一种污泥水热堆肥系统及方法与流程

本发明涉及城市污泥的处理技术领域，尤其是一种污泥水热堆肥系统及方法。

背景技术：

随着城市发展和人民生活水平的提高,城市生活污泥排放量逐渐增多,污泥的富营养化日趋严重。针对这种情况，我国的污泥排放标准一直在逐渐升高。

城市市政污泥的处理过程中，现有技术处理时候会存在能耗大、资源浪费、以及处理过程中尾气排放污染环境等一系列问题。并且，现有技术中对于市政污泥的资源化利用不够，污泥填埋费时费力的情况。

本发明提出一种市政污泥处理的新方法，具有能耗小、资源化利用彻底、防止污染源溢散等特点，使得市政污泥实现最大程度的资源化利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种污泥水热堆肥系统及方法，通过对市政污泥进行水热处理、密闭式脱水、破碎造粒、好氧发酵堆肥等工艺处理，达到市政污泥最大化资源化利用。具有能耗小、资源化利用彻底、转化臭气，防止污染源溢散等特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种污泥水热堆肥系统，其特征在于：包括水热处理系统、脱水系统、污泥破碎造粒系统和好氧堆肥系统；所述水热处理系统与脱水系统连通，所述污泥破碎造粒系统与脱水系统连通，所述污泥破碎造粒系统与好氧堆肥系统进行连通；所述各个系统中产生的高温废气均直接或间接进入到好氧堆肥系统中。

作为优选的，所述水热系统包括均质罐、水热反应器组、闪蒸反应器组、污泥冷却器和污泥泵；所述均质罐与水热反应器组泵接，水热反应器组与闪蒸反应器组连接，所述闪蒸反应器组上设置有尾气管路与均质罐连通，所述污泥冷却器与闪蒸反应器组连接，污泥在冷却后排入到脱水系统中。

所述水热处理步骤为：均质好的污泥泵入至水热反应器，水热反应器内温度控制在80～200℃，压力控制在0.5～1.5mpa。反应完成后的水热污泥从反应器底部经过多级闪蒸降温降压后排出送往脱水系统。闪蒸尾气先进入均质罐对物料进行预热，回收热量，在降低能耗的同时，尾气送往好氧堆肥系统进行生物除臭。

作为优选的，所述水热反应器组至少包括4个水热反应器，每个水热反应器均与均质罐泵接，且每个水热反应器上设置有程控阀。每一台水热反应器在一次循环中经历进料、升温加压、反应、降温降压、排料等步骤，每个水热反应器均处于不同的步骤中，使整体上水热反应器组连续的进料原泥和出料水热污泥。

作为优选的，所述脱水系统包括进料泵、板框压滤机、卸料装置、输送装置和负压密封舱；所述进料泵、板框压滤机、卸料装置、输送装置依次连接，且均设置于负压密封舱中，脱水过程中产生的臭气通过负压收集后进入好氧堆肥系统中。

水热处理后的污泥泵入板框压滤机内，在1.2mpa的水力压榨下，形成含水率低于50％的污泥泥饼，再通过泥饼泥饼卸料输送装置送往污泥破碎造粒系统。整个工艺系统都在微负压的环境中，该阶段产生的臭气被收集，供给好氧发酵系统进行生物除臭。

作为优选的，所述污泥破碎造粒系统包括污泥造粒破碎装置、负压密封舱、输送装置，所述污泥造粒破碎装置和输送装置连接，且均设置于负压密封舱中；破碎后的颗粒污泥通过输送装置送往好氧堆肥系统中。

来料泥饼通过输送机至污泥破碎造粒装置，通过螺旋挤压及筛板的作用下，将污泥泥饼转变为2cm左右的圆柱形污泥颗粒，再通过输送装置送往好氧堆肥系统。

作为优选的，所述好氧堆肥系统包括输送装置、好氧堆肥仓、除臭装置、存储设备；所述输送装置与好氧堆肥仓连接；所述除臭装置和存储设备均与好氧堆肥仓连通，所述发酵完成后的有机肥在储存设置中进行存储。

所述好氧堆肥步骤为：污泥颗粒通过输送装置从顶部进入好氧发酵仓，在微生物菌种的分解作用下使有机物料变成co2和小分子的有机化合物(有机质)，实现有机物料的降解，是一个减量化、稳定化的过程。实现有机物料无害化的过程，真正实现有机废弃物的资源化利用。

作为优选的，水热处理系统与脱水系统之间设置有缓冲池，所述污泥破碎造粒系统中产生的污泥粉末被筛分出来进入到缓冲池中，作为热水解污泥的助滤剂。

脱水以后的泥饼，在进入好氧发酵罐之前，要先进行破碎造粒，在造粒过程中，会产生污泥粉末，如果与成型的污泥颗粒一起进入发酵罐的话，会堵塞污泥颗粒之间的孔道，不利于空气的流通，影响好氧发酵效率。因此，这一部分污泥粉末会筛分出来，进入到板框压滤机的前端的缓冲池，可以作为热水解污泥的助滤剂，提高板框压滤机的脱水效率。

作为优选的，所述脱水系统和污泥破碎造粒系统中均设置有气体分析仪和监控系统，通过监控系统，结合风机，控制房舱内的气体组分。在防止臭气逸散的同时，使进入好氧发酵单元的气体组分在合适的范围内。

本发明还提供一种污泥水热堆肥方法，包括以下步骤：

1)水热处理：将来料市政污泥进行水热反应，所述水热处理的温度范围为150～200度，停留时间15～120min，水热反应产生的尾气通过收集管道进入到好氧发酵系统；水热处理的温度范围为150～200度，停留时间15～120min时，使之能够完全杀死污泥中含有的所有病原菌，能够迅速接种好氧发酵菌种，并使之成为优势菌种。

2)脱水处理：污泥经过水热处理后进入脱水系统进行脱水造饼，整个脱水阶段都处于微负压环境中，脱水过程中产生的臭气通过收集后进入好氧发酵系统；

3)污泥破碎造粒：将污泥泥饼进行破碎，在破碎的过程与好氧菌种混合；所述好氧菌种来自于好氧堆肥的出料；第一次加入好氧菌种是从外界投入的，后续的好氧菌种是从好氧堆肥的出料返料；

4)好氧堆肥：经过破碎造粒后的污泥颗粒进入好氧堆肥系统，水热处理系统及脱水系统收集的尾气通过污泥颗粒床层，在好氧菌种的作用下，尾气的臭气被微生物所吸收利用，再经过4～7天的发酵周期后，制成符合国家标准的有机肥。

作为优选的，好氧堆肥过程中，采用连续曝气和连续排气的方式；通过水热处理、脱水过程收集过来的废气对好氧发酵设备进行曝气，水热废气里面含有大量的水蒸气，可以同时提供堆肥所需要的温度和湿度，满足好氧发酵的工艺环境；同时在污泥好氧菌种的作用下除去臭气。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)污泥水热处理的优势：①提升了污泥的脱水性能，与传统的加药脱水相比，无需加药，保障后续肥料利用的安全；②污泥中所携带的有害病菌被水热反应高温灭杀，满足国标ny525－2012对粪大肠菌群和蛔虫卵死亡率的要求，同时也有利于堆肥菌种的增殖；③污泥泥饼含水率低于50％，降低了后续环节的能耗需求和辅料需求；④水热升温所耗费的能耗大部分被收集，提供好氧发酵系统物料升温所需要的能耗。

(2)密闭脱水的优势：①与传统的脱水环节相比，整个生产过程无臭气溢散，不造成任何环境污染；②引入主动智能监控系统，主动对密闭脱水系统进行气质含量调节、污泥泥饼水含量控制等；③针对传统板框脱水在卸料过程中残余水的问题，结合主动智能监控系统，引入了泥水分离装置，进一步降低了出料污泥的含水率。

(3)污泥破碎造粒的优势：①污泥泥饼通过造粒后增大了比表面积，堆积后形成了大量的空气通道，让气体能够充分到达堆体内部，减少了曝气阻力和翻堆能耗；②比表面积的增大有利于污泥菌种的快速增殖，从而大大缩短了污泥腐熟的时间，提高了好氧堆肥的效率。

(4)所述好氧堆肥系统的优势：①全密闭处理，热量损失少，发酵更快速(4－15天)，且不受外界环境温度影响；②有效容积大，处理量大、效果好，产品稳定；③集中排气，密闭收集，水热不凝气和密闭脱水收集的臭气通过曝气系统供给好氧堆肥所需的温度和湿度，同时含硫等化合物可以被微生物吸收利用作为硫肥分，既除去了臭味，还增加了肥效。除臭方便且效果好，符合环保要求及排放标准；④一次投放菌种培养菌床，通过产品部分回流的方式补充菌种，可连续使用；⑤设备占地面积少，扩大规模方便组合；⑥自动化程度高，人工干预少。

(5)本发明水热处理系统与密闭脱水系统之间设置有缓冲池，所述污泥破碎造粒系统中产生的污泥粉末被筛分出来进入到缓冲池中，作为热水解污泥的助滤剂在脱水以后的泥饼，提高板框压滤机的脱水效率。

附图说明

图1是本发明系统整体的结构的示意图；

图2是本发明中水热处理系统的结构示意图；

图3是本发明中密闭脱水系统的结构示意图；

图4是本发明中污泥破碎造粒系统的结构示意图；

图5是本发明中好氧堆肥系统的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1所示，一种污泥水热堆肥系统，包括水热处理系统、密闭脱水系统、污泥破碎造粒系统和好氧堆肥系统；所述水热处理系统与密闭脱水系统连通，水热系统将来料原泥进行高温高压处理，使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解，然后将污泥输送到密闭脱水系统中，所述密闭脱水系统将水热后的污泥进行密闭脱水处理，形成泥饼，所述污泥破碎造粒系统与密闭脱水系统连通，污泥破碎造粒系统将泥饼进行破碎，所述污泥破碎造粒系统与好氧堆肥系统进行连通，污泥颗粒在好氧堆肥系统中发酵为有机肥。

所述水热系统包括均质罐、水热反应器组、闪蒸反应器组、污泥冷却器和污泥泵；所述均质罐与水热反应器组泵接，所述水热反应器组至少包括4个水热反应器，每个水热反应器均与均质罐泵接，且每个水热反应器上设置有程控阀，在水热反应器中对来料淤泥均会经历进料、升温加压反应、降温降压、排料等步骤，多个水热反应器与均质罐泵接，且设置有程控阀控制每个水热反应器的进料开关，保证每个水热反应器均处于不同的步骤中，使整体上水热反应器组连续的进料原泥和出料水热污泥。

水热反应器组与闪蒸反应器组连接，所述闪蒸反应器组包括一级闪蒸罐和二级闪蒸罐，所述一级闪蒸罐和二级闪蒸罐串联设置，所述一级闪蒸罐和二级闪蒸罐上均设置有尾气管路与均质罐连通，闪蒸罐中产生的高温闪蒸废气，被用于预热原料，降低在水热反应器中所需的能耗，实现能源的回收利用。

所述污泥冷却器与闪蒸反应器组连接，污泥在冷却后排入到密闭脱水系统中。

在水热系统中：均质好的污泥泵入至水热反应器，水热反应器内温度控制在80～200℃，压力控制在0.5～1.5mpa。反应完成后的水热污泥从反应器底部经过多级闪蒸降温降压后排出送往密闭脱水系统。闪蒸尾气先进入均质罐对物料进行预热，回收热量，在降低能耗的同时，尾气送往好氧堆肥系统进行生物除臭。

通过污泥水热反应系统可以有以下几点优势：①提升了污泥的脱水性能，与传统的加药脱水相比，无需加药，保障后续肥料利用的安全；②污泥中所携带的有害病菌被灭杀，满足国标ny525－2012对粪大肠菌群和蛔虫卵死亡率的要求，同时也有利于堆肥菌种的增殖；③污泥泥饼含水率低于50％，降低了后续环节的能耗需求和辅料需求；④水热升温所耗费的能耗大部分被收集，提供好氧发酵系统物料升温所需要的能耗。

所述密闭脱水系统包括进料泵、板框压滤机、密闭式卸料装置、密闭式输送装置和负压密封舱；所述进料泵、板框压滤机、密闭式卸料装置、密闭式输送装置依次连接，且均设置于负压密封舱中，负压密封舱使整个脱水阶段都处于微负压环境中，脱水过程中产生的臭气通过负压收集后进入好氧堆肥系统中。

在密闭脱水系统中：水热处理后的污泥泵入板框压滤机内，在1.2mpa的水力压榨下，形成含水率低于50％的污泥泥饼，再通过泥饼密闭式泥饼卸料输送装置送往污泥破碎造粒系统。整个系统都在微负压的环境中，该阶段产生的臭气被收集，供给好氧发酵系统进行生物除臭。

通过密闭脱水系统的几点优势：①与传统的脱水环节相比，整个生产过程无臭气溢散，不造成任何环境污染；②引入主动智能监控系统，主动对密闭脱水系统进行气质含量调节、污泥泥饼水含量控制等；③针对传统板框脱水在卸料过程中残余水的问题，结合主动智能监控系统，引入了泥水分离装置，进一步降低了出料污泥的含水率。

所述污泥破碎造粒系统包括污泥造粒破碎装置、负压密封舱、密闭式输送装置，所述污泥造粒破碎装置和密闭式输送装置连接，且均设置于负压密封舱中；所述负压密封舱为污泥破碎造粒系统提供负压，防止臭气逸散，破碎后的颗粒污泥通过密闭式输送装置送往好氧堆肥系统中。

污泥破碎造粒系统有以下几点优势；①污泥泥饼通过造粒后增大了比表面积，堆积后形成了大量的空气通道，让气体能够充分到达堆体内部，减少了曝气阻力和翻堆能耗；②比表面积的增大有利于污泥菌种的快速增殖，从而大大缩短了污泥腐熟的时间，提高了好氧堆肥的效率。

水热处理系统与密闭脱水系统之间设置有缓冲池，所述污泥破碎造粒系统中产生的污泥粉末被筛分出来进入到缓冲池中，作为热水解污泥的助滤剂。

脱水以后的泥饼，在进入好氧发酵罐之前，要先进行破碎造粒，在造粒过程中，会产生污泥粉末，如果与成型的污泥颗粒一起进入发酵罐的话，会堵塞污泥颗粒之间的孔道，不利于空气的流通，影响好氧发酵效率。因此，这一部分污泥粉末会筛分出来，进入到板框压滤机的前端的缓冲池，可以作为热水解污泥的助滤剂，提高板框压滤机的脱水效率。

所述好氧堆肥系统包括输送装置、好氧堆肥仓、除臭装置、存储设备；所述输送装置与好氧堆肥仓连接；所述除臭装置和存储设备均与好氧堆肥仓连通，所述除臭设备为整体除臭，吸收尾气中的臭气，所述发酵完成后的有机肥在储存设置中进行存储。

所述好氧堆肥仓包括好氧发酵仓、有机肥腐熟仓；所述输送装置与好氧发酵仓连接，所述好氧发酵仓和有机肥腐熟仓通过输送装置进行连接，好氧菌在通氧环境下，在好氧发酵仓中对污泥进行一次腐熟，同时吸收尾气中的硫化物，进一步提升了有机肥的肥效，好氧发酵仓反应完成后的有机肥从好氧发酵仓的底部出料，通过输送装置送至腐熟仓进行二次腐熟。

所述密闭脱水系统和污泥破碎造粒系统中，均设置有气体分析仪和监控系统，通过智能监控系统，结合风机，控制房舱内的气体组分。在防止臭气逸散的同时，使进入好氧发酵单元的气体组分在合适的范围内。

所述好氧堆肥系统的优势：①全密闭处理，热量损失少，发酵更快速(4－7天)，且不受外界环境温度影响；②有效容积大，处理量大、效果好，产品稳定；③集中排气，密闭收集，水热不凝气和密闭脱水收集的臭气通过曝气系统供给好氧堆肥所需的温度和湿度，同时含硫等化合物可以被微生物吸收利用作为硫肥分，既除去了臭味，还增加了肥效。除臭方便且效果好，符合环保要求及排放标准；④一次投放菌种培养菌床，通过产品部分回流的方式补充菌种，可连续使用；⑤设备占地面积少，扩大规模方便组合；⑥自动化程度高，人工干预少。

实施例2

本发明提供一种污泥水热堆肥方法，包括以下步骤：

1)水热处理：将来料市政污泥通过高温高压的方式，使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解，并破坏污泥中微生物的细胞壁，改善污泥的卫生性能及脱水性能，有利于后续资源化利用，同时污泥中的所有有害细菌也被灭杀。在这个阶段，高温高压所产生的尾气通过收集管道进入到好氧发酵系统；所述水热处理的温度范围为150～200度，停留时间15～120min

2)密闭脱水：污泥经过水热处理后进入密闭脱水系统，整个脱水阶段都处于微负压环境中，脱水过程中产生的臭气通过收集后进入好氧发酵系统。脱水后的泥饼含水率降至50％以下；所述好氧菌种来自于好氧堆肥的出料

3)污泥破碎造粒：将污泥泥饼通过机械破碎的方式，改变其形状和粒径，使物料在后续的好氧发酵罐内形成疏松的发酵环境，便于气体与其充分接触，能够很大程度上降低好氧发酵的时间；

4)好氧堆肥：经过破碎造粒后的污泥颗粒进入好氧堆肥系统，水热处理系统及密闭脱水系统收集的尾气通过污泥颗粒床层，在好氧菌种的作用下，尾气的臭气被高比表面积的多孔污泥颗粒床层吸附，并进一步被微生物吸收利用，起到了生物除臭的目的。在经过4～15天的发酵周期后，并经过腐熟阶段后制成符合国家标准的有机肥。

在步骤一中，均质好的污泥泵入至水热反应器，水热反应器内温度控制在80～200℃，压力控制在0.5～1.5mpa；反应完成后的水热污泥从反应器底部经过多级闪蒸降温降压后排出送往密闭脱水系统；闪蒸尾气先进入均质罐对物料进行预热，回收热量，在降低能耗的同时，尾气送往好氧堆肥系统进行生物除臭；

在步骤二中，水热处理后的污泥泵入板框压滤机内，在1.2mpa的水力压榨下，形成含水率低于50％的污泥泥饼，再通过泥饼密闭式泥饼卸料输送装置送往污泥破碎造粒系统。整个工艺系统都在微负压的环境中，该阶段产生的臭气被收集，供给好氧发酵系统进行生物除臭；

在步骤三中，来料泥饼通过输送机至污泥破碎造粒装置，通过螺旋挤压及筛板的作用下，将污泥泥饼转变为2cm左右的圆柱形污泥颗粒，再通过输送装置送往好氧堆肥系统；

在步骤四中，污泥颗粒通过输送装置从顶部进入好氧发酵仓，在微生物菌种的分解作用下使有机物料变成co2和小分子的有机化合物，实现有机物料的降解，是一个减量化、稳定化的过程。实现有机物料无害化的过程，真正实现有机废弃物的资源化利用；

工艺上采用每天自动进料、自动出料的连续处理方式，4－15天发酵周期，60～80℃高温恒温好氧发酵，投入一次菌种可以连续发酵。产出有机肥水分在30％左右。

在整个好氧发酵过程中，采用连续曝气和连续排气的方式。通过水热处理、密闭脱水过程收集过来的废气对好氧发酵设备进行曝气，满足好氧发酵的工艺环境。同时在污泥好氧菌种的作用下，除去臭气，排出的气体达标排放。

发酵完成的物料从好氧发酵仓底部的出料口出料，通过密闭式输送设备输送至有机肥存储仓进行二次腐熟和存储；

实施例3

如图2所示，基于实施例2，本实施中的水热处理方法为：

①市政污泥通过管道或者罐车输送至本系统入口，通过螺杆泵泵入均质反应器内，均质罐起到预热、均质、调配和尾气收集的目的；污泥首先在均质罐中混合均匀并将污泥含水率控制在80％，在一闪反应器、二闪反应器高温尾气的作用下，污泥温度升至80℃；

②经过均质、预热后的污泥通过螺杆泵泵入水热反应器，在高温蒸气的作用下，将污泥升温至180℃，压力1.5mpa，反应时间为20分钟；此时，污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解，使污泥的脱水效果得到了较大的提升，同时污泥中的有害病菌也被杀灭；

③反应完成后的水热污泥进入一级闪蒸反应器、二级闪蒸反应器，持续对其进行降温降压；污泥降压至常压后从二级闪蒸反应器底部排出，送往密闭脱水单元；一级、二级闪蒸反应器产生的尾气进入均质罐，给新鲜污泥进行预热后，送往好氧发酵单元。

实施例4

如图3所示，基于实施例2，本实施中的密闭脱水方法为：

①水热污泥通过进料泵泵入板框压滤机，在1.2mpa的水力压榨下，水热污泥含水率降至48％；

②板框压滤机出料处设置一套密闭式卸料装置，卸料装置分为两层，第一层为积水层，第二层为卸料层；当板框开盖卸料时，任然会有部分残余水流出，首先残余水流入第一层并通过管道排往污水井；当水分排尽后，污泥排料。该方法最大化的降低了污泥的含水率。

③污泥卸料后通过密闭式输送装置送往污泥破碎造粒单元；

④本单元所有设备都集中在一个微负压密封房舱内，房舱内还含有气体分析仪，通过主动式智能监控系统，结合风机，控制房舱内的气体组分；在防止臭气逸散的同时，使进入好氧发酵单元的气体组分在合适的范围内。

实施例5

如图4所示，基于实施例2，本实施中的污泥破碎造粒方法为：

①脱水污泥经过输送机进入混料破碎装置，在混料破碎装置中完成物料的破碎挤压成型；经过混料破碎装置处理后的污泥，形成2cm的圆柱形污泥颗粒，通过污泥输送装置送往好氧发酵单元；

②污泥和好氧菌种的混合在该工艺单元内完成，利用机械搅拌的方式使菌种和污泥颗粒充分混合；

③本单元所有设备都集中在一个微负压密封房舱内，房舱内还含有气体分析仪，通过主动式智能监控系统，结合风机，控制房舱内的气体组分；在防止臭气逸散的同时，使进入好氧发酵单元的气体组分在合适的范围内；

④本单元根据来料污泥的有机质来确定是否添加辅料。

实施例6

如图5所示，基于实施例2，本实施中的好氧发酵方法为：

①混合造粒后的污泥通过输送装置从好氧发酵仓顶部进入，此时的污泥颗粒比较疏松，堆密度在0.75g/cm²，气体的通过性能比较好；水热处理单元、密闭脱水单元、污泥造粒单元及腐熟仓产生的尾气从好氧发酵仓底部进入；

②好氧菌在通氧环境下，对污泥进行一次腐熟的同时，也吸收了尾气中的硫化物，进一步提升了有机肥的肥效；

③水热尾气中携带的大量热源，为好氧发酵系统提供了所需的温度，无需再额外提供热源；

④颗粒污泥在好氧发酵仓内温度升至80℃，反应5天后，基本降至常温；

⑤反应完成后的有机肥从发酵仓底部出料，通过输送装置送至腐熟仓进行二次腐熟；

⑥水热处理单元、密闭脱水单元、污泥造粒单元及腐熟仓产生的尾气在通过生物反应床时，硫化物被好氧菌吸收分解，剩余尾气通过风机送往除氨装置除去好氧发酵产生的氨气，并达标排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。