恶心、头疼、呕吐等症状，污染严重或长时间后会出现抽搐、昏迷，长期处于高浓度环境下还会造成记忆力减退。研究表明，挥发性有机物对人体的脏器、大脑和神经系统都会有不同程度的损害，所以需对VOCs进行有效处理，如不处理妥当发生泄露，其会对运行人员的健康及工作环境带来极大的危害。在运行中，工艺气管路的附属设备、阀门等出现多次检修的情况，致使管道内工艺气外漏，而外泄的工艺气并未得到处理。

综上所述，热水解工艺气如得不到稳定化处理，会对消化池内的气相空间以及后续沼气净化系统带来很大影响，严重影响了沼气利用效率与整个污泥处理系统的运行效果，同时存在着对运行工作人员的操作环境以及人身健康的安全隐患。所以，原设计工艺气通入消化池的处理方案不能使热水解工艺气得到稳定化处理，并且已经严重影响了消化池的厌氧消化效果及后续能源利用。热水解-厌氧消化工艺中产生的工艺气的能否稳定化处理，直接决定了整套流程的运行效果以及后续能源的有效利用，也关系到后期运行是否可持续，是整个设计考虑的重要环节。

发明内容

为了克服上述技术的缺陷和不足，本实用新型提供一种污泥热水解工艺气处理装置，解决污泥热水解后工艺气中某些成份浓度过高(如H₂S、VOCs等)影响后续消化池内厌氧消化效果以及后续沼气再利用率低的问题。

本实用新型的技术方案如下：一种污泥热水解工艺气处理装置，包括反应器、工艺气管路、药液管路；

所述反应器自上而下分别为相通的顶部排放区、中部反应区和底部药液区，所述反应区底部设置穿孔隔板与所述药液区隔开，所述穿孔隔板底面垂直固定挡板、所述挡板伸入药液区内，所述反应区在穿孔隔板上均匀填充砾石颗粒填料，所述药液区底部入水口连通补水管、最底端排液出口连通放空管，所述补水管和放空管上分别设置补水管阀门和放空管阀门；

所述工艺气管路包括进气管、排气管和旁通管，所述进气管的出气口连通喷头朝下的布气装置并伸入药液区内药液液面以下，所述进气管上设置进气管阀门，所述排放区顶部的排气口连通排气管，所述排气管上设置排气管阀门，所述进气管和排气管通过旁通管在反应器外部连通，所述旁通管上设置旁通管阀门；

所述药液区侧壁的回流出口通过回流管连通外部静态混合器的回流入口，所述回流管上设置回流管阀门和回流泵，设置进药管连通所述静态混合器的进药入口，所述进药管上设置进药泵，所述静态混合器的出口通过管道连通所述反应器排放区顶部的喷头朝下的布水装置；所述药液区设有液位计和pH计控制阀门流量。

所述砾石颗粒的粒径为20-30mm，所述穿孔隔板的穿孔孔径为砾石颗粒填料平均粒径的70％，开孔率>40％，所述穿孔隔板均匀布满开孔。

所述反应器为密闭承压容器，包括顶盖、罐体和底盖，所述顶盖为平顶或圆顶、底盖为圆底、罐体为圆柱形，所述顶盖和底盖的高度均不超过中间圆柱罐体高度的1/5。

所述罐体的高径比为2-2.5，中部所述反应区体积为罐体总容积的40％-60％，底部药液区中间圆柱部分的容积为罐体总容积的20％-30％。

所述回流出口低于底部药液区高度的1/3。

所述挡板两个相对的窄侧面与药液区的侧壁固定、底面伸入药液悬空。

本实用新型有以下积极有益效果：

1)处理效果好，采用本实用新型装置，工艺气进入消化池前，将工艺气中的H₂S、VOCs，醛类及酮类等气体大量的去除及稳定化，可使消化池稳定运行；

2)运行效率高，采用本实用新型装置，经过处理后的工艺气不会影响消化池内气相空间的稳定性以及后续沼气净化系统的稳定性，保证达到设计的厌氧消化效率以及高效的沼气能源的再利用；

3)冷凝水处理负荷低，采用本实用新型装置处理的工艺气温度会进一步降低，达到冷却的效果，可减少工艺气输送管道内冷凝水的产生，减少冷凝水的处理负荷；

4)兼具截留杂质功能，采用本实用新型装置，系统内中部反应区的砾石层，一方面使药液与工艺气充分反应，另一方面截留工艺气内的杂质，并使水蒸气冷凝于砾石层排至装置底部，减少后续管道内酸性冷凝液的形成，减少对管道及设备的腐蚀；

5)运行简单，采用本实用新型装置，可实现自动化运行；

6)安全稳定，采用本实用新型装置，反应器设有气压保护措施，工艺气旁通管路，在装置发生问题或滤料堵塞时可实现工艺气的输送，同时与热水解处理设备连通，保证热水解处理系统运行压力稳定。

附图说明

图1是本实用新型的装置示意图。

附图编号：1-进气管，2-进气管阀门，3-布气装置，4-药液区，5-穿孔隔板，6-反应区，7-排放区，8-排气管阀门，9-排气管，10-旁通管，11-旁通管阀门，12-回流管，13-回流管阀门，14-回流泵，15-静态混合器，16-布水装置，17-挡板，18-进药管，19-进药泵，20-放空管，21-放空管阀门，22-补水管，23-补水管阀门，24-高液位，25-低液位，26-底盖，27-底部药液区中间圆柱部分，28-顶部排放区中间圆柱部分，29-顶盖，30-反应器，31-回流出口；

A-a：工艺气路线，B-b：药液路线，C-c：补水路线，D-d：放空路线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

以下实施例仅是为清楚说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本实用新型精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

参见附图1，一种污泥热水解工艺气处理装置，包括反应器30、工艺气管路、药液管路；

所述反应器30自上而下分别为相通的顶部排放区7、中部反应区6和底部药液区4，所述反应区6底部设置穿孔隔板5与所述药液区4隔开，所述穿孔隔板5底面垂直固定挡板17、所述挡板17伸入药液区4内，所述反应区6在穿孔隔板5上均匀填充砾石颗粒填料，所述药液区4底部入水口连通补水管22、最底端排液出口连通放空管20，所述补水管22和放空管20上分别设置补水管阀门23和放空管阀门21；

所述工艺气管路包括进气管1、排气管9和旁通管10，所述进气管1的出气口连通喷头朝下的布气装置3并伸入药液区4内药液液面以下，所述进气管1上设置进气管阀门2，所述排放区7顶部的排气口连通排气管9，所述排气管9上设置排气管阀门8，所述进气管1和排气管9通过旁通管10在反应器30外部连通，所述旁通管10上设置旁通管阀门11；

所述药液区4侧壁的回流出口31通过回流管12连通外部静态混合器15的回流入口，所述回流管12上设置回流管阀门13和回流泵14，设置进药管18连通所述静态混合器15的进药入口，所述进药管18上设置进药泵19，所述静态混合器15的出口通过管道连通所述反应器30排放区7顶部的喷头朝下的布水装置16；所述药液区4设有液位计和pH计控制阀门流量。

所述砾石颗粒的粒径为20-30mm，所述穿孔隔板5的穿孔孔径为砾石颗粒填料平均粒径的70％，开孔率>40％，所述穿孔隔板5均匀布满开孔。

所述反应器30为密闭承压容器，包括顶盖29、罐体和底盖26，所述顶盖29为平顶或圆顶、底盖26为圆底、罐体为圆柱形，所述顶盖29和底盖26的高度均不超过中间圆柱罐体高度的1/5。

所述罐体的高径比为2-2.5，中部所述反应区6体积为罐体总容积的40％-60％，底部药液区中间圆柱部分27的容积为罐体总容积的20％-30％。

所述回流出口31低于底部药液区4高度的1/3。

所述挡板17两个相对的窄侧面与药液区4的侧壁固定、底面伸入药液悬空。

根据附图1，采用本实用新型一种污泥热水解工艺气处理装置的工作过程，按以下步骤进行：

步骤I，进药，开启补水管阀门23，向底部药液区4补水至高液位24；开启回流泵14和回流管阀门13；开启进药泵19加药，使循环15min后底部药液区4的pH在10-12；

步骤II，进气，开启进气管阀门2及排气管阀门8，工艺气管路开始循环、药液管路继续循环，控制药液循环量为进气量的60％-200％，所述反应器30设有气压保护；

步骤III，换药补水，当底部药液区4的pH<7时，放空管阀门21开启，当底部药液区4达到低液位25时，放空管阀门21关闭，补水管阀门23开启，当底部药液区4达到高液位24时，补水管阀门23关闭；当底部药液区4的pH<7且放空管阀门21关闭时，进药泵19开启，当底部药液区4的pH>12时，进药泵19关闭。

步骤I中的所述底部药液区4内，所述高液位24为穿孔隔板5以下10mm-30mm，低液位25为回流出口31以上10mm-30mm。

所述反应器30设有气压保护，当反应器30内压力超过规定压力的80％时，旁通管阀门11开启，进气管阀门2关闭，当反应器30内压力小于等于规定压力的80％时，旁通管阀门11关闭，进气管阀门2开启。

所述药液为NaOH和NaClO的混合溶液。

本实用新型提供了一种污泥热水解工艺气处理装置，设计根据后续泥区脱硫设计处理的需求，对污泥热水解过程中所产生的工艺气(主要含量为H₂S)进行稳定化处理，减小工艺气对消化池内气相空间以及后续污泥处理系统的影响，提高整个泥区的能源利用效率。

开孔率指开孔面积占隔板总面积的百分比。为本行业人所熟知的，开孔率的上限根据结构强度确定。

为本行业人所熟知的，布气装置3为包括穿孔曝气头、微孔曝气头等的均匀曝气装置；布水装置16为包括喷头、穿孔管、喇叭口等的均匀布水装置。

为本行业人所熟知的，底盖26与圆柱罐体连接为焊接或法兰连接；顶盖29与圆柱罐体连接为法兰连接，便于拆卸维修。

高径比指中间圆柱罐体的净高度与直径的比值。底部药液区4的总容积包括底部药液区中间圆柱部分27的和底部药液区4覆盖的底盖26部分的；顶部排放区7的总容积包括顶部排放区中间圆柱部分28的和顶盖29部分的，若顶盖29为平顶，则顶部排放区7的总容积为顶部排放区7占据中间罐体部分；为方便表述，仅限定了底部药液区4圆柱部分的容积，而底部药液区4覆盖的底盖26部分的容积，通过底盖26的高度限定，实质上是对整个底部药液区26的容积进行了限定。

限定中部反应区6容积是为了满足工艺气与回流液接触反应的有效区域及反应时间，所述工艺气在中部反应区6的停留时间为15s-18s；限定底部药液区4容积是为了保证工艺气与回流液的接触、药液更换周期及高、低液位的有效控制；限定顶部排放区7容积为了保持装置内系统内气压稳定。

为本行业人所熟知的，所述的工艺气处理装置的结构，装置的主体及内部结构的材质可为不锈钢、碳钢防腐、玻璃钢或工程塑料等耐腐蚀耐高温材料，可根据使用环境和投资自行选择；所述的各阀门需为高耐腐蚀等级的材质，其阀门的具体性形式可根据使用环境和投资自行选择；所述的各阀门可为手动阀门或电动阀门，采用电动阀门时可设置带信号输出的监测装置(压力变送器、液位计、pH计)，通过PLC控制。

为本行业人所熟知的，药液的浓度及组成配比，与工艺气中去除目标浓度相关，可依据运行单位的运行经验调节，满足反应器30内pH要求即可。药液的循环量根据进气污染物浓度、药液浓度调整。

本实用新型的处理装置参见图1所示，其工作过程如下：热水解产生的温度为45-55℃的工艺气由进气管1，通过进气管阀门2，由布气装置3接入至反应器30的底部药液区4，工艺气经过底部药液的初步洗脱后，由底部向上通过穿孔隔板5后进入中部反应区6，经过中部反应区6内均匀布置着粒径为20-30mm的砾石，工艺气进入顶部排放区7，而后通过排气管阀门8后，进入排气管9，排入至厂区工艺气输送管道内，最后进入消化池；反应器30的进气管1与排气管9之间设置旁通管10，旁通管10中设置旁通管阀门11，在反应器30内部超压时，工艺气可通过旁通管10直接进入厂区工艺气输送管道内；回流液通过安装于底部药液区4的回流管12，经回流管阀门13、由回流泵14经过静态混合器15，送向顶部排放区7的布水装置16，回流液经布水装置16均匀喷洒后由顶部排放区7流向中部反应区6与工艺气反应，最后流入底部药液区4；药液通过进药管18和进药泵19，注入静态混合器15中，与回流液混合；当底部药液区4的pH<7时，放空管20中的放空管阀门21开启；当底部药液区4达到低液位25时，放空管阀门21关闭，同时，补水阀阀门23开启，通过补水管22补水；当底部药液区4达到高液位24时，补水管阀门23关闭，进药泵19开启；当底部药液区4的pH>12时，进药泵19关闭；底部药液区4内挡板17用于防止工艺气通过布气装置3时产生波浪，影响液位计监测准度而设置。

系统内中部反应区的砾石层，一方面使药液与工艺气充分反应，另一方面截留工艺气内的杂质，同时使水蒸气冷凝于砾石层排至装置底部，减少后续管道内酸性冷凝液的形成，减少对管道及设备的腐蚀。

实施例一

北京市高安屯污泥处理中心运用热水解+厌氧消化的污泥处理工艺，处理规模为367tDs/d。设计将热水解产生的工艺气通入消化池进行稳定化处理。但在实际运行中，工艺气内成分复杂，主要成份为H₂S和VOCs，其中H₂S的浓度为16000ppm左右，通入消化池后，使消化池内的H₂S浓度达到2200mg/L，远超消化池及后续脱硫设备1000mg/L的设计值，使后续沼气处理装置超负荷运转且回收沼气中H₂S含量严重超标，使得沼气发电机无法高效运转，严重影响整个污泥系统的运行处理效果。

在原工艺气管道系统中增加一种污泥热水解工艺气处理装置，完成对工艺气的稳定化处理，此装置由反应器30、工艺气管路、药液管路三部分组成。反应器为圆柱型反应器，中间圆柱罐体的高度为1500mm，直径为600mm，高径比为2.5，顶部和底部均为圆帽形，高度均为200mm。中部反应区6高度为600mm，占中间圆柱罐体总容积的40％，底部药液区4高度为450mm(不含圆底)，占中间圆柱罐体总容积的30％，顶部排放区7高度为450mm(不含圆顶)。中部反应区6内装填粒径为20-30mm粒径的砾石颗粒填料，砾石填料由穿孔隔板5承托，穿孔孔径为12mm，开孔总面积约0.124m²，开孔率为44％；底部药液区4设有高低液位计、pH计及挡板，挡板高度450mm。

以中间圆柱罐体底部和底盖26交界位置高度为0mm基准。穿孔隔板5安装高度为450mm；DN32的不锈钢放空管20安装于底部药液区4圆形底盖26最低端，安装高度-200mm，管道上设置DN32的不锈钢电动阀门；DN32的不锈钢补水管22，安装于底部药液区4底部，与放空管20水平间距150mm，安装高度-100mm；DN32的不锈钢回流管12，安装于反应器30侧壁，安装高度100mm；挡板17顶部与穿孔隔板5底面相接，挡板17顶部安装高度450mm，挡板17底部安装高度0mm；反应器30内的高液位24为440mm，低液位25为130mm。

工艺气管路管径为DN50，材质为不锈钢管，其包括进气管1、布气装置3、旁通管10和排气管9；回流管12管径为DN32，材质为不锈钢管，回流管12上设有回流泵14、静态混合器15，设备材质均为以不锈钢为主体的耐腐蚀材质；进药管18管径为DN20，管材为U-pvc；进药管18配套阀门均为不锈钢电动阀门；进气管1设有压力变送器，控制旁通管10电动旁通管阀门11；液位计、pH计有输出信号，经过PLC控制电动补水阀门23、电动放空阀门21、进药泵19。

回流泵14流量为5.0m³/h，扬程30m，变频控制；进药泵19流量为120L/h，扬程为60m，变频控制。

热水解处理系统所产工艺气的气量为2.0m³/h，其中H₂S含量为16000ppm，药液循环量为4.0m³/h，循环量为进气量的200％，投加的药液为30％的NaOH和10％的NaClO的混合溶液，装置内反应pH为12。工艺气从通过曝气头进入底部药液4后，向上通过中部反应区6砾石滤料层，进入顶部排放区7后通过排气管9进入厂区工艺气总管，最终进入消化池处理。当底部药液区pH<7时放空管20的电动放空管阀门21开启，当底部药液区4达到低液位25时，放空管阀门21关闭；当底部药液区4达到低液位25时，补水管阀门23开启，当底部药液区4达到高液位24时，补水管阀门23关闭，同时进药泵19开启，当底部药液区4的pH<7且放空管阀门21关闭时，进药泵19开启，当底部药液区4的pH>12时，进药泵19关闭，完成补液流程。

经过热水解工艺气处理装置后，工艺气中H₂S含量＜300ppm，同时VOCs、水蒸气、杂质等被有效去除，消化池内H₂S浓度小于1000mg/L的设计值，整个污泥处理系统达到稳定高效的运行。

Claims (6)

1.一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于：包括反应器(30)、工艺气管路、药液管路；

所述反应器(30)自上而下分别为相通的顶部排放区(7)、中部反应区(6)和底部药液区(4)，所述反应区(6)底部设置穿孔隔板(5)与所述药液区(4)隔开，所述穿孔隔板(5)底面垂直固定挡板(17)、所述挡板(17)伸入药液区(4)内，所述反应区(6)在穿孔隔板(5)上均匀填充砾石颗粒填料，所述药液区(4)底部入水口连通补水管(22)、最底端排液出口连通放空管(20)，所述补水管(22)和放空管(20)上分别设置补水管阀门(23)和放空管阀门(21)；

所述工艺气管路包括进气管(1)、排气管(9)和旁通管(10)，所述进气管(1)的出气口连通喷头朝下的布气装置(3)并伸入药液区(4)内药液液面以下，所述进气管(1)上设置进气管阀门(2)，所述排放区(7)顶部的排气口连通排气管(9)，所述排气管(9)上设置排气管阀门(8)，所述进气管(1)和排气管(9)通过旁通管(10)在反应器(30)外部连通，所述旁通管(10)上设置旁通管阀门(11)；

所述药液区(4)侧壁的回流出口(31)通过回流管(12)连通外部静态混合器(15)的回流入口，所述回流管(12)上设置回流管阀门(13)和回流泵(14)，设置进药管(18)连通所述静态混合器(15)的进药入口，所述进药管(18)上设置进药泵(19)，所述静态混合器(15)的出口通过管道连通所述反应器(30)排放区(7)顶部的喷头朝下的布水装置(16)；所述药液区(4)设有液位计和pH计控制阀门流量。

2.根据权利要求1所述的一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于，所述砾石颗粒的粒径为20-30mm，所述穿孔隔板(5)的穿孔孔径为砾石颗粒填料平均粒径的70％，开孔率>40％，所述穿孔隔板(5)均匀布满开孔。

3.根据权利要求1所述的一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于，所述反应器(30)为密闭承压容器，包括顶盖(29)、罐体和底盖(26)，所述顶盖(29)为平顶或圆顶、底盖(26)为圆底、罐体为圆柱形，所述顶盖(29)和底盖(26)的高度均不超过中间圆柱罐体高度的1/5。

4.根据权利要求3所述的一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于，所述罐体的高径比为2-2.5，中部所述反应区(6)体积为罐体总容积的40％-60％，底部药液区中间圆柱部分(27)的容积为罐体总容积的20％-30％。

5.根据权利要求1所述的一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于，所述回流出口(31)低于底部药液区(4)高度的1/3。

6.根据权利要求1所述的一种污泥热水解工艺气处理装置，其特征在于，所述挡板(17)两个相对的窄侧面与药液区(4)的侧壁固定、底面伸入药液悬空。