申請日2015.07.09

　　公開(公告)日2016.04.27

　　IPC分類號C02F11/10; C02F11/04

　　摘要

　　一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置，包括都設有攪拌裝置的預熱釜、反應釜和泄壓釜，以及提供蒸汽的蒸汽供應系統(tǒng)。其特征是：預熱釜和反應釜蒸汽進口(8、15)均設置在側壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;泄壓釜為罐體設有水冷夾層的閃蒸釜，通過溫度探測與水量控制連鎖裝置控制夾層水開啟時刻和流量，泄壓釜回流蒸汽管道與蒸汽供應系統(tǒng)的直通管道并聯(lián)且保持連通狀態(tài);預熱釜和反應釜內(nèi)攪拌機的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀。本實用新型可最大程度地提高污泥厭氧消化產(chǎn)氣率和處理量，并降低建設成本和運行成本，而且可處理污泥含固率高(15%~12%)、有機質(zhì)含量范圍廣(35%~60%)。

　　權利要求書

　　1.一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置，包括以污泥輸料系統(tǒng)依次連接的儲泥斗、預熱釜、反應釜和泄壓釜，所述的預熱釜、反應釜和泄壓釜都設有攪拌裝置，以及給預熱釜和反應釜提供蒸汽的蒸汽供應系統(tǒng)，其特征在于：

　　所述的預熱釜蒸汽進口(8)和反應釜蒸汽進口(15)均設置在側壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;

　　所述的泄壓釜為罐體設有水冷夾層的閃蒸釜，泄壓釜蒸汽出口(19)設置在釜頂并有回流管道連通至所述預熱釜蒸汽進口(8)，該回流管道與蒸汽供應系統(tǒng)的直通管道并聯(lián);

　　所述的預熱釜和反應釜內(nèi)攪拌機的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀;

　　所述的預熱釜和反應釜均在頂端設有排氣閥，預熱釜頂端還設有出泥加壓泵，反應釜頂端還設有安全閥。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置，其特征在于：所述的泄壓釜在罐體水冷夾層的進水管道上設有溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置，其特征在于：所述的污泥輸料系統(tǒng)通過第一螺旋輸送機(2)和垂直提升機(3)從儲泥斗(1)輸送污泥至預熱釜進口(4)、通過第二螺旋輸送機(10)將預熱釜出口(9)的污泥輸送至反應釜進口(11)、通過管道將反應釜出口的污泥輸送至泄壓釜進口(17)、通過管道和螺桿泵(24)將泄壓釜出口(23)污泥直接輸送至厭氧池。

　　說明書

　　一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置

　　技術領域

　　本實用新型涉及一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置。

　　背景技術

　　國內(nèi)外主要的污泥處置方式有填埋、焚燒、堆肥、厭氧消化等。填埋因污泥抗剪強度差、含水率和有機質(zhì)含量高，不僅占用大量的土地資源，而且導致滲濾液問題，正被逐步限制和禁止;堆肥和焚燒則分別受困于土地、資金和二次污染問題，其大規(guī)模推廣應用阻力重重;厭氧消化則因具備回收潛在能量和降低環(huán)境危害的雙重功能而成為目前國際上首推的主流技術。

　　由于傳統(tǒng)厭氧消化普遍存在消化速率低、停留時間長(20～30d)、處理效率低(揮發(fā)性固體(VS)的去除率30%～40%)等不足，為改善這種現(xiàn)狀，近年來人們對污泥的厭氧消化的過程展開了大量研究。

　　研究表明，污泥厭氧消化反應過程分為三個步驟：即水解、酸化和甲烷化，其中水解過程耗時最長，為厭氧消化的限速步驟，水解效率低直接導致了污泥在厭氧消化過程中存在停留時間長、降解效率低等缺點。污泥中的有機物大部分是微生物的細胞物質(zhì)，被細胞壁所包裹，由于細胞壁的存在，微生物對污泥的水解情況直接影響消化反應的效果。提高污泥水解率的主要方法就是對剩余污泥進行強化預處理，擊破細胞壁，從而使胞內(nèi)有機物質(zhì)從固相轉(zhuǎn)移到液相，實現(xiàn)微生物對有機物降解轉(zhuǎn)化。目前普遍采用的方法有化學法、生物法和熱處理法等，其中熱處理法研究較多。

　　基于國內(nèi)城市污泥有機質(zhì)含量普遍偏低的現(xiàn)狀(大部分在30%～60%之間)，加之熱水解具備高效的水解效率、良好的滅菌除臭效果及高固含量進料等優(yōu)勢，近幾年國內(nèi)出現(xiàn)幾處“高溫熱水解+厭氧消化”工程案例，如“湖北襄陽污泥處置工程”、“長沙市污泥集中處置工程”等，其中在熱水解環(huán)節(jié)的設計更是呈現(xiàn)出多樣化，處理效果也是莫衷一是、眾口難調(diào)。盡管如此，由于熱水解設備正處于單純依靠進口和由進口轉(zhuǎn)型為國產(chǎn)的初級階段，因此各種嘗試都將成為積極探索，可能為后來者提供重要參考和啟示。而如何在前人的基礎上通過進一步優(yōu)化或創(chuàng)新來真正實現(xiàn)污泥熱水解設備國產(chǎn)化，并有效解決我國中低有機質(zhì)污泥的高效厭氧消化難題，將是行業(yè)有識之士不斷努力和追求的目標。

　　實用新型內(nèi)容

　　本實用新型所要解決的技術問題，就是提供一套基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置。采用本實用新型的裝置，可最大程度地提高污泥厭氧消化產(chǎn)氣率和處理量，并降低建設成本和運行成本。

　　解決上述的技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

　　一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預處理裝置，包括以污泥輸料系統(tǒng)依次連接的儲泥斗、預熱釜、反應釜和泄壓釜，所述的預熱釜、反應釜和泄壓釜都設有攪拌裝置，以及給預熱釜和反應釜提供蒸汽的蒸汽供應系統(tǒng)，其特征是：

　　所述的預熱釜蒸汽進口8和反應釜蒸汽進口15均設置在側壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;

　　所述的泄壓釜為罐體設有水冷夾層的閃蒸釜，泄壓釜蒸汽出口19設置在釜頂并有回流管道連通至所述預熱釜蒸汽進口8，該回流管道與蒸汽供應系統(tǒng)的直通管道并聯(lián);

　　所述的預熱釜和反應釜內(nèi)攪拌機的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀;

　　所述的預熱釜和反應釜均在頂端設有排氣閥，預熱釜頂端還設有出泥加壓泵，反應釜頂端還設有安全閥。

　　所述的泄壓釜在罐體水冷夾層的進水管道上設有溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置。

　　所述的污泥輸料系統(tǒng)通過第一螺旋輸送機2和垂直提升機3從儲泥斗1輸送污泥至預熱釜進口4、通過第二螺旋輸送機10將預熱釜出口9的污泥輸送至反應釜進口11、通過管道將反應釜出口的污泥輸送至泄壓釜進口17、通過管道和螺桿泵24將泄壓釜出口23污泥直接輸送至厭氧池。

　　污水廠脫水污泥進入預熱釜的同時，向預熱釜加入泄壓釜夾層出口22熱水或污水廠濃縮池污泥，將污泥稀釋至含固率15%～12%，關閉預熱釜進口4，開啟預熱釜攪拌泵6和底部預熱釜蒸汽進口8，預熱10～15min;

　　預熱結束后，關閉預熱釜攪拌泵6，打開預熱釜底部出口9，污泥自動或在預熱釜氣壓泵5作用下落入螺旋輸送機后進入反應釜，關閉預熱釜出口9，預熱釜開始第二階段進泥，待污泥閃蒸開始時再開啟攪拌;

　　關閉反應釜進口11，開啟反應釜攪拌泵12和底部蒸汽進口15，反應20～30min;

　　反應結束后，關閉反應釜攪拌泵12和蒸汽進口15，打開反應釜出口16和泄壓釜進口17，通過調(diào)控溫度探測與水量控制連鎖裝置使反應釜污泥快速壓入泄壓釜，同時閃蒸蒸汽由頂端出汽口19循環(huán)回用，然后關閉反應釜出口16，反應釜開始第二階段進泥，并開啟攪拌和蒸汽;

　　當反應釜污泥完全進入泄壓釜后，關閉泄壓釜進口17，繼續(xù)冷卻(夾層通水加攪拌)至50～60℃，控制時間在10～15min;

　　關閉反應釜攪拌泵18，打開反應釜出口23，由螺桿泵24將流態(tài)污泥直接輸送至厭氧消化池。

　　所述的從蒸汽供應系統(tǒng)直接進入反應釜和預熱釜的蒸汽溫度為165℃。

　　所述的泄壓釜蒸汽出口19回流管道保持連通狀態(tài)、直通管道在預熱釜溫度不足時開啟。

　　所述的反應釜和泄壓釜可處于同一水平面(壓差輸料)，同時充分利用螺旋輸送機10輸送半固態(tài)物料的設置特性(最大傾斜角度20°)，最大程度地降低預熱釜和提升機3的抬升高度。

　　所述的泄壓釜為帶夾層結構的常壓釜，具備調(diào)節(jié)釜內(nèi)溫度和冷卻污泥的雙重功能，通過在不同時刻打開夾層進水口21和出水口22、以及調(diào)節(jié)進水流量來達到一個最佳的閃蒸破壁效果，可采用溫度探測與水量控制連鎖裝置控制調(diào)節(jié);所述泄壓釜出水溫度40～80℃，可回用于稀釋預熱釜污泥、后續(xù)厭氧池保溫或沼渣干化等，泄壓釜出泥可不經(jīng)過換熱器直接通入?yún)捬醭亍?/P>

　　所述的溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置，首先初始化分析夾層進水流量與釜內(nèi)溫度的相關性、進而生成流量與溫度的函數(shù)公式、最后通過設置釜內(nèi)溫度值可自動調(diào)節(jié)至相應進水流量。

　　工作原理：

　　污水廠含固率20%污泥經(jīng)儲泥斗1通過水平螺旋輸送機2和垂直提升機3由進口4進入預熱釜，同時向釜內(nèi)加稀泥或回用熱水稀釋污泥至含固率15%～12%，進泥完成后由底部蒸汽進口8進汽并開始攪拌，當釜內(nèi)溫度接近100℃時排汽或停汽(鍋爐蒸汽)，保持溫度10～15min;預熱釜出口9出泥經(jīng)上傾螺旋輸送機10進入反應釜，進泥完成后由底部蒸汽進口15連續(xù)進汽并開始攪拌，保證釜內(nèi)污泥溫度達到165℃并反應20～30min;利用反應釜和泄壓釜之間的壓差，在數(shù)分鐘之內(nèi)將預熱釜污泥壓入泄壓釜，析出的蒸汽經(jīng)頂部蒸汽出口19回用于預熱釜，同時利用攪拌泵18和夾層20冷卻水對污泥進行快速冷卻，冷卻10～15min后的50～60℃污泥可不經(jīng)過換熱器直接泵入后續(xù)厭氧池反應。

　　上述污泥由預熱釜進入反應釜后，第二批次污泥開始進入預熱釜，前10～15min不通蒸汽，污泥可充分吸收釜內(nèi)余熱達到一定溫度，后10～15min開始接受閃蒸過程中產(chǎn)生的析出蒸汽預熱(必要時可補充鍋爐蒸汽);預熱完成后進入反應釜，反應釜內(nèi)殘余的熱量加上開始通入的高溫蒸汽能更好的使污泥達到最佳的反應狀態(tài);而泄壓釜在等待進泥的10～15min內(nèi)，已由夾層冷卻水將釜內(nèi)溫度降至常溫，故能與反應釜之間形成穩(wěn)定有效的壓差。因此該系統(tǒng)具有連續(xù)運行的潛力。

　　上述系統(tǒng)能量利用率能達到90%以上。

　　本實用新型具有如下優(yōu)點和效果：

　　(1)工藝簡單，建設成本低。本系統(tǒng)僅有預熱釜、反應釜和泄壓釜3個罐及其附屬設備設施，且泄壓釜兼具閃蒸和冷卻換熱的雙重功能，流程相對簡單，設備成本可控;此外，反應釜和泄壓釜可處于同一水平面(壓差輸料)，同時充分利用螺旋輸送機輸送半固態(tài)物料的設置特性(最大傾斜角度20°)，可最大程度地降低預熱釜和提升機的抬升高度，從而降低土建成本。

　　(2)能量利用率高，蒸汽消耗省。進入預熱釜和反應釜的蒸汽均由底部通入，在上升過程中逐漸與攪拌的泥水混合物接觸融合，進而達到良好的加熱效果;利用泄壓釜溫度探測與水量控制連鎖裝置合理調(diào)節(jié)夾層水流來控制釜內(nèi)溫度，不僅可達到一個最佳的閃蒸破壁效果，而且能產(chǎn)生足夠壓力的析出蒸汽由釜頂回流至預熱釜;預熱釜和泄壓釜在等待污泥處理的15min內(nèi)，前者的余熱傳遞給釜內(nèi)污泥，后者的余熱則以冷卻水的形式回用于其它途徑。

　　(3)進泥含固率高(12%～20%)。對于水解前粘性半固態(tài)污泥，主要采用螺旋輸送機完成污泥由儲泥斗至預熱釜、預熱釜至反應釜的輸送，對于水解后流態(tài)污泥，則采用螺桿泵完成輸送;針對預熱釜和反應釜內(nèi)半固態(tài)粘性污泥攪拌問題，采用螺旋盤繞狀攪拌槳，可有效減小攪拌高粘度物料的旋轉(zhuǎn)阻力。

　　(4)本技術主要適用于國內(nèi)中低有機質(zhì)高含固污泥或其它有機廢棄物厭氧消化預處理，但同時也適用于高有機質(zhì)高含固污泥或其它有機廢棄物，不僅能夠極大的提高后續(xù)厭氧產(chǎn)氣率，而且有利于后續(xù)沼渣的安全處置。