CN217202477U - 一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，包括给料机构、热水解机构、厌氧消化系统、水泥窑余热机构、沼渣处理机构和沼液处理机构，所述给料机构通过管路与热水解机构连通，热水解机构通过管路与厌氧消化系统连通，厌氧消化系统一端通过管路与连通水泥窑余热机构连通，水泥窑余热机构通过管路与热水解机构连通，厌氧消化系统通过管路与沼渣处理机构和沼液处理机构连通。本实用新型是污泥厌氧消化和水泥窑的完美结合，可以降低厌氧消化80％左右能耗，有效利用了污泥中的有机质资源，实现了污泥无害化、资源化处置，是实现水泥厂碳中和的手段之一。

Description

一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统

技术领域

本实用新型属于污泥利用技术领域，具体涉及一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统。

背景技术

可进行厌氧消化的污泥一般来源于市政污水处理厂，是指在城镇污水处理过程中产生的初沉池污泥和二沉池污泥，含水率高(75％～99％)，有机物含量高，易腐烂。

污泥中含有具有潜在利用价值的有机质，氮、磷、钾和各种微量元素，寄生虫卵、病原微生物等致病物质，铜、锌、铬等重金属，以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有害物质，如不妥善处理，易造成二次污染。

污泥厌氧消化是指在厌氧条件下，通过兼性菌和厌氧细菌等微生物将污泥中的可生物降解的有机物分解为CH4、CO2、H2O和H2S的消化技术。它可以去除废物中30％～50％的有机物并使之稳定化，是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。

厌氧消化可降低污泥中有机物的含量，减少污泥体积，提高污泥的脱水性能。污泥经过浓缩池浓缩后，利用泵提升进入热交换器，然后进入厌氧消化池，在微生物作用下污泥中有机物得到降解。厌氧消化过程产生的沼气经脱水、脱硫后可作为燃料利用。消化稳定后的污泥经脱水形成泥饼外运处置。

污泥厌氧消化有高温厌氧消化和中温厌氧消化两类。高温厌氧消化是指经过浓缩、均质后的污泥(含水率94％～97％)进入高温(53±2℃)厌氧消化池进行厌氧消化，有机物降解率可达40％～50％，对寄生虫(卵)的杀灭率可达 99％，消化时间为10～15d。高温厌氧消化池投配率以7％～10％为宜。高温厌氧消化特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，停留时间短，但需要维持消化池高温运行，能量消耗较大，系统稳定性较差。

中温厌氧消化是指经过浓缩、均质后的污泥(含水率94％～97％)进入中温(35℃±2℃)厌氧消化池进行厌氧消化。中温厌氧消化分为一级中温厌氧消化(停留时间约20d)和二级中温厌氧消化(停留时间约10d)。中温厌氧消化池投配率以5％～8％为宜。中温厌氧消化的特点是消化速率较慢，产气率低，但维持中温厌氧的能耗较少，沼气产能能够维持在较高水平。

污泥厌氧消化的能耗主要用于维持厌氧反应温度及维持污泥泵、污水泵(进出料系统)、搅拌设备和沼气压缩机等设备运转，污泥加热的热耗占全厂热耗的 80％以上。污泥厌氧消化能量消耗较大，运行费用较高，导致该系统推广困难。

水泥厂具有丰富的余热资源，水泥窑窑头烟气除经过余热发电后，排放烟气温度都在90℃以上，风量可达250000～300000Nm3/h；水泥窑窑尾烟气除经过余热发电、原料粉磨、烟气处理后，排放烟气温度都在100℃以上，风量可达 300000～350000Nm3/h。在水泥厂稳定生产情况下，这些烟气产生量很稳定，完全可以用于维持污泥厌氧消化热量来源，可以大幅度降低处理成本。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，通过利用水泥窑废弃的余热资源与污泥厌氧消化技术相结合，降低污泥处置能耗，解决污泥处置难题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，包括给料机构、热水解机构、厌氧消化系统、水泥窑余热机构、沼渣处理机构和沼液处理机构，所述给料机构通过管路与热水解机构连通，热水解机构通过管路与厌氧消化系统连通，厌氧消化系统一端通过管路与连通水泥窑余热机构连通，水泥窑余热机构通过管路与热水解机构连通，厌氧消化系统通过管路与沼渣处理机构和沼液处理机构连通。

进一步的，所述给料机构包括污泥接收仓、螺旋输送机和柱塞泵，污泥接收仓通过管道与螺旋输送机连通，螺旋输送机通过管道与柱塞泵连通，柱塞泵的出口端与热水解机构连通，污泥通过柱塞泵泵入到热水解机构中。

进一步的，所述热水解机构包括热水解调浆罐、热水解罐、闪蒸罐和泥水换热器，热水解调浆罐的进口通过管道与柱塞泵的出口连通，热水解调浆罐的出口通过管道与热水解罐连通，热水解罐通过管道与闪蒸罐连通，闪蒸罐通过管道与泥水换热器连通，泥水换热器的出后与厌氧消化系统连通。

进一步的，所述闪蒸罐与热水解罐之间设有热回收管，闪蒸罐内的热气通过热回收管回收到热水解罐中，泥水换热器与热水解调浆罐之间也设有热回收管，泥水换热器内的热气通过热回收管回收到热水解调浆罐中。

进一步的，所述水泥窑余热机构包括通过管道依次连接的水泥窑、余热回收和余热锅炉，余热锅炉通过管道与热水解罐连通，水泥窑通过管道与泥水换热器连通。

进一步的，所述水泥窑与厌氧消化系统之间还设有沼气净化系统，沼气净化系统的一端通过管道与泥水换热器连通，沼气净化系统的另一端通过管道连接到水泥窑。

进一步的，所述厌氧消化系统与沼渣处理机构、沼液处理机构之间设有脱水系统，厌氧消化系统通过管道与脱水系统连通，脱水系统的一端与沼渣处理机构连通，脱水系统的另一端与沼液处理机构连通。

进一步的，所述沼渣处理机构包括干化系统，干化系统的一端通过输送带或链板机与脱水系统连通，干化系统的另一端与水泥窑连通。

进一步的，所述沼液处理机构包括厌氧氨氧化和水处理，脱水系统分离出的沼液经管道输送到厌氧氨氧化中进行脱氮，脱氮后的沼液通过管道输送到水处理。

采用本实用新型技术方案的优点为：

1、本实用新型是采取利用水泥窑窑头排放的废烟气作为污泥厌氧消化热源，通过烟气、水换热，保持厌氧罐温度，达到污泥厌氧消化处置目的。同时厌氧发酵产生的沼气可以进入水泥窑焚烧，替代部分燃料；也可直接发电，减少系统本身能耗，达到碳减排目的。

2、本实用新型是污泥厌氧消化和水泥窑的完美结合，可以降低厌氧消化80％左右能耗，有效利用了污泥中的有机质资源，实现了污泥无害化、资源化处置，是实现水泥厂碳中和的手段之一。在市政污泥处置项目上实施后，将有效解决污泥处置难题，降低水泥厂能耗，提高项目运行经济效益，实现碳减排。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统。

上述图中的标记分别为：1、给料机构；2、热水解机构；3、厌氧消化系统； 4、水泥窑余热机构；5、沼渣处理机构；6、沼液处理机构；7、沼气净化系统； 8、脱水系统。

具体实施方式

在本实用新型中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，包括给料机构1、热水解机构2、厌氧消化系统3、水泥窑余热机构4、沼渣处理机构5 和沼液处理机构6，所述给料机构1通过管路与热水解机构2连通，热水解机构 2通过管路与厌氧消化系统3连通，厌氧消化系统3一端通过管路与连通水泥窑余热机构4连通，水泥窑余热机构4通过管路与热水解机构2连通，厌氧消化系统3通过管路与沼渣处理机构5和沼液处理机构6连通。

污泥通过给料机构1输送给热水解机构2，水泥窑余热机构4的预热通过管道输送到热水解机构2，水解后的污泥输送到厌氧消化系统3，在厌氧消化池中进行厌氧消化，污泥经厌氧消化系统3分解后产生沼气、沼渣和沼液，沼气经过沼气净化系统净化后输送到水泥窑余热机构4的水泥窑中作为水泥窑的燃料；沼渣和沼液经过脱水系统后，沼渣通过封闭输送带或链板机送入沼渣处理机构5，处理后的沼渣被输送到水泥窑作为水泥窑替代原料进行然绕，沼液通过管路进入沼液处理机构6。

热水解机构2包括热水解调浆罐21、热水解罐22、闪蒸罐23和泥水换热器24，热水解调浆罐21的进口通过管道与柱塞泵13的出口连通，热水解调浆罐21的出口通过管道与热水解罐22连通，热水解罐22通过管道与闪蒸罐23 连通，闪蒸罐23通过管道与泥水换热器24连通，泥水换热器24的出后与厌氧消化系统3连通，污泥经过热水解机构水解后进入厌氧消化系统3中。

闪蒸罐23与热水解罐22之间设有热回收管25，闪蒸罐23内的热气通过热回收管25回收到热水解罐22中，泥水换热器24与热水解调浆罐21之间也设有热回收管25，泥水换热器24内的热气通过热回收管25回收到热水解调浆罐21中，对于闪蒸罐23和泥水换热器24中产生的热气进行再次利用。

水泥窑余热机构4包括通过管道依次连接的水泥窑41、余热回收42和余热锅炉43，余热锅炉43通过管道与热水解罐22连通，余热锅炉43中的高压蒸汽通过管道输送到热水解罐22内对污泥进行换热，水泥窑41通过管道与泥水换热器24连通，水泥窑41排放的热烟气通过管道鼓入到泥水换热器24中，热烟气与泥水换热器24中的水循环和污泥进行换热将水和污泥加热。

水泥窑41与厌氧消化系统3之间还设有沼气净化系统7，沼气净化系统7 的一端通过管道与泥水换热器24连通，沼气净化系统7的另一端通过管道连接到水泥窑41，污泥在厌氧消化系统3反应产出的沼气进入到沼气净化系统7进行净化，净化后的沼气进入到水泥窑41中作为燃料燃烧。

厌氧消化系统3与沼渣处理机构5、沼液处理机构6之间设有脱水系统8，厌氧消化系统3通过管道与脱水系统8连通，脱水系统8的一端与沼渣处理机构5连通，脱水系统8的另一端与沼液处理机构6连通，污泥在厌氧消化系统3 反应产出的沼液和沼渣进入到脱水系统7沼液与沼渣分离，沼液进入到沼液处理机构6，沼渣进入到沼渣处理机构5。

沼渣处理机构5包括干化系统51，干化系统51的一端通过输送带或链板机与脱水系统连通，干化系统51的另一端与水泥窑连通，从脱水系统7输送出来的沼渣输送到干化系统，经干化系统干化的沼渣输送到水泥窑作为水泥窑替代原料进行燃烧，节省其它燃料。

沼液处理机构6包括厌氧氨氧化61和水处理62，脱水系统8分离出的沼液经管道输送到厌氧氨氧化61中进行脱氮，脱氮后的沼液通过管道输送到水处理 62，然后排放。

在污泥进入厌氧消化系统时，需要对热水解后的污泥进行浓度调整，由于分离出的沼液仍然含有微生物，所以分离出的沼液经厌氧氨氧化61脱氮可作为稀释水再次输送到厌氧消化系统3中，若稀释水的温度低可先输送到泥水换热器24中进行加热后再输送到厌氧消化系统3，此处涉及到的输送都采用管道输送。

本实用新型的工作流程为：

首先对城镇污水处理厂污泥进行预处理，采用重力、气浮或机械等方法提高污泥含固率，减少污泥体积，以利于后续处理与处置。污泥预处理及辅助设施主要包括污水处理系统中初沉池和二沉池的污泥存储、浓缩、脱水、输送和计量等环节和相关辅助设施。此环节通常在污水处理厂内建设。

在水泥厂内或周边建设污泥厌氧消化系统，湿污泥进厂后先卸入接收仓，通过螺旋输送机及柱塞泵输送进入热水解单元(热水解机构)。热水解单元用高压蒸汽对污泥进行高温高压蒸煮，溶解胶体，破碎细胞物质，使污泥性质发生改变，杀灭细菌病毒。污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。水解阶段产生的简单可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸(如丙酸、乙酸、丁酸、长链脂肪酸)醇、酮、醛、二氧化碳和氢气等。该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期，在这一过程中，甲烷菌将乙酸(CH₃COOH)和H₂、 CO₂分别转化为甲烷，即沼气。

热水解单元(热水解机构)高压蒸汽取自水泥厂余热发电系统产生的蒸汽。取自水泥厂窑头排放废烟气，鼓入换热器内，将水在换热器内通过与热烟气换热至50～60℃，进入厌氧消化系统，维持厌氧罐温度。

厌氧发酵产生的沼气，经脱硫净化后，可替代水泥厂部分燃料，也可直接用于发电，减少系统能源消耗。厌氧处理后的沼液，由于经过厌氧发酵后，降低了污泥中的有机物的含量，减少了污泥体积，同时提高了污泥的脱水性能。经高压隔膜压滤机进行泥水分离，分离出的液体经污水处理系统处理后，达标排放；分离出的沼渣送入污泥干化系统，最终干化后污泥颗粒。可用于园林绿化，也可直接送入水泥窑内焚烧，替代部分原料消耗。

本实用新型是采取利用水泥窑窑头排放的废烟气作为污泥厌氧消化热源，通过烟气、水换热，保持厌氧罐温度，达到污泥厌氧消化处置目的。同时厌氧发酵产生的沼气可以进入水泥窑焚烧，替代部分燃料；也可直接发电，减少系统本身能耗，达到碳减排目的。

本实用新型是污泥厌氧消化和水泥窑的完美结合，可以降低厌氧消化80％左右能耗，有效利用了污泥中的有机质资源，实现了污泥无害化、资源化处置，是实现水泥厂碳中和的手段之一。在市政污泥处置项目上实施后，将有效解决污泥处置难题，降低水泥厂能耗，提高项目运行经济效益，实现碳减排。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：包括给料机构(1)、热水解机构(2)、厌氧消化系统(3)、水泥窑余热机构(4)、沼渣处理机构(5)和沼液处理机构(6)，所述给料机构(1)通过管路与热水解机构(2)连通，热水解机构(2)通过管路与厌氧消化系统(3)连通，厌氧消化系统(3)一端通过管路与连通水泥窑余热机构(4)连通，水泥窑余热机构(4)通过管路与热水解机构(2)连通，厌氧消化系统(3)通过管路与沼渣处理机构(5)和沼液处理机构(6)连通。

2.如权利要求1所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述给料机构(1)包括污泥接收仓(11)、螺旋输送机(12)和柱塞泵(13)，污泥接收仓(11)通过管道与螺旋输送机(12)连通，螺旋输送机(12)通过管道与柱塞泵(13)连通，柱塞泵(13)的出口端与热水解机构(2)连通，污泥通过柱塞泵(13)泵入到热水解机构(2)中。

3.如权利要求2所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述热水解机构(2)包括热水解调浆罐(21)、热水解罐(22)、闪蒸罐(23)和泥水换热器(24)，热水解调浆罐(21)的进口通过管道与柱塞泵(13)的出口连通，热水解调浆罐(21)的出口通过管道与热水解罐(22)连通，热水解罐(22)通过管道与闪蒸罐(23)连通，闪蒸罐(23)通过管道与泥水换热器(24)连通，泥水换热器(24)的出后与厌氧消化系统(3)连通。

4.如权利要求3所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述闪蒸罐(23)与热水解罐(22)之间设有热回收管(25)，闪蒸罐(23)内的热气通过热回收管(25)回收到热水解罐(22)中，泥水换热器(24)与热水解调浆罐(21)之间也设有热回收管(25)，泥水换热器(24)内的热气通过热回收管(25)回收到热水解调浆罐(21)中。

5.如权利要求3或4所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述水泥窑余热机构(4)包括通过管道依次连接的水泥窑(41)、余热回收(42)和余热锅炉(43)，余热锅炉(43)通过管道与热水解罐(22)连通，水泥窑(41)通过管道与泥水换热器(24)连通。

6.如权利要求5所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述水泥窑(41)与厌氧消化系统(3)之间还设有沼气净化系统(7)，沼气净化系统(7)的一端通过管道与泥水换热器(24)连通，沼气净化系统(7)的另一端通过管道连接到水泥窑(41)。

7.如权利要求6所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述厌氧消化系统(3)与沼渣处理机构(5)、沼液处理机构(6)之间设有脱水系统(8)，厌氧消化系统(3)通过管道与脱水系统(8)连通，脱水系统(8)的一端与沼渣处理机构(5)连通，脱水系统(8)的另一端与沼液处理机构(6)连通。

8.如权利要求7所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述沼渣处理机构(5)包括干化系统(51)，干化系统(51)的一端通过输送带或链板机与脱水系统连通，干化系统(51)的另一端与水泥窑连通。

9.如权利要求8所述的一种污泥厌氧消化与水泥窑结合的协同处置系统，其特征在于：所述沼液处理机构(6)包括厌氧氨氧化(61)和水处理(62)，脱水系统(8)分离出的沼液经管道输送到厌氧氨氧化(61)中进行脱氮，脱氮后的沼液通过管道输送到水处理(62)。

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