申请日2018.10.29
公开(公告)日2019.01.15
IPC分类号C02F11/18; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种生物污泥加热与热水解系统及工艺，该系统包括依次用管道首尾连通的物料预热器、物料输送泵、一级蒸汽喷射器、物料储存器、进料泵、热水解反应器、出料泵、蒸汽闪蒸器和泄压阀，以及用于对热水解反应器中生物污泥进行加热的二级蒸汽喷射器。该工艺采用上述系统进行加热和热水解。本发明生物污泥加热与热水解系统具有传热效果好、物料受热均匀性好、蒸汽消耗量小、加热时间短、连续操作稳定性好等优点，能够广泛用于降解生物污泥，有着很好的应用价值和应用前景。本发明生物污泥加热与热水解系统工艺具有工艺简单、操作方便、处理成本低、处理效率高、处理效果好等优点，有利于提高生物污泥的利用率以及扩大厌氧消化的应用范围。
权利要求书
1.一种生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述生物污泥加热与热水解系统包括依次用管道首尾连通的物料预热器(1)、物料输送泵(2)、一级蒸汽喷射器(3)、物料储存器(4)、进料泵(5)、热水解反应器(6)、出料泵(8)、蒸汽闪蒸器(9)和泄压阀(10);所述生物污泥加热与热水解系统还包括用于对热水解反应器(6)中生物污泥进行加热的二级蒸汽喷射器(7)。
2.根据权利要求1所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述二级蒸汽喷射器(7)包括外置蒸汽输送管(71)及至少一根外置蒸汽喷射管(72)，所述外置蒸汽喷射管(72)的一端与外置蒸汽输送管(71)连通，另一端与热水解反应器(6)连通;所述热水解反应器(6)呈水平设置的圆筒结构，所述热水解反应器(6)内设有螺旋导流板(61)、斜向导流板(62)、垂向导流板(63)或分隔隔板(64)。
3.根据权利要求1所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述二级蒸汽喷射器(7)包括内置蒸汽输送管(73)，所述内置蒸汽输送管(73)的一端装设于热水解反应器(6)的侧端，另一端伸入到热水解反应器(6)的内部;所述内置蒸汽输送管(73)上设有蒸汽喷射孔(74)。
4.根据权利要求3项所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述内置蒸汽输送管(73)转动式装设于热水解反应器(6)的侧端;所述内置蒸汽输送管(73)与热水解反应器(6)的外部连接有用于转动内置蒸汽输送管(73)的动力机构(75);所述动力机构(75)包括电机(751)及传动轮组(752)，所述电机(751)通过传动轮组(752)带动内置蒸汽输送管(73)转动。
5.根据权利要求4所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述内置蒸汽输送管(73)上连通有至少一根蒸汽扩散管(76);所述蒸汽扩散管(76)的侧壁上设有蒸汽扩散孔(77)。
6.根据权利要求4所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述内置蒸汽输送管(73)上设有螺旋输送板(78)。
7.根据权利要求3所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述内置蒸汽输送管(73)固定装设于热水解反应器(6)的侧端;所述热水解反应器(6)呈水平设置的圆筒结构，所述热水解反应器(6)内设有至少一块分隔隔板(64)，所述分隔隔板(64)设在内置蒸汽输送管(73)的上方。
8.根据权利要求3所述的生物污泥加热与热水解系统，其特征在于，所述内置蒸汽输送(73)管固定装设于热水解反应器(6)的侧端，所述内置蒸汽输送管(73)上连通有至少一根蒸汽扩散管(76)，所述蒸汽扩散管(76)的侧壁上设有蒸汽扩散孔(77);
或，所述内置蒸汽输送管(73)固定装设于热水解反应器(6)的侧端，所述内置蒸汽输送管(73)上设有螺旋输送板(78)。
9.一种生物污泥加热与热水解工艺，其特征在于，所述生物污泥加热与热水解工艺采用权利要求1～8中任一项所述的生物污泥加热与热水解系统进行加热和热水解，包括以下步骤：
S1、对物料预热器(1)中的生物污泥进行预热;
S2、利用物料输送泵(2)将步骤S1中预热后的生物污泥连续输送至一级蒸汽喷射器(3)中，利用高压蒸汽对生物污泥进行一级加热，所得生物污泥存储在物料储存器(4)中;
S3、利用进料泵(5)将物料储存器(4)中的生物污泥连续输送至热水解反应器(6)中，同时利用二级蒸汽喷射器(7)将高压蒸汽连续输送至热水解反应器(6)中对生物污泥进行二级加热，发生热水解反应;
S4、利用出料泵(8)将步骤S3中经热水解后的料液连续输送至蒸汽闪蒸器(9)中，同时通过控制泄压阀(10)对蒸汽闪蒸器(9)中的料液进行闪蒸，得到低压蒸汽和热水解浓缩液，所得低压蒸汽返回至步骤S1中用于对物料预热器(1)中的生物污泥进行预热，所得热水解浓缩液外排进行后续处理，完成对生物污泥的处理。
10.根据权利要求9所述的生物污泥加热与热水解工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述生物污泥为沼渣和/或活性污泥;
所述步骤S4中，所述热水解浓缩液的后续处理采用以下任意一种方式;
方式一：将热水解浓缩液冷却至35℃～55℃，送至一级厌氧消化池中进行一级厌氧消化;
方式二：将热水解浓缩液冷却至35℃～55℃，送至二级厌氧消化池中进行二级厌氧消化;
方式三：将热水解浓缩液进行固液分离，所得固体经脱水、干燥后作为有机肥料，所得液体作为产沼气的原料送至一级厌氧消化池或二级厌氧消化池。
说明书
生物污泥加热与热水解系统及工艺
技术领域
本发明属于生物污泥资源化处理领域，涉及一种生物污泥加热与热水解系统及工艺。
背景技术
随着社会和经济的不断发展，沼渣、活性污泥等生物污泥的产量越来越大。目前，生物污泥预处理的研究热点包括高温热水解、生物酸化水解、高温高压氧化、超声波处理、高温均质、臭氧化学处理等，其中高温热水解技术的特点是将生物污泥加温到150-180℃，以达到破坏絮体结构、破坏细胞壁组织和降解部分大分子物质的目的。由于高温热水解能够降解生物污泥中难降解的固体颗粒及大分子物质从而增加有机酸及溶解有机物的含量，以此作为厌氧消化的前置预处理过程，有利于增加厌氧消化的产气量和减少消耗沼渣的产出量，因而高温热水解技术被用于厌氧消化前置预处理。
现有污泥热水解系统主要包括间歇式热水解系统(如CAMBI(康碧)产品)、连续立式折流板热水解系统(如威立雅Exelys产品)和热油管式加热系统(如Ovivo waterLysoTherm产品)，其中以CAMBI为代表的间歇式热水解系统的应用最为广泛。以CAMBI产品为例，间歇式热水解系统包括预热浆化罐、热水解反应釜和泄压闪蒸罐，其主要流程包括将干固体含量为16-18%的脱水污泥泵入预热浆化罐预热至90-100℃，然后泵入到热水解反应釜加热至165℃，并在此温度下反应20-30分钟，反应完成后将污泥送入泄压闪蒸罐降温至100℃，之后继续冷却至厌氧消化所需的温度。但是，间歇式热水解系统及工艺仍存在以下不足之处：在大容积的预热浆化罐中通入蒸汽预热，由于脱水污泥干固体浓度高达16-18%，加热过程中污泥受热均匀性较差，传热效率低，从而导致加热所需时间长、蒸汽消耗量大;CAMBI产品的热水解过程需要采用多个热水解反应釜才能实现连续操作，存在过程控制复杂、设备投入成本高等问题。以威立雅Exelys产品为代表的连续立式折流板热水解系统，主要通过在立式热水解反应器内安装折流板，并通过蒸汽提升效果实现污泥在热水解反应器内循环流动，以达到所需的反应时间(约20min)，由于高固体含量污泥的流动性和混合性都较差，导致该技术在处理高固体含量污泥时，传热效率低、加热均匀性差、蒸汽消耗量高、连续操作稳定性差。若降低污泥固体浓度，则会明显增加污泥处理量和处理能耗，导致处理成本更高。热油管式加热系统(如Ovivo water LysoTherm产品)采用油热管式加热器加热污泥，也会因为高固体含量污泥的粘度大和流动性差而导致较低的传热效率，从而增加设备的制造和操作费用。由此可见，现有高温热水解技术中所采用的设备在处理高固体含量污泥时普遍存在以下问题：传热效果差、物料受热不均匀、蒸汽用量大、加热时间长、连续操作稳定性差，并由此导致设备投入成本高、处理费用高、处理效果差等问题。另外，在实际应用过程中采用现有高温热水解设备及工艺对活性污泥等生物污泥进行预处理，然后将高温热水解处理后的产物进行厌氧消化，并不能明显提高整体产气量，这主要是因为现有热水解设备及工艺难以水解活性污泥等生物污泥中的难降解有机物，而这些难降解有机物在现有厌氧消化工艺难以有效降解，从而导致厌氧消化速率降低，使厌氧消化的降解效果和整体产气量不佳。上述问题的存在，限制了厌氧消化技术的应用效果和应用范围，非常不利于对生物污泥的有效处理及资源化再利用，无法发挥出生物污泥应有的价值。因此，如何有效改善上述问题获得一种传热效果好、物料受热均匀性好、蒸汽消耗量小、加热时间短、连续操作稳定性好的热水解装置及相配套的热水解方法对于提高生物污泥的利用率以及扩大厌氧消化的应用范围具有重要意义。
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，提供一种传热效果好、物料受热均匀性好、蒸汽消耗量小、加热时间短、连续操作稳定性好的生物污泥加热与热水解系统及工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种生物污泥加热与热水解系统，所述生物污泥加热与热水解系统包括依次用管道首尾连通的物料预热器、物料输送泵、一级蒸汽喷射器、物料储存器、进料泵、热水解反应器、出料泵、蒸汽闪蒸器和泄压阀;所述生物污泥加热与热水解系统还包括用于对热水解反应器中生物污泥进行加热的二级蒸汽喷射器。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述二级蒸汽喷射器包括外置蒸汽输送管及至少一根外置蒸汽喷射管，所述外置蒸汽喷射管的一端与外置蒸汽输送管连通，另一端与热水解反应器连通;所述热水解反应器呈水平设置的圆筒结构，所述热水解反应器内设有螺旋导流板、斜向导流板、垂向导流板或分隔隔板。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述二级蒸汽喷射器包括内置蒸汽输送管，所述内置蒸汽输送管的一端装设于热水解反应器的侧端，另一端伸入到热水解反应器的内部;所述内置蒸汽输送管上设有蒸汽喷射孔。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管转动式装设于热水解反应器的侧端;所述内置蒸汽输送管与热水解反应器的外部连接有用于转动内置蒸汽输送管的动力机构;所述动力机构包括电机及传动轮组，所述电机通过传动轮组带动内置蒸汽输送管转动。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管上连通有至少一根蒸汽扩散管;所述蒸汽扩散管的侧壁上设有蒸汽扩散孔。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管上设有螺旋输送板。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管固定装设于热水解反应器的侧端;所述热水解反应器呈水平设置的圆筒结构，所述热水解反应器内设有至少一块分隔隔板，所述分隔隔板设在内置蒸汽输送管的上方。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管固定装设于热水解反应器的侧端，所述内置蒸汽输送管上连通有至少一根蒸汽扩散管，所述蒸汽扩散管的侧壁上设有蒸汽扩散孔。
上述的生物污泥加热与热水解系统，进一步改进的，所述内置蒸汽输送管固定装设于热水解反应器的侧端，所述内置蒸汽输送管上设有螺旋输送板。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种生物污泥加热与热水解工艺，所述生物污泥加热与热水解工艺采用上述的生物污泥加热与热水解系统进行加热和热水解，包括以下步骤：
S1、对物料预热器中的生物污泥进行预热;
S2、利用物料输送泵将步骤S1中预热后的生物污泥连续输送至一级蒸汽喷射器中，利用高压蒸汽对生物污泥进行一级加热，所得生物污泥存储在物料储存器中;
S3、利用进料泵将物料储存器中生物污泥连续输送至热水解反应器中，同时利用二级蒸汽喷射器将高压蒸汽连续输送至热水解反应器中对生物污泥进行二级加热，发生热水解反应;
S4、利用出料泵将步骤S3中经热水解后的料液连续输送至蒸汽闪蒸器中，同时通过控制泄压阀对蒸汽闪蒸器中的料液进行闪蒸，得到低压蒸汽和热水解浓缩液，所得低压蒸汽返回至步骤S1中用于对物料预热器中的生物污泥进行预热，所得热水解浓缩液外排进行后续处理，完成对生物污泥的处理。
上述的生物污泥加热与热水解工艺，进一步改进的，所述步骤S1中，所述生物污泥为沼渣和/或活性污泥。
上述的生物污泥加热与热水解工艺，进一步改进的，所述步骤S4中，所述热水解浓缩液的后续处理采用以下任意一种方式;
方式一：将热水解浓缩液冷却至35℃～55℃，送至一级厌氧消化池中进行一级厌氧消化;
方式二：将热水解浓缩液冷却至35℃～55℃，送至二级厌氧消化池中进行二级厌氧消化;
方式三：将热水解浓缩液进行固液分离，所得固体经脱水、干燥后作为有机肥料，所得液体作为产沼气的原料送至一级厌氧消化池或二级厌氧消化池。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种生物污泥加热与热水解系统，包括依次用管道首尾连通的物料预热器、物料输送泵、一级蒸汽喷射器、物料储存器、进料泵、热水解反应器、出料泵、蒸汽闪蒸器和泄压阀，以及用于对热水解反应器中生物污泥进行加热的二级蒸汽喷射器。本发明中，生物污泥加热与热水解系统设有一级蒸汽喷射器，采用一级蒸汽喷射器将高压蒸汽与生物污泥充分混合，利用高压蒸汽的热量对生物污泥进行一级加热，能够强化传热效果，使生物污泥能够快速加热到100℃左右，能够减少蒸汽消耗，有利于降低处理成本，且将高压蒸汽和生物污泥进行混合，能够强化混合效果，即一级蒸汽喷射器能够明显改善生物污泥与蒸汽之间的混合效率和传热效率，减少加热时间及蒸汽用量。该生物污泥加热与热水解系统设有物料储存器，用于储存经一级蒸汽喷射器加热后的生物污泥，且该物料储存器所占面积较小。在此基础上，该生物污泥加热与热水解系统还设有用于对热水解反应器中生物污泥进行二级加热的二级蒸汽喷射器，具体为利用二级蒸汽喷射器向热水解反应器中连续输送高压蒸汽对生物污泥进行二级加热，不仅可以利用高压蒸汽的热量加强对生物污泥的加热效果，使生物污泥的传热效果更佳，从而使生物污泥能够快速达到热水解所需温度，使热水解反应器中的生物污泥在较短时间内充分热水解，且利用高速喷入的高压蒸汽也能强化生物污泥的混合效果，减少搅拌混合所需能量，有利于增强生物污泥受热的均匀性，从而增强热水解效果，同时高速喷入的高压蒸汽也能促进生物污泥在热水解反应器的流动，并最终将生物污泥中的有机物质特别是难降解有机物质高效地水解成有机酸及溶解性有机物等可以被微生物有效利用的小分子物质，达到改善热水解效果、降低处理成本等目的。此外，该生物污泥加热与热水解系统设有进料泵和出料泵，通过对进料泵和出料泵进行控制，能够有效控制热水解反应器中生物污泥的输入量和输出量，有利于改善连续加热、热水解和闪蒸的稳定性，且有利于改善处理效率。本发明生物污泥加热与热水解系统具有传热效果好、物料受热均匀性好、蒸汽消耗量小、加热时间短、连续操作稳定性好等优点，能够广泛用于降解生物污泥(如沼渣、活性污泥等)，且能够实现对生物污泥的有效降解，有着很好的应用价值和应用前景。
(2)本发明还提供了一种生物污泥加热与热水解工艺，采用上述本发明的生物污泥加热与热水解系统进行加热和热水解，即可实现间歇式操作以及连续式操作，具有工艺简单、操作方便、处理成本低、处理效率高、处理效果好等优点，有利于提高生物污泥的利用率以及扩大厌氧消化的应用范围。
