CN112607982A - 污泥热水解***及污泥厌氧消化*** - Google Patents

污泥热水解***及污泥厌氧消化*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥热水解***，包括浆化罐、热水解罐和储泥罐，各处理罐通过污泥输送管道依次连通，污泥热水解***还包括高温氧化装置、降温装置和输送风机，热水解罐、浆化罐、高温氧化装置、降温装置、输送风机和储泥罐通过尾气输送管道依次连通。本发明还公开了一种污泥厌氧消化***，包括厌氧消化罐，还包括上述的污泥热水解***，储泥罐通过污泥输送管道与厌氧消化罐连通，厌氧消化罐通过沼气输送管道与高温氧化装置连通。本发明在不加化学药剂情况下，利用高温氧化后的热水解尾气回用于污泥处理过程中，污泥厌氧消化后的其中一种产物沼气，回用于热水解臭气高温氧化工序，具有经济环保，运行成本低等优点。

Description

污泥热水解***及污泥厌氧消化***
技术领域
本发明涉及环保设备领域，尤其涉及污泥热水解***及污泥厌氧消化***。
背景技术
污泥处理过程中，厌氧消化技术相比其他技术，具有可回收污泥中碳能源、实现污泥稳定化的优势，近年来在国内得到越来越多的工程应用。由于污泥细胞壁的阻隔作用，厌氧消化前端一般增加污泥细胞水解破壁预处理工序，通过实现污泥细胞壁水解破壁，释放污泥细胞中有机物及水分，并将大分子有机物转化为小分子可溶性有机物，进而达到缩短厌氧消化过程中水解阶段时长、提高厌氧消化性能的作用。
现有的水解破壁预处理方法包括热水解、化学水解技术。化学水解技术是通过向污泥中投加一定量酸/碱和氧化/还原性物质，通过发生化学反应来促进污泥细胞壁水解，提高预处理效能。公开号为CN109942159的专利文献公开了一种用亚硫酸盐处理剩余污泥的方法，通过将剩余污泥中总固体浓度调节至3-20g/L，加入亚硫酸盐使硫含量为0.1-0.8gS/L，调节pH至5-7，完成预处理后的污泥进入厌氧消化器，达到破坏污泥结构释放有机质，提高了预处理环节溶解性化学需氧量浓度和消化器甲烷产量。但该方式通过外部增加硫酸盐增加了物料投加成本，同时额外引入化学物质对沼气品质产生影响。公开号为CN110482822和CN110028211的专利文献涉及污泥化学氧化破壁的方法，通过在污泥中投加一定量的亚硫酸钠/亚硫酸氢钠与高锰酸钾，生成较强氧化性的物质促进污泥细胞壁水解，可将污泥中大分子有机物降解为小分子可溶性有机物。但该方式需要外部加入药剂，增加了物料投加成本，并且对后端厌氧消化***的稳定性存在影响。
因此目前实际应用中，主要采用热水解技术作为污泥预处理技术，其通过热处理工艺在不改变体系化学性质条件下实现污泥破壁，基本工艺流程为：原生污泥经过浆化预热后进入热水解罐，污泥在热水解罐高温高压环境中进行闪蒸释压完成污泥细胞破壁，然后调节含固率和温度进入厌氧消化罐，其中热水解罐释压产生的余热蒸汽返回至浆化阶段进行余热回收，浆化罐吸收余热后排放的尾气污染浓度高、组分复杂。其中还原性硫化物含量极高，主要包括甲硫醇、甲硫醚、硫化氢等，刺激性气味大，生物除臭和化学除臭都难以有效处理该尾气，或者需通过洗涤换热+焚烧除臭+化学洗涤+生物除臭等多工艺段组合才能达到热水解尾气的高效处理。公开号为CN206435049的专利文献公开了一种污泥热水解产生的高浓度恶臭气体处理的装置，通过采用洗涤换热+焚烧除臭+化学洗涤+生物除臭工艺，通过多工艺段组合达到了高硫尾气的高效处理，但该方式工艺环节多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种既能处理热水解尾气，又能提高预处理效能且不影响厌氧消化工序本身稳定性的热水解***。
本发明进一步提供一种实现沼气循环利用的厌氧消化***。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种污泥热水解***，包括浆化罐、热水解罐和储泥罐，各处理罐通过污泥输送管道依次连通，污泥热水解***还包括高温氧化装置、降温装置和输送风机，所述热水解罐、浆化罐、高温氧化装置、降温装置、输送风机和储泥罐通过尾气输送管道依次连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述热水解罐采用序批式反应器。
所述储泥罐采用完全混合式反应器，罐内污泥含固率5％-15％，停留时间5-10h，搅拌机转速20-200rpm/min。
所述高温氧化装置包括焚烧炉，温度800-900℃，废气停留时间2-5s。
所述降温装置为喷淋装置，降温后尾气温度为50-80℃，所述降温装置通过喷淋水输送管道与储泥罐连通。
所述储泥罐底部均匀设有至少三条所述尾气输送管道。
一种污泥厌氧消化***，包括厌氧消化罐，还包括上述的污泥热水解***，所述储泥罐通过污泥输送管道与厌氧消化罐连通，厌氧消化罐通过沼气输送管道与高温氧化装置连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
厌氧消化罐采用完全混合式反应器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的热水解***，通过将热水解尾气从热水解罐输送到浆化罐再到高温氧化装置进行高温氧化，此时热水解尾气中的还原性硫化物被氧化为二氧化硫，通过降温装置降温后利用输送风机输送至储泥罐，与储泥罐中碱度发生化学反应，生成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐，利用生成的亚硫酸盐和亚硫酸氢盐与污泥细胞发生化学反应，从而促进污泥细胞二次水解破壁，在外部不加入化学药剂的情况下，既解决了热水解臭气难以处理的问题，又提高了预处理效能且不影响厌氧消化工序本身稳定性。
本发明公开的厌氧消化***，包括上述的热水解***，因而同样具有上述优点，且通过将厌氧消化后的其中一种产物沼气，输送到焚烧炉中作为加热源，实现沼气的循环利用，环保经济，运行成本低。
附图说明
图1是本发明污泥热水解***及污泥厌氧消化***的结构示意图。
图中各标号表示：
1、浆化罐；2、热水解罐；3、储泥罐；4、厌氧消化罐；5、污泥输送管道；6、高温氧化装置；7、降温装置；8、输送风机；9、尾气输送管道；10、喷淋水输送管道；11、沼气输送管道；
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
图1示出了本发明污泥热水解***的一种实施例，本实施例的污泥热水解***，包括浆化罐1、热水解罐2和储泥罐3，各处理罐通过污泥输送管道5依次连通，污泥热水解***还包括高温氧化装置6、降温装置7和输送风机8，热水解罐2、浆化罐1、高温氧化装置6、降温装置7、输送风机8和储泥罐3通过尾气输送管道9依次连通。
该热水解***，通过将热水解尾气从热水解罐输送到浆化罐再到高温氧化装置进行高温氧化，此时热水解尾气中的还原性硫化物被氧化为二氧化硫，通过降温装置降温后利用输送风机输送至储泥罐，与储泥罐中碱度发生化学反应，生成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐，利用生成的亚硫酸盐和亚硫酸氢盐与污泥细胞发生化学反应，从而促进污泥细胞中大分子有机物二次水解破壁，在外部不加入化学药剂的情况下，既解决了热水解臭气难以处理的问题，又提高了预处理效能且不影响厌氧消化工序本身稳定性。
本实施例中，热水解罐2采用序批式反应器。序批式反应器实现多流程连续式运行，适合处理污泥等间歇排放和流量变化较大的场合。
本实施例中，储泥罐3采用完全混合式反应器，罐内污泥含固率5％-15％，停留时间5-10h，搅拌机转速20-200rpm/min，使在储泥罐3中发生的化学反应更加充分，加快反应速度。
本实施例中，高温氧化装置6包括焚烧炉，温度800-900℃，废气停留时间2-5s。厌氧消化产物之一的沼气，可以再进入焚烧炉中进行焚烧，故可以作为加热源实现沼气的循环利用。
本实施例中，降温装置7为喷淋装置，降温后尾气温度为50-80℃，降温装置7通过喷淋水输送管道10与储泥罐3连通。也即通过喷淋的方式对高温氧化后的热水解尾气进行降温，喷淋降温后的水通过喷淋水输送管道10输送至储泥罐3，用作污泥稀释水，一举两得，节约***运行成本。
本实施例中，所述储泥罐3底部至少设有三根尾气输送管道9，多根尾气输送管道9优选均匀布置。热水解尾气从储泥罐3底部均匀设置的尾气输送管道9进入，能够提高尾气和污泥的拌和度，加快反应速度。
图1示出了本发明污泥厌氧消化***的一种实施例，本实施例的污泥厌氧消化***，包括厌氧消化罐4，还包括上述的污泥热水解***，储泥罐3通过污泥输送管道5与厌氧消化罐4连通，厌氧消化罐4通过沼气输送管道11与高温氧化装置6连通。
该污泥厌氧消化***，包括上述的热水解***，因而同样具有上述优点，且通过将厌氧消化后的其中一种产物沼气，输送到焚烧炉中作为加热源，实现沼气的循环利用，经济环保，运行成本低。
本实施例中，厌氧消化罐4采用完全混合式反应器，使在厌氧消化罐中发生的化学反应更加充分，同时也提高了污泥厌氧消化的效率。
应用实施例一
原生污泥(VSS含量40％)首先进入浆化罐1，温度80℃、停留时间1h，浆化污泥进入热水解罐2，热水解运行温度165℃，加热时间30min，热水解释压蒸汽进入浆化罐1进行余热回收后尾气进入焚烧炉，焚烧炉温度为800℃，停留时间2s，焚烧后的尾气喷淋降温至60℃通过输送风机输送到储泥罐3，同时尾气冷却喷淋水进入储泥罐3。热水解罐2污泥进入后储泥罐3中调整含固率至10％，停留时间7h，然后进入厌氧消化罐4，采用高温厌氧消化工艺运行，运行温度55℃，停留时间为20d。厌氧消化罐4中产生的沼气通过沼气输送管道11进入焚烧炉作为加热源。经检测后储泥罐3污泥SCOD含量为24000mg/L，VSS含量为33.5％，厌氧消化罐4单位污泥(储泥罐污泥)产气量为18.5Nm3/t，消化污泥pH为7.85，沼气中CH4为65.4％，H2S为68ppm。
应用实施例二
原生污泥(VSS含量40％)首先进入浆化罐1，温度80℃、停留时间1h，浆化污泥进入热水解罐2，热水解运行温度165℃，加热时间30min，热水解释压蒸汽进入浆化罐1进行余热回收后尾气进入焚烧炉，焚烧炉温度为800℃，停留时间2s，焚烧后的尾气喷淋降温至60℃通过输送风机输送到储泥罐3，同时尾气冷却喷淋水进入储泥罐3。热水解罐2污泥进入后储泥罐3中调整含固率至10％，停留时间5h，然后进入厌氧消化罐4，采用高温厌氧消化工艺运行，运行温度55℃，停留时间为20d。厌氧消化罐4中产生的沼气通过沼气输送管道11进入焚烧炉作为加热源。其中储泥罐3污泥SCOD含量为23100mg/L，VSS含量为34.2％，厌氧消化罐4单位污泥(储泥罐污泥)产气量为17.8Nm3/t，消化污泥pH为7.88，沼气中CH4为65.2％，H2S为66ppm。
对比案例
污泥处置厂采用“热水解+高温厌氧消化”运行工艺，原生污泥中，VSS(挥发性悬浮物)含量占40％，首先进入浆化罐，温度80℃、停留时间1h，浆化污泥进入热水解罐，热水解运行温度165℃，加热时间30min，热水解释压蒸汽进入浆化罐进行余热回收后尾气进入后续除臭设施处理排放，热水解罐污泥进入后储泥罐中调整含固率至10％，停留时间7h，然后进入厌氧消化罐，采用高温厌氧消化工艺运行，运行温度55℃，停留时间为20d。经检测后储泥罐污泥中的SCOD(可溶性化学有机物)含量为21500mg/L，VSS含量为35.1％，吨储泥罐污泥产气量为16Nm3/t，消化污泥pH为8.15，沼气中CH4为65.0％，H2S为62ppm。
通过案例对比，该方法相对于传统“热水解+厌氧消化”工艺能够提高污泥预处理环节SCOD溶出率约10％，增加厌氧消化***产气量约10-15％。同时可在一定程度上降低厌氧消化***pH，对调节污泥厌氧消化***稳定性有利，从沼气中CH4和H2S含量来看，该技术方案中对CH4含量没有造成影响，H2S含量略有上升，但影响不大。同时经过成本核算，该技术方案运行成本增加环节主要在于焚烧除臭沼气消耗环节，焚烧除臭环节沼气消耗量约1Nm3/t，相对于实施例中产气量的提升，基本可忽略。
需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种污泥热水解***，包括浆化罐(1)、热水解罐(2)和储泥罐(3)，各处理罐通过污泥输送管道(5)依次连通，其特征在于：污泥热水解***还包括高温氧化装置(6)、降温装置(7)和输送风机(8)，所述热水解罐(2)、浆化罐(1)、高温氧化装置(6)、降温装置(7)、输送风机(8)和储泥罐(3)通过尾气输送管道(9)依次连通。
2.根据权利要求1所述的污泥热水解***，其特征在于：所述热水解罐(2)采用序批式反应器。
3.根据权利要求1所述的污泥热水解***，其特征在于：所述储泥罐(3)采用完全混合式反应器。
4.根据权利要求1所述的污泥热水解***，其特征在于：所述高温氧化装置(6)包括焚烧炉。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的污泥热水解***，其特征在于：所述降温装置(7)为喷淋降温装置，所述喷淋降温装置通过喷淋水输送管道(10)与储泥罐(3)连通。
6.根据权利要求5所述的污泥热水解***，其特征在于：所述储泥罐(3)底部均匀设有至少三条所述尾气输送管道(9)。
7.一种污泥厌氧消化***，包括厌氧消化罐(4)，其特征在于：还包括权利要求1至6中任一项所述的污泥热水解***，所述储泥罐(3)通过污泥输送管道(5)与厌氧消化罐(4)连通，厌氧消化罐(4)通过沼气输送管道(11)与高温氧化装置(6)连通。
8.根据权利要求7所述的污泥厌氧消化***，其特征在于：厌氧消化罐(4)采用完全混合式反应器。
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