申请日2011.10.28
公开(公告)日2012.04.25
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C02F11/10
摘要
本发明公开了一种高效回收热能的污泥热解消化工艺及其设备，该工艺以剩余活性污泥为原料，以热蒸汽对水解反应器进行加热加压，在150～180℃、0.5～0.7Mpa下进行热水解30～90min;反应结束后，热蒸汽回流至另一组的水解反应器进行预热，污泥在压力降至0.2～0.3Mpa时喷放进入闪蒸罐，进一步释放蒸汽并回流至另一组的水解反应器，闪蒸罐中的污泥排出后经过热交器降温至50～55℃后，进一步稀释至88～92%含水率，最后进入厌氧消化池进行高温厌氧消化反应，池内温度控制在50～58℃。本发明工艺提高了进料浓度并缩短停留时间，采用热水解预处理后的厌氧消化系统处理能力提高了2～3倍，甲烷含量达到65%，本发明还采用多个并联的热水解反应器，通过热能回收系统，对热蒸汽进行高效回用，节约能耗。
权利要求书
1.一种高效回收热能的污泥热解消化工艺，其特征在于它的操作方法如 下：
将经好氧处理后的剩余污泥送入各组水解反应器内，第一组水解反应器 注入热蒸汽加热加压，当该组热水解反应完成后，热蒸汽回流至下组的水解 反应器进行预热，水解后的污泥在压力降至0.2～0.3Mpa时喷入闪蒸罐，并在 闪蒸罐中进一步释放压力，放出的热蒸汽回流至下组水解反应器进行预热， 当下组水解反应器的水解反应完成后，热蒸汽又返回至第一组反应器，同样， 水解后的污泥在压力降至0.2～0.3Mpa时喷入闪蒸罐，并在闪蒸罐中进一步 释放压力，放出的热蒸汽回流至第一组水解反应器进行预热;经闪蒸罐处理 后的污泥排出后经过热交器降温至50～55℃，用水稀释至含水量为88%～92%， 再进入厌氧消化池进行高温厌氧消化，池内温度控制在50～58℃，收集沼气 脱硫后输送至用户。
2.根据权利要求1所述的高效回收热能的污泥热解消化工艺，其特征在 于：所述的各组热水解反应器是依次轮流运行。
3.根据权利要求1所述的高效回收热能的污泥热解消化工艺，其特征在 于：所述污泥在各组热水解反应器的反应条件是：热处理温度150～180℃， 压力0.5～0.7Mpa，热水解时间为30～90min。
4.一种高效回收热能的污泥热解消化设备，其特征在于，它包括多个并 联的水解反应器及闪蒸罐、换热器和厌氧消化池，闪蒸罐的进料口与各组 水解反应器的出料口经管路相连接，闪蒸罐的出料口连接换热器，换热器 的出口经管路与厌氧消化池的进料口连接，并在该段管路上接有进水管， 各组水解反应器之间设有蒸汽回流管，闪蒸罐与各组水解反应器之间设有 蒸汽回流管。
说明书
一种高效回收热能的污泥热解消化工艺及其设备
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体是一种高效回收热能的污泥热解消 化工艺以及该工艺所采用的设备。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速发展以及国家对环境污染治理力度的不断加 强，带动我国污水处理效率的逐渐提高，与此同时，污水处理过程产生大量 的剩余污泥有待处理。
剩余污泥处理办法主要有好氧消化工艺和厌氧消化工艺，其中，好氧消化 存在能耗大、效率低等缺点;而污泥中的大量有机物质经过厌氧消化作用， 能够减少污泥体积，破坏病原微生物，提高污泥稳定性同时提高沼气产量， 回收生物质能，因此，目前关于污泥处理的研究主要集中在厌氧消化上。污 泥厌氧消化的限速步骤是污泥水解，这与污泥的结构和成分特征有关。污泥 中大部分有机物质被包裹在细胞内，细胞壁对酶解耐受性高，活体细胞在细 胞壁的保护下难以参与水解反应，限制了厌氧消化速率。另一方面，有机大 分子如蛋白质，体积远大于细胞膜孔，影响发酵底物传质过程，阻碍了水解 反应进行。因此，传统污泥厌氧消化工艺亦存在停留时间长(20～30天)、消 化速率慢等问题，需要进行一定的预处理，破坏细胞结构，分解有机大分子， 提高污泥的厌氧消化性能。
预处理方法包括机械预处理、超声裂解、热处理和化学处理等，其中， 热处理能够在较低温度和停留时间实现较高的细胞破碎率，有机物溶解率高， 因此得到广泛研究。
早在1970年，已有报道指出热处理作为剩余活性污泥厌氧消化的预处 理方法，污泥处理温度范围在150～200℃，较低温度的热处理也有报道，1989 年Hiraoka等在60-100℃下对污泥进行热处理，60℃达到最大产气量。1992 年Li YY等在62-175℃下对污泥进行热处理，170℃处理60min，甲烷产量增 加了100%，挥发性固体去除率提高30%。1997年Tanaka S等在180℃下对 厌氧消化污泥进行热处理，甲烷产量提高90%，挥发性固体去除率提高30%。 2007年Climent M等在70℃对污泥热解9h，沼气产量提高50%。随着污泥热 水解技术的进一步发展，已有一些产业化实例，如一家挪威公司开发了基于 热水解预处理的Cambi工艺，系统在180℃对污泥进行热水解，30min固体 增溶约30%，产沼气量相应增加150%。此外，威立雅公司也出售过名为 BioThelys的污泥热解方法。热水解工艺不仅能够促进污泥细胞结构溶解，释 放其中的有机物质，且能够分解有机大分子物质为有机小分子，有效改善污 泥的厌氧可生化性，从根本上提高污泥厌氧消化的效率，缩短产气高峰以及 污泥停留时间，从而缩短运行周期，降低运行成本。此外，污泥经过“热水解 -厌氧消化”处理后离心脱水，得到固体含量为40%～50%的泥饼，大大减少了 污泥体积。但“热水解-厌氧消化”处理剩余活性污泥的加热过程消耗大量热 能，水解过后的污泥存在大量余热，造成热量损失，而如何对余热进行再利 用或实现热能的高效回收，达到有效控制系统能耗是目前研究的重要课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现高效热能回收的污泥热解 消化工艺以及所采用设备，该工艺通过将热水解反应设计在多个并联反应器 中进行，并通过热能回收系统，对热蒸汽进行高效回用，节约能耗。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
发明一，高效回收热能的污泥热解消化工艺，该工艺的操作方法如下： 将经好氧处理后的剩余污泥送入各组水解反应器内，第一组水解反应器注入 热蒸汽加热加压，当该组热水解反应完成后，热蒸汽回流至下组的水解反应 器进行预热，水解后的污泥在压力降至0.2～0.3Mpa时喷入闪蒸罐，并在闪蒸 罐中进一步释放压力，放出的热蒸汽回流至下组水解反应器进行预热，当下 组水解反应器的水解反应完成后，热蒸汽又返回至第一组反应器，同样，水 解后的污泥在压力降至0.2～0.3Mpa时喷入闪蒸罐，并在闪蒸罐中进一步释放 压力，放出的热蒸汽回流至第一组水解反应器进行预热;经闪蒸罐处理后的 污泥排出后通过换热器降温至50～55℃，再稀释至含水量88%～92%，再进入 厌氧消化池进行高温厌氧消化，池内温度控制在50～58℃，收集沼气脱硫后 输送至用户。
所述的各组热水解反应器是依次轮流运行。
所述污泥在各组热水解反应器的反应条件是：热处理温度150～180℃， 压力0.5～0.7Mpa，热水解时间为30～90min。
发明二，高效回收热能的污泥热解消化设备，它包括多个并联的水解反 应器以及闪蒸罐、换热器、厌氧消化池，闪蒸罐的进料口与各组水解反应 器的出料口经管路相连接，闪蒸罐的出料口连接换热器，换热器的出口经 管路与厌氧消化池的进料口连接，并在该段管路上接有进水管，各组水解 反应器之间设有蒸汽回流管，闪蒸罐与各组水解反应器之间设有蒸汽回流 管。
本发明方法具有以下优点：
1.针对污泥自身的结构特点以及常规厌氧消化技术的不足，通过在高温 高压条件下对污泥进行水解破坏，释放大量有机物，改善污泥厌氧消化性能， 提高污泥厌氧可生化性的同时起到杀菌以及均质污泥的作用。
2.厌氧消化池的污泥包括初次沉淀污泥、剩余活性污泥及回流消化污泥， 固体含量高，保证了厌氧消化过程的稳定性及高效性;本发明提供的一种高 效回收热能的污泥热解消化工艺，对挥发性固体的去除率比传统厌氧消化工 艺高50%。
3.污泥经热水解之后进入闪蒸罐，释放出的热蒸汽回流至热水解段，热 蒸汽在交替运行的两个水解反应器之间循环，重复用于加热过程，实现了热 蒸汽高效回用。
4.污泥经过“热水解-高温厌氧消化”处理后离心脱水，得到固体含量为 40%～50%的泥饼，大大减少了污泥体积。
