申請(qǐng)日2014.01.06
公開(kāi)(公告)日2014.04.09
IPC分類(lèi)號(hào)C02F11/02
摘要
本發(fā)明涉及一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)的預(yù)處理單元，包括均質(zhì)池、設(shè)置在均質(zhì)池內(nèi)的攪拌裝置、厭氧消化菌投放裝置;厭氧消化單元包括一個(gè)或多個(gè)塔式反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器內(nèi)部裝有填料載體，塔式反應(yīng)器設(shè)有加熱控溫裝置，塔式反應(yīng)器設(shè)有沼氣收集裝置，厭氧消化單元設(shè)有自循環(huán)泵;注氧單元包括鼓風(fēng)設(shè)備和好氧消化菌投放裝置;好氧消化單元包括兩個(gè)以上的塔式反應(yīng)器，污泥通過(guò)管道以折流的形式依次流經(jīng)全部塔式反應(yīng)器。本發(fā)明的有益效果：污泥中的固體物可以消解95%以上，最大程度地分解污泥避免二次污染;通過(guò)本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法消解污泥后，污水處理廠的污泥脫水系統(tǒng)可以取消，經(jīng)濟(jì)上合理可行。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)，其特征在于，包括預(yù)處理單元、厭氧消化 單元、注氧單元、好氧消化單元;
所述預(yù)處理單元，包括均質(zhì)池、設(shè)置在均質(zhì)池內(nèi)的攪拌裝置、厭氧消化菌投放裝置;
所述厭氧消化單元包括一個(gè)或多個(gè)塔式反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器內(nèi)部裝有填料載體，塔式反 應(yīng)器設(shè)有加熱控溫裝置，塔式反應(yīng)器設(shè)有沼氣收集裝置，厭氧消化單元設(shè)有自循環(huán)泵;
所述注氧單元包括鼓風(fēng)設(shè)備和好氧消化菌投放裝置;
所述好氧消化單元包括兩個(gè)以上的塔式反應(yīng)器，污泥通過(guò)管道以折流的形式依次流經(jīng)全 部塔式反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述消解系統(tǒng)還包括回流單元，所述 回流單元與好氧消化單元的出口連接;所述回流單元包括膜分離裝置、清水泵和污泥泵;通 過(guò)所述污泥泵，將膜分離裝置分離出來(lái)的污泥回流到預(yù)處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)處理單元還包括加熱控溫 裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧消化單元的自循環(huán)泵， 使塔式反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)上升流速達(dá)到1mm/s以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧消化單元中的塔式反應(yīng) 器高度4-20m、直徑3-15m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧消化單元沼氣收集裝置 前設(shè)有脫硫裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的消解系統(tǒng)，其特征在于，所述好氧消化單元塔式反應(yīng)器的 數(shù)量為2-6個(gè)，塔式反應(yīng)器高度4-20m、直徑3-15m。
8.一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解方法，其特征在于，包括以下步驟：
a.預(yù)處理，包括均質(zhì)，將城市污水處理所產(chǎn)生污泥與厭氧消化菌充分均勻接觸;
b.厭氧消化，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧消化，并收集產(chǎn)生的沼氣;
c.注氧，向厭氧消化反應(yīng)后的污泥注入空氣，并投放好氧消化菌;
d.好氧消化，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行好氧消化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消化方法，其特征在于，所述的消化方法還包括步驟e.回流， 將好氧消化反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，再將分離的污泥回流，進(jìn)行再次預(yù)處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步驟a中，使污泥和厭氧 消化菌維持在30-35℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，通過(guò)燃燒步驟b中收集的沼氣， 使污泥和厭氧消化菌維持在30-35℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步驟b中，所述厭氧消化 菌附著于所述反應(yīng)器的填料載體上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的消化方法，其特征在于，在所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有自循環(huán)泵，使 反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)上升流速達(dá)到1mm/s以上;反應(yīng)溫度維持30-35℃，反應(yīng)時(shí)間為72-96h。
14.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步驟c中，污泥與空氣的 體積比為1:5-1:15。
15.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的消化方法，其特征在于，在所述步驟d中，包括至少兩個(gè) 反應(yīng)器，污泥通過(guò)管道以折流的形式依次流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為24-48h。
說(shuō)明書(shū)
一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于城市污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng) 及方法。
背景技術(shù)
隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高，城市污水處理量逐年增長(zhǎng)，城市污水處理后產(chǎn)生大量 高含水率的污泥。一座10萬(wàn)噸/天的污水處理廠每天產(chǎn)生的脫水污泥約為40噸，1年就是 14600噸;根據(jù)城鄉(xiāng)住房和建設(shè)部2012年一季度的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已建成的污水處理廠3198座， 處理能力達(dá)到1.38億米3/天;產(chǎn)生的污泥(含水率80%)約55200噸/天。
目前國(guó)家《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014-2006)中對(duì)城市污水廠污泥的處置規(guī)定有： 厭氧消化、好氧消化、機(jī)械脫水、干化焚燒和綜合利用5項(xiàng)。然而由于各種原因，國(guó)內(nèi)對(duì)城 市污水處理廠產(chǎn)生的污泥大多數(shù)只限于機(jī)械脫水，脫水后的干污泥的含水率為80-75%，脫水 后的干污泥大都是閑置堆放，任其自然風(fēng)干或隨雨水滲入地下二次污染。
長(zhǎng)期以來(lái)，人們努力通過(guò)各種工藝對(duì)城市污水處理所產(chǎn)生污泥進(jìn)行減量化處理。
公開(kāi)號(hào)為CN1915868的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種城鎮(zhèn)污水污泥減量化、資源化的方法， 利用超聲破解作用使污泥解體，然后結(jié)合厭氧/好氧消化工藝，最后通過(guò)膜分離工藝得到達(dá)標(biāo) 排放的水和有機(jī)液體肥。
公開(kāi)號(hào)為CN101239771的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種水源熱泵與污泥厭氧消化集成方法 及系統(tǒng)，利用水源熱泵實(shí)現(xiàn)污水廠出水中低品位熱能的回收與熱源供應(yīng);城市污水處理廠產(chǎn) 生的污泥進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，被從出水中提取熱量的熱泵提供的熱水加熱，反應(yīng)生成沼氣，沼 氣經(jīng)收集后用于烘干污泥或驅(qū)動(dòng)曝氣鼓風(fēng)機(jī);消化后的污泥通過(guò)機(jī)械脫水、干化等一系列過(guò) 程后獲得干化污泥，可用作優(yōu)質(zhì)肥料或固體燃料。
公開(kāi)號(hào)為CN102241464的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種城市污泥處理方法及其設(shè)備，通過(guò) 加熱濃縮污泥進(jìn)行高溫水解酸化反應(yīng)，然后進(jìn)行溫水解厭氧消化反應(yīng)、中溫產(chǎn)甲烷消化反應(yīng)、 中溫水解厭氧消化反應(yīng)后得到沼氣和消化污泥，將沼氣進(jìn)行脫硫處理將消化污泥進(jìn)行脫水， 產(chǎn)生脫水污泥和消化液。
然而上述現(xiàn)有技術(shù)對(duì)城市污水處理所產(chǎn)生污泥處理的結(jié)果只能實(shí)現(xiàn)污泥減量，后續(xù)依然 需要膜分離、機(jī)械脫水等方法對(duì)剩余污泥處理，不能實(shí)現(xiàn)污泥的完全或絕大部分消解。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)和 方法，通過(guò)本系統(tǒng)處理后，可以將城市污水處理所產(chǎn)生污泥全部或絕大部分(95%以上)消解， 從根本上解決污泥二次污染問(wèn)題，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義;同時(shí)，使用本系統(tǒng)以后，可以 取消污水處理廠的污泥脫水系統(tǒng)，從而使整套系統(tǒng)的投入和運(yùn)行費(fèi)用在經(jīng)濟(jì)上具備可行性。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
(1)一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)，包括預(yù)處理單元、厭氧消化單元、注氧單 元、好氧消化單元;
所述預(yù)處理單元，包括均質(zhì)池、設(shè)置在均質(zhì)池內(nèi)的攪拌裝置、厭氧消化菌投放裝置;
所述厭氧消化單元包括一個(gè)或多個(gè)塔式反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器內(nèi)部裝有填料載體，塔式反 應(yīng)器設(shè)有加熱控溫裝置，塔式反應(yīng)器設(shè)有沼氣收集裝置，厭氧消化單元設(shè)有自循環(huán)泵;
所述注氧單元包括鼓風(fēng)設(shè)備和好氧消化菌投放裝置;
所述好氧消化單元包括兩個(gè)以上的塔式反應(yīng)器，污泥通過(guò)管道以折流的形式依次流經(jīng)全 部塔式反應(yīng)器。
(2)根據(jù)(1)所述的消解系統(tǒng)，所述消解系統(tǒng)還包括回流單元，所述回流單元與好氧消化 單元的出口連接;所述回流單元包括膜分離裝置、清水泵和污泥泵;通過(guò)所述污泥泵，將膜 分離裝置分離出來(lái)的污泥回流到預(yù)處理單元。
(3)根據(jù)(1)或(2)所述的消解系統(tǒng)，所述預(yù)處理單元還包括加熱控溫裝置。
(4)根據(jù)(1)-(3)任一項(xiàng)所述的消解系統(tǒng)，所述厭氧消化單元的自循環(huán)泵，使塔式反應(yīng)器 內(nèi)循環(huán)上升流速達(dá)到1mm/s以上。
(5)根據(jù)(1)-(4)任一項(xiàng)所述的消解系統(tǒng)，所述厭氧消化單元中的塔式反應(yīng)器高度 4-20m、直徑3-15m。
(6)根據(jù)(1)-(5)任一項(xiàng)所述的消解系統(tǒng)，所述厭氧消化單元沼氣收集裝置前設(shè)有脫硫 裝置。
(7)根據(jù)(1)-(6)任一項(xiàng)所述的消解系統(tǒng)，所述好氧消化單元塔式反應(yīng)器的數(shù)量為2-6個(gè)， 塔式反應(yīng)器高度4-20m、直徑3-15m。
(8)一種城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解方法，包括以下步驟：
a.預(yù)處理，包括均質(zhì)，將城市污水處理所產(chǎn)生污泥與厭氧消化菌充分均勻接觸;
b.厭氧消化，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧消化，并收集產(chǎn)生的沼氣;
c.注氧，向厭氧消化反應(yīng)后的污泥注入空氣，并投放好氧消化菌;
d.好氧消化，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行好氧消化。
(9)根據(jù)(8)所述的消化方法，所述的消化方法還包括步驟e.回流，將好氧消化反應(yīng) 后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，再將分離的污泥回流，進(jìn)行再次預(yù)處理。
(10)根據(jù)(8)或(9)所述的消化方法，在所述步驟a中，使污泥和厭氧消化菌維持 在30-35℃。
(11)根據(jù)(8)-(10)任一項(xiàng)所述的消化方法，通過(guò)燃燒步驟b中收集的沼氣，使污 泥和厭氧消化菌維持在30-35℃。
(12)根據(jù)(8)-(11)任一項(xiàng)所述的消化方法，在所述步驟b中，所述厭氧消化菌附 著于所述反應(yīng)器的填料載體上。
(13)根據(jù)(8)-(12)任一項(xiàng)所述的消化方法，在厭氧消化的反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有自循環(huán)泵， 使反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)上升流速達(dá)到1mm/s以上;反應(yīng)溫度維持30-35℃，反應(yīng)時(shí)間為72-96h。
(14)根據(jù)(8)-(13)任一項(xiàng)所述的消化方法，在所述步驟c中，污泥與空氣的體積 比為1:5-1:15。
(15)根據(jù)(8)-(14)任一項(xiàng)所述的消化方法，在所述步驟d中，包括至少兩個(gè)反應(yīng) 器，污泥通過(guò)管道以折流的形式依次流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為24-48h。
本發(fā)明提供的城市污水處理所產(chǎn)生污泥的消解系統(tǒng)，按照消解工藝步驟依次設(shè)置有預(yù)處 理單元、厭氧消化單元、注氧單元、好氧消化單元和回流單元。
所述預(yù)處理單元，包括均質(zhì)池、設(shè)置在均質(zhì)池內(nèi)的攪拌裝置、厭氧消化菌投放裝置和加 熱控制裝置，城市污水處理所產(chǎn)生污泥輸送到均質(zhì)池后，通過(guò)厭氧消化菌投放裝置投放厭氧 消化菌，由設(shè)置在均質(zhì)池內(nèi)的攪拌裝置攪拌使污泥成分均勻、防止沉淀、污泥和厭氧消化菌 充分均勻接觸，同時(shí)通過(guò)加熱控溫裝置加熱均質(zhì)池，使污泥和厭氧消化菌維持在適宜溫度(例 如30-35℃)。
經(jīng)過(guò)預(yù)處理單元處理后的污泥和厭氧消化菌輸送到厭氧消化單元，所述厭氧消化單元包 括一個(gè)或多個(gè)塔式反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器優(yōu)選高度4-20m、直徑3-15m，塔式反應(yīng)器的個(gè)數(shù)根據(jù) 處理量的大小確定，多個(gè)塔式反應(yīng)器可以串聯(lián)或并聯(lián);塔式反應(yīng)器內(nèi)部裝有填料載體，填料 載體可以是固定在塔式反應(yīng)器內(nèi)部，也可以是活動(dòng)的填料載體，懸浮分散于污泥中;厭氧消 化單元設(shè)有自循環(huán)泵，使塔式反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)上升流速達(dá)到1mm/s以上;塔式反應(yīng)器設(shè)有加熱 控溫裝置，使反應(yīng)溫度維持在適宜溫度(例如30-35℃);塔式反應(yīng)器設(shè)有沼氣收集裝置，收 集、儲(chǔ)存和輸送厭氧消化反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣;根據(jù)污泥的具體情況，必要時(shí)在沼氣收集裝置前 增加脫硫裝置，將沼氣脫硫后再行收集、儲(chǔ)存和輸送;沼氣可以用于加熱預(yù)處理單元的均質(zhì) 池、厭氧消化單元的塔式反應(yīng)器，也可以收集作為清潔能源使用。設(shè)置在塔式反應(yīng)器內(nèi)部的 填料載體，是微生物固定的媒介，通俗講就是使微生物在載填料體上“安家落戶(hù)”，這樣就能 夠保證反應(yīng)器中有足夠的微生物群體，每個(gè)填料載體及附著在其表面的微生物群體就是一個(gè) 微型生物反應(yīng)器，污泥經(jīng)過(guò)填料載體就被其上的微生物分解。載體的比表面積越大，微生物 的群體就越多，分解污泥或污水中的有機(jī)物的能力就越強(qiáng)，處理效率就越高。自循環(huán)泵確保 塔式反應(yīng)器內(nèi)的污泥充分流動(dòng)并與填料載體上附著的微生物充分接觸反應(yīng)。污泥在厭氧消化 單元的反應(yīng)時(shí)間為72-96h。污泥經(jīng)厭氧消化單元反應(yīng)后，可以消解污泥中的有機(jī)物80-90%。
污泥在厭氧消化單元充分進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)后，進(jìn)入注氧單元。所述注氧單元通過(guò)鼓風(fēng) 設(shè)備(例如鼓風(fēng)機(jī)、氣泵)向厭氧消化反應(yīng)后的污泥注入空氣和好氧消化菌，氣流提供動(dòng)力， 污泥與空氣的體積比為1:5-1:15。
注入空氣和好氧消化菌后的污泥進(jìn)入好氧消化單元，所述好氧消化單元包括兩個(gè)以上的 塔式反應(yīng)器，污泥通過(guò)管道以折流(即污泥從一個(gè)塔式反應(yīng)器底部流入、頂部流出，然后從 下一個(gè)塔式反應(yīng)器底部流入、頂部流出)的形式依次流經(jīng)數(shù)個(gè)塔式反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的斷 面與折流管的斷面面積相差極大，空氣進(jìn)入反應(yīng)器后在折流管中質(zhì)量傳遞效率極高，使得空 氣中氧的溶解率也極高，溶解氧的效率高使得好氧微生物的生長(zhǎng)及其旺盛，也使得污水或污 泥中的有機(jī)物分解的效率極高。通過(guò)折流的方式，可以使好氧消化單元水中的溶解氧要比常 規(guī)好氧處理裝置提高2-3倍。水中溶解氧的提高是隨著反應(yīng)器串聯(lián)的數(shù)量增加而提高的，但 是反應(yīng)器數(shù)量串聯(lián)越多則動(dòng)力能耗也越高，平衡溶解氧效率提高和反應(yīng)器串聯(lián)數(shù)量增加導(dǎo)致 動(dòng)力能耗之間的關(guān)系，本發(fā)明優(yōu)選好氧消化單元塔式反應(yīng)器的數(shù)量為2-6個(gè)，塔式反應(yīng)器優(yōu) 選高度4-20m、直徑3-15m，更優(yōu)選高度8-15m、直徑5-12m。所述好氧消化單元設(shè)有氣水分 離裝置，確保剩余空氣得到安全分離。污泥在好氧消化單元的反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為 24-48h。
污泥經(jīng)厭氧好氧消化單元反應(yīng)后，可以消解污泥中的固體物95%以上。
從好氧消化單元流出的出水已經(jīng)基本沒(méi)有固體物，長(zhǎng)期積累可能會(huì)有沒(méi)有消解完的固體 物，從好氧消化單元流出的出水進(jìn)入回流單元，所述回流單元包括膜分離裝置、清水泵和污 泥泵，分離出的清水由清水泵回流到污水處理廠的曝氣池，少量污泥由污泥泵回流到預(yù)處理 單元。
本發(fā)明具有以下有益效果：污泥中的固體物可以消解95%以上，最大程度地分解污泥避 免二次污染;通過(guò)本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法消解污泥后，污水處理廠的污泥脫水系統(tǒng)可以取 消，經(jīng)濟(jì)上合理可行。本發(fā)明方法直接處理污水廠污泥、節(jié)省現(xiàn)有技術(shù)處理污泥工藝環(huán)節(jié), 節(jié)省投資與運(yùn)營(yíng)成本。
