基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理装置。本发明还涉及采用所述装置进行基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理工艺。
【背景技术】
[0002]国内外主要的污泥处置方式有填埋、焚烧、堆肥、厌氧消化等。填埋因污泥抗剪强度差、含水率和有机质含量高，不仅占用大量的土地资源，而且导致渗滤液问题，正被逐步限制和禁止；堆肥和焚烧则分别受困于土地、资金和二次污染问题，其大规模推广应用阻力重重；厌氧消化则因具备回收潜在能量和降低环境危害的双重功能而成为目前国际上首推的主流技术。
[0003]由于传统厌氧消化普遍存在消化速率低、停留时间长(20~30d)、处理效率低(挥发性固体(VS)的去除率30°/『40%)等不足，为改善这种现状，近年来人们对污泥的厌氧消化的过程展开了大量研究。
[0004]研究表明，污泥厌氧消化反应过程分为三个步骤:即水解、酸化和甲烷化，其中水解过程耗时最长，为厌氧消化的限速步骤，水解效率低直接导致了污泥在厌氧消化过程中存在停留时间长、降解效率低等缺点。污泥中的有机物大部分是微生物的细胞物质，被细胞壁所包裹，由于细胞壁的存在，微生物对污泥的水解情况直接影响消化反应的效果。提高污泥水解率的主要方法就是对剩余污泥进行强化预处理，击破细胞壁，从而使胞内有机物质从固相转移到液相，实现微生物对有机物降解转化。目前普遍采用的方法有化学法、生物法和热处理法等，其中热处理法研究较多。
[0005]基于国内城市污泥有机质含量普遍偏低的现状(大部分在309^60%之间)，加之热水解具备高效的水解效率、良好的灭菌除臭效果及高固含量进料等优势，近几年国内出现几处“高温热水解+厌氧消化”工程案例，如“湖北襄阳污泥处置工程”、“长沙市污泥集中处置工程”等，其中在热水解环节的设计更是呈现出多样化，处理效果也是莫衷一是、众口难调。尽管如此，由于热水解设备正处于单纯依靠进口和由进口转型为国产的初级阶段，因此各种尝试都将成为积极探索，可能为后来者提供重要参考和启示。而如何在前人的基础上通过进一步优化或创新来真正实现污泥热水解设备国产化，并有效解决我国中低有机质污泥的高效厌氧消化难题，将是行业有识之士不断努力和追求的目标。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一套基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理装置。
[0007]本发明还所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用所述装置进行基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理工艺。
[0008]采用本发明的装置和工艺，可最大程度地提高污泥厌氧消化产气率和处理量，并降低建设成本和运行成本。
[0009]解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理装置，包括以污泥输料系统依次连接的储泥斗、预热釜、反应釜和泄压釜，所述的预热釜、反应釜和泄压釜都设有搅拌装置，以及给预热釜和反应釜提供蒸汽的蒸汽供应系统，其特征是:
所述的预热釜和反应釜蒸汽进口 8、15均设置在侧壁靠下处、且釜内蒸汽分布器为环状贴壁带孔管，孔上有耐高温滤层防堵；
所述的泄压釜为罐体设有水冷夹层的闪蒸釜，泄压釜蒸汽出口 19设置在釜顶并有回流管道连通至所述预热釜进口 8，该回流管道与蒸汽供应系统的直通管道并联；
所述的预热釜和反应釜内搅拌机的搅拌桨为与转动方向一致的螺旋盘绕状；
所述的预热釜和反应釜均在顶端设有排气阀，预热釜顶端还设有出泥加压栗，反应釜顶端还设有安全阀。
[0010]所述的泄压釜在罐体水冷夹层的进水管道上设有温度探测与水量控制连锁装置，为一种水量智能联锁控制调节装置。
[0011]所述的污泥输料系统通过第一螺旋输送机2和垂直提升机3从储泥斗I输送污泥至预热釜进口 4、通过第二螺旋输送机10将预热釜出口 9的污泥输送至反应釜进口 11、通过管道将反应釜出口的污泥输送至泄压釜进口 17、通过管道和螺杆栗24将泄压釜出口 23污泥直接输送至厌氧池。
[0012]解决上述第二个技术问题，本发明的采用所述装置进行基于厌氧消化的高含固污泥热水解预处理工艺，其特征是:
污水厂脱水污泥进入预热釜的同时，向预热釜加入泄压釜夹层出口 22热水或污水厂浓缩池污泥，将污泥稀释至含固率15°/『12%，关闭预热釜进口 4，开启预热釜搅拌栗6和底部预热爸蒸汽进口 8，预热10~15min ；
预热结束后，关闭预热釜搅拌栗6，打开预热釜底部出口 9，污泥自动或在预热釜气压栗5作用下落入螺旋输送机后进入反应釜，关闭预热釜出口 9，预热釜开始第二阶段进泥，待污泥闪蒸开始时再开启搅拌；
关闭反应釜进口 11，开启反应釜搅拌栗12和底部蒸汽进口 15，反应20~30min ;
反应结束后，关闭反应釜搅拌栗12和蒸汽进口 15，打开反应釜出口 16和泄压釜进口17，通过调控温度探测与水量控制连锁装置使反应釜污泥快速压入泄压釜，同时闪蒸蒸汽由顶端出汽口 19循环回用，然后关闭反应釜出口 16，反应釜开始第二阶段进泥，并开启搅拌和蒸汽；
当反应釜污泥完全进入泄压釜后，关闭泄压釜进口 17，继续冷却(夹层通水加搅拌)至50~60°C，控制时间在 10~15min ；
关闭反应釜搅拌栗18，打开反应釜出口 23，由螺杆栗24将流态污泥直接输送至厌氧消化池。
[0013]所述的从蒸汽供应系统直接进入反应釜和预热釜的蒸汽温度为165°C。
[0014]所述的泄压釜蒸汽出口 19回流管道保持连通状态、直通管道在预热釜温度不足时开启。
[0015]所述的反应釜和泄压釜可处于同一水平面(压差输料)，同时充分利用螺旋输送机10输送半固态物料的设置特性(最大倾斜角度20° )，最大程度地降低预热釜和提升机3的抬升高度。
[0016]所述的泄压釜为带夹层结构的常压釜，具备调节釜内温度和冷却污泥的双重功能，通过在不同时刻打开夹层进水口 21和出水口 22、以及调节进水流量来达到一个最佳的闪蒸破壁效果，可采用温度探测与水量控制连锁装置控制调节；所述泄压釜出水温度40~80°C，可回用于稀释预热釜污泥、后续厌氧池保温或沼渣干化等，泄压釜出泥可不经过换热器直接通入厌氧池。
[0017]所述的温度探测与水量控制连锁装置，为一种水量智能联锁控制调节装置，首先初始化分析夹层进水流量与釜内温度的相关性、进而生成流量与温度的函数公式、最后通过设置釜内温度值可自动调节至相应进水流量。
[0018]工作原理:
污水厂含固率20%污泥经储泥斗I通过水平螺旋输送机2和垂直提升机3由进口 4进入预热釜，同时向釜内加稀泥或回用热水稀释污泥至含固率15°/『12%，进泥完成后由底部蒸汽进口 8进汽并开始搅拌，当釜内温度接近100°C时排汽或停汽(锅炉蒸汽)，保持温度10~15min ;预热釜出口 9出泥经上倾螺旋输送机10进入反应釜，进泥完成后由底部蒸汽进口 15连续进汽并开始搅拌，保证釜内污泥温度达到165°C并反应20~30min;利用反应釜和泄压釜之间的压差，在数分钟之内将预热釜污泥压入泄压釜，析出的蒸汽经顶部蒸汽出口 19回用于预热釜，同时利用搅拌栗18和夹层20冷却水对污泥进行快速