CN210048640U - 污泥热水解处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及污泥热水解处理系统，该系统包括蒸汽源、依次连通的预热浆化罐、水热反应罐和闪蒸罐，所述预热浆化罐、水热反应罐均与蒸汽源连通；还包括第一泵和第二泵，所述第一泵的进料口与预热浆化罐的底部连通，第一泵的出料口与预热浆化罐连通而形成循环回路，所述第二泵的进料口与水热反应罐的底部连通，第二泵的出料口与水热反应罐连通而形成循环回路。预热浆化罐和水热反应罐内污泥均采用泵和蒸汽通入相结合的方式进行搅拌混合，污泥混匀无死角，能达到均质反应效果，避免了传统搅拌单纯采用的机械搅拌机密封不严、易损坏、蒸汽搅拌管路易堵塞的缺点，使得污泥的连续化处理成为可能。

Description

污泥热水解处理系统

技术领域

本实用新型涉及污泥热水解处理系统，尤其涉及污泥连续式热水解处理系统。

背景技术

污泥的主要来源为城市污水厂、自来水厂、排水管道系统等，其中以城市污水厂产生的剩余污泥量最高、危害最大、污染的程度最严重。随着我国社会经济的高速发展，工业废水及生活污水的排放量逐年增多，城市污水厂的处理规模也随之增大。目前城市污水厂污水处理主要采用A2/O、活性污泥法、SBR、氧化沟等工艺，污水的处理必然伴随着大量剩余污泥的产生，从我国各地污水厂调查的情况看，大多数污水处理厂每处理1万m³的污水会产生5-10吨脱水污泥（含水率以80%计）。据住建部统计，截止至2017年12月底，全国设市城市累计建成污水处理厂5027座，污水处理能力达1.88亿立方米/日，年产生含水量80%的污泥5000多万吨。预计到2020年湿污泥产量规模将达到8000-9000万吨。污泥的产量持续快速增加已经成为一个亟待解决的问题。

污泥是由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物以及大量植物生长所需营养成分和病原菌、重金属、有机无机物等多种物质组合在一起的含水率很高的絮状颗粒。污泥的性质是选择处理污泥的工艺及技术的重要参考资料，污泥的组成成分、性质及其产生的数量由废水的来源、性质以及处理工艺等决定。污泥中有机物含量高，容易腐化发臭，其颗粒粒径细小，含水率一般在97%以上，且不易脱水。

目前大部分污水处理厂的污泥采用常规脱水工艺，污泥先经以污泥混凝剂和有机高分子絮凝剂为基础的化学调理，然后采用常规脱水设备，如板框压滤机、带式压滤机、真空过滤机、离心脱水机等进行脱水。常规的污泥脱水技术投资费用大部分都不高，工艺成熟且容易运行。但是这些技术也存在着一些缺点：机械脱水仅能去除污泥中的自由水及小部分间隙水，无法对污泥进行深度脱水，脱水后污泥的含水率通常在 75%-85%，并不能满足一些处理处置措施对污泥含水率的要求。污泥的深度脱水主要是降低污泥的含水率，是通过各种预处理手段将污泥中结合水（毛细水及表面吸附水甚至胞内水）的大部分变成易于脱除的自由水，再利用常规机械设备可直接脱水至含水率40%以下，以达到后续焚烧、填埋或资源化利用的要求。

目前，城市污水厂污泥脱水方式主要有两种方式：

①离心机脱水；污泥通过添加药剂可脱水至含水率80%左右。

缺点：污泥脱水不彻底，体积减量少。

②带式压滤机；污泥通过添加药剂可脱水至含水率80%左右。

缺点：污泥脱水不彻底，体积减量少。

③板框压滤机；污泥通过添加生石灰等大量药剂可脱水至含水率60%。

缺点：污泥需要消耗大量药剂，由于添加大量生石灰，导致后续污泥资源化利用受限。

④序批式热水解系统＋板框压滤机脱水至含水率50%以下。

缺点：序批式热水解系统相对连续式热水解系统，占地面积大，热能利用率不高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供污泥热水解处理系统，以实现污泥的连续式热水解处理。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

污泥热水解处理系统，包括蒸汽源、依次连通的预热浆化罐、水热反应罐和闪蒸罐，所述预热浆化罐、水热反应罐均与蒸汽源连通，所述预热浆化罐的顶部连通有第一排气管，所述水热反应罐的顶部连通有第二排气管；还包括第一泵和第二泵，所述第一泵的进料口与预热浆化罐的底部连通，第一泵的出料口与预热浆化罐连通而形成循环回路，所述第二泵的进料口与水热反应罐的底部连通，第二泵的出料口与水热反应罐连通而形成循环回路。

优选地，第一泵的出料口与预热浆化罐的中上部连通；第二泵的出料口与水热反应罐的中上部连通。

进一步地，所述闪蒸罐的顶部连通有释压管，所述释压管的出口端与预热浆化罐连通。如此，可将释压蒸汽输入预热浆化罐内，对释压蒸汽热量加以回收利用。

进一步地，所述预热浆化罐通过第一进气管与蒸汽源连通，所述第一泵的出料口与第一进气管连通，所述第一泵的下游侧设有仅可向第一进气管打开的第一单向阀，所述第一进气管上设有仅可向预热浆化罐打开的第二单向阀，所述第二单向阀位于该连通位置的上游侧。

进一步地，所述水热反应罐通过第二进气管与蒸汽源连通，所述第二泵的出料口与第二进气管连通，所述第二泵的下游侧设有仅可向第二进气管打开的第三单向阀，所述第二进气管上设有仅可向水热反应罐打开的第四单向阀，所述第四单向阀位于该连通位置的上游侧。

通过上述连接方式及单向阀的设置，可精简管路结构。

进一步地，所述预热浆化罐的出料口与水热反应罐的进料口之间连通有第三泵。

进一步地，第一排气管上设有第一阀，第二排气管上设有第二阀。

进一步地，所述水热反应罐的出料口与闪蒸罐的进料口之间设有第三阀。优选地，第三阀为压力阀。

进一步地，还包括与闪蒸罐出料口连通的脱水设备。

进一步地，还包括污泥料仓、与污泥料仓连通的第四泵，所述第四泵的出料口与预热浆化罐的进料口连通。

进一步地，泵为螺杆泵。

进一步地，所述闪蒸罐为泄压闪蒸罐。

污泥热水解处理工艺，利用如上所述的污泥热水解处理系统进行，包括如下步骤：

将含水率为80-85wt%的待处理污泥送入预热浆化罐，同时向预热浆化罐内输入温度为170-190℃、压力为1-1.2MPa的饱和蒸汽，并通过第一泵对污泥进行循环搅拌，对所述待处理污泥进行预热和浆化处理，获得温度为75-100℃的浆状污泥；

将所述浆状污泥输入水热反应罐，同时向水热反应罐内输入温度为170-190℃、压力为1-1.2MPa的饱和蒸汽，并通过第二泵对污泥进行循环搅拌，使得水热反应罐内温度为170-180℃、压力为0.9-1.0MPa，获得均质污泥；

将所述均质污泥输入闪蒸罐内，控制闪蒸罐内压力为3.5-4bar，使得污泥颗粒解体，获得细颗粒污泥。

可选地，在本实用新型的系统初始启动时，通过一次蒸汽管路进行蒸汽直接加热；后续通过闪蒸罐的释压蒸汽进行余热回收加热。预热浆化罐为连续进泥，接前段污泥料仓含水率为80%-85%的污泥。为防止污泥在罐中沉淀，采用泵循环搅拌方式。优选地，预热浆化罐中温度控制在70-90℃，通入的一次蒸汽压力为1.0-1.2MPa、温度为170-190℃的饱和蒸汽。

可选地，由污泥料仓输送出的含水率80%-85%污泥进入预热浆化罐，在预热浆化罐中一次蒸汽或闪蒸罐的释压蒸汽对污泥进行加热到70-90℃，在第一泵的作用下，对污泥进行搅拌浆化，以增强流动性，提高污泥热水解的初始温度。通过调节第一泵的运行频率调节浆化效果。浆化后污泥通过第三泵送入水热反应罐进行热水解。

水热反应罐中主要发生污泥的热水解反应，使大分子、大颗粒的有机物分解为小分子有机物。水热反应罐为连续进泥，污泥的反应过程为15-20min，在进泥的同时通入1-1.2MPa、温度为170-190℃的饱和蒸汽。可选地，水热反应罐的压力控制在0.8-1 MPa，该罐通过第二泵进行搅拌，使得污泥充分反应均匀。污泥再经过第三阀进行排泥至闪蒸罐，可选地，闪蒸罐罐内温度控制在165-170℃。水热反应罐接收由预热浆化罐送来的污泥，可选地，为保证污泥反应的连续性，采用第二泵进行循环搅拌，通过调节循环泵的运行频率调节浆化效果，保证污泥搅拌均匀及充分反应。可选地，水热反应罐内污泥加热采用1-1.2MPa、温度为170-190℃的饱和蒸汽直接加热，一次蒸汽也可起到一定程度的搅拌作用。可选地，水热反应罐的臭气经过第二排气管收集后进行集中处置。

可选地，闪蒸罐内的压力约3-4bar，温度约100-110℃，污泥由水热反应罐进入该罐后，由于压力的降低，较大颗粒的污泥在内压的作用下被爆破，EPS（污泥胞外多聚物）解体，污泥颗粒变小，以便于后序污泥的深度脱水。可选地，该污泥被处理后由泵输送至后续脱水设备进行深度减量化。闪蒸罐的释压蒸汽通入预热浆化罐对初始污泥进行预热及浆化处理，同时也起到一定程度的搅拌作用。

闪蒸罐内的污泥经过闪蒸释压后，污泥EPS解体，细胞充分破壁，大分子物质变成小分子物质，污泥脱水性能大大提高，排至后续脱水设备进行深度脱水，可获得含水率为40%以下的污泥。

本实用新型中，第一泵的设置，可对预热浆化罐内污泥起到良好的循环搅拌作用，防止污泥在罐中沉淀并对污泥进行浆化，增强污泥的流态，便于后续的热水解处理，优选地，将预热浆化罐内温度控制为70-90℃；第二泵的设置，可对水热反应罐内污泥起到良好的循环搅拌作用，使得污泥充分反应均匀，保证处理过程连续进行。本实用新型的预热浆化罐和水热反应罐中，泵和蒸汽产生双重搅动作用，高效传质、传热，预热浆化罐内污泥快速预热、浆化，水热反应罐中污泥快速充分反应，无需过多的停留时间，从而实现连续化处理，即连续进料、连续出料，不仅能获得良好的处理效果，而且处理效率高。

本实用新型中，污泥置于密闭的热水解容器中加热，使污泥絮体在一定的温度和压力下发生一系列物理化学变化的污泥预处理过程。在加热过程中，污泥的微生物絮体解散，微生物细胞体破裂，胞内水被释放出来，提高了污泥的沉降性能和脱水性能。后续污泥可直接利用板框压滤机一次性脱水至含水率40%以下，污泥体积减量化彻底，且能满足后续污泥填埋、制建材、焚烧等处置的各项要求。

本实用新型的污泥热水解处理系统相对目前应用较多的序批式热水解系统，占地更小，因而投资更省、热能利用率更高，因而运行成本更低、且污泥脱水含水率更低可达到40%以下。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

①本实用新型的处理系统为连续式污泥热水解处理系统，相比传统的序批式热水解系统而言，污泥停留时间缩短、罐体数量减少。因而工艺设备占地小，布置紧凑，系统操作控制简单，自动阀门少，工艺流程简单，便于运行管理。

②蒸汽能源的最大化利用。预热浆化罐的污泥不仅可接收一次蒸汽进行预热，同时可接收闪蒸罐的释压气体进行回收预热，能源利用率高。

③预热浆化罐和水热反应罐内污泥均采用泵和蒸汽通入相结合的方式进行搅拌混合，污泥混匀无死角，能达到均质反应效果，避免了传统搅拌单纯采用的机械搅拌机密封不严、易损坏、蒸汽搅拌管路易堵塞的缺点，使得污泥的连续化处理成为可能。且污泥循环泵为变频调节，可根据需要调节搅拌的速率。

④预热浆化罐采用泵、一次蒸汽、释压蒸汽相结合的预热混合，搅拌强度大，因而可接收初始含水率为80-85%的污泥，同等条件下，处理量比传统序批式污泥热水解工艺提高8-12%。

⑤污泥经热水解系统预处理后，细菌、病毒等基本均被灭活，因此后续污泥细菌指标可达到美国EPA503中A级农用标准。

⑥污泥经本实用新型的系统预处理后，脱水获得的泥饼臭味极小，污泥进一步处理环境更好，且处理后污泥可满足更多种污泥处置要求。

⑦热水解后的污泥，更容易脱水，在添加少量药剂的情况下，经板框压滤含水率可以达到40%以下，符合后续资源化利用的要求；而常规污泥脱水用板框压滤机在消耗大量药剂的情况下，仅能将污泥脱水到含水率为60wt%。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施方式的工艺流程图。

图2是本实用新型第一种实施方式的系统示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1、图2所示，污泥热水解处理系统，包括蒸汽源16、依次连通的预热浆化罐2、水热反应罐6和闪蒸罐7，所述预热浆化罐、水热反应罐均与蒸汽源连通，所述预热浆化罐的顶部连通有第一排气管10-1，所述水热反应罐6的顶部连通有第二排气管10-2；其特征在于，还包括第一泵3-1和第二泵3-2，所述第一泵3-1的进料口与预热浆化罐的底部连通，第一泵3-1的出料口与预热浆化罐连通而形成循环回路，所述第二泵3-2的进料口与水热反应罐的底部连通，第二泵的出料口与水热反应罐连通而形成循环回路。蒸汽源为蒸汽锅炉。

所述闪蒸罐的顶部连通有释压管13，所述释压管的出口端与预热浆化罐连通。

所述预热浆化罐通过第一进气管14与蒸汽源16连通，所述第一泵的出料口与第一进气管连通，所述第一泵的下游侧设有仅可向第一进气管打开的第一单向阀3-3，所述第一进气管上设有仅可向预热浆化罐打开的第二单向阀3-6，所述第二单向阀位于该连通位置的上游侧。蒸汽源通过一次蒸汽管路11与第一进气管、第二进气管连通。

所述水热反应罐通过第二进气管15与蒸汽源16连通，所述第二泵的出料口与第二进气管连通，所述第二泵的下游侧设有仅可向第二进气管打开的第三单向阀3-4，所述第二进气管上设有仅可向水热反应罐打开的第四单向阀3-7，所述第四单向阀位于该连通位置的上游侧。

所述预热浆化罐的出料口与水热反应罐的进料口之间连通有第三泵5。

第一排气管10-1上设有第一阀4-1，第二排气管10-2上设有第二阀4-2。

所述水热反应罐的出料口与闪蒸罐的进料口之间设有第三阀8。

还包括与闪蒸罐出料口连通的脱水设备18。

还包括污泥料仓17、与污泥料仓连通的第四泵1，所述第四泵的出料口与预热浆化罐的进料口连通。

在本实用新型的一种实施方式中，污泥料仓含水率为85%的污泥经第四泵以设定的流量泵入预热浆化罐。同时开启1.1MPa、温度为184℃的饱和一次蒸汽对预热浆化罐内的污泥进行预热浆化。污泥也可接收来自闪蒸罐的释压蒸汽来进行预热浆化。经过预热后，可降低污泥粘滞力，增大污泥的流动性能。为保证污泥加热均匀无死角，开启污泥第一泵对污泥进行循环搅拌。设定预热浆化罐内污泥温度为90/86/83℃。温度达到设定温度，则一次蒸汽停止加热。

污泥经过预热浆化后，输送至水热反应罐内，向水热反应罐通入压力为1.1MPa、温度为184℃的饱和一次蒸汽，进行加热反应，设定反应罐内压力为0.9MPa、温度为175℃。污泥通过第二泵的抽送和一次蒸汽的搅动来使得罐体内污泥达到均质反应。污泥在反应罐内发生热水解反应，使大分子、大颗粒的有机物分解为小分子有机物。该罐为连续进泥连续处泥，污泥的反应停留时间为17min，反应充分的污泥再排至闪蒸罐。

污泥由水热反应罐进入闪蒸罐后，由于压力的降低，较大颗粒的污泥在内压的作用下被爆破，污泥颗粒变小。泄压气体通过第四阀12的开启，通过释压管排放至预热浆化罐内。该部分携带热量的气体用于初始污泥的预热作用，节约了能源。闪蒸罐内的压力约3.5bar，释压后污泥温度103℃，经过热水解预处理后的污泥输送至后段的脱水设备进行深度脱水至含水率38.6%。

在本实用新型的一种实施方式中，污泥料仓含水率为80%的污泥经第四泵以设定的流量泵入预热浆化罐。同时开启1.2MPa、温度为188℃的饱和一次蒸汽对预热浆化罐内的污泥进行预热浆化。污泥也可接收来自闪蒸罐的释压蒸汽来进行预热浆化。经过预热后，可降低污泥粘滞力，增大污泥的流动性能。为保证污泥加热均匀无死角，开启污泥第一泵对污泥进行循环搅拌。设定预热浆化罐内污泥温度为90℃。温度达到设定温度，则一次蒸汽停止加热。

污泥经过预热浆化后，输送至水热反应罐内，向水热反应罐通入压力为1.2MPa、温度为188℃的饱和一次蒸汽，进行加热反应，设定反应罐内压力为1.0MPa、温度为180℃。污泥通过第二泵的抽送和一次蒸汽的搅动来使得罐体内污泥达到均质反应。污泥在反应罐内发生热水解反应，使大分子、大颗粒的有机物分解为小分子有机物。该罐为连续进泥连续处泥，污泥的反应停留时间为15min，反应充分的污泥再排至闪蒸罐。

污泥由水热反应罐进入闪蒸罐后，由于压力的降低，较大颗粒的污泥在内压的作用下被爆破，污泥颗粒变小。泄压气体通过第四阀12的开启，通过释压管排放至预热浆化罐内。该部分携带热量的气体用于初始污泥的预热作用，节约了能源。闪蒸罐内的压力约3.9bar，释压后污泥温度109℃，经过热水解预处理后的污泥输送至后段的脱水设备进行深度脱水至含水率38.1%。

在本实用新型的一种实施方式中，污泥料仓含水率为82%的污泥经第四泵以设定的流量泵入预热浆化罐。同时开启1.2MPa、温度为180℃的饱和一次蒸汽对预热浆化罐内的污泥进行预热浆化。污泥也可接收来自闪蒸罐的释压蒸汽来进行预热浆化。经过预热后，可降低污泥粘滞力，增大污泥的流动性能。为保证污泥加热均匀无死角，开启污泥第一泵对污泥进行循环搅拌。设定预热浆化罐内污泥温度为90/86/83℃。温度达到设定温度，则一次蒸汽停止加热。

污泥经过预热浆化后，输送至水热反应罐内，向水热反应罐通入压力为1.0MPa、温度为180℃的饱和一次蒸汽，进行加热反应，设定反应罐内压力为0.8MPa、温度为170℃。污泥通过第二泵的抽送和一次蒸汽的搅动来使得罐体内污泥达到均质反应。污泥在反应罐内发生热水解反应，使大分子、大颗粒的有机物分解为小分子有机物。该罐为连续进泥连续处泥，污泥的反应停留时间为20min，反应充分的污泥再排至闪蒸罐。

污泥由水热反应罐进入闪蒸罐后，由于压力的降低，较大颗粒的污泥在内压的作用下被爆破，污泥颗粒变小。泄压气体通过第四阀12的开启，通过释压管排放至预热浆化罐内。该部分携带热量的气体用于初始污泥的预热作用，节约了能源。闪蒸罐内的压力约3.1bar，释压后污泥温度99℃，经过热水解预处理后的污泥输送至后段的脱水设备进行深度脱水至含水率39.7%。

预热浆化罐、水热反应罐产生的臭气可收集后集中进行处置达标排放。闪蒸罐释放的臭气可内部循环，用于预热浆化罐污泥的预热作用。

通过本处理工艺预处理的污泥，污泥中的一部分细胞物质已经充分水解、从大分子转化为小分子物质。若用于污泥深度脱水减量，可保证利用板框压滤机能达到污泥含水率40%以下，符合后续污泥资源化利用的要求。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.污泥热水解处理系统，包括蒸汽源（16）、依次连通的预热浆化罐（2）、水热反应罐（6）和闪蒸罐（7），所述预热浆化罐、水热反应罐均与蒸汽源连通，所述预热浆化罐的顶部连通有第一排气管（10-1），所述水热反应罐（6）的顶部连通有第二排气管（10-2）；其特征在于，还包括第一泵（3-1）和第二泵（3-2），所述第一泵（3-1）的进料口与预热浆化罐的底部连通，第一泵（3-1）的出料口与预热浆化罐连通而形成循环回路，所述第二泵（3-2）的进料口与水热反应罐的底部连通，第二泵的出料口与水热反应罐连通而形成循环回路。

2.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，所述闪蒸罐的顶部连通有释压管（13），所述释压管的出口端与预热浆化罐连通。

3.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，所述预热浆化罐通过第一进气管（14）与蒸汽源（16）连通，所述第一泵的出料口与第一进气管连通，所述第一泵的下游侧设有仅可向第一进气管打开的第一单向阀（3-3），所述第一进气管上设有仅可向预热浆化罐打开的第二单向阀（3-6），所述第二单向阀位于该连通位置的上游侧。

4.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，所述水热反应罐通过第二进气管（15）与蒸汽源（16）连通，所述第二泵的出料口与第二进气管连通，所述第二泵的下游侧设有仅可向第二进气管打开的第三单向阀（3-4），所述第二进气管上设有仅可向水热反应罐打开的第四单向阀（3-7），所述第四单向阀位于该连通位置的上游侧。

5.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，所述预热浆化罐的出料口与水热反应罐的进料口之间连通有第三泵（5）。

6.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，第一排气管（10-1）上设有第一阀（4-1），第二排气管（10-2）上设有第二阀（4-2）。

7.根据权利要求1所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，所述水热反应罐的出料口与闪蒸罐的进料口之间设有第三阀（8）。

8.根据权利要求1-7任一项所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，还包括与闪蒸罐出料口连通的脱水设备（18）。

9.根据权利要求1-7任一项所述的污泥热水解处理系统，其特征在于，还包括污泥料仓（17）、与污泥料仓连通的第四泵（1），所述第四泵的出料口与预热浆化罐的进料口连通。

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