申請日2015.07.09
公開(公告)日2016.04.27
IPC分類號C02F11/10; C02F11/04
摘要
一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置，包括都設(shè)有攪拌裝置的預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜，以及提供蒸汽的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。其特征是：預(yù)熱釜和反應(yīng)釜蒸汽進(jìn)口(8、15)均設(shè)置在側(cè)壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;泄壓釜為罐體設(shè)有水冷夾層的閃蒸釜，通過溫度探測與水量控制連鎖裝置控制夾層水開啟時刻和流量，泄壓釜回流蒸汽管道與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的直通管道并聯(lián)且保持連通狀態(tài);預(yù)熱釜和反應(yīng)釜內(nèi)攪拌機(jī)的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀。本實用新型可最大程度地提高污泥厭氧消化產(chǎn)氣率和處理量，并降低建設(shè)成本和運行成本，而且可處理污泥含固率高(15%~12%)、有機(jī)質(zhì)含量范圍廣(35%~60%)。
權(quán)利要求書
1.一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置，包括以污泥輸料系統(tǒng)依次連接的儲泥斗、預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜，所述的預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜都設(shè)有攪拌裝置，以及給預(yù)熱釜和反應(yīng)釜提供蒸汽的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：
所述的預(yù)熱釜蒸汽進(jìn)口(8)和反應(yīng)釜蒸汽進(jìn)口(15)均設(shè)置在側(cè)壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;
所述的泄壓釜為罐體設(shè)有水冷夾層的閃蒸釜，泄壓釜蒸汽出口(19)設(shè)置在釜頂并有回流管道連通至所述預(yù)熱釜蒸汽進(jìn)口(8)，該回流管道與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的直通管道并聯(lián);
所述的預(yù)熱釜和反應(yīng)釜內(nèi)攪拌機(jī)的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀;
所述的預(yù)熱釜和反應(yīng)釜均在頂端設(shè)有排氣閥，預(yù)熱釜頂端還設(shè)有出泥加壓泵，反應(yīng)釜頂端還設(shè)有安全閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置，其特征在于：所述的泄壓釜在罐體水冷夾層的進(jìn)水管道上設(shè)有溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置，其特征在于：所述的污泥輸料系統(tǒng)通過第一螺旋輸送機(jī)(2)和垂直提升機(jī)(3)從儲泥斗(1)輸送污泥至預(yù)熱釜進(jìn)口(4)、通過第二螺旋輸送機(jī)(10)將預(yù)熱釜出口(9)的污泥輸送至反應(yīng)釜進(jìn)口(11)、通過管道將反應(yīng)釜出口的污泥輸送至泄壓釜進(jìn)口(17)、通過管道和螺桿泵(24)將泄壓釜出口(23)污泥直接輸送至厭氧池。
說明書
一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置。
背景技術(shù)
國內(nèi)外主要的污泥處置方式有填埋、焚燒、堆肥、厭氧消化等。填埋因污泥抗剪強(qiáng)度差、含水率和有機(jī)質(zhì)含量高，不僅占用大量的土地資源，而且導(dǎo)致滲濾液問題，正被逐步限制和禁止;堆肥和焚燒則分別受困于土地、資金和二次污染問題，其大規(guī)模推廣應(yīng)用阻力重重;厭氧消化則因具備回收潛在能量和降低環(huán)境危害的雙重功能而成為目前國際上首推的主流技術(shù)。
由于傳統(tǒng)厭氧消化普遍存在消化速率低、停留時間長(20～30d)、處理效率低(揮發(fā)性固體(VS)的去除率30%～40%)等不足，為改善這種現(xiàn)狀，近年來人們對污泥的厭氧消化的過程展開了大量研究。
研究表明，污泥厭氧消化反應(yīng)過程分為三個步驟：即水解、酸化和甲烷化，其中水解過程耗時最長，為厭氧消化的限速步驟，水解效率低直接導(dǎo)致了污泥在厭氧消化過程中存在停留時間長、降解效率低等缺點。污泥中的有機(jī)物大部分是微生物的細(xì)胞物質(zhì)，被細(xì)胞壁所包裹，由于細(xì)胞壁的存在，微生物對污泥的水解情況直接影響消化反應(yīng)的效果。提高污泥水解率的主要方法就是對剩余污泥進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)處理，擊破細(xì)胞壁，從而使胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)從固相轉(zhuǎn)移到液相，實現(xiàn)微生物對有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化。目前普遍采用的方法有化學(xué)法、生物法和熱處理法等，其中熱處理法研究較多。
基于國內(nèi)城市污泥有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低的現(xiàn)狀(大部分在30%～60%之間)，加之熱水解具備高效的水解效率、良好的滅菌除臭效果及高固含量進(jìn)料等優(yōu)勢，近幾年國內(nèi)出現(xiàn)幾處“高溫?zé)崴?厭氧消化”工程案例，如“湖北襄陽污泥處置工程”、“長沙市污泥集中處置工程”等，其中在熱水解環(huán)節(jié)的設(shè)計更是呈現(xiàn)出多樣化，處理效果也是莫衷一是、眾口難調(diào)。盡管如此，由于熱水解設(shè)備正處于單純依靠進(jìn)口和由進(jìn)口轉(zhuǎn)型為國產(chǎn)的初級階段，因此各種嘗試都將成為積極探索，可能為后來者提供重要參考和啟示。而如何在前人的基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步優(yōu)化或創(chuàng)新來真正實現(xiàn)污泥熱水解設(shè)備國產(chǎn)化，并有效解決我國中低有機(jī)質(zhì)污泥的高效厭氧消化難題，將是行業(yè)有識之士不斷努力和追求的目標(biāo)。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一套基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置。采用本實用新型的裝置，可最大程度地提高污泥厭氧消化產(chǎn)氣率和處理量，并降低建設(shè)成本和運行成本。
解決上述的技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：
一種基于厭氧消化的高含固污泥熱水解預(yù)處理裝置，包括以污泥輸料系統(tǒng)依次連接的儲泥斗、預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜，所述的預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜都設(shè)有攪拌裝置，以及給預(yù)熱釜和反應(yīng)釜提供蒸汽的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，其特征是：
所述的預(yù)熱釜蒸汽進(jìn)口8和反應(yīng)釜蒸汽進(jìn)口15均設(shè)置在側(cè)壁靠下處、且釜內(nèi)蒸汽分布器為環(huán)狀貼壁帶孔管，孔上有耐高溫濾層防堵;
所述的泄壓釜為罐體設(shè)有水冷夾層的閃蒸釜，泄壓釜蒸汽出口19設(shè)置在釜頂并有回流管道連通至所述預(yù)熱釜蒸汽進(jìn)口8，該回流管道與蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的直通管道并聯(lián);
所述的預(yù)熱釜和反應(yīng)釜內(nèi)攪拌機(jī)的攪拌槳為與轉(zhuǎn)動方向一致的螺旋盤繞狀;
所述的預(yù)熱釜和反應(yīng)釜均在頂端設(shè)有排氣閥，預(yù)熱釜頂端還設(shè)有出泥加壓泵，反應(yīng)釜頂端還設(shè)有安全閥。
所述的泄壓釜在罐體水冷夾層的進(jìn)水管道上設(shè)有溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置。
所述的污泥輸料系統(tǒng)通過第一螺旋輸送機(jī)2和垂直提升機(jī)3從儲泥斗1輸送污泥至預(yù)熱釜進(jìn)口4、通過第二螺旋輸送機(jī)10將預(yù)熱釜出口9的污泥輸送至反應(yīng)釜進(jìn)口11、通過管道將反應(yīng)釜出口的污泥輸送至泄壓釜進(jìn)口17、通過管道和螺桿泵24將泄壓釜出口23污泥直接輸送至厭氧池。
污水廠脫水污泥進(jìn)入預(yù)熱釜的同時，向預(yù)熱釜加入泄壓釜夾層出口22熱水或污水廠濃縮池污泥，將污泥稀釋至含固率15%～12%，關(guān)閉預(yù)熱釜進(jìn)口4，開啟預(yù)熱釜攪拌泵6和底部預(yù)熱釜蒸汽進(jìn)口8，預(yù)熱10～15min;
預(yù)熱結(jié)束后，關(guān)閉預(yù)熱釜攪拌泵6，打開預(yù)熱釜底部出口9，污泥自動或在預(yù)熱釜氣壓泵5作用下落入螺旋輸送機(jī)后進(jìn)入反應(yīng)釜，關(guān)閉預(yù)熱釜出口9，預(yù)熱釜開始第二階段進(jìn)泥，待污泥閃蒸開始時再開啟攪拌;
關(guān)閉反應(yīng)釜進(jìn)口11，開啟反應(yīng)釜攪拌泵12和底部蒸汽進(jìn)口15，反應(yīng)20～30min;
反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉反應(yīng)釜攪拌泵12和蒸汽進(jìn)口15，打開反應(yīng)釜出口16和泄壓釜進(jìn)口17，通過調(diào)控溫度探測與水量控制連鎖裝置使反應(yīng)釜污泥快速壓入泄壓釜，同時閃蒸蒸汽由頂端出汽口19循環(huán)回用，然后關(guān)閉反應(yīng)釜出口16，反應(yīng)釜開始第二階段進(jìn)泥，并開啟攪拌和蒸汽;
當(dāng)反應(yīng)釜污泥完全進(jìn)入泄壓釜后，關(guān)閉泄壓釜進(jìn)口17，繼續(xù)冷卻(夾層通水加攪拌)至50～60℃，控制時間在10～15min;
關(guān)閉反應(yīng)釜攪拌泵18，打開反應(yīng)釜出口23，由螺桿泵24將流態(tài)污泥直接輸送至厭氧消化池。
所述的從蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)直接進(jìn)入反應(yīng)釜和預(yù)熱釜的蒸汽溫度為165℃。
所述的泄壓釜蒸汽出口19回流管道保持連通狀態(tài)、直通管道在預(yù)熱釜溫度不足時開啟。
所述的反應(yīng)釜和泄壓釜可處于同一水平面(壓差輸料)，同時充分利用螺旋輸送機(jī)10輸送半固態(tài)物料的設(shè)置特性(最大傾斜角度20°)，最大程度地降低預(yù)熱釜和提升機(jī)3的抬升高度。
所述的泄壓釜為帶夾層結(jié)構(gòu)的常壓釜，具備調(diào)節(jié)釜內(nèi)溫度和冷卻污泥的雙重功能，通過在不同時刻打開夾層進(jìn)水口21和出水口22、以及調(diào)節(jié)進(jìn)水流量來達(dá)到一個最佳的閃蒸破壁效果，可采用溫度探測與水量控制連鎖裝置控制調(diào)節(jié);所述泄壓釜出水溫度40～80℃，可回用于稀釋預(yù)熱釜污泥、后續(xù)厭氧池保溫或沼渣干化等，泄壓釜出泥可不經(jīng)過換熱器直接通入?yún)捬醭亍?/P>
所述的溫度探測與水量控制連鎖裝置，為一種水量智能聯(lián)鎖控制調(diào)節(jié)裝置，首先初始化分析夾層進(jìn)水流量與釜內(nèi)溫度的相關(guān)性、進(jìn)而生成流量與溫度的函數(shù)公式、最后通過設(shè)置釜內(nèi)溫度值可自動調(diào)節(jié)至相應(yīng)進(jìn)水流量。
工作原理：
污水廠含固率20%污泥經(jīng)儲泥斗1通過水平螺旋輸送機(jī)2和垂直提升機(jī)3由進(jìn)口4進(jìn)入預(yù)熱釜，同時向釜內(nèi)加稀泥或回用熱水稀釋污泥至含固率15%～12%，進(jìn)泥完成后由底部蒸汽進(jìn)口8進(jìn)汽并開始攪拌，當(dāng)釜內(nèi)溫度接近100℃時排汽或停汽(鍋爐蒸汽)，保持溫度10～15min;預(yù)熱釜出口9出泥經(jīng)上傾螺旋輸送機(jī)10進(jìn)入反應(yīng)釜，進(jìn)泥完成后由底部蒸汽進(jìn)口15連續(xù)進(jìn)汽并開始攪拌，保證釜內(nèi)污泥溫度達(dá)到165℃并反應(yīng)20～30min;利用反應(yīng)釜和泄壓釜之間的壓差，在數(shù)分鐘之內(nèi)將預(yù)熱釜污泥壓入泄壓釜，析出的蒸汽經(jīng)頂部蒸汽出口19回用于預(yù)熱釜，同時利用攪拌泵18和夾層20冷卻水對污泥進(jìn)行快速冷卻，冷卻10～15min后的50～60℃污泥可不經(jīng)過換熱器直接泵入后續(xù)厭氧池反應(yīng)。
上述污泥由預(yù)熱釜進(jìn)入反應(yīng)釜后，第二批次污泥開始進(jìn)入預(yù)熱釜，前10～15min不通蒸汽，污泥可充分吸收釜內(nèi)余熱達(dá)到一定溫度，后10～15min開始接受閃蒸過程中產(chǎn)生的析出蒸汽預(yù)熱(必要時可補(bǔ)充鍋爐蒸汽);預(yù)熱完成后進(jìn)入反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)殘余的熱量加上開始通入的高溫蒸汽能更好的使污泥達(dá)到最佳的反應(yīng)狀態(tài);而泄壓釜在等待進(jìn)泥的10～15min內(nèi)，已由夾層冷卻水將釜內(nèi)溫度降至常溫，故能與反應(yīng)釜之間形成穩(wěn)定有效的壓差。因此該系統(tǒng)具有連續(xù)運行的潛力。
上述系統(tǒng)能量利用率能達(dá)到90%以上。
本實用新型具有如下優(yōu)點和效果：
(1)工藝簡單，建設(shè)成本低。本系統(tǒng)僅有預(yù)熱釜、反應(yīng)釜和泄壓釜3個罐及其附屬設(shè)備設(shè)施，且泄壓釜兼具閃蒸和冷卻換熱的雙重功能，流程相對簡單，設(shè)備成本可控;此外，反應(yīng)釜和泄壓釜可處于同一水平面(壓差輸料)，同時充分利用螺旋輸送機(jī)輸送半固態(tài)物料的設(shè)置特性(最大傾斜角度20°)，可最大程度地降低預(yù)熱釜和提升機(jī)的抬升高度，從而降低土建成本。
(2)能量利用率高，蒸汽消耗省。進(jìn)入預(yù)熱釜和反應(yīng)釜的蒸汽均由底部通入，在上升過程中逐漸與攪拌的泥水混合物接觸融合，進(jìn)而達(dá)到良好的加熱效果;利用泄壓釜溫度探測與水量控制連鎖裝置合理調(diào)節(jié)夾層水流來控制釜內(nèi)溫度，不僅可達(dá)到一個最佳的閃蒸破壁效果，而且能產(chǎn)生足夠壓力的析出蒸汽由釜頂回流至預(yù)熱釜;預(yù)熱釜和泄壓釜在等待污泥處理的15min內(nèi)，前者的余熱傳遞給釜內(nèi)污泥，后者的余熱則以冷卻水的形式回用于其它途徑。
(3)進(jìn)泥含固率高(12%～20%)。對于水解前粘性半固態(tài)污泥，主要采用螺旋輸送機(jī)完成污泥由儲泥斗至預(yù)熱釜、預(yù)熱釜至反應(yīng)釜的輸送，對于水解后流態(tài)污泥，則采用螺桿泵完成輸送;針對預(yù)熱釜和反應(yīng)釜內(nèi)半固態(tài)粘性污泥攪拌問題，采用螺旋盤繞狀攪拌槳，可有效減小攪拌高粘度物料的旋轉(zhuǎn)阻力。
(4)本技術(shù)主要適用于國內(nèi)中低有機(jī)質(zhì)高含固污泥或其它有機(jī)廢棄物厭氧消化預(yù)處理，但同時也適用于高有機(jī)質(zhì)高含固污泥或其它有機(jī)廢棄物，不僅能夠極大的提高后續(xù)厭氧產(chǎn)氣率，而且有利于后續(xù)沼渣的安全處置。
