CN106145574A - 一种多段管式污泥快速热水解处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段管式污泥快速热水解处理工艺，其方法是：将污泥送入原泥泵，与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热；然后将上述预热物泵入一级动态混合器，与原料蒸汽进行第二次混合预热；二次混合预热污泥利用余压自流进入二级静态混合器，与来自蒸汽喷射器的混合蒸汽进行最终的混合加热；三次混合加热污泥利用余压自流进入快装管式水热反应器进行反应；达到反应要求后的污泥进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸后污泥可进一步脱水或直接厌氧消化。该工艺利用蒸汽与污泥直接混合产生的大量潜热，将污泥加热至细胞破裂、胞液溶出，从而改变污泥的脱水性能、厌氧消化性能。高品位的蒸汽经过闪蒸传热，使蒸汽的利用效率达到最高。

Description

一种多段管式污泥快速热水解处理工艺

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及污水处理厂剩余污泥的处理方法。

背景技术

近年来，随着城市污水处理设施的普及、处理量的提高以及处理程度的深化，污泥产生量以每年10％的速度急剧增加。污泥的成分复杂、含水率高、脱水困难，含有高浓度的有机物、病原微生物、重金属离子等有害物质，而且常伴有恶臭，如果不经过适当的处理会造成严重的二次污染，危害生态环境和人类健康。

目前，污泥处理技术路线主要有：污泥热干化、污泥浓缩、污泥机械脱水、污泥厌氧消化、污泥好氧消化、污泥石灰稳定、生物发酵处理、湿式氧化、污泥焚烧、污泥热处理等方法，而综合处理效果最佳的应属热水解法。热水解法是以高温高压水蒸气与污泥直接混合加热，以达到污泥水解的效果，且大部分工艺辅以闪蒸工序，以强化气***壁效果，并有效降低能耗。目前全球热水解污泥处理的工程项目有30余个，所使用的热水解工艺原理基本相同，只是水热反应器形式有所区别，如有静态塔式水热反应器、立式内机械搅拌釜式水热反应器、卧式内机械搅拌釜式水热反应器、卧式回转式水热反应器等。

上述各类水热处理工艺存在设备数量多、占地面积较大、单位投资成本较高、可靠性较差等问题，针对这些问题，产生了多段管式污泥快速热水解工艺。

发明内容

本发明针对含水率75％～85％的污泥，提供了一种多段管式污泥快速热水解处理工艺，其原理是：利用蒸汽与污泥直接混合产生的大量潜热，将污泥加热至细胞破裂、胞液溶出，从而改变污泥的脱水性能、厌氧消化性能。高品位的蒸汽经过闪蒸传热，使蒸汽的利用效率达到最高。

本发明的技术方案如下：

一种多段管式污泥快速热水解处理工艺，包括如下步骤：

1)将含水率75％～85％、温度为10～35℃的污泥储存在原泥料仓中；

2)上述污泥通过管道进入原泥泵，在原泥泵中与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热，此阶段产生的不凝气及未吸收的蒸汽通过原泥料仓的污泥出口进入原泥料仓；

3)原泥泵将上述预热物输送至一级动态混合器，与原料蒸汽进行第二次混合预热，此阶段是不凝气形成的较为集中的温度区间，所产生不凝气进入原泥料仓进行能量回收；

4)上述二次混合预热污泥利用余压自流进入二级静态混合器，与来自蒸汽喷射器的混合蒸汽进行最终的混合加热；

5)上述三次混合加热污泥利用余压自流进入快装管式水热反应器进行反应；

6)反应后的污泥进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸后污泥可进一步脱水或直接厌氧消化。

优选地，步骤2)中所述的闪蒸蒸汽温度为105～115℃，压力为0.05～0.1MPa，一次混合后污泥温度可达65～90℃；

优选地，步骤3)中所述的原料蒸汽温度为190～200℃，压力为1.1～1.5MPa，二次混合预热污泥温度可达110～130℃；

优选地，步骤4)中所述的混合蒸汽为原料蒸汽和闪蒸蒸汽通过蒸汽喷射器所制成的混合汽，其体积比为1∶3～1∶6，蒸汽温度为180～195℃，压力为0.9～1.3MPa，三次混合加热污泥温度可达170～190℃；

优选地，步骤5)中所述的水热反应时间为5～10min，反应时间和***的处理能力呈反比例关系；

优选地，步骤6)中的闪蒸罐内温度为105～115℃，压力为0.05～0.1MPa；

优选地，步骤6)中产生的闪蒸蒸汽一部分通入所述原泥泵，对污泥进行第一次混合预热，另一部分通入蒸汽喷射器，与原料蒸汽混合制成混合蒸汽。

本发明同时提供一种多段管式污泥快速热水解处理***，按照上述处理方法操作，具体包括原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、蒸汽喷射器、快装管式水热反应器、闪蒸罐，所述原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、快装管式水热反应器、闪蒸罐依次串联在通路中，所述蒸汽喷射器通过管道与二级静态混合器相连；

进一步地，所述原泥料仓顶部正中设有尾气排放出口，下部侧面设有不凝汽入口，底部设有污泥出口；

进一步地，所述原泥泵入口为矩形广口，顶部设有污泥入口，下部侧面设有闪蒸蒸汽入口，内部设有双螺旋推进器和均匀布气***；

进一步地，所述一级动态混合器顶部设有不凝汽出口，下部侧面设有污泥入口和原料蒸汽入口，内部设有机械搅拌装置，所述不凝气出口与所述原泥料仓的不凝气入口相连；

进一步地，所述二级静态混合器侧面设有污泥入口，底部设有分散式混合蒸汽入口；

进一步地，所述蒸汽喷射器侧面设有原料蒸汽入口，底部设有闪蒸蒸汽入口，另外一个侧面设有混合蒸汽出口，所述混合蒸汽出口与所述二级静态混合器底部的分散式混合蒸汽入口相连；

进一步地，所述快装管式水热反应器为多段管式结构，通过法兰快速连接，可以快速组装，通过管数量的变化，可调节反应时间，管间设置旁通跨界阀门管线，可以在***运行中调整反应器的有效容积和停留时间；

进一步地，所述闪蒸罐顶部设有闪蒸蒸汽出口，上部侧面设有污泥入口，底部正中设有污泥出口，可连接脱水机或厌氧消化设备，所述闪蒸蒸汽出口与所述原泥泵下部侧面的闪蒸蒸汽入口、蒸汽喷射器底部的闪蒸蒸汽入口相连。

更进一步地，整个***均密闭，所有臭气均集中在原泥料仓顶部排放，进入尾气处理设施妥善处置。

本发明相对于传统污泥热水解工艺，具有以下优点：

1)直接处理原料污泥，不需要回流稀释。

一般的热水解工艺均需要回流工序，以保障后续工序的蒸汽吸收效率，主要是因为污泥浓度高导致黏度骤增，降低了蒸汽和污泥的传质效果。而本工艺中，原泥泵内所设置的蒸汽布气***可在泵吸入室内均匀布气，所设置的双螺旋给料***，可以充分搅拌原料污泥，使污泥、闪蒸蒸汽充分混合传质，提高了蒸汽吸收效率；未吸收冷凝的蒸汽在穿越原泥料仓污泥层的过程中，大部分被原泥冷凝吸收。这样最大限度地提升了闪蒸蒸汽的吸收率。

后续两级蒸汽管道混合装置采用先动态、后静态的顺序，通过一级动态混合器后，污泥黏度大大降低，达到5000～8000cp，为二级静态混合器的混合效果提供了保障。

2)动力设备少，电耗更低。

一般热水解工艺中的用电设备有：原泥泵、回流水泵、水热反应器供料泵、均质/浆化机械搅拌器(或水力循环泵)、水热反应器机械搅拌器等。而本工艺的用电设备仅为原泥泵，其余后续工序的动力来源为原泥泵和污泥自身压力，单位电耗为常规热水解工艺的1/2左右。

3)控制点少，控制逻辑简练，可靠性更高。

一般热水解工艺中的控制点有：液位控制、温度控制、压力控制、流量控制、时间控制等，而且每个反应器均需要设置上述控制连锁，而一般序批式热水解工艺还涉及到数十个程控阀门的控制(依据时间、液位、温度、压力等)，同时所使用的泵需要设置压力、流量、温度等保护功能，整套***需要设置几十、甚至上百个控制点，控制复杂性高，一旦某一个控制点出现故障会导致整套***停车，可靠性差。

而本工艺的控制点仅有：进汽调节阀和水热反应温度的连锁、水热排料调节阀和水热反应压力的连锁、闪蒸罐排料调节阀和闪蒸罐液位的连锁、一级动态混合器排气阀的时间控制，总共有4个控制点。因此，工艺更简练，可靠性更高。

4)设备数量少，投资低、占地省。

一般热水解工艺中所涉及设备有：原泥料仓1～2台、原泥泵1～2台、回流水泵1～2台、水热反应器供料泵1～2台、浆化水力循环泵1～2台(浆化反应器无搅拌器时设置)、浆化反应器1～2台、水热反应器2～8台、闪蒸反应器1～6台等。同时，一般热水解工艺各反应器所设定的停留时间均为30～120min。

而本工艺的主要设备为：原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、蒸汽喷射器、快装管式水热反应器、闪蒸罐。其中，原泥料仓、原泥泵、闪蒸罐与常规工艺设备投资、占地基本相同；其余一级动态混合器、二级静态混合器、蒸汽喷射器等为管道附件类，体积小、占地省；快装管式水热反应器为立式管组，占地省(约为常规工艺1台水热反应器的占地面积)，同时，省去了常规工艺的浆化反应器、水热反应器、水热供料泵等设备。本工艺设备投资为传统热水解工艺的40％～50％。

5)连续式工艺，更优越。

一般序批式水解工艺的水热反应器集进料、预热、加热、反应、排料、待机等各工序于一体，其容积利用率较低，实际反应时间占总停留时间的1/5～1/3。因此导致了总投资、占地面积等成倍增加。

而本工艺为连续式工艺，将污泥加热工序集成在原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器内，快装管式水热反应器仅为水热反应的场所。因此，其设备容积利用率更高，是一种投资低、占地省最优工艺。

附图说明

附图1为本发明的***结构示意图；

附图2为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的主要设备包括：原泥料仓1、原泥泵2、一级动态混合器3、二级静态混合器4、蒸汽喷射器5、快装管式水热反应器6、闪蒸罐7，所述原泥料仓1、原泥泵2、一级动态混合器3、二级静态混合器4、快装管式水热反应器6、闪蒸罐7依次串联在通路中，所述蒸汽喷射器5通过管道与二级静态混合器4相连；所述原泥泵2设有闪蒸蒸汽入口；所述一级动态混合器3设有原料蒸汽入口，顶部还设有不凝汽出口与所述原料泥仓1的不凝汽入口相通；所述蒸汽喷射器5设有原料蒸汽入口和闪蒸蒸汽入口，两种蒸汽按比例混合后的混合蒸汽通过管道进入所述二级静态混合器4；所述闪蒸罐7顶部设有闪蒸蒸汽出口，与所述原泥泵2的闪蒸蒸汽入口、蒸汽喷射器5的闪蒸蒸汽入口相连。

再如图2所示，本发明的工艺过程为：原泥料仓1中含水率75％～85％、温度为10～35℃的污泥进入原泥泵2，与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热，此阶段产生的不凝气及未吸收的蒸汽，透过原泥料仓1，集中排放至尾气处理设施内；原泥泵2将上述预热物输送至一级动态混合器3，与原料蒸汽进行第二次混合预热，此阶段所产生不凝气进入原泥料仓1进行能量回收；上述二次混合预热污泥利用余压自流进入二级静态混合器3，与来自蒸汽喷射器5的混合蒸汽进行最终的混合加热；上述三次混合加热污泥利用余压自流进入快装管式水热反应器6进行反应；反应后的污泥进入闪蒸罐7进行闪蒸，产生的闪蒸蒸汽一部分通入所述原泥泵2，对污泥进行第一次混合预热，另一部分通入蒸汽喷射器4，与原料蒸汽混合制成混合蒸汽；闪蒸后的污泥可进一步脱水或直接厌氧消化；整个***均密闭，所有臭气均集中在原泥料仓1顶部排放，进入尾气处理设施妥善处置。

本技术中需要确定以下几个关键参数：原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、快装管式水热反应器、闪蒸反应器的操作温度、停留时间及操作压力。这些参数都直接影响最终的处理效果。本技术中，根据后续处理处置方法的不同，各参数选取范围如下：

名称	温度/℃	压力/MPa	停留时间
				原泥料仓	10～35	常压	2～5d
原泥泵	65～90	1.2～1.6	5～10min
				一级动态混合器	110～130	1.1～1.5	2～5min
二级静态混合器	170～190	0.9～1.3	5～8min
				快装管式水热反应器	170～190	0.9～1.3	5～10min
闪蒸罐	105～115	0.05～0.1	30～60min

以下为具体的实施例：

实施例1、25℃的原料污泥在原泥泵内与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热，停留时间6min，温度升高至80℃；再在一级动态混合器与原料蒸汽进行第二次混合预热，停留时间3min，温度升高至120℃；然后在二级静态混合器与混合蒸汽进行第三次混合加热，停留时间7min，温度升高至170℃；然后在快装管式水热反应器保持该温度5min，最后进入闪蒸罐内闪蒸泄压，停留时间40min，温度降至105℃，对闪蒸污泥进行脱水处理。反应结果，总固体(TS)去除5％，总有机固体(TVS)去除9％，悬浮固体(SS)溶解15％，上清液COD(SCOD)为28000mg/L。脱水泥饼的固含量为41％。

实施例2、在快装管式水热反应器内，反应温度180℃，停留时间10min，其它反应条件同实施例1。反应结果，总固体(TS)去除5.6％，总有机固体(TVS)去除10％，悬浮固体(SS)溶解18％，上清液COD(SCOD)为33000mg/L。脱水泥饼的固含量为51％。

实施例3、在快装管式水热反应器内，反应温度190℃，停留时间10min，其它反应条件同实施例1。反应结果，总固体(TS)去除7.2％，总有机固体(TVS)去除15％，悬浮固体(SS)溶解26％，上清液COD(SCOD)为45000mg/L。脱水泥饼的固含量为62％。

实施例4、在快装管式水热反应器内，反应温度170℃，停留时间10min，其它反应条件同实施例1。反应结果，总固体(TS)去除5.7％，总有机固体(TVS)去除10.2％，悬浮固体(SS)溶解15.7％，上清液COD(SCOD)为29500mg/L。脱水泥饼的固含量为43％。

实施例5、20℃的原料污泥在原泥泵入口处与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热，停留时间5min，温度升高至75℃；再在一级动态混合器与原料蒸汽进行第二次混合预热，停留时间4min，温度升高至118℃；然后在二级静态混合器与混合蒸汽进行第三次混合加热，停留时间6min，温度升高至172℃；然后在快装管式水热反应器保持该温度5min，最后进入闪蒸罐内闪蒸泄压，停留时间40min，温度降至107℃。反应结果，原料污泥的单位蒸汽消耗为0.205t-蒸汽/t-原料污泥。

实施例6、在快装管式水热反应器保持180℃，持续5min，其它反应条件同实施例5。反应结果，原料污泥的单位蒸汽消耗为0.218t-蒸汽/t-原料污泥。

实施例7、在快装管式水热反应器保持190℃，持续5min，其它反应条件同实施例5。反应结果，原料污泥的单位蒸汽消耗为0.232t-蒸汽/t-原料污泥。

实施例8、原料污泥第一次混合预热到65℃，其它反应条件同实施例5。反应结果，原料污泥的单位蒸汽消耗为0.228t-蒸汽/t-原料污泥。

实施例9、原料污泥第一次混合预热到90℃，其它反应条件同实施例5。反应结果，原料污泥的单位蒸汽消耗为0.197t-蒸汽/t-原料污泥。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述方法中的具体操作步骤以及各种设备的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种多段管式污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含水率75％～85％、温度为10～35℃的污泥储存在原泥料仓中；

2)上述污泥通过管道进入原泥泵，在原泥泵中与闪蒸蒸汽进行第一次混合预热，此阶段产生的不凝气及未吸收的蒸汽通过原泥料仓的污泥出口进入原泥料仓；

3)原泥泵将上述预热物输送至一级动态混合器，与原料蒸汽进行第二次混合预热，此阶段是不凝气形成的较为集中的温度区间，所产生的不凝气进入原泥料仓进行能量回收；

4)上述二次混合预热污泥利用余压自流进入二级静态混合器，与来自蒸汽喷射器的混合蒸汽进行最终的混合加热；

5)上述三次混合加热污泥利用余压自流进入快装管式水热反应器进行反应；

6)反应后的污泥进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸后污泥可进一步脱水或直接厌氧消化。

2.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤2)中所述的闪蒸蒸汽温度为105～115℃，压力为0.05～0.1MPa，一次混合后污泥温度可达65～90℃。

3.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤3)中所述的原料蒸汽温度为190～200℃，压力为1.1～1.5MPa，二次混合预热污泥温度可达110～130℃。

4.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤4)中所述的混合蒸汽为原料蒸汽和闪蒸蒸汽通过蒸汽喷射器所制成的混合汽，其体积比为1∶3～1∶6，蒸汽温度为180～195℃，压力为0.9～1.3MPa，三次混合加热污泥温度可达170～190℃。

5.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤5)中所述的水热反应时间为5～10min，反应时间和***的处理能力呈反比例关系。

6.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤6)中的闪蒸罐内温度为105～115℃，压力为0.05～0.1MPa。

7.如权利要求1所述的污泥快速热水解处理工艺，其特征在于，步骤6)中产生的闪蒸蒸汽一部分通入所述原泥泵，对污泥进行第一次混合预热，另一部分通入蒸汽喷射器，与原料蒸汽混合制成混合蒸汽。

8.一种多段管式污泥快速热水解处理***，其特征在于，包括：原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、蒸汽喷射器、快装管式水热反应器、闪蒸罐，所述原泥料仓、原泥泵、一级动态混合器、二级静态混合器、快装管式水热反应器、闪蒸罐依次串联在通路中，所述蒸汽喷射器通过管道与二级静态混合器相连。