CN106044904B - 一种高浓有机废水的热活化处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高浓有机废水的热活化处理设备及方法，所述设备包括有：水平设置的底座，设置在底座上的打料泵、预热冷却器和高温水解罐，以及用于控制各部分的控制单元，在预热冷却器和高温水解罐之间设有喷射加热器；在预热冷却器的内部设有两个螺旋式通道，即第一通道和第二通道，第一通道的底部与打料泵的出料端相连，第一通道的顶部与喷射加热器的进料端相连通，第二通道的进料端通过水解料管与高温水解罐顶部的出料口相连通，第二通道的出料端与外排管道相连通。本发明可大大改善高浓废水的厌氧消化性，提高消化效率，增加甲烷产量，同时还可杀死污泥中的病原菌，提高后续厌氧消化过程中有机物的转化率。

Description

一种高浓有机废水的热活化处理设备及方法

技术领域

本发明涉及一种热活化处理设备及热活化处理方法，具体地说是一种高浓有机废水的热活化处理设备及方法。

背景技术

发酵行业废菌渣液及化工行业废水中均含有大量的有机污染物、残留菌、营养物质和一些难以被分解的大分子有机物，若含高浓有机质的废水不经过处理或只经过简单的沉降直接进入厌氧池，废菌渣或化工废水中的上述物质会对厌氧菌造成危害进而延长厌氧处理的时间，影响厌氧处理的效果，增大后续生化处理的难度。因此，在进入厌氧池之前，需要对含高浓有机质的废水进行处理。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种高浓有机废水的热活化处理设备，以解决直接将高浓废水进行厌氧处理时处理时间长、处理效果差及处理难度大的问题。

本发明的目的之二就是提供一种高浓有机废水的热活化处理方法，以改善高浓有机废水的厌氧消化性能，提高其消化效率，加快后续处理工艺的进程。

本发明的目的之一是这样实现的：一种高浓有机废水的热活化处理设备，包括有：水平设置的底座，设置在所述底座上的打料泵、预热冷却器和高温水解罐，以及用于控制各部分的控制单元，在所述预热冷却器和高温水解罐之间设有喷射加热器，在所述喷射加热器上设有蒸汽管道，在所述蒸汽管道上设有蒸汽阀门；

在所述打料泵的进料端设置有三条管路，其中，第一路与高浓废水储罐相连通，第二路与催化剂储罐相连通，第三路与清洗罐相连通，在所述打料泵的出料端与所述高浓废水储罐的顶部之间设有回流管，在所述回流管上设有回流阀；

在所述预热冷却器的内部设有两个螺旋式通道，分别为第一通道和第二通道；

所述第一通道的底部通过管道与所述打料泵的出料端相连，所述第一通道的顶部通过管道与所述喷射加热器的进料端相连通，所述喷射加热器的出料端通过高温料管与所述高温水解罐底部的进料口相连通，在所述高温料管上设有三通阀二，三通阀二的进口与所述喷射加热器相连通，三通阀二的第一出口与所述高温水解罐底部的进料口相连通；

所述第二通道的进料端通过水解料管与所述高温水解罐顶部的出料口相连通，在所述水解料管上设有三通阀一，三通阀一的第一进口与所述高温水解罐顶部的出料口相连通，三通阀一的出口与所述第二通道的顶部相连通；在所述第二通道的出料端设有三通阀三，三通阀三的进口与第二通道的底部相连通，三通阀三的第一出口与外排管道相连通，三通阀三的第二出口通过管道与所述清洗罐的顶部相连通；

在所述三通阀一的第二进口和所述三通阀二的第二出口之间设置有连接管。

本发明设备中，在所述第一通道和所述第二通道上均设有放空阀和排污阀。

本发明设备中，在所述高温水解罐的罐体外侧设置有爬梯，在所述高温水解罐的顶部设有检修平台，所述喷射加热器位于所述检修平台的上方。

本发明设备中，所述打料泵设置为两台，两台所述打料泵并联连接。

本发明的热活化设备可将高浓有机废水中的微生物絮体解体、微生物细胞破碎，从而使细胞中的有机物质（如蛋白质、脂肪、碳水化合物等）释放出来，并进一步将这些物质水解，水解得到的中间产物更适合作为微生物生长的基质，由此，使其物理化学性质发生变化，使其厌氧消化性能大大改善，并可提高其消化效率，增加甲烷产量，加快后续处理工艺的进程，并极大地减少废渣的产生量，减轻了处理压力和处理成本。本发明设备还可杀死废水中的病原菌，提高后续厌氧消化过程中有机物的转化率。

本发明的设备结构设计巧妙，制作精密，热能利用率高，设备内部结构无死角、不存料，可实现在线清洗，不结垢，阻力小，且自动化程度高，可实现在无人控制的情况下连续运转。

另外，本发明的设备采用集成化设计，出厂前整机调试，整体运输，使用时，用户只需要将相应接口与相应管路连接即可，大大减少了用户的现场工程量。

本发明的目的之二是这样实现的：一种高浓有机废水的热活化处理方法，包括以下步骤：

a、设置一套如上所述的高浓有机废水的热活化处理设备；

b、将打料泵与高浓废水储罐、催化剂储罐分别接通，并将回流阀开至最大，然后将喷射加热器上的蒸汽阀门开至最大，再将三通阀二的进口与第一出口连通，三通阀一的第一进口与出口连通，三通阀三的进口与第一出口连通，使高浓废水储罐、打料泵、预热冷却器的第一通道、喷射加热器、高温水解罐、预热冷却器的第二通道以及外排管道之间形成连通的料液处理通道；

c、开启打料泵，料液和催化剂混合后经预热冷却器的第一通道进入喷射加热器中，此时从蒸汽管道进入喷射加热器内的蒸汽被压缩成高压饱和水，并与进来的料液和催化剂瞬间混合使其升温，升温后的料液和催化剂经高温料管从高温水解罐底部的进料口进入罐内，控制单元根据喷射加热器出口处的物料温度自动调节打料泵的回流阀开度；

d、随着进入高温水解罐内的物料逐渐增多，液面逐渐上升，在上升过程中，物料中的微生物絮体逐渐解体，微生物细胞逐渐破碎，细胞中的有机物质逐渐释放出来并进一步水解，物料中的病原菌也逐渐被消灭；当料液充满整个高压水解罐之后，上升至顶部的物料已经完全水解，并从高温水解罐顶部的出料口排出；

e、从高温水解罐顶部的出料口排出的水解料液通过水解料管进入预热冷却器的第二通道，在第二管道中自上而下流动，并与此时正在第一管道中自下而上流动的低温未水解料液发生热交换，将热量传递给低温未水解料液，将其预热，而自身则降温冷却，降温后的水解料液通过外排管道排出；此后，高温水解罐处于满罐状态，物料不断地从罐体底部进入罐内，在罐内水解后从罐体顶部排出，整个***进入正常工作状态；

f、点击自控屏幕，将***切换至“自动”状态，此时，***处于完全自控的状态，由控制单元根据各点处物料的温度和压力的变化，自动调节蒸汽进量、料液进量和催化剂进量；

g、当所有料液处理完后，关闭蒸汽阀门，将***切换至“清洗”状态，此时，打料泵与高浓废水储罐之间的管道和打料泵与催化剂储罐之间的管道自动关闭，打料泵与清洗罐之间的管道自动接通，同时，三通阀一、三通阀二和三通阀三分别切换方向，即三通阀一的第二进口与出口连通，三通阀二的进口与第二出口连通，三通阀三的进口与第二出口连通，使清洗罐的底部、打料泵、预热冷却器的第一通道、喷射加热器、连接管、预热冷却器的第二通道以及清洗罐的顶部之间形成连通的清洗液循环流动通道，清洗罐中的清洗液经打料泵依次流经预热冷却器的第一管道、喷射加热器和预热冷却器的第二管道，最后回流入清洗罐内，如此循环，直至清洗干净；

h、清洗完毕后，关闭打料泵，打开放空阀和排污阀，将***内残留的清洗液排净。

在本发明方法的所述步骤c中，料液进入喷射加热器后被加热至150~180℃。

在本发明方法的所述步骤d中，物料在高温水解罐内的停留时间为30min以上。

在本发明方法的所述步骤e中，未水解料液在预热冷却器的第一通道内被预热至130℃以上，水解料液在预热冷却器的第二通道内被降温降至40~50℃。

本发明方法可使高浓有机废水中的微生物絮体解体，将细胞结合水释放出来，使其中污泥的脱水性能得到改善；本发明方法可大大改善高浓有机废水的厌氧消化性，提高消化效率，增加甲烷产量；本发明方法还可杀死废水中的病原菌，提高后续厌氧消化过程中有机物的转化率。

另外，本发明方法的热能利用率高，节省了处理成本，自动化程度高，解放了人工劳动力，便于推广应用。

附图说明

图1是本发明的***结构示意图。

图2是本发明的底座、打料泵、预热冷却器、高温水解罐和喷射加热器的装配结构示意图。

图中：1、底座，2、打料泵，3、预热冷却器，4、高温水解罐，5、喷射加热器，6、高浓废水储罐，7、清洗罐，8、控制单元，9、第一通道，10、第二通道，11、三通阀一，12、三通阀二，13、三通阀三，14、爬梯，15、检修平台，16、催化剂储罐。

具体实施方式

实施例1：高浓有机废水的热活化处理设备。

如图1和图2所示，本发明主要由底座1、打料泵2、预热冷却器3、高温水解罐4、喷射加料器和控制单元8等部分组成。

如图2所示，底座1作为承载体，用以承托其他各部分，打料泵2、预热冷却器3和高温水解罐4等都安装在底座1上，从而使设备整体形成集成化结构。设备在出厂前整机调试，出场后整体运输，在使用时，用户只需要将相应接口与相应管路连接即可，可大大减少现场安装工程量。

打料泵2安装在底座1上，用于输送料液（即高浓有机废水）和催化剂，或用于输送清洗液。在打料泵2的进料端设置有三条管路，其中，第一路连通到高浓废水储罐6的底部，第二路连通到催化剂储罐16的底部，第三路连通到清洗罐7的底部。在打料泵2的出料端与高浓废水储罐6的顶部之间设置有回流管，在回流管上设有回流阀，回流阀与控制单元8电连接。高浓废水储罐6、催化剂储罐16与清洗罐7之间的切换也是通过控制单元8来控制实现的。

打料泵2设置为两个，两个打料泵2并联连接，其中一个为主泵，另一个为备用泵，当主泵需要检修时，接通备用泵，***仍然可以正常运行。

预热冷却器3用于将来自打料泵2的料液预热，同时将来自高温水解罐4的水解料冷却。在预热冷却器3内设有两条螺旋式通道，分别为第一通道9和第二通道10。第一通道9的底部通过管道与打料泵2的出料端相连通，顶部通过管道与喷射加热器5的进料端相连通。第二通道10的顶部通过水解料管与高温水解罐4顶部的出料口相连通，底部连通到外排管道上，在第二通道10的出料端设有三通阀三13；三通阀三13包括一个进口和两个出口，其中，三通阀三13的进口与第二通道10的出料端相连，三通阀三13的第一出口与外排管道相连，三通阀三13的第二出口通过管道与清洗罐7的顶部相连。在第一通道9和第二通道10上均设有放空阀和排污阀，当设备停止运行时，打开放空阀和排污阀可将通道内的残留的杂物或清洗液等排净。

第一通道9是输送高浓废水原料的管道，称其为冷料通道，第二通道10是输送水解后的高温料液的管道，称其为热料通道。进行高浓废水处理时，第一通道9内自下而上流动的冷料与第二通道10内自上而下流动的热料在预热冷却器3中完成换热，从而达到冷料被热料预热（预热后的料液温度为130℃左右），热料被冷料冷却（冷却至45℃左右）的目的，从而大大提高了***的热能利用率，达到节能、节水的目的，有效降低了高浓废水的处理成本。

喷射加热器5设置在第一通道9与高温水解罐4之间的管道上，用于将来自第一通道9的冷料或预热料加热升温（当***刚开始运行时，第二通道内没有热料，通过第一通道的料液没有预热直接进入喷射加热器中，此时喷射加热器加热的是冷料；当***进入正常工作状态后，第一通道内的料液与第二通道内的热料换热后被预热至130℃左右，此时喷射加热器加热的是预热料）。在喷射加热器5上设有蒸汽进口，蒸汽进口与蒸汽管道相连通，在蒸汽管道上设有蒸汽阀门，通过调节蒸汽的进量来调节对料液的加热程度。蒸汽进入喷射加热器5之后被压缩成高压饱和水，高压饱和水与冷料或预热料瞬间混合，并将其加热至150~180℃，得到的高温料液从高温水解罐4的底部进入罐内。

高温水解罐4为立式罐体，在其底部设有进料口，在其顶部设有出料口，采用下进上出的方式可保证料液在罐内有充足的停留时间以使其彻底水解。

在高温水解罐4的进料口与喷射加热器5的出料端之间设有高温料管，在高温料管上设有三通阀二12；三通阀二12包括一个进口和两个出口，其中三通阀二12的进口与高温料管相连，三通阀二12的第一出口与高温水解罐4底部的进料口相连。

在高温水解罐4的出料口与预热冷却器3的第二通道10的顶部之间设有水解料管，在水解料管上设有三通阀一11；三通阀一11包括两个进口和一个出口，其中三通阀一11的第一进口与高温水解罐4顶部的出料口相连，三通阀一11的出口与第二通道10的顶部相连。在三通阀一11的第二进口与三通阀二12的第二出口之间设有连接管。

如图1中所示，当三通阀一11、三通阀二12和三通阀三13均调至位置① 时，喷射加热器5、高温水解罐4、预热冷却器3的第二通道10和外排通道依次相连，形成连通的料液处理通道，用于高浓废水的处理过程。当三通阀一11、三通阀二12和三通阀三13均调至位置②时，喷射加热器5、连接管、预热冷却器3的第二通道10和清洗罐7依次相连（绕过了高温水解罐4），形成连通的清洗液回流通道，用于高浓废水处理结束后整个设备的清洗过程。

在高温水解罐4的罐体外壁上设有纵向的爬梯14，以便于对罐体的各个位置进行检修；在高温水解罐4的顶部设置有检修平台15，以便于对顶部结构进行检修和维护，喷射加热器5设置在该检修平台15上。

控制单元8用于对整个设备进行控制，三通阀一11、三通阀二12和三通阀三13，以及回流阀、蒸汽阀门以及其他各调节阀等都由控制单元8控制，高浓废水储罐6、催化剂储罐16与清洗泵之间的切换也是由控制单元8控制实现。

实施例2：高浓有机废水的热活化处理方法。

a、设置一套如实施例1所说的高浓有机废水的热活化处理设备；

b、将打料泵2与高浓废水储罐6、催化剂储罐16分别接通，并将回流阀开至最大，然后将喷射加热器5上的蒸汽阀门开至最大，再将三通阀二12的进口与第一出口连通，三通阀一11的第一进口与出口连通，三通阀三13的进口与第一出口连通，使高浓废水储罐6、打料泵2、预热冷却器3的第一通道9、喷射加热器5、高温水解罐4、预热冷却器3的第二通道10以及外排管道之间形成连通的料液处理通道；

c、开启打料泵2，高浓废水和催化剂在管道中混合后经预热冷却器3的第一通道9进入喷射加热器5中，此时从蒸汽管道进入喷射加热器5内的蒸汽被压缩成高压饱和水，并与进来的料液瞬间混合使料液升温至150~180℃，升温后的高温料液经高温料管从高温水解罐4底部的进料口进入罐内，控制单元8根据喷射加热器5出口处的料液温度自动调节打料泵2的回流阀开度；

d、随着时间的推移，高温水解罐4内的液面逐渐上升，料液从罐体底部上升至罐体顶部所需时间为料液在高温水解罐4内的停留时间，该停留时间控制在30min以上最好，能够保证料液充分水解；在上升过程中，料液中的微生物絮体逐渐解体，微生物细胞逐渐破碎，细胞中的有机物质（例如：脂肪、蛋白质、碳水化合物等）逐渐释放出来并进一步水解，料液中的病原菌也逐渐被消灭；上升至顶部的料液已经完全水解，完全水解的料液从高温水解罐顶部的出料口排出；

e、从高温水解罐4顶部的出料口排出的水解料液通过水解料管进入预热冷却器3的第二通道10，并在第二通道中自上而下流动，并与此时正在第一管道中自下而上流动的低温未水解料液发生热交换，将热量传递给低温未水解料液，将其预热，而自身则降温冷却，降温后的水解料液通过外排管道排出；此后，高压水解罐4保持满灌状态，料液不断地从罐体底部进入罐内，并从罐体顶部排出，整个***进入正常工作状态；

f、点击自控屏幕，将***切换至“自动”状态，此时，***处于完全自控的状态，即：高浓废水和催化剂混合后由打料泵2泵入预热冷却器3的第一通道9中，控制单元根据高浓废水的进料量自动调节催化剂的加量，料液在第一通道9中与第二通道10中的热料换热，被预热至130℃以上，再经喷射加热器5加热升温至150~180℃，然后进入高温水解罐4内维持30min以上，使高浓废水充分水解，水解后的料液从罐体顶部进入预热冷却器3的第二通道10内，与第一通道9内的冷料换热冷却（冷却至45℃左右）之后，通过外排管道进入调节池或厌氧塔；整个处理过程中，由控制单元8根据各点处物料的温度和压力的变化，自动调节蒸汽进量和高浓废水进量；

g、当所有高浓废水处理完后，关闭蒸汽阀门，将***切换至“清洗”状态，此时，打料泵2与高浓废水储罐6之间的管道、打料泵2与催化剂储罐16之间的管道自动关闭，打料泵2与清洗罐7之间的管道自动接通，同时，三通阀一11、三通阀二12和三通阀三13分别切换方向，即三通阀一11的第二进口与出口连通，三通阀二12的进口与第二出口连通，三通阀三13的进口与第二出口连通，使清洗罐7的底部、打料泵2、预热冷却器3的第一通道9、喷射加热器5、连接管、预热冷却器3的第二通道10以及清洗罐7的顶部之间形成连通的清洗液循环流动通道，清洗罐7中的清洗液经打料泵2依次流经预热冷却器3的第一管道、喷射加热器5和预热冷却器3的第二管道，最后回流入清洗罐7内，如此循环，直至清洗干净；

h、清洗完毕后，关闭打料泵2，打开放空阀和排污阀，将***内残留的清洗液排净。

Claims (8)

1.一种高浓有机废水的热活化处理设备，其特征是，包括有：水平设置的底座，设置在所述底座上的打料泵、预热冷却器和高温水解罐，以及用于控制各部分的控制单元，在所述预热冷却器和高温水解罐之间设有喷射加热器，在所述喷射加热器上设有蒸汽管道，在所述蒸汽管道上设有蒸汽阀门；

在所述打料泵的进料端设置有三条管路，其中，第一路与高浓废水储罐相连通，第二路与催化剂储罐相连通，第三路与清洗罐相连通，在所述打料泵的出料端与所述高浓废水储罐的顶部之间设有回流管，在所述回流管上设有回流阀；

在所述预热冷却器的内部设有两个螺旋式通道，分别为第一通道和第二通道；

所述第一通道的底部通过管道与所述打料泵的出料端相连，所述第一通道的顶部通过管道与所述喷射加热器的进料端相连通，所述喷射加热器的出料端通过高温料管与所述高温水解罐底部的进料口相连通，在所述高温料管上设有三通阀二，三通阀二的进口与所述喷射加热器相连通，三通阀二的第一出口与所述高温水解罐底部的进料口相连通；

所述第二通道的进料端通过水解料管与所述高温水解罐顶部的出料口相连通，在所述水解料管上设有三通阀一，三通阀一的第一进口与所述高温水解罐顶部的出料口相连通，三通阀一的出口与所述第二通道的顶部相连通；在所述第二通道的出料端设有三通阀三，三通阀三的进口与第二通道的底部相连通，三通阀三的第一出口与外排管道相连通，三通阀三的第二出口通过管道与所述清洗罐的顶部相连通；

在所述三通阀一的第二进口和所述三通阀二的第二出口之间设置有连接管。

2.根据权利要求1所述的高浓有机废水的热活化处理设备，其特征是，在所述第一通道和所述第二通道上均设有放空阀和排污阀。

3.根据权利要求1所述的高浓有机废水的热活化处理设备，其特征是，在所述高温水解罐的罐体外侧设置有爬梯，在所述高温水解罐的顶部设有检修平台，所述喷射加热器位于所述检修平台的上方。

4.根据权利要求1所述的高浓有机废水的热活化处理设备，其特征是，所述打料泵设置为两台，两台所述打料泵并联连接。

5.一种高浓有机废水的热活化处理方法，其特征是，包括以下步骤：

a、设置一套权利要求1所述的高浓有机废水的热活化处理设备；

b、将打料泵与高浓废水储罐、催化剂储罐分别接通，并将回流阀开至最大，然后将喷射加热器上的蒸汽阀门开至最大，再将三通阀二的进口与第一出口连通，三通阀一的第一进口与出口连通，三通阀三的进口与第一出口连通，使高浓废水储罐、打料泵、预热冷却器的第一通道、喷射加热器、高温水解罐、预热冷却器的第二通道以及外排管道之间形成连通的料液处理通道；

c、开启打料泵，高浓废水和催化剂混合后经预热冷却器的第一通道进入喷射加热器中，此时从蒸汽管道进入喷射加热器内的蒸汽被压缩成高压饱和水，并与进来的料液瞬间混合使其升温，升温后的料液经高温料管从高温水解罐底部的进料口进入罐内，控制单元根据喷射加热器出口处的料液温度自动调节打料泵的回流阀开度；

d、随着进入高温水解罐内的料液逐渐增多，液面逐渐上升，在上升过程中，料液中的微生物絮体逐渐解体，微生物细胞逐渐破碎，细胞中的有机物质逐渐释放出来并进一步水解，料液中的病原菌也逐渐被消灭；当料液充满整个高压水解罐之后，上升至顶部的料液已经完全水解，并从高温水解罐顶部的出料口排出；

e、从高温水解罐顶部的出料口排出的水解料液通过水解料管进入预热冷却器的第二通道，在第二管道中自上而下流动，并与此时正在第一管道中自下而上流动的低温未水解料液发生热交换，将热量传递给低温未水解料液，将其预热，而自身则降温冷却，降温后的水解料液通过外排管道排出；此后，高温水解罐处于满罐状态，料液不断地从罐体底部进入罐内，在罐内水解后从罐体顶部排出，整个***进入正常工作状态；

f、点击自控屏幕，将***切换至“自动”状态，此时，***处于完全自控的状态，由控制单元根据各点处料液的温度和压力的变化，自动调节蒸汽进量、料液进量和催化剂进量；

g、当高浓废水处理完后，关闭蒸汽阀门，将***切换至“清洗”状态，此时，打料泵与高浓废水储罐之间的管道和打料泵与催化剂储罐之间的管道自动关闭，打料泵与清洗罐之间的管道自动接通，同时，三通阀一、三通阀二和三通阀三分别切换方向，即三通阀一的第二进口与出口连通，三通阀二的进口与第二出口连通，三通阀三的进口与第二出口连通，使清洗罐的底部、打料泵、预热冷却器的第一通道、喷射加热器、连接管、预热冷却器的第二通道以及清洗罐的顶部之间形成连通的清洗液循环流动通道，清洗罐中的清洗液经打料泵依次流经预热冷却器的第一管道、喷射加热器和预热冷却器的第二管道，最后回流入清洗罐内，如此循环，直至清洗干净；

h、清洗完毕后，关闭打料泵，打开放空阀和排污阀，将***内残留的清洗液排净。

6.根据权利要求5所述的高浓有机废水的热活化处理方法，其特征是，所述步骤c中，料液进入喷射加热器后被加热至150~180℃。

7.根据权利要求5所述的高浓有机废水的热活化处理方法，其特征是，所述步骤d中，料液在高温水解罐内的停留时间为30min以上。

8.根据权利要求5所述的高浓有机废水的热活化处理方法，其特征是，所述步骤e中，未水解料液在预热冷却器的第一通道内被预热至130℃以上，水解料液在预热冷却器的第二通道内被降温降至40~50℃。