一种城市污水处理厂剩余污泥产甲烷的装置的制作方法

本实用新型涉及环保设备技术领域，尤其涉及一种废弃物资源化利用装置，具体涉及一种利用城市污水处理厂剩余污泥产甲烷的装置。

背景技术：

城市生活污水处理厂剩余污泥是目前典型的固体废弃物，这些污泥中含有大量的有机物、动植物（微生物）的残体、纤维质、重金属等，若不能妥善处理，势必会对生态环境造成严重危害。另一方面，随着经济的持续发展，化石能源的深度开采和利用，又使的全球面临能源危机和碳排放的威胁，开发新能源、制备富氢燃料是解决能源危机，缓解碳排放量的一个有效途径，而利用城市生活污水处理厂剩余污泥制备甲烷，不仅能够减少固体废弃物的排放，还能提供一种富氢能源的制备装置。

城市生活污水处理厂剩余污泥主要有未脱除或难脱除的水、微生物残体、泥沙、植物纤维、油类物质等富含有机物的物质，这些物质富含C、H、N等元素，剩余污泥的在合适的温度和压力条件下，在厌氧菌和兼性菌作用下经水解和发酵过程将复杂、不溶性的大分子有机物转化为可溶性小分子有机单体，随后，这些溶解性的有机物在微生物作用下继续发酵，生成氢气、甲酸、重碳酸盐、丙酮酸盐、乙醇及各类挥发性低级脂肪酸，接下来，在产氢产乙酸细菌的作用下简单有机物转化为乙酸和氢气，重碳酸盐转化为乙酸，最后，在产甲烷菌的作用下，乙酸、氢气、二氧化碳转化为甲烷。

目前固体废弃物的处理和处置以无害化、减量化、资源化为根本的治理思路，典型的城市生活污水剩余污泥的处置方法主要有资源化（比如制备建材、路基材料等），能源化（比如产油、产气、焚烧发电、提取蛋白质），土地利用（比如堆肥、土壤改良等），填埋等。这这些处理方法中，能源化利用具有积极的发展前景。

技术实现要素：

本实用新型就是为了削减城市剩余污泥产生量，减少固废污染，缓解能源危机而提供一种利用城市污水处理厂剩余污泥产甲烷的装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型由污泥泵、热解反应器、闪蒸罐、加压泵、厌氧消化反应器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、氧浓度传感器、甲烷浓度传感器、沼气收集器、空气净化器组成。

进一步的，所述的热解反应器外部包覆有蒸汽加热套，中心轴向固定安装有桨式搅拌器，所述的蒸汽加热套设有蒸汽入口和冷水出口，所述的热解反应器内壁面安装有所述的温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器。

进一步的，所述的厌氧消化反应器内壁面安装有温度传感器、湿度传感器和甲烷浓度传感器，中下部设有三相分离器，下部设有污泥反应床，外表面包覆有保温层，并设有污泥回流泵和出泥口，顶部中心位置设有排气管，所述的排气管与沼气收集器相连通。所述的厌氧消化反应器与所述的热解反应器通过热解污泥管相连通，所述的热解污泥管上设有加压泵，

进一步的，所述的闪蒸罐中安装有所述的压力传感器和温度传感器，通过使用所述的闪蒸罐向污泥管道中释放高温蒸汽，使城市污水处理厂剩余污泥中的细胞壁（高分子有机物）快速转化为易水解的小分子有机物，为后续产甲烷环节的稳定高效运行提供保证。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型是一种利用城市污水处理厂剩余污泥产甲烷的装置，与现有技术相比，本实用新型通过在通过热解、闪蒸破胞壁和厌氧发酵，将城市污水处理厂剩余污泥中的大分子、难降解有机物转化为可燃的富氢燃料甲烷，即实现了固体废弃物的资源化，又将城市污水处理厂剩余污泥中对环境存在潜在威胁的有机污染物转化为了能源，该装置结构简单，运行稳定可靠，系统密封性好，安全性高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-热解反应器、2-闪蒸罐、3-厌氧消化反应器、4-沼气收集器、5-空气净化器、11-桨式搅拌器、12-蒸汽入口、13-蒸汽加热套、14-污泥泵、15-冷水出口、16-温度传感器、17-湿度传感器、18-氧浓度传感器、20-热解污泥管、21-压力传感器、22-加压泵、31-保温层、32-三相分离器、33-污泥回流泵、34-回流污泥管、35-污泥反应床、36-出泥口、37-甲烷浓度传感器、40-排气管、51-放空管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示：本实用新型包括热解反应器1、闪蒸罐2、厌氧消化反应器3、沼气收集器4、空气净化器5、桨式搅拌器11、蒸汽入口12、蒸汽加热套13、污泥泵14、冷水出口15、温度传感器16、湿度传感器17、氧浓度传感器18、热解污泥管20、压力传感器21、加压泵22、保温层31、三相分离器32、污泥回流泵33、回流污泥管34、污泥反应床35、出泥口36、甲烷浓度传感器37、排气管40、放空管51。

热解反应器1与厌氧消化反应器3通过热解污泥管20连通，热解污泥管20上设有闪蒸罐2和加压泵22；厌氧消化反应器3与沼气收集器4通过排气管40连通；沼气收集器4与空气净化器5通过管道连接；各设备与管道之间均采用法兰密封连接。热解反应器1外部包覆有蒸汽加热套13，中心轴向固定安装有桨式搅拌器11，蒸汽加热套13设有蒸汽入口12和冷水出口15，热解反应器内壁面安装有温度传感器16、湿度传感器17和氧浓度传感器18。厌氧消化反应器3顶部内壁面安装有温度传感器16、湿度传感器17和甲烷浓度传感器37，中下部设有三相分离器32，下部设有污泥反应床35，外表面包覆有保温层31，并设有污泥回流泵33和出泥口36，顶部中心位置设有排气管40。厌氧消化反应器3与热解反应器1通过热解污泥管20相连通，热解污泥管20上设有加压泵22和闪蒸罐2，闪蒸罐2中安装有压力传感器21和温度传感器16。

城市生活污水处理厂剩余污泥经初步脱水后，由污泥泵14打入热解反应器1中发生热解反应，热解反应过程中桨式搅拌器11连续工作，使污泥得以充分混合，热解反应所需要的能量由热蒸汽提供，热蒸汽经蒸汽入口12进入蒸汽加热套13中，经热交换后，热蒸汽转化为液态水，液态水经冷水出口15排出循环使用。通过使用温度传感器16、湿度传感器17和氧浓度传感器18判断热解反应器1中热解反应进行的程度，待热解充分后，加压泵22开始工作，将热解污泥由热解反应器1加压输送到厌氧消化反应器3中，热解污泥管20上安装有闪蒸罐2，通过使用温度传感器16、压力传感器21监测闪蒸罐2中的温度和压力，适时开启闪蒸罐2，闪蒸罐中的热蒸汽与热解污泥接触后，可实现热解污泥中难以热解和转化的微生物细胞壁的破碎，破壁后的污泥进入厌氧消化反应器3中，在污泥反应床35上发生厌氧消化，实现有机物的甲烷化，甲烷化过程发生时，剩余污泥发生形态变化，由充分混合的固液转化为固相、液相和气相，在三相分离器32的作用下，固液相和气相分离，气相向上运动，经排气管40排出，在沼气收集器4中实现甲烷的收集，其余气体进入空气净化器5中，净化后经放空管51排入大气环境。在厌氧消化过程中，厌氧反应器3外表面所包覆的保温层31为厌氧消化反应器3保持一定的温度，污泥回流泵33和回流污泥管34实现厌氧消化污泥的循环，保持厌氧消化反应的持续稳定进行，通过使用甲烷浓度传感器37、湿度传感器17、温度传感器16监测甲烷浓度、湿度和温度控制厌氧消化反应的进行，待厌氧消化反应进行完成后，污泥中的有机质得到充分降解和转化，得到的熟化污泥经出泥口36排出，收集后适时外运。