专利名称：一种市政污泥能源化处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于污泥处理领域，涉及一种市政污泥处理系统。
背景技术：
自20世纪90年代末以来，我国城市污水处理事业迅速发展，城市污水处理厂由 400多座发展到2005年的792座，年产污泥近60万t (干物质计)，根据2010年远景规划， 2010年全国污水处理厂数量将会达到2000座左右，污水处理率达到50%，相应产生的污泥 量约为1000万t/年。污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统， 污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障。国内外进行污泥稳定化处理主要采用厌氧消化，厌氧消化可分为水解发酵、酸性 发酵和甲烷发酵三个阶段。传统的厌氧消化工艺中，产酸菌和产甲烷菌在单相反应器内完 成厌氧消化的过程。由于二者的特性有较大差异，对环境条件的要求不同，无法使产酸菌和 产甲烷菌都处于最佳的生理生态环境条件，因而存在着处理效率和运行稳定性差等问题。1971年，(ihosh和W10Iand首先提出了两相厌氧消化的概念，即把第1、第2阶段与 第3阶段分别在两个消化池中进行，将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个串联的反应器内， 并提供各自所需的最佳条件，使这两类细菌都能发挥最大的活性，与传统单相厌氧消化工 艺相比两相厌氧消化工艺的有机负荷、沼气产量、速率以及整个系统的处理效果都远远高 于传统的厌氧消化工艺；两相厌氧消化工艺中产酸反应器对污水进行预处理，不仅为产甲 烷反应器提供了更适宜的基质，还能够解除或降低水中的有害物质，减少对产甲烷菌的毒 害作用和影响，增强了整个系统运行的稳定性。相分离是实现两相厌氧消化工艺的关键，传统两相厌氧消化通过动力学参数(如 有机负荷率、停留时间等)的调控实现产酸菌和产甲烷菌的有效分离。但在实际运行中，产 酸菌经常会随出水进入产甲烷反应器，既造成产酸菌的流失，大分子有机物不能充分水解 酸化，又会对产甲烷反应器中产甲烷菌的生长造成危害，影响产气发酵，降低整个系统的处
理效率。此外，在我国许多已运行的污水处理厂污泥厌氧消化系统中，沼气产量波动较大， 导致发电波动大，沼气发电等关键设备不能正常运行或停运等。这种低产率的现象主要是 由厌氧消化过程中不能维持稳定的高有机负荷造成。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可有效提升两相厌氧消化 及产气效率的污泥处理系统。本实用新型通过以下技术方案实现上述目的本实用新型提供了一种市政污泥能源化处理系统，包括产酸反应器和产甲烷反应 器，产酸反应器和产甲烷反应器之间还设置有第一级膜分离设备和第二级膜分离设备。污 泥先经过产酸反应器在其中水解产酸，使大分子有机物进行水解酸化，转变成小分子有机酸和醇类等，之后经过第一级膜分离设备，分离成为第一浓缩液和第一渗透液，第一渗透液 进入第二级膜分离设备，分离为成为第二浓缩液和第二渗透液，第二浓缩液再进入所述的 产甲烷反应器进行发酵产甲烷；而分离出来的成为清液，可直接排放或处理后回用。由第一级膜分离设备分离所得的第一浓缩液，可以通过管道连接回流进入产酸反 应器，与新进入产酸反应器的污泥一起进行再次水解产酸反应，提高污泥产酸效率。一级膜 分离可截留产酸菌，杜绝其对产甲烷相的影响。在产酸反应器和产甲烷反应器之间设置第一和第二级分离膜设备，使得污泥在各 个步骤分离成为适应于下一步反应的浓缩液/渗透液，是本实用新型重要的实用新型点之一。膜分离是20世纪60年代以后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术兼有分离、 浓缩的功能，又有高效、易于控制等特征。但是，目前的膜分离技术仅被应用于水处理系统。本实用新型首次将膜分离设备应用于污泥处理系统，发现利用两级分离，非常适 合于获得适应于两相厌氧消化的浓缩液/渗透液。在本实用新型中，膜分离系统所采用的 膜是振动膜或管式膜，它们具有高抗污染性，易清洗，对水质和料液的预处理要求很低，经 过实践发现它们非常适合于本系统的运行。为了使得分离效果与本实用新型的目的更贴 近，进一步提升产酸、产甲烷及出水水质，本实用新型优选以下膜第一级分离膜设备所采 用的膜为微滤膜或超滤膜；第二级分离膜设备所采用的膜为超滤膜、纳滤膜或反渗透膜。为了进一步提升产酸/产甲烷效率，产酸反应器和产甲烷反应器均设有加热装置 或保温装置；反应器内的温度(两相反应温度)均控制在35士 1°C。采用该膜分离设备作为处理系统的一部分，其各设备间的组合简单、衔接紧密，设 备运营稳定性很强。经过水解产酸后的出水进入第一级膜分离设备；浓缩分离后的大分 子有机浓液和产酸菌回流到水解产酸反应器继续水解，渗透液进入第二级膜分离设备；经 过第二次浓缩分离后，清液可直接排放或处理后回用，浓缩液进入产甲烷反应器厌氧发酵， 可以保证产甲烷反应器中的有机物浓度COD不低于20000mg/L，保证产甲烷反应器内较高 的有机负荷以及整个系统具有较高的产气量和产气速率，产气发酵后出水排入污水处理系 统。除此，产酸反应器和产甲烷反应器的底部设置有排泥口，进行间歇排泥，顶部设置 有气体收集装置，产酸反应器和产甲烷反应器中产生的沼气从顶部进入气体收集装置。优 选的产酸反应器和产甲烷反应器如下产酸反应器池体为方形或圆柱形容器，池高和池径 (池宽)比为0.5 1.5 1，可为钢制或者混凝土材质；产甲烷反应器可以是UASB反应器 或者可以达到同样厌氧发酵和气水分离效果的任何反应器。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果1.本实用新型所提供的系统将两相厌氧消化技术和膜分离技术有机地结合起来， 实现了物理渗析方法和动力学控制法结合，真正的实现水解产酸菌和产甲烷菌的分离，使 两相内的细菌都能发挥最大的活性，提高整个系统的运行稳定性。2.本实用新型所提供的系统通过两级膜分离设备在系统中的有机设置，可以保证 产甲烷发酵段在高有机物浓度下稳定运行，具有很高的有机负荷和有机物去除率，沼气产 量和产率高，提高了整个系统的处理效率；其浓缩分离后的有机物回收率不低于80%，可 以维持产甲烷发酵段在高有机浓度(COD ^ 20000mg/L)下运行，具有很高的有机物物转化率(0.9 1. lL/g VS)和分解速率(40% 60% )，且消化时间短(低于10天)，整个系统 的处理效率大大提高，同时沼气产量稳定，有利于后续沼气发电设备的正常运转，在污泥减 量化的同时实现其资源化利用，降低运行成本。3.本实用新型提供的系统不仅处理效率高，而且结构简单、紧凑，相互配合运作， 运行稳定，占地面积小，节约投资成本，不仅适用于大型污水厂污泥处理，也可以在中小型 污水厂推广。
图1为本实用新型污泥能源化处理系统示意图具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本实用新型的技术方案。实施例1设备中试规模，产酸反应池的池径2. 5m，高2，lm，有效容积约10m3，底倾角可为 20° ；产甲烷反应池采用矩形，长、宽、高分别为％i、3m、;3m，有效容积30m3。产酸反应池一端 连接污泥入口，一端为出水口，出水口连接第一级膜分离设备(微滤振动膜)，第一级膜分 离设备截留端连接管道通回产酸反应池，渗透端连接管道进入第二级膜分离设备(超滤振 动膜)，第二级膜分离设备截留端连接管道通入产甲烷反应池，渗透端连接管道直接出水。产酸反应池和产甲烷反应池底部均设置有排泥口，顶部均设有气体收集装置。污泥来源于一处理量为20万吨/日的污水厂的混合污泥，污泥含水率95 %，每日 处理4m3。污泥从产酸反应池一端进入，HRT为2. 5天，池内温度为34°C，之后从另一端输 出，进入第一级膜分离设备，分离成为截留端的第一浓缩液和渗透端的第一渗透液，第一浓 缩液通过管道连接回流进入产酸反应池与新进入的污泥混合继续水解反应，防止产酸菌的 流失，维持产酸反应器内具有较高的水解产酸菌；第一渗透液再进入第二级膜分离设备中， 分离成为第二浓缩液和第二渗透液；第二渗透液可直接排放，第二浓缩液进入产甲烷反应 池，此时产甲烷反应池中的COD为23000mg/L，HRT为7，5天，池内温度为34°C，产甲烷反应 器中产氢、产乙酸菌将前一阶段的产物转化成以乙酸和吐/0)2为主的二次中间代谢产物， 然后再由与产氢产乙酸细菌共生的产甲烷细菌最终转化为CH4/C02。产酸反应池和产甲烷 反应池产生的沼气进入气体收集装置。整个处理系统平均有机物分解率维持在45%左右，分解单位重量挥发性有机物的 沼气转化率维持在0. 9L/g VS以上，产气率稳定维持在12m3/m3湿污泥，产甲烷相出水中挥 发性脂肪酸低于300mg/L。实施例2设备如实施例要求1，但第二级膜分离设备采用的是纳滤膜。污泥来源如同实施例1，污泥从产酸反应池一端进入，HRT设为2. 5天，池内温度 为36°C，之后从另一端输出，进入第一级膜分离设备，分离成为截留端的第一浓缩液和渗透 端的第一渗透液，第一浓缩液通过管道连接回流进入产酸反应池与新进入的污泥混合继续 水解反应，防止产酸菌的流失，维持产酸反应器内具有较高的水解产酸菌；第一渗透液再进 入第二级膜分离设备中，分离成为第二浓缩液和第二渗透液，第二渗透液可以直接回用，第二浓缩液进入产甲烷反应池，此时产甲烷反应池中的COD为25000mg/L，HRT设为7. 5天，池 内温度为36°C，产甲烷反应器中产氢、产乙酸菌将前一阶段的产物转化成以乙酸和H2/C02 为主的二次中间代谢产物，然后再由与产氢产乙酸细菌共生的产甲烷细菌最终转化为CH4/ C02。产酸反应池和产甲烷反应池产生的沼气进入气体收集装置。整个处理系统平均有机物分解率维持在50%左右，分解单位重量挥发性有机物的 沼气转化率维持在lL/g VS以上，产气率稳定维持在13m3/m3湿污泥，产甲烷相出水中挥发 性脂肪酸低于200mg/L。实施例3设备如实施例要求1，但两级膜分离设备均采用管式膜，第一级膜分离采用超滤 膜，第二级膜分离采用纳滤膜。在此装置下，第二渗透液可直接回用，产甲烷相中COD可 维持在^000mg/L，系统平均有机物分解率维持在55%左右，有机物的沼气转化率维持在 1. lL/g VS左右，产气率稳定维持在14m3/m3湿污泥，产甲烷相出水中挥发性脂肪酸低于 200mg/L。和振动膜相比，管式膜造价低，但反冲洗次数比振动膜频繁。实施例4设备如实施例要求3，但第二级膜分离采用反渗透膜。在此装置下，第二渗透液可 直接回用，产甲烷相中COD可维持在30000mg/L左右，系统平均有机物分解率维持在57 %左 右，有机物的沼气转化率维持在1. lL/g VS以上，产气率稳定维持在14m3/m3湿污泥，产甲烷 相出水中挥发性脂肪酸低于150mg/L。和实施例3相比，反冲洗次数更加频繁，膜更换周期 缩短。
权利要求1.一种市政污泥能源化处理系统，包括产酸反应器和产甲烷反应器，其特征在于产 酸反应器和产甲烷反应器之间还设置有第一级膜分离设备和第二级膜分离设备，污泥先经 过产酸反应器在其中水解产酸，之后经过第一级膜分离设备，分离成为第一浓缩液和第一 渗透液，第一渗透液进入第二级膜分离设备，分离为成为第二浓缩液和第二渗透液，第二浓 缩液再进入所述的产甲烷反应器进行发酵产甲烷。
2.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的在第一级膜分离 设备中分离所得的第一浓缩液回流进入产酸反应器。
3.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的第一和第二级分 离膜设备采用振动膜或管式膜。
4.如权利要求3所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的第一级分离膜设 备所采用的膜为微滤膜或超滤膜；第二级分离膜设备所采用的膜为超滤膜、纳滤膜或反渗 透膜。
5.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的产酸反应器和产 甲烷反应器均设有加热或保温装置。
6.如权利要求5所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的产酸反应器和产 甲烷反应器中的温度控制在35 士 1 °C。
7.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的产酸反应器和产 甲烷反应器的底部设置有排泥口，顶部设置有气体收集装置。
8.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的产甲烷反应器中 的机物浓度COD不低于20000mg/L。
9.如权利要求1所述的市政污泥能源化处理系统，其特征在于所述的产酸反应器池体 为方形或圆柱形容器；产甲烷反应器是UASB反应器，产酸反应器和产甲烷反应器内均设有 搅拌装置。
专利摘要本实用新型属于污泥处理领域，涉及一种市政污泥能源化处理系统，该系统包括产酸反应器和产甲烷反应器，产酸反应器和产甲烷反应器之间还设置有第一级膜分离设备和第二级膜分离设备，污泥先经过产酸反应器在其中水解产酸，之后经过第一级膜分离设备，分离成为第一浓缩液和第一渗透液。第一浓缩液回流至产酸反应器，第一渗透液进入第二级膜分离设备，分离为成为第二浓缩液和第二渗透液，第二浓缩液再进入所述的产甲烷反应器进行发酵产甲烷。实用新型将两相厌氧消化技术和膜分离技术有机地结合起来，实现了物理渗析方法和动力学控制法结合，真正的实现水解产酸菌和产甲烷菌的分离，使两相内的细菌都能发挥最大的活性，提高整个系统的运行稳定性和能源化效率。
文档编号C02F11/04GK201915013SQ20102026555
公开日2011年8月3日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者丁凯, 刘伟, 吴亚坚, 邵云海 申请人:刘伟