污泥處理系統(tǒng)及污泥處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了污泥處理系統(tǒng)，包括依次連接的污泥收集池、污泥調節(jié)池、污泥熱水解裝置、熱交換器、厭氧反應裝置、污泥脫水裝置和污泥干化裝置，還包括儲氣罐和沼氣鍋爐，儲氣罐的輸入端與厭氧反應裝置的出氣端連接，沼氣鍋爐的燃料輸入端與儲氣罐的輸出端連接，沼氣鍋爐的輸出端與污泥熱水解裝置連接，污泥脫水裝置的出水端與污泥調節(jié)池的輸入端連接。本發(fā)明還公開了污泥處理方法包括如下步驟1)收集污泥原料并用水稀釋；2)將稀釋后的污泥原料在高溫下水解；3)將熱水解污泥厭氧消化得到沼氣和消化污泥；4)對沼氣進行收集；5)對消化污泥進行脫水及干化得到污泥成品。通過上述步驟及方法，實現(xiàn)了污泥處理的資源化、無害化、減量化及穩(wěn)定化。
【專利說明】污泥處理系統(tǒng)及污泥處理方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及固體廢棄物處理領域，特別涉及污泥處理系統(tǒng)及污泥處理方法。
【背景技術】
[0002]當前國內外主流的污泥處理技術路線大致分為5種:1、污泥厭氧消化法，2、污泥好氧發(fā)酵+ 土地利用法，3、干化焚燒+填埋/建材輔料法，4、污泥水泥窯協(xié)同焚燒法，5、污泥脫水填埋法。根據中國水網的研究分析，目前全國范圍內數量有限進入處理環(huán)節(jié)的污泥中，只有10%左右通過好氧發(fā)酵處理后回用到土地，另外有20%采用衛(wèi)生填埋，還有少量采用焚燒、建材利用等方式進行處置，其余的70%只是隨意外運、簡單填埋或者堆放。這70%的污泥量成為環(huán)境污染的最大隱患一二次污染，污泥深度處理迫在眉睫。
[0003]據分析，脫水填埋工藝之所以在行業(yè)內大行其道，是由于其相較于其他工藝來說明顯成本更低。一般而言，一次性投資成本最大的是干化焚燒工藝，約為70萬元/噸以上，好氧/厭氧發(fā)酵制肥技術平均約為30萬-50萬元/噸，但深度脫水工藝投資成本約10萬元/噸。簡單脫水填埋所造成的二次污染問題已經在很多已運行的污泥處理設施中凸顯，由此給很多項目方帶來額外的二次改造投入，污泥處理生產充滿市場生機。
[0004]隨著行業(yè)探索的深入，被列為過渡性措施的脫水填埋工藝在國內污泥處理行業(yè)中將逐漸示弱，取而代之的是兼具無害化處理效果明顯及經濟性適中的好氧或厭氧發(fā)酵制肥路線，將通過資源化路徑與耕地、城市園林綠地開發(fā)結合起來，好氧/厭氧發(fā)酵工藝的未來價值將集中于下游資源化的產業(yè)鏈延伸上。城市污泥中的有機質和氮磷鉀養(yǎng)分含量較高，其發(fā)酵制出的有機質肥 料比畜禽糞便等廢棄物制出的有機肥的肥效高出不少，市場潛力很大。
[0005]目前在污泥處理領域中使用的污泥處置方法對于國家規(guī)定與要求的污泥的資源化、無害化、減量化、穩(wěn)定化等問題基本都只能做到其中一、二項，不能夠四個標準都能夠全部達到。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種可以實現(xiàn)污泥處理的資源化、無害化、減量化、穩(wěn)定化的污泥處理系統(tǒng)及相應的污泥處理方法。
[0007]根據本發(fā)明的一個方面，提供了污泥處理系統(tǒng)，包括依次連接的污泥收集池、污泥調節(jié)池、污泥熱水解裝置、熱交換器、厭氧反應裝置、污泥脫水裝置和污泥干化裝置，還包括儲氣罐和沼氣鍋爐，厭氧反應裝置設有出氣端，儲氣罐的輸入端與厭氧反應裝置的出氣端連接，沼氣鍋爐的燃料輸入端與儲氣罐的輸出端連接，沼氣鍋爐的輸出端與污泥熱水解裝置連接，污泥脫水裝置設有出水端，污泥脫水裝置的出水端與污泥調節(jié)池的輸入端連接。
[0008]其有益效果是:污泥通過污泥收集池進行收集，后進入污泥調節(jié)池加水稀釋成可流動狀態(tài)。稀釋后的污泥輸送到密封的污泥熱水解裝置中進行高溫水解。經過熱水解后，污泥體積增大，水解后污泥顆粒變小，易于分解。經過熱水解后的污泥進入到熱交換器內進行降溫。降溫后的污泥再輸送到厭氧反應裝置內進行厭氧消化處理。厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機物質。厭氧消化后的污泥再輸送到污泥脫水裝置和污泥干化裝置進行脫水及干化后即可得到成品污泥。通過上述步驟，污泥中的有機物被消化分解，可使污泥穩(wěn)定化、污泥無害化，同時產生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經消化以后，其中的部分有機氮轉化成了氨氮，提高了污泥的肥效。通過有機物質的分解使污泥的減量化，再通過濃縮和脫水進一步實現(xiàn)減量化，為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。通過上述步驟，實現(xiàn)了污泥處理的資源化、無害化、減量化及穩(wěn)定化。
[0009]在一些實施方式中，污泥處理系統(tǒng)還包括脫硫裝置，脫硫裝置連接在厭氧反應裝置和儲氣罐之間。其有益效果是:脫硫裝置可脫除沼氣中的含硫氣體，避免其在燃燒后造成二次污染。
[0010]在一些實施方式中，污泥處理系統(tǒng)還包括污水處理系統(tǒng)，污泥脫水裝置和污泥干化裝置均設有出水端，污水處理系統(tǒng)的輸入端與污泥脫水裝置和污泥干化裝置的出水端連接，污水處理系統(tǒng)的輸出端與沼氣鍋爐的進水端連接。其有益效果是:污泥脫水裝置和污泥干化裝置從污泥分離出的污水經過污水處理系統(tǒng)處理后得到達排放標準的清水，該清水可直接排放也可用于沼氣鍋爐的的鍋爐用水。
[0011]在一些實施方式中，污泥收集池和污泥調節(jié)池之間設有過濾柵。其有益效果是:通過過濾柵將大塊的垃圾雜物進行過濾以及清理，以防進入下一個環(huán)節(jié)堵塞污泥的輸送裝置。
[0012]在一些實施方 式中，厭氧反應裝置的底部設有與儲氣罐的出氣部連接的進氣管，厭氧反應裝置為厭氧反應罐，厭氧反應罐為上大下小的錐形。其有益效果是:厭氧反應裝置的底部設有與儲氣罐的出氣部連接的進氣管，可將儲氣罐中的沼氣輸送到厭氧反應裝置中對進行厭氧反應的污泥進行攪拌。厭氧反應罐設置成上大下小的錐形可方便污泥的攪拌及排放。
[0013]根據本發(fā)明的另一個方面，應用上述的污泥處理系統(tǒng)的污泥處理方法，包括如下步驟:
[0014]I)收集污泥原料并用水稀釋到含水率達到80%~90% ；
[0015]2)將稀釋后的污泥原料在133~137°C下水解2~4小時得到水解產物；
[0016]3)將水解產物降溫后密閉條件下厭氧消化16~18天產以生沼氣和消化污泥；
[0017]4)對沼氣進行收集；
[0018]5)對消化污泥進行脫水及干化得到污泥成品。
[0019]其有益效果是:污泥經過熱水解后，污泥體積增大，水解后污泥顆粒變小，含水率低且易于脫水，這是因為熱水解使污泥有機物菌體細胞的破碎，胞外聚合物和胞內大分子有機物水解為小分子有機物降低了粘度，同時熱水解改變了污泥中的水的分布，不可以機械分離的細胞內部水、間隙水、毛細水減少，可通過機械分離的自由水增多從而改變了污泥脫水性能。厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機物質的一種污泥處理工藝。首先，有機物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化，使之不易腐敗。其次，通過厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲卵被殺滅或作為有機物被分解，使污泥無害化。第三，隨著污泥被穩(wěn)定化，將產生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經消化以后，其中的部分有機氮轉化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的減量化雖然主要借濃縮和脫水，但有機物被厭氧分解，轉化成沼氣，這本身也是一種減量過程。污泥脫水干化的目的是使固體富集，減少污泥體積，進一步實現(xiàn)減量化，為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。
[0020]在一些實施方式中，步驟I)中污泥收集池對污泥進行收集，并采用污泥調節(jié)池對污泥進行稀釋，將污泥原料用水稀釋之前將污泥原料進行過濾，所述步驟I)中的污泥原料包括餐廚垃圾和城鎮(zhèn)污水廠污泥/工業(yè)廢水污泥等。其有益效果是:將污泥原料進行過濾以防大塊的垃圾進入下一個環(huán)節(jié)堵塞污泥的輸送裝置。對污泥原料進行過濾可餐廚垃圾可增加污泥中的有機物含量，為下一個環(huán)節(jié)污泥厭氧提供條件。
[0021]在一些實施方式中，步驟2)中采用污泥熱水解裝置對污泥進行水解，污泥熱水解裝置為二個以上進行序批式循環(huán)生產。其有益效果是:可保證水解的連續(xù)化生產。
[0022]在一些實施方式中，步驟3)中采用厭氧反應裝置對污泥進行厭氧消化，步驟4)中采用儲氣罐對沼氣進行收集，儲氣罐收集后的沼氣再輸送到厭氧反應裝置的底部對厭氧反應裝置中的污泥進行攪拌。其有益效果是:利用厭氧消化生成的沼氣對厭氧反應裝置中的污泥進行攪拌，使污泥中的厭氧消化菌分布更均勻，可促進污泥的厭氧消化反應。
[0023]在一些實施方式中，步驟4)收集后的沼氣用于對沼氣鍋爐的燃料，沼氣鍋爐產生的蒸氣用于對步驟2)中稀釋后的污泥原料進行加熱。其有益效果是:通過厭氧消化生成的沼氣作為沼氣鍋爐的燃料，而沼氣鍋爐產生的蒸氣又作為污泥原料的熱源，實現(xiàn)了能量的循環(huán)利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明 一實施方式的污泥處理系統(tǒng)的結構示意圖；
[0025]圖2為污泥處理方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0027]圖1示意性地顯示了根據本發(fā)明的一種實施方式的污泥處理系統(tǒng)。
[0028]如圖1所示，污泥處理系統(tǒng)包括依次連接的污泥收集池110、污泥調節(jié)池120、污泥熱水解裝置130、熱交換器140、厭氧反應裝置150、污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170。污泥收集池110和污泥調節(jié)池120之間安裝過濾柵。將城鎮(zhèn)污水廠污泥或/和工業(yè)廢水污泥送入污泥收集池110，并加餐廚垃圾進行混合?；旌虾蟮奈勰嗤ㄟ^過濾柵進行過濾后送入到污泥調節(jié)池120中，將污泥調節(jié)池120中的污泥用水進行稀釋到含水率達80%以上，要求稀釋后的污泥具有流動性。再將稀釋后的污泥以螺桿泵輸送到密閉的污泥熱水解裝置130中，對污泥熱水解裝置130中的污泥以蒸氣進行加熱。污泥熱水解裝置130可采用污泥水解罐，厭氧反應裝置150可采用厭氧反應罐，污泥脫水裝置160可選用板框式壓泥機，污泥干化裝置170可選用帶式干燥機。
[0029]污泥處理系統(tǒng)還包括脫硫裝置200、儲氣罐180和沼氣鍋爐190。厭氧反應裝置150開有出氣端141，厭氧反應裝置150的出氣端141與脫硫裝置200的進氣端連接，脫硫裝置200的出氣端與儲氣罐180的輸入端連接。沼氣鍋爐190的燃料輸入端與儲氣罐180的輸出端連接，沼氣鍋爐190的輸出端與污泥熱水解裝置130連接。污泥脫水裝置160上開有出水端161，污泥脫水裝置160的出水端161與污泥調節(jié)池120的輸入端連接。厭氧反應裝置150的底部設有與儲氣罐180的出氣部連接的進氣管。厭氧反應裝置150中的污泥在厭氧消化過程中會產生沼氣，沼氣中含有大量的甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氫氣體。厭氧消化所產生的沼氣首先輸送到脫硫裝置200以脫除其中的硫化氫氣體，脫硫后的沼氣再輸送到儲氣罐180進行儲存。儲氣罐180中的沼氣可通過管道輸送到厭氧反應裝置150的底部對正在進行厭氧消化的污泥進行攪拌。儲氣罐180中的沼氣也可作為燃料輸送到沼氣鍋爐190內對沼氣鍋爐190進行加熱。沼氣鍋爐190所產生的蒸氣輸送到污泥熱水解裝置130內對需要進行水解的污泥進行加熱及保溫。實現(xiàn)的物料能量的循環(huán)利用。
[0030]污泥處理系統(tǒng)還包括污水處理系統(tǒng)210。污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170均設有出水端，污水處理系統(tǒng)210的輸入端與污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170的出水端連接，污水處理系統(tǒng)210的輸 出端與沼氣鍋爐190的進水端連接。污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170分離出的污水輸經除臭后輸送到送到污泥調節(jié)池120作為調節(jié)用水，也可經污水處理系統(tǒng)210凈化后又可輸送到沼氣鍋爐190作為鍋爐用水。
[0031]厭氧反應裝置150可選用厭氧反應罐，為方便攪拌和排料，厭氧反應罐可設計成上大下小的錐形。
[0032]圖2示意性地顯示了根據本發(fā)明的一種實施方式的污泥處理方法。
[0033]如圖2所示，適用于上述污泥處理系統(tǒng)的污泥處理方法，包括如下步驟:
[0034]I)污泥收集及污泥調節(jié):以污泥收集池110對污泥進行收集，所收集的污泥包括城鎮(zhèn)污水廠污泥或/和工業(yè)廢水污泥和餐廚垃圾。收集的污泥原料經過濾柵過濾后進入污泥調節(jié)池120，并用水稀釋到含水率達到80%~90% ;
[0035]2)污泥水解:將稀釋后的污泥原料送入污泥熱水解裝置130中，在污泥熱水解裝置130中通入高壓蒸汽將污泥加熱到133~137°C水解2~4小時得到水解產物。污泥熱水解裝置130設為二個以上進行序批式循環(huán)生產。
[0036]3)污泥消化:將水解后的水解產物送入熱交換器140降溫至45~50°C，再送入厭氧反應裝置150中，在密閉條件下厭氧消化16~18天產生沼氣和消化污泥。
[0037]4)沼氣收集及沼氣供熱:厭氧消化所產生的沼氣輸送到脫硫裝置200進行脫硫后再輸送到儲氣罐180進行收集。儲氣罐180收集后的沼氣再通過厭氧反應裝置150底部的進氣管輸送到厭氧反應裝置150的底部，以對厭氧反應裝置150中的污泥進行攪拌。收集后的沼氣輸送到沼氣鍋爐190作為沼氣鍋爐190的燃料，沼氣鍋爐190產生的蒸氣輸送到污泥熱水解裝置130中對污泥熱水解裝置130中的污泥原料進行加熱。
[0038]5)污泥脫水及污泥干化:采用污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170對消化污泥進行脫水及干化得到污泥成品。污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170分離出的污水經除臭后可輸送到污泥調節(jié)池120作為調節(jié)用水。污泥脫水裝置160和污泥干化裝置170分離出的污水經過污水處理系統(tǒng)處理后可作為沼氣鍋爐190的鍋爐用水。
[0039]6)沼氣發(fā)電:儲氣罐180中的污泥還可以輸送到沼氣發(fā)電裝置中進行發(fā)電，所產生的電量用于對整個污泥處理系統(tǒng)提供電能，以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
[0040]實施例1
[0041 ] 城鎮(zhèn)污水廠污泥和餐廚垃圾在污泥收集池110中以4:1的比例混合，后經過過濾柵過濾后輸送到污泥調節(jié)池120，加水調節(jié)至污泥的含水率為80%，再將污泥以螺桿泵輸送到密閉的污泥水解罐中，以高壓蒸氣直接通入到污泥水解罐中對污泥進行加熱，加熱至135°C保溫2小時進行水解。水解后的污泥通過螺桿泵輸送到熱交換器140中降溫至45°C后，輸送到密閉的厭氧反應罐進行厭氧消化17天。厭氧消化過程中產生的沼氣通過硫裝置200脫硫后送入儲氣罐180進行儲存。厭氧消化后產生的消化污泥通過板框式壓泥機和帶式干燥機進行脫水及干化后得到成品污泥。
[0042]實施例2
[0043]工業(yè)廢水污泥和餐廚垃圾在污泥收集池110中以5:1的比例混合，后經過過濾柵過濾后輸送到污泥調節(jié)池120，加水調節(jié)至污泥的含水率為85%，再將污泥以螺桿泵輸送到密閉的污泥水解罐中，以高壓蒸氣直接通入到污泥水解罐中對污泥進行加熱，加熱至133°C保溫3小時進行水解。水解后的污泥通過螺桿泵輸送到熱交換器140中降溫至45°C后，輸送到密閉的厭氧反應罐進行厭氧消化16天。厭氧消化過程中產生的沼氣通過硫裝置200脫硫后送入儲氣罐180進行儲存。厭氧消化后產生的消化污泥通過板框式壓泥機和帶式干燥機進行脫水及干化后得到成品污泥。
[0044]實施例3
[0045]工業(yè)廢水污泥、城鎮(zhèn)污水廠污泥和餐廚垃圾在污泥收集池110中以2:2:1的比例混合，后經過過濾柵過濾后輸送到污泥調節(jié)池120，加水調節(jié)至污泥的含水率為90%，再將污泥以螺桿泵輸送到密閉的污泥水解罐中，以高壓蒸氣直接通入到污泥水解罐中對污泥進行加熱，加熱至137°C保溫4小時進行水解。水解后的污泥通過螺桿泵輸送到熱交換器140中降溫至45°C后，輸送到密閉的厭氧反應罐進行厭氧消化18天。厭氧消化過程中產生的沼氣通過硫裝置200脫硫后送入儲氣罐180進行儲存。厭氧消化后產生的消化污泥通過板框式壓泥機和帶式干燥機進行脫水及干化后得到成品污泥。
[0046]以上所述的僅是 本發(fā)明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.污泥處理系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的污泥收集池(110)、污泥調節(jié)池(120)、污泥熱水解裝置(130)、熱交換器(140)、厭氧反應裝置(150)、污泥脫水裝置(160)和污泥干化裝置(170)，還包括儲氣罐(180)和沼氣鍋爐(190)，所述厭氧反應裝置(150)設有出氣端(151)，所述儲氣罐(180)的輸入端與厭氧反應裝置(150)的出氣端(151)連接，所述沼氣鍋爐(190)的燃料輸入端與儲氣罐(180)的輸出端連接，所述沼氣鍋爐(190)的輸出端與污泥熱水解裝置(130)連接，所述污泥脫水裝置(160)設有出水端(161)，所述污泥脫水裝置(160)的出水端(161)與污泥調節(jié)池(120)的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的污泥處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括脫硫裝置(200)，所述脫硫裝置(200)連接在厭氧反應裝置(150)和儲氣罐(180)之間。
3.根據權利要求1所述的污泥處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括污水處理系統(tǒng)(210)，污泥脫水裝置(160)和污泥干化裝置(170)均設有出水端，所述污水處理系統(tǒng)(210)的輸入端與污泥脫水裝置(160)和污泥干化裝置(170)的出水端連接，所述污水處理系統(tǒng)(210)的輸出端與沼氣鍋爐(190)的進水端連接。
4.根據權利要求1所述的污泥處理系統(tǒng)，其特征在于，所述污泥收集池(110)和污泥調節(jié)池(120)之間設有過濾柵。
5.根據權利要求1所述的污泥處理系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧反應裝置(150)的底部設有與儲氣罐(180)的出氣部連接的進氣管，所述厭氧反應裝置(150)為厭氧反應罐，所述厭氧反應罐為上大下小的錐形。
6.應用于權利要求 1~5任一項所述的污泥處理系統(tǒng)的污泥處理方法,其特征在于,包括如下步驟: 1)收集污泥原料并用水稀釋到含水率達到80%~90%； 2)將稀釋后的污泥原料在133~137°C下水解2~4小時得到水解產物； 3)將水解產物降溫后在密閉條件下厭氧消化16~18天以產生沼氣和消化污泥； 4)對沼氣進行收集； 5)對消化污泥進行脫水及干化得到污泥成品。
7.根據權利要求6所述的污泥處理方法，其特征在于，所述步驟I)中污泥收集池(110)對污泥進行收集，并采用污泥調節(jié)池(120)對污泥進行稀釋，將污泥原料用水稀釋之前將污泥原料進行過濾，所述步驟I)中的污泥原料包括餐廚垃圾和城鎮(zhèn)污水廠污泥/工業(yè)廢水污泥。
8.根據權利要求6所述的污泥處理方法，其特征在于，所述步驟2)中采用污泥熱水解裝置(130)對污泥進行水解，所述污泥熱水解裝置(130)為二個以上進行序批式循環(huán)生產。
9.根據權利要求6所述的污泥處理方法，其特征在于，所述步驟3)中采用厭氧反應裝置(150)對污泥進行厭氧消化，所述步驟4)中采用儲氣罐(180)對沼氣進行收集，儲氣罐(180)收集后的沼氣再輸送到厭氧反應裝置(150)的底部對厭氧反應裝置(150)中的污泥進行攪拌。
10.根據權利要求6所述的污泥處理方法，其特征在于，所述步驟4)收集后的沼氣用于對沼氣鍋爐(190)的燃料，沼氣鍋爐(190)產生的蒸氣用于對步驟2)中稀釋后的污泥原料進行加熱。
【文檔編號】C02F11/00GK104030537SQ201410251937
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】王勝初 申請人:王勝初