CN114014704A - 基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于城市污泥处理领域，具体地涉及基于热水解‑超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***。该城市污泥处理制肥***包括依次连接的：预脱水单元、热水解单元、板框脱水单元、超高温好氧发酵单元、破碎单元、挤压造粒单元、筛分单元；所述热水解单元与厌氧消化单元、离心脱水单元、滤液处理单元、浓缩单元依次连接；所述板框脱水单元与所述厌氧消化单元连接。本发明中城市污泥处理过程中产生的副产物(甲烷、板框滤液等)可应用于各处理单元中，减少能耗损失；本发明提供了污泥处理和处置方案，为后期污泥资源化提供技术支持。
Description
技术领域
本发明属于城市污泥处理领域，更具体地，涉及基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***。
背景技术
截止到2019年底，我国城市污水年排放量为554.65亿万立方米，污水处理厂2471座，日处理能力1.79亿万立方米，污水年处理量525.85亿万立方米，污水处理率为96.81％。作为污水的衍生品，2019年我国污泥年产量已超过6000万吨(以含水率80％计)，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。因此，污水处理过程中产生的大量污泥亟待处理。
污泥中含有大量促进植物生长营养元素，其中有机物含量可达到为40％以上，氮、磷、钾总含量可达7.31％，均高于普通农家肥，同时，污泥具有一定的腐殖质胶体，易使土壤形成团粒结构，保持良好的养分和水分，具有一定的肥效效应和可观的经济价值。因此，污泥的处理处置问题将成为城市固废处理处置的重点与难点之一。
污泥好氧堆肥技术是污泥处理处置最常见的工艺之一。该技术能够在微生物的作用下对城市污泥进行降解，同时能够使有机物转化成为稳定的腐殖质。在此过程中，需要投加一定比例的物料(即调理剂和膨胀剂)。其中调理剂主要是稻壳、秸秆等腐熟以后形成的堆肥产物，使得堆体的含水率得到有效降低，膨胀剂主要是加入了玉米芯、锯末等物质，从而能够使堆体的孔隙率进一步增加，促使堆体内的气体和外界空气顺利交换。堆肥产物含有可改善土地性质和提供植物生长的营养物质，如腐殖质、氮、磷、钾等，可作为土壤改良剂甚至是有机肥，同时在中高温阶段能有效杀灭污泥中的有害细菌，一定程度实现污泥的无害化、稳定化、减量化和资源化利用。
尽管污泥好氧堆肥技术具备一定优势，但其仍存在占地面积较大、处理周期较长、污泥含水率高、物料投加比高、温室气体及臭气的排放等限制技术推广的不足之处。
其中水分是处理湿物料最重要的指标。污泥含水率约为80％，堆肥物料最佳含水率为50％-60％，需要投加大量的调节剂调节含水率，而调节剂费用占堆肥总成本的比例较大。与此同时，传统的污泥好氧堆肥技术易受环境温度影响，处理周期约为30d-60d，冬季最长可达到70d，影响污泥处理处置效率。如何解决污泥好氧堆肥技术中的物料投加比高、工艺周期长的问题亟待解决。
发明内容
热水解(THP)工艺通过利用高温和高压破坏细胞壁和胞外聚合物的结构，可以使污泥中的有机物溶解。THP破坏了污泥中的细胞物质，释放细胞内的非自由水而改善污泥的脱水性能，同时THP能够溶解污泥中一部分固体有机物质，在一定程度上减少干污泥量，除此之外，THP杀死污泥中的病菌等有害微生物，初步实现污泥的无害化。
好氧发酵工艺是指有机物在微生物的作用下分解代谢产生热能，促进有机物向稳定的腐殖质转化过程。超高温发酵工艺则是在传统的好氧发酵工艺上面添加超高温菌剂，使发酵温度达到120℃，加速发酵(堆肥)腐熟、缩短工艺处理周期，不需要物料(即调理剂和膨胀剂)的投加，降低生产及运行成本。
本发明以城市污泥为主要原料，目的是提供一种基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***，以降低污泥含水率，不需要物料(即调理剂和膨胀剂)投加，打破季节温度限制屏障、加快发酵(堆肥)腐熟、缩短工艺处理周期，降低生产及运行成本，最终的发酵(堆肥)产物制备成高经济价值的营养土及液肥。
本发明提供如下的技术方案：
为了实现上述目的，本发明提供一种基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***，该城市污泥处理制肥***包括依次连接的：
预脱水单元、热水解单元、板框脱水单元、超高温好氧发酵单元、破碎单元、挤压造粒单元、筛分单元；
所述热水解单元与厌氧消化单元、离心脱水单元、滤液处理单元、浓缩单元依次连接；
所述板框脱水单元与所述厌氧消化单元连接；
所述超高温好氧发酵单元包括发酵罐。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括营养土收集单元，与筛分单元连接。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括与厌氧消化单元连接的甲烷收集单元，用于收集厌氧消化单元中产生的甲烷。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括与甲烷收集单元连接的蒸汽锅炉单元，甲烷收集单元为蒸汽锅炉单元供能。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括蒸汽锅炉单元，蒸汽锅炉单元与热水解单元连接，蒸汽锅炉单元为热水解单元提供蒸汽。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括脱水药剂单元，为离心脱水单元提供脱水药剂。
优选地，所述发酵罐包括设置于发酵罐内部的湿度控制装置。
优选地，所述发酵罐包括设置于发酵罐顶部的定量控制喷淋装置。
优选地，所述筛分单元与超高温好氧发酵单元连接。
优选地，所述城市污泥处理制肥***还包括泥饼收集单元，用于收集离心脱水单元获得的泥饼，然后送至热水解单元。
本发明的有益效果：
1)本发明设热水解单元，热水解(THP)温度可达到175℃以上，能快速杀死病原菌、病毒、虫卵；THP破坏了污泥中的细胞物质，释放细胞内的非自由水而改善污泥的脱水性能；THP还能够溶解污泥中一部分固体有机物质，在一定程度上减少干污泥量；
2)本发明的超高温好氧发酵单元，依靠超高温菌种的作用，使温度最高时超过120℃，水分快速蒸发，高温持续时间长；
3)本发明的发酵周期为7d-14d，较传统好氧发酵技术发酵周期最大可降低88.33％；发酵产物可以用做返混料，减少超高温菌剂的投加量且不需要投加物料(即调节剂和膨胀剂)，较传统好氧发酵成本降低了80％；
4)城市污泥处理过程中产生的副产物(甲烷、板框滤液等)可应用于各处理单元中，减少能耗损失；
5)本发明提供了污泥处理和处置方案，为后期污泥资源化提供技术支持。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***的结构示意图。
附图标记说明：
1-预脱水单元、2-热水解单元、3-板框脱水单元、4-超高温好氧发酵单元、5-破碎单元、6-挤压造粒单元、7-筛分单元、8-厌氧消化单元、9-离心脱水单元、91-滤液处理单元、92-浓缩单元、10-营养土收集单元、11-甲烷收集单元、12-蒸汽锅炉单元、13-脱水药剂单元、14-泥饼收集单元。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***，该城市污泥处理制肥***包括依次连接的：
预脱水单元、热水解单元、板框脱水单元、超高温好氧发酵单元、破碎单元、挤压造粒单元、筛分单元；
所述热水解单元与厌氧消化单元、离心脱水单元、滤液处理单元、浓缩单元依次连接；
所述板框脱水单元与所述厌氧消化单元连接；
所述超高温好氧发酵单元包括发酵罐。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括营养土收集单元，与筛分单元连接。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括与厌氧消化单元连接的甲烷收集单元，用于收集厌氧消化单元中产生的甲烷。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括与甲烷收集单元连接的蒸汽锅炉单元，甲烷收集单元为蒸汽锅炉单元供能。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括蒸汽锅炉单元，蒸汽锅炉单元与热水解单元连接，蒸汽锅炉单元为热水解单元提供蒸汽。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括脱水药剂单元，为离心脱水单元提供脱水药剂。
作为优选方案，所述发酵罐包括设置于发酵罐内部的湿度控制装置。
作为优选方案，所述发酵罐包括设置于发酵罐顶部的定量控制喷淋装置。
作为优选方案，所述筛分单元与超高温好氧发酵单元连接。
作为优选方案，所述城市污泥处理制肥***还包括泥饼收集单元，用于收集离心脱水单元获得的泥饼，然后送至热水解单元。
实施例1
本实施例提供一种基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***，如图1所示，该城市污泥处理制肥***包括依次连接的：
预脱水单元1、热水解单元2、板框脱水单元3、超高温好氧发酵单元4、破碎单元5、挤压造粒单元6、筛分单元7；
热水解单元2与厌氧消化单元8、离心脱水单元9、滤液处理单元91、浓缩单元92依次连接；
板框脱水单元3与厌氧消化单元8连接；
超高温好氧发酵单元4包括发酵罐(未示出)。
还包括营养土收集单元10，与筛分单元7连接。
还包括与厌氧消化单元8连接的甲烷收集单元11，用于收集厌氧消化单元8中产生的甲烷；还包括与甲烷收集单元11连接的蒸汽锅炉单元12，甲烷收集单元11为蒸汽锅炉单元12供能。
还包括蒸汽锅炉单元12，蒸汽锅炉单元12与热水解单元2连接，蒸汽锅炉单元12为热水解单元2提供蒸汽。
还包括脱水药剂单元13，为离心脱水单元9提供脱水药剂。
发酵罐包括设置于发酵罐内部的湿度控制装置(未示出)，包括设置于发酵罐顶部的定量控制喷淋装置(未示出)。
筛分单元7与超高温好氧发酵单元4连接。
城市污泥处理制肥***还包括泥饼收集单元14，用于收集离心脱水单元9获得的泥饼，然后送至热水解单元2。
采用上述***的一种污泥处理制肥方法包括：
(1)在预脱水单元1对某城市污泥预脱水使得城市污泥的污泥含水率为70％-80％，进入热水解单元2，以压力5bar-8bar、温度175℃-185℃的热蒸汽进行热水解处理20min-60min；
(2)热水解出泥降温至70℃-80℃，0-10％含量的热水解出泥进入厌氧消化单元8；
(3)剩余90％-100％含量的热水解出泥进入板框脱水单元3，此单元并不需要添加脱水药剂，压榨压力18bar-22bar，压榨时间40min-60min，获得含水率65％-75％的泥饼；
(4)板框脱水单元3得到的板框滤液(含少量的泥质)与0-10％含量的热水解出泥一起进入厌氧消化单元8；
(5)板框脱水单元3得到的板框泥饼进入超高温好氧发酵单元4，本单元还需要添加经过筛选、驯化、培养、富集等操作获得的超高温菌剂；该超高温菌剂的筛选为本领域常规方法；
(6)物料进入超高温好氧发酵单元4的发酵罐后，在通风、充氧、搅拌等作用下，污泥发酵温度在80℃以上，温度最高时可达到120℃，发酵罐中因包括湿度控制装置和定量喷淋装置，可将湿度控制在60％-75％，喷淋***可以解决罐内湿度问题，还可以在一定程度上起到除臭的作用；
(7)完成一次发酵过程，发酵总周期共计7d-14d，超高温好氧发酵产物含水率达到35％以下；
(8)发酵产物后进入破碎单元5，此过程中可适量添加水分和粘合剂，通过挤压造粒单元6的挤压造粒机生产出粒径3mm-5mm的颗粒；
(9)颗粒进入筛分单元7后，粒径低于3mm的污泥返料进入超高温好氧发酵单元4进行二次发酵，此过程可以减少菌剂的添加，剩余的颗粒即为高附加值、高养分的营养土；
(10)上述(4)步骤中的板框滤液(含少量的泥质)与0-10％含量的热水解出泥进入厌氧消化单元8，厌氧消化温度35℃-40℃，水力停留时间15d-21d，其中厌氧消化过程产生的甲烷经甲烷收集单元11收集后应用于蒸汽锅炉单元12，为热水解单元2提供蒸汽；
(11)厌氧消化出泥进入离心脱水单元9，离心转速为2000r/min-3000r/min，此过程中可以适量添加脱水药剂，出泥含水率为70％-80％，泥饼返回到热水解单元2，离心脱水单元9产生的滤液富含植物激素、腐殖酸等促进植物生长的物质，经滤液处理单元91脱氮得到初代液肥，再经浓缩单元92浓缩得到高品质的浓缩液肥。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.基于热水解-超高温好氧发酵的城市污泥处理制肥***，其特征在于，该城市污泥处理制肥***包括依次连接的：
预脱水单元(1)、热水解单元(2)、板框脱水单元(3)、超高温好氧发酵单元(4)、破碎单元(5)、挤压造粒单元(6)、筛分单元(7)；
所述热水解单元(2)与厌氧消化单元(8)、离心脱水单元(9)、滤液处理单元(91)、浓缩单元(92)依次连接；
所述板框脱水单元(3)与所述厌氧消化单元(8)连接；
所述超高温好氧发酵单元(4)包括发酵罐。
2.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括营养土收集单元(10)，与筛分单元(7)连接。
3.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括与厌氧消化单元(8)连接的甲烷收集单元(11)，用于收集厌氧消化单元(8)中产生的甲烷。
4.根据权利要求3所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括与甲烷收集单元(11)连接的蒸汽锅炉单元(12)，甲烷收集单元(11)为蒸汽锅炉单元(12)供能。
5.根据权利要求4所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括蒸汽锅炉单元(12)，蒸汽锅炉单元(12)与热水解单元(2)连接，蒸汽锅炉单元(12)为热水解单元(2)提供蒸汽。
6.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括脱水药剂单元(13)，为离心脱水单元(9)提供脱水药剂。
7.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述发酵罐包括设置于发酵罐内部的湿度控制装置。
8.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述发酵罐包括设置于发酵罐顶部的定量控制喷淋装置。
9.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述筛分单元(7)与超高温好氧发酵单元(4)连接。
10.根据权利要求1所述的城市污泥处理制肥***，其中，所述城市污泥处理制肥***还包括泥饼收集单元(14)，用于收集离心脱水单元(9)获得的泥饼，然后送至热水解单元(2)。
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