申请日2012.07.06
公开(公告)日2012.10.10
IPC分类号C02F11/00; C02F11/18; C02F11/10
摘要
本发明提供了一种针对含砂量较高(含固率为8%~30%)的城市污泥进行除砂消毒预处理的装置和方法。所述装置包括预热催化水解反应器、水热除砂消毒反应釜、熟料热交换系统和蒸汽回收利用系统。利用所述预热催化水解反应器能够实现物料的预处理，显著降低物料的粘度，促使物料中有机质水解，同时使污泥与微砂容易分离。为提高系统能源利用效率，所述预热催化水解反应器所需的热源均由后续水热除砂消毒反应釜的能量回收而得。本发明方法不再需要常规热水解工艺所需的闪蒸工序，即可使有机质实现高效的水解转化。本发明方法能够用来改善物料的流动性、脱水、脱砂性能和后续厌氧消化性能，从而可作于脱水干化或厌氧消化工艺的预处理系统。
权利要求书
1.一种用于城市污泥除砂消毒预处理的装置，其特征在于，包括：预热催 化水解反应器、水热除砂消毒反应釜、熟料热交换系统和蒸汽回收利用系 统，其中所述预热催化水解反应器用来对物料进行预热及催化水解预处理， 所述水热除砂消毒反应釜用来对已经过所述预处理的所述物料进行高温高 压条件下的反应以达到所述物料中砂与污泥有机质的分离并实现污泥的消 毒处理，所述蒸汽回收利用系统用来对所述水热除砂消毒反应釜中的蒸汽 热能进行回收以用于所述预热催化水解反应器，以及所述熟料热交换系统 用来从所述水热除砂消毒反应釜中排出的高温熟料中回收余热。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述预热催化水解反应器配置有进料 槽、设置在所述预热催化水解反应器内对物料进行搅拌的搅拌器、热(碱) 水进口、过热蒸汽进口，以及设置于所述预热催化水解反应器内为反应物 料提供保温作用的水热保温夹套。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述搅拌器为单螺旋、双螺旋或浆叶 式机械式搅拌桨。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述水热除砂消毒反应釜包括水 热反应釜进料阀、熟料出料口、蒸汽进口以及蒸汽截留阀，其中所述水热 反应釜进料阀与所述预热催化水解反应器连接，而所述蒸汽截留阀通过单 向阀与所述预热催化水解反应器的所述过热蒸汽进口连接。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述熟料热交换系统包括热交换 器，所述热交换器被设置于所述水热除砂消毒反应釜的所述熟料出料口处， 其中所述热交换器的出口和入口分别与所述预热催化水解反应器的所述水 热保温夹套流体连通，使得对所述水热除砂消毒反应釜的出料进行冷却后 而被加热的循环水能够用于对所述预热催化水解反应器的保温。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述蒸汽回收利用系统包括设置 于所述水热除砂消毒反应釜的蒸汽进口和将蒸汽进一步导入所述水热除砂 消毒反应釜中反应物料的蒸汽喷口，以及连接于所述水热除砂消毒反应釜 并与所述预热催化水解反应器的所述过热蒸汽进口流体连通的所述蒸汽截 留阀，还包括在经由所述蒸汽截留阀使所述水热除砂消毒反应釜分别地流 通连接于所述预热催化水解反应器和所述热(碱)水箱，其进一步流体连 通于所述预热催化水解反应器，使得从所述水热除砂消毒反应釜流出的饱 和蒸汽通过所述蒸汽截留阀转化为低压过热蒸汽后，一方面经过所述过热 蒸汽进口被送入所述预热催化水解反应器对所述物料进行预热，另一方面 通入所述热(碱)水箱对其中有待喷入所述预热催化水解反应器的热(碱) 水进行加热。
7.根据权利要求6所述的装置，其中包括多个的所述蒸汽喷口，其设置 为，在蒸汽热能无法短时间内被所述物料充分吸收的情况下，可将所述水 热除砂消毒反应釜顶部蒸汽抽取加压后通过所述蒸汽喷口喷入所述物料 中，以充分将热量释放至所述物料。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述水热除砂消毒反应釜内设有 用来防止物料沸腾造成喷溅的防喷溅罩。
9.一种用于城市污泥除砂消毒预处理的方法，其特征在于，包括如下步骤： 对城市污泥的物料进行预热及催化水解预处理;使经过所述预热和催化水 解预处理的物料在水热除砂消毒反应釜中在高温高压条件下进行反应;然 后对在所述水热除砂消毒反应釜中经过反应的熟料进行泄压以及出料处 理。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述预热及催化水解预处理进一步 包括将所述物料送入预热催化水解反应器并在搅拌作用下与热(碱)水混 合而被稀释和预热以及进行初步的催化水解反应，然后将所述物料加到所 述水热除砂消毒反应釜中，通过加入过热蒸汽使经过初步预热和催化水解 的所述物料进一步被加热、催化水解并完全浆化，从而使得所述物料的粘 度显著降低并使得所述物料中的大分子有机分子水解成较小的有机物分 子。
11.根据权利要求9所述的方法，其中在所述水热除砂消毒反应釜中的反 应进一步包括将饱和蒸汽送入所述水热除砂消毒反应釜，使其中的所述物 料保持在高温高压条件下。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述水热除砂消毒反应釜中的所 述物料所保持的高温高压条件包括压力为大约0.6~1.5Mpa。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述水热除砂消毒反应釜中的所 述物料所保持的高温高压条件包括温度为大约130℃~180℃。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述水热除砂消毒反应釜中的所 述物料所保持的高温高压条件包括保持反应时间在大约15~45分钟。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述泄压和所述出料进一步包括在 所述水热除砂消毒反应釜中的所述物料之上采取防喷溅措施以防止所述泄 压过程中物料沸腾造成喷溅，并且使所述出料过程控制在缓慢的速度进行 以保证蒸汽热能的充分回收利用。
16.根据权利要求9所述的方法，其中进一步包括利用从所述水热除砂消 毒反应釜回收的热能对所述预热催化水解反应器进行保温，以及利用来自 所述水热除砂消毒反应釜的饱和蒸汽在转化为低压过热蒸汽后送入所述预 热催化水解反应器预热所述物料以满足所述物料的反应要求，并且送入所 述热(碱)水箱对其中需要送入所述预热催化水解反应器的热(碱)水进 行加热。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述城市污泥的含固率为大约 8%~30%。
说明书
一种城市污泥除砂消毒预处理的装置与方法
技术领域
本发明涉及废物处理的装置和方法，尤其涉及一种针对高含固城市污泥 进行除砂与消毒的预处理的装置与方法，用于提高处理后有机质物料的流 动性、降低污泥含砂量及实现污泥无害化。
背景技术
随着城市化的加速发展，对于城市污泥，包括生活有机质废弃物的处理 量急剧增加。基于生态环境可持续发展的理念，如何有效地对城市污泥进 行有效的整合和处理成了城市发展中迫切需要解决的问题。
针对城市污泥的处理，目前已有许多不同的技术手段。例如，在专利文 献200610003898.3中记载了将有机质垃圾废弃物无害化、资源化、减量化 治理的方法，，其中涉及以热解的方法，使有机质在高温条件下发生裂解反 应，分解成可燃性气体，从而制备生物燃气。
专利文献201110319357.2披露了一种污泥厌氧消化设施的除砂装置，由 进泥、搅拌、出泥、污泥除砂装置和回流装置组成。湿式厌氧消化反应器 内底部通过管道和污泥泵连接螺旋除砂装置，利用厌氧消化促使有机质与 砂分离，并在搅拌作用下除去污泥中含有的砂，减少对机器的损耗。
另外，专利文献200910082152.X提供了一种利用微波碱热水解改善污 泥厌氧消化性能的方法，该方法针对含固率为7%~10%的城市污泥，经过 加碱处理后，将碱化污泥置于高压容器中，在频率为2450MHz的微波场中 加热，从而加快污泥中有机质的溶出，提高污泥后续的厌氧消化性能。
还有，专利文献201010247557.7披露了一种污泥管式热水解处理方法及 其装置，该发明提供了一种污泥管式热水解处理方法及其装置，其中，污 泥在封闭管道中通过加入中压蒸汽，加热至210-250℃，反应时间10-20min。 热水解处理后使污泥达到减量化的预处理目标。
中国城市污泥含砂量普遍较高，导致厌氧消化等后续处理设施磨损失 效的问题，有待开发出针对高含固城市污泥进行有效处理、能够提高处理 后污泥的流动性和厌氧消化性能、降低污泥含砂量并实现污泥无害化的装 置和方法。
发明内容
本发明提供一种可实现高含固城市污泥(含固率为8%~30%)除砂消 毒预处理的装置与方法，旨在促使污泥中包裹的微砂与污泥有机质有效分 离，实现污泥消毒，明显改善物料的流动性、脱水性能与厌氧消化性能， 可作为深度脱水+干化工艺或厌氧消化工艺的预处理系统。
在一方面，本发明提供了用于城市污泥除砂消毒预处理的装置。所述 装置包括预热催化水解反应器、水热除砂消毒反应釜、蒸汽回收利用系统 和熟料热交换系统，其中所述预热催化水解反应器用来对所述物料进行预 热及催化水解预处理，所述水热除砂消毒反应釜用来对经过预处理的物料 进行高温高压条件下的反应以达到所述物料中砂与污泥有机质的分离并实 现污泥的消毒处理，所述蒸汽回收利用系统用来对所述水热除砂消毒反应 釜中的蒸汽热能进行回收以用于所述预热催化水解反应器，而所述熟料热 交换系统用来从所述水热除砂消毒反应釜中排出的高温熟料中回收余热。
预热催化水解反应器具有包括三方面的主要功能：(1)实现高含固含 砂城市污泥的预热;(2)促使大分子有机质水解为小分子有机质，使有机 物与砂的结合力明显降低;(3)显著降低物料粘度，提高流动性，使后续 水热除砂消毒反应釜内物料易于采用蒸汽搅拌，并促进泥砂分离。
另一方面，本发明提供了城市污泥除砂消毒预处理的方法。所述方法 包括以下步骤：采用本发明装置的除砂消毒预处理的方法包括如下步骤： 对城市污泥的物料进行预热及催化水解预处理;使经过预热和催化水解预 处理的物料在水热除砂消毒反应釜中在高温高压条件下进行反应，完成砂 与污泥有机质的分离，同时对污泥实现消毒处理;然后对在水热除砂消毒 反应釜中经过反应的物料(称为熟料)进行泄压并出料处理。
预热催化水解反应器所需的热能来自于后续水热除砂消毒反应过程所 释施的蒸汽及排放的高温熟料中所回收的余热，能量的回收利用由熟料热 交换系统与蒸汽回收利用系统实现。水热除砂消毒反应过程，利用较高的 温度和压力条件下，使有机物实现较完全的水解，水解的同时使污泥中的 微砂与有机质有效分离，并显著提高物料的厌氧消化性能和脱水性能，使 处理后的物料易于厌氧消化产能或深度脱水干化处理。
本发明的装置和处理方法具有包括下述的特点：
1.采用预热催化水解反应器实现物料的预处理，显著降低物料的粘度， 使有机质与微砂粘合度明显下降，同时使物料中脂类等大分子物质水解成 较小的有机物分子;
2.本发明特别设计了系统能量最优化的布置方式，预热催化水解反应 器所需的热源均由后续水热除砂消毒反应釜的能量回收而得，使得系统能 源利用效率显著提高;
3.本发明方法不再需要常规热水解技术所需的闪蒸工序，即可使有机 质实现高效的水解转化，并使有机物与砂有效分离。本发明方法可作为脱 水干化或厌氧消化工艺的预处理系统，改善了污泥脱砂、流动性能和后续 厌氧消化性能;
4.本方法可实现高含固含砂污泥的连续处理，可实现连续进料与出料 操作，便于自动化操作，设备占地少，易于实现装备化和自动化操作，操 作安全性可靠性高，适合于不同规模的城市污泥处理工程应用。
