CN214571449U - 一种处理有机性污泥的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种处理有机性污泥的系统，该系统包括有机污泥临时存储罐，按照有机性污泥流动方向为正方向，有机污泥临时存储罐通过管道依次与有机性污泥预热罐、高温高压热水解罐、固气分离罐、热交换器、高温厌氧消化罐、消化液水处理系统、压滤机连接；所述高温厌氧消化罐通过管道依次与湿式脱硫化氢设备、存储气罐、干式脱硫化氢设备、发电设备连接；还包括制蒸汽设备，制蒸汽设备的入口通过管道与存储气罐的出口连接，制蒸汽设备的出口通过主蒸汽管道分别与有机性污泥预热罐和高温高压热水解罐连接。本实用新型解决了传统厌氧消化工艺效率低，处理水质不稳定，生产出来的可再利用能源回收率过于低下的种种难题。

Description

一种处理有机性污泥的系统
技术领域
本实用新型涉及有机性污泥(活性污泥，食物垃圾等有机性物质)处理领域，具体的说涉及一种结合高温高压热水解工艺与高温厌氧消化工艺有效的处理有机性污泥的系统。
背景技术
污水处理工艺就是对城市生活污水和工业废水进行各种经济、合理、科学、行之有效的处理。污水处理方法大致可分为物理化学、活性污泥、膜过滤等有多种处理方法。其中被广泛应用的方法是活性污泥处理法，它比其他的工艺方法较为经济，特别是在除氮除有机物方面效率更稳定。但另一方面污水经活性污泥处理法处理会产出大量初沉污泥和剩余活性污泥。
早期，由于缺乏污泥排放监管，我国污水处理厂建设存在严重的“重水轻泥”的现象。近年来，飞速增长的污泥总量和巨大的潜在风险，使如何妥善处置污泥问题逐渐成为公众及业内人士共同关注的焦点。对现代的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中最复杂，且最棘手的一部分了。特别是这些通过污水处理系统所衍生出来的初沉污泥及剩余活性污泥含有过高的有机物，并且还可以生产出大量的可再利用能源(CH4),但就是因为它们不具备被微生物易分解的性质，所以至今还没有被广泛应用于工业生产可再利用能源这一方面。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型结合高温高压热水解工艺，先把有机性污泥转换成易被厌氧微生物所分解的物质后，在往高温厌氧消化系统供给，生产出大量的可再利用的能源物质。从而克服了传统工艺厌氧微生物分解率过低，可再利用能源回收率过于低下，处理水质不稳定，且占地面积大，运行成本高等种种难题。
本实用新型大大提升了厌氧消化微生物的消化率的同时水质处理也很稳定，占地面积也可以减缩很多。此外可再利用能源的回收率也显著提升了。从而解决了有机性污泥对环境的负面影响，还大大回收可再利用能源的同时有效得到了污泥减量的双赢。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种处理有机性污泥的系统，包括：有机污泥临时存储罐，按照有机性污泥流动方向为正方向，所述有机污泥临时存储罐通过管道依次与有机性污泥预热罐、高温高压热水解罐、固气分离罐、热交换器、高温厌氧消化罐、消化液水处理系统、压滤机连接；
其中，所述高温厌氧消化罐通过管道还依次与湿式脱硫化氢设备、存储气罐、干式脱硫化氢设备、发电设备连接；
还包括：制蒸汽设备，所述制蒸汽设备的入口通过管道与所述存储气罐的出口连接，所述制蒸汽设备的出口通过主蒸汽管道分别与所述有机性污泥预热罐和高温高压热水解罐连接。
优选的，所述高温高压热水解罐和所述固气分离罐均通过废蒸汽循环管道与所述有机性污泥预热罐连接。
优选的，所述高温厌氧消化罐内设有机械式搅拌器；
且，所述高温厌氧消化罐内的中部与底部通过消化液内循环泵与所述高温厌氧消化罐的上部连通。
优选的，所述高温厌氧消化罐设有氢氧化钠加入口。
利用上述处理有机性污泥的系统处理有机性污泥的方法，包括以下步骤：
Step 1:通过移送泵将有机污泥临时存储罐1内的污泥移送至有机性污泥预热罐；
Step 2:通过主蒸汽管道与废蒸汽循环管道输送的蒸汽预热有机性污泥预热罐内的有机性污泥；
Step 3:预热后的有机性污泥用移送泵移送至高温高压热水解罐，通过主蒸汽管道输送的高温高压蒸汽水解有机性污泥得到有机性污泥热水解液；多余的废蒸汽通过废蒸汽循环管道回流至有机性污泥预热罐；
Step 4:利用高温高压热水解罐内的高压将有机性污泥热水解液输送至固气分离罐，利用固气分离罐分离有机性污泥热水解液中的有机性污泥水解液与水蒸气；通过废蒸汽循环管道将固气分离后的废蒸汽回流至有机性污泥预热罐；
Step 5:利用污泥移送泵将固气分离罐内的高温有机性污泥水解液送入热交换器，将有机性污泥热水解液降温至50～55℃；
Step 6:降温后的有机性污泥水解液进入高温厌氧消化罐，进行高温厌氧消化反应；利用52～55℃高温厌氧消化微生物处理有机性污泥，得到消化液和CH4混合气体；
Step 7:经过高温厌氧消化微生物处理的消化液进入消化液水处理系统；分离固液，并进行除磷(P)除固状物(SS)处理，得到预处理消化液；
Step 8:预处理消化液经压滤机进行固液分离，得到污水和污泥；
Step 9:CH4混合气体通过湿式脱硫化氢设备进行初次提纯，初次提纯后的CH4混合气体经储存气罐进入制蒸汽设备制造蒸汽；和/或进入干式脱硫化氢设备进行二次提纯，然后供给给发电设备进行发电。
优选的，所述Step 2中预热污泥至55-95℃。
优选的，所述Step3中高温高压热水解罐内的温度维持在150～200℃，压力维持在5～20atm。
优选的，所述高温厌氧消化罐中加入浓度小于5％的氢氧化钠，维持pH值不低于7.2。
本实用新型将高温高压热水解罐和固液分离罐的废蒸汽回收管道都连接在有机性污泥预热罐上，防止废蒸汽污染周边环境及提高能源的可再利用率。
高温高压热水解罐与高温厌氧消化罐的升温主要依靠主蒸汽供给管道输送过来的蒸汽。输送的高温高压主蒸汽不单单起升温目的，还具有辅助罐体内物质均匀搅拌的作用。
同时，有机性污泥预热罐，高温高压热水解罐都佩戴内循环泵，达到无死角均匀混合受热。
高温厌氧消化系统的均匀搅拌采用机械式搅拌与回流泵循环达到无死角混合。回流泵采用两路：一路是从消化罐体底部抽到最上部，二路是从消化罐体中间部位抽到最上部。抽到最上部主要有二个原因：第一是可以缓解厌氧消化产生的泡沫(Scum)，第二是能够减轻泵的移送压力，因为厌氧消化液比普通水有过高的粘稠性不易于打出。
高温厌氧消化系统采用52～55℃高温厌氧消化，主要是因为52～55℃高温条件下的厌氧消化微生物(产甲烷菌)的活性比任何温度条件下都优越，所以在此条件下有机污泥的减量率能够达到最高，生产的可再利用能源达到最多，消化速度也最快。但这不是局限，按周边环境均可调节其他温度的厌氧消化。
高温厌氧消化系统设有氢氧化钠(NaOH)投入点，主要是因为厌氧生酸效率远高于甲烷生成，导致制酸微生物活性抑制制甲烷微生物。此时，适当投加碱性氢氧化钠(NaOH)，人为地反抑制制酸微生物，起到系统稳定运营。
通过向消化液水处理系统中添加凝聚剂，实施凝聚反应，使磷反应生成磷沉淀物，达到除磷的效果。
压滤机(8)处理后滤液可以排放到周边污水处理厂，滤饼可以焚烧处理。
所述采用湿式脱硫化氢设备及干式脱硫化氢设备提纯可再利用能源内的甲烷纯度，初期采用湿式脱硫化氢设备提纯的甲烷可以先储藏到存储气罐里，可供给到制蒸汽设备生产大量蒸汽。后续深度采用干式脱硫化氢设备提纯的甲烷可供给到发电设备，进行发电，乃至可销售给天然气供应商。
本实用新型具有如下优点：
1.本实用新型结合高温高压热水解工艺与高温厌氧消化系统，克服了传统工艺的消化率过于低下，可再利用能源回收率过于低下，有机性污泥减量率过于低下，处理水质不稳定，引发周边大气环境污染，经济效应低下，占地面积多的种种问题。
2.本实用新型利用高温高压热水解工艺解决了有机性污泥不易分解，从而引发的厌氧消化微生物不易吸收的种种难题。
3.本实用新型采用全系统封闭式构造，能够实现能源的有效再利用，以及防止臭气扩散导致周边空气污染，大大降低了对周边大气环境的影响。并且使用过的废蒸汽等全部回收到系统内，防止了一次性污染，还节约了能源起到再次利用。
4.本实用新型采用机械式搅拌与泵的回流进行均匀搅拌。此优点在于机械式搅拌弥补回流泵欠缺，相知而言回流泵又弥补了机械式搅拌所达不到的效果。另外采用回流泵抽底送顶部，抽中间送顶部的双流线，减轻回流泵的负荷，更重要的是能起到缓解厌氧消化过程中产生的大量泡沫(Scum)现象。还防止了可再利用混合气体排出口堵塞，导致厌氧消化罐体内憋压危险。
5.本实用新型采用高温厌氧消化系统，大大提升了厌氧反应效率，大大提升了有机性污泥的减量率，也大大提升可再利用能源的回收率，额外大大提升有机性污泥减量同时也获得显著的经济营收双管齐下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，再不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构，比例，大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰，比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本实用新型提供的整体流程结构示意图；
图2为本实用新型提供的高温高压热水解系统的流程结构示意图；
图3为本实用新型提供的高温厌氧消化系统及可再利用能源的提纯-再利用系统的结构示意图；
图4是运营期间污泥投入量与可再利用能源生产量的关系图；
图5是运营期间污泥投入量与可再利用能源中甲烷与二氧化碳所占比例分布图；
图中：1为有机污泥临时存储罐，2为有机性污泥预热罐，3为高温高压热水解罐，4为固气分离罐，5为热交换器，6为高温厌氧消化罐，7为消化液水处理系统，8为压滤机，9为湿式脱硫化氢设备，10为存储气罐，11为干式脱硫化氢设备，12为发电设备，13为制蒸汽设备，14为主蒸汽管道，15为废蒸汽循环管道，16为消化液内循环泵，17为机械式搅拌器。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参考说明书附图1-3，本实用新型提供了一种处理有机性污泥的系统，包括有机污泥临时存储罐(1)，按照有机性污泥流动方向为正方向，有机污泥临时存储罐(1)通过管道依次与有机性污泥预热罐(2)、高温高压热水解罐(3)、固气分离罐(4)、热交换器(5)、高温厌氧消化罐(6)、消化液水处理系统(7)、压滤机(8)连接；
其中，高温厌氧消化罐(6)还通过管道依次与湿式脱硫化氢设备(9)、存储气罐(10)、干式脱硫化氢设备(11)、发电设备(12)连接；
还包括：制蒸汽设备(13)，制蒸汽设备(13)的入口通过管道与存储气罐(10)的出口连接，制蒸汽设备(13)的出口通过主蒸汽管道(14)分别与有机性污泥预热罐(2)和高温高压热水解罐(3)连接。
为了进一步完善上述技术方案，高温高压热水解罐(3)和固气分离罐(4)通过废蒸汽循环管道(15)均与有机性污泥预热罐(2)连接。
为了进一步完善上述技术方案，高温厌氧消化罐(6)内设有机械式搅拌器(17)；且高温厌氧消化罐(6)内的中部与底部通过消化液内循环泵(16)与高温厌氧消化罐(6)的上部连通。
为了进一步完善上述技术方案，高温厌氧消化罐(6)设有氢氧化钠加入口。
采用上述系统处理有机性污泥的方法如下：
1.首先搬运过来有机性污泥存放到有机污泥临时存储罐(1)后，再通过移送泵等移送设备进入到下一个阶段工艺-有机性污泥预热罐(2)；
2.通过移送泵等移送设备进入到有机性污泥预热罐(2)的有机性污泥开始预热，预热的主要热源是主蒸汽管道(15)输送过来的水蒸气与通过废蒸汽循环管道(16)输送过来的废水蒸气这两个热源，高温高压热水解罐(3)和固气分离罐(4)的多余废蒸汽就是通过废蒸汽循环管道(16)输送到有机性污泥预热罐(2)的，水蒸气输送管最好是插在有机性污泥预热罐(2)的底部为最佳，通过内部循环泵的循环，使得有机性污泥均匀受热，从有机性污泥预热罐(2)所排放的废气投放到高温厌氧消化罐(6)内，实现废气的零排放，有机性污泥预热罐(2)内的有机性污泥升温30分钟，温度达到55℃以上了再往高温高压热水解罐里移送，升温30分钟后有机性污泥温度甚至可能会达到90℃以上；
3.从有机性污泥预热罐(2)升温过的有机性污泥将移送进入到高温高压热水解罐(3)内继续升温，这时利用高温高压水蒸气升温至170～180℃，并且压力要达到7～10atm，升温到170～180℃了压力也要维持在7atm以上，充分反应10分钟以上了，再移送给固气分离罐(4)，在这阶段移送是靠高温高压热水解罐(3)内的高压，使得有机性污泥水解液移送至固气分离罐(4)，高温高压热水解罐(3)的升温也采用内部循环泵的循环，使得有机性污泥均匀受热，利用回流泵均匀受热方法与上述有机性污泥预热罐(2)相同，如图2所示，高温高压热水解罐(3)可以是并列多个或是单个运转，个数的选取基于所要处理量而定；
4.通过高温高压热水解的有机性污泥将进入固气分离罐(4)，固气分离罐(4)起的主要作用是让有机性污泥热水解液与水蒸气分离，这时分离出来的废水蒸气将会通过废蒸汽循环管道(16)进入有机性污泥预热罐(2)预热有机性污泥，然后高温高压热水解液通过移送泵进入到热交换器(5)；
5.热交换器(5)把高温的有机性污泥热水解液降温至高温厌氧消化所适宜的温度52～55℃；
6.通过热交换器(5)降温至适宜的热水解液将进入到高温厌氧消化罐(6)，有机性污泥热水解液将通过厌氧消化微生物生化作用产出大量的可再利用能源甲烷，本实用新型工艺提倡高温厌氧消化，因为52～55℃高温厌氧消化同比其他温度段消化率高1.5倍以上，固然生产出来的可再利用能源也提升至1.5倍以上，但这并不意味着厌氧消化系统仅限于52～55℃高温，按周边环境要素可选其它范围温度也无妨，高温厌氧消化罐(6)的均匀混合便采用机械式搅拌器(17)与消化液内循环泵(16)内循环来达成，日处理量小的厌氧消化罐可采用上述两个方式中选一个也即可，采用回流泵内循环时，抽液点各设在厌氧消化罐最底部与中间两个点位，抽完回流排放点统一要求设在厌氧消化罐的最顶部，通过回流液的喷射降解厌氧消化过程中产生的泡沫(Scum)现象；
7.如图3所示，通过高温厌氧消化生成的可再利用能源流经湿式脱硫化氢设备(9)起到初次性提纯工艺，通过初次性提纯可回收的甲烷(CH4)纯度可达到70％以上，然后初次提纯的甲烷将存放入存储气罐(10)内，无间断的稳定供给给制蒸汽设备(13)制的高温高压的水蒸气，源源不断地在自系统供给到充足的升温所需热源；
8.如图3所示，通过这套系统附加想获得经济上的受益，可采用干式脱硫化氢设备(11)进一步除去硫化氢深度提纯甲烷后，利用发电设备(12)转换成另一形态的可利用能源出售给电供应商，另外还可以直接供应给天然气供应商。
图4和图5是采用本实用新型实际运营期间得出的结果。
其中，图4是运营期间污泥投入量与可再利用能源生产量的关系图；
从图4上可以看出污泥投入量约170吨可生产出30,000m3的可再利用能源；
图5是运营期间污泥投入量与可再利用能源中甲烷与二氧化碳所占比例分布图；
如图5所示，可再利用能源中甲烷含量约占60％，二氧化碳约占40％。
经过厌氧消化处理后有机物含量降至10％以下。在经过消化液水处理系统(7)与压滤机(8)后的滤液碳氮比(C/N)可达到20～25:1，适宜做有机施肥。施肥产品碳氮比过高，施入土壤后易造成土壤缺氮，从而影响作物生长发育。这滤液可以通过传统污水处理可妥善得到处理。此外，压滤机(8)压滤出来的滤饼可通过干燥或焚烧，可用于建筑材料，水泥添加料，陶粒，路基材料等。
原料 碳氮比
干麦草 87：1
干稻草 67：1
玉米秸 53：1
落叶 41：1
大豆茎 31：1
花生茎叶 19：1
干青草 26：1
鲜羊粪 29：1
鲜牛粪 25：1
鲜鸡粪 10：1
鲜猪粪 13：1
鲜人粪 3：1
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种处理有机性污泥的系统，其特征在于，包括：有机污泥临时存储罐，按照有机性污泥流动方向为正方向，所述有机污泥临时存储罐通过管道依次与有机性污泥预热罐、高温高压热水解罐、固气分离罐、热交换器、高温厌氧消化罐、消化液水处理系统、压滤机连接；
其中，所述高温厌氧消化罐通过管道还依次与湿式脱硫化氢设备、存储气罐、干式脱硫化氢设备、发电设备连接；
还包括：制蒸汽设备，所述制蒸汽设备的入口通过管道与所述存储气罐的出口连接，所述制蒸汽设备的出口通过主蒸汽管道分别与所述有机性污泥预热罐和高温高压热水解罐连接。
2.根据权利要求1所述的一种处理有机性污泥的系统，其特征在于，所述高温高压热水解罐和所述固气分离罐均通过废蒸汽循环管道与所述有机性污泥预热罐连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种处理有机性污泥的系统，其特征在于，所述高温厌氧消化罐内设有机械式搅拌器；
且，所述高温厌氧消化罐内的中部与底部通过消化液内循环泵与所述高温厌氧消化罐的上部连通。
4.根据权利要求3所述的一种处理有机性污泥的系统，其特征在于，所述高温厌氧消化罐设有氢氧化钠加入口。
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