本发明涉及城市污泥处理设计技术领域，尤其涉及一种污泥高含固率厌氧消化反应装置及其监测方法。
背景技术：
随着污水处理技术的不断革新，污水处理程度的深化以及处理率的提高，污水厂污泥量不断增加。据统计，中国现建有3000多座城市污水处理厂，每年产生含水率为80％的城市污泥3000万吨左右。城市污泥是主要来源于城市污水处理厂对污水进行处理过程中所产生的沉积物以及污水表面的浮渣和泡沫。污泥的成分及其复杂，如果不经过有效的处理利用，存在着严重的二次污染风险。我国污水处理厂目前主要是针对污水进行处理，存在“重水轻泥”的现象。长期以来，由于没有严格的污泥排放监管，致使许多大中型城市出现污泥围城的现象，给生态环境带来严重的隐患。因此，妥善处理与处置污泥显得尤为重要，污泥问题已成为当前影响城市发展的一个重大环境问题。
厌氧消化是目前污泥稳定化处理的常用工艺，即在厌氧的条件下，由兼性微生物及专性厌氧微生物将有机物降解成水、沼气和腐殖质等物质，使污泥得到稳定。厌氧消化具有以下优点：需要较少的能量消耗；在厌氧消化过程中产生的污泥较少；基本上不需要添加营养物质；沼气中的主要成分是甲烷，它是一种绿色清洁的能源；厌氧消化的有机负荷高，需要反应器的容积较小；基本上不产生臭气，对环境影响较小等。
常规的污泥厌氧消化工艺中，厌氧消化反应器中的固体浓度(TS)非常低，仅为3％～5％，而污泥高含固率厌氧消化工艺中，反应器中的TS含量可高达8％～12％。因此，为保证污泥的高含固率厌氧消化，脱水污泥经过一定的预处理之后，加入少量水调整污泥浓度为8％～12％然后进入厌氧消化反应器中。由于地质原因，中国的污泥有机质含量低，污泥中含有大量的砂子。高浓度浓度厌氧消化工艺中，大量的砂子随着污泥进入厌氧消化反应器中。砂子在厌氧消化反应器中不仅不能被微生物所利用，而且会沉积在反应器底部容易磨损搅拌器。此外，砂子的流动性能差，长期运行后大量的砂子积累在反应器底部，降低厌氧反应器的体积，并且砂子难于从反应器中排出。如何有效快速监测污泥高含固率厌氧消化反应器中的砂沉度，并且及时排出反应器底部的沉砂，对于厌氧消化反应器长期稳定运行具有非常重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的是根据城市污泥高含固率厌氧消化的需求以及城市污泥有机质含量低的特点，提出一种污泥高含固率厌氧消化反应装置及其监测方法，及时排除反应器底部的沉砂，以解决反应器内部搅拌设备的磨损，保证厌氧消化反应器的长期稳定运行。
具体方案如下：
一种污泥高含固率厌氧消化反应装置，包括一厌氧消化反应器，所述厌氧消化反应器的底部具有一锥斗，所述锥斗内设置有一用于将沉积在锥斗内的砂子排出的排泥管道，且所述排泥管道上设置有排泥阀；
所述锥斗的内侧壁上均布有多个在不同高度处的第一温度探头，所述厌氧消化反应器与锥斗相连端的垂直内侧壁上均布有多个在不同高度处的第二温度探头，根据第一温度探头与第二温度探头之间探测到的温度的比较来控制排泥阀的启闭。
较佳的，所述第一温度探头和第二温度探头连接有一显示装置，所述显示装置实时显示每个所述第一温度探头和第二温度探头检测到的温度。
较佳的，所述锥斗的内侧壁上垂直高度每间隔d1设置有一各第一温度探头，d1的取值范围为200mm-500mm。
较佳的，所述锥斗的内侧壁上布置有8个第一温度探头。
较佳的，所述厌氧消化反应器的垂直内侧壁上自与锥斗连接处开始垂直高度每间隔d2设置有一个第二温度探头，d2的取值范围为500mm-1000mm。
较佳的，所述厌氧消化反应器的垂直内侧壁上设置有3个第二温度探头。
一种污泥高含固率厌氧消化反应装置的监测方法，采用如上所述的污泥高含固率厌氧消化反应装置，具体包括以下步骤：
(1)将污泥输入到厌氧消化反应器内，在厌氧消化反应器中搅拌系统的搅拌作用下，污泥中的有机质与厌氧生物充分接触并被降解，污泥中的砂子在其自身重力的作用下沉到锥斗内；
(2)第一温度探头、第二温度探头将实时监测到的温度数据通过显示装置显示出来或传输给控制装置进行处理；
(3)当有3个或3个以上个的第一温度探头探测到的温度与多个第二温度探头探测到的温度的平均值之差大于等于2℃时，控制装置开启排泥阀，使得锥斗内的砂子从排泥管排出厌氧消化反应器；
(4)当位于锥斗最底部的第一温度探头探测到的温度与多个第二温度探头探测到的温度的平均值之差小于等于0.5℃时，控制装置关闭排泥阀。较佳的，污泥在输送到厌氧消化反应器内前先进行预处理，使得污泥的固体浓度(TS)含量为8％-12％。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供的污泥高含固率厌氧消化反应装置及其监测方法，充分考虑砂子和污水的特点以及厌氧消化工艺的要求，在厌氧消化反应器中布置多个第一温度探头和第二温度探头，根据温度梯度间接反映反应器中的砂子沉积的深度，及时排出沉积的砂子，避免锥斗5内砂子沉积量过大，避免了砂子对反应器的磨损，保证污泥高含固率厌氧消化反应器的稳定运行。
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明提供的污泥高含固率厌氧消化反应装置的结构示意图。
图中，1-厌氧消化反应器本体；2-排泥管道；3-搅拌系统；4-不能被厌氧微生物降解的砂子；5-厌氧消化反应器锥斗；6-第一温度探头；7-第二温度探头；8-温度显示屏。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以多种不同形式实现，不应解释为受在此提出实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
实施例1
参照图1，本发明提供了一种污泥高含固率厌氧消化反应装置，其包括有一厌氧消化反应器1，厌氧消化反应器1的底部具有一锥斗5，厌氧消化反应器1内还设置有搅拌系统3，污泥输送到厌氧消化反应器1内后，在搅拌系统3的搅拌作用下与厌氧微生物充分接触，污泥中的有机质被厌氧微生物所降解，污泥中的砂子由于不能够被降解以及自身比重比污泥重最终沉入到厌氧消化反应器1的锥斗5内。
在本实施例中，锥斗5内设置有一排泥管道2，排泥管2用于将沉积在锥斗5内的砂子排出厌氧消化反应器1；具体的，排泥管道2的一端置于锥斗5的最底部，另一端从厌氧消化反应器1的垂直侧壁伸出；排泥管道2上海设置有排泥阀，用于实现对排泥管道2的启闭。
在本实施例中，锥斗5的内侧壁上均布有多个在不同高度处的第一温度探头6，第一温度探头3用于探测到沉积在锥斗5内的砂子的温度；厌氧消化反应器1与锥斗5相连的垂直内侧壁上均布有多个在不同高度处的第二温度探头7，第二温度探头7用于探测厌氧消化反应器内污水的温度。
其中，锥斗5的内侧壁上垂直高度每间隔d1设置有一第一温度探头6，d1的取值范围为200mm-500mm。例如：锥斗5的高度为2.6m，锥斗5内侧壁上在垂直高度每隔300mm布置有一个第一温度探头6，总共布置有8个第一温度探头6。多个第一温度探头6可以位于锥斗5的同一条母线上，如图1中所示，也可位于不同高度处的圆周上的任意位置，此处不做限制。
其中，厌氧消化反应器1的垂直内侧壁上自与锥斗连接处开始垂直高度每间隔d2设置有一第二温度探头7，d2的取值范围为500mm-1000mm。例如，自与锥斗连接处以上2m的垂直内侧壁上，每间隔500mm布置有一个第二温度探头7。
当然，在其他实施例中，第一温度探头6和第二温度探头7的设置数目以及排列方式均可根据具体情况来进行调整，此处不做限制。
在本实施例中，第一温度探头和第二温度探头连接有一显示装置8，显示装置8设置在厌氧消化反应器1外侧的旁边，用于实时显示第一温度探头6和第二温度探头7检测到的温度。
在本实施例中，污泥高含固率厌氧消化反应装置还包括有控制装置，显示装置8可将获得的温度数据传输给控制装置排，控制装置根据第一温度探头6与第二温度探头7探测到的温度的比较来自动控制排泥阀的启闭。其中，控制装置具体可以为计算机等装置。
当然，在其他实施例中，也可不设置有控制装置，操作人员可根据显示装置8上显示的温度数据，手动的控制排泥阀，此处不做限制。
下面就污泥高含固率厌氧消化反应装置的工作原理作进一步的说明，具体如下：
污泥进入厌氧消化反应器本体1内后，在搅拌系统3的作用下，污泥与厌氧微生物充分接触，大部分的有机质得到降解变成污水，不能被厌氧微生物降解的砂子4沉入到厌氧消化反应器的锥斗5内中；随着污泥的不断投加，锥斗5中沉淀的砂子4越积越多，当砂子4淹没第一温度探头6后，第一温度探头6可探测到砂子的温度，同时第二温度探头7始终处于污水内，第二温度探头7可探测到污水的温度。
由于污水和砂子的比热和传热性能不一致，反应器中污水的温度基本上与厌氧消化工艺的温度一致，在中温发酵工艺条件下为35～38℃，在高温发酵工艺条件下为50～55℃；而污泥中的砂子沉入锥斗5中，其流动性能差，砂子会慢慢冷却，因此砂子的温度低于污水的温度，淹没在砂子里的第一温度探头6探测到的温度低于第二温度探头7探测到的温度。
工作人员，根据显示装置上的温度显示，可以及时观察到每个第一温度探头6和每个第二温度探头7所探测到的温度。锥斗5内多个第一温度探头6的温度梯度可以间接反映出锥斗5内砂子堆积的高度，一般来说温度越高，砂含量越低，反之，砂含量越高。
当有3或3个以上个第一温度探头6探测到的温度与多个第二温度探头7探测到的温度的平均值之差相差大于等于2℃时，说明此时锥斗5内对堆积有较深的砂子，应及时开启排泥阀，通过排泥管2排出沉积的砂子。当锥斗5内最底层的第一温度探头探测的6温度与所有第二温度探头7探测到的温度的平均值之差相差小于等于0.5℃时，可以认为锥斗5中的沉砂基本完全排除，从而及时关闭排泥阀。
现有技术中，对于厌氧反应器中的沉砂排除，只能根据时间或经验来操作，而没有有效的方法进行监测。本发明则充分考虑砂子和污水的特点以及厌氧消化工艺的要求，在厌氧消化反应器中布置多个第一温度探头和第二温度探头，根据温度梯度间接反映反应器中的砂子沉积的深度，及时排出沉积的砂子，避免锥斗5内砂子沉积量过大，避免了砂子对反应器的磨损，保证污泥高含固率厌氧消化反应器的稳定运行。
实施例2
本发明还提供了一种污泥高含固率厌氧消化反应装置的监测方法，采用实施例1中所述的污泥高含固率厌氧消化反应装置，具体包括以下步骤：
步骤一：将污泥输入到厌氧消化反应器内，在厌氧消化反应器中搅拌系统的搅拌作用下，污泥中的有机质与厌氧生物充分接触并被降解，污泥中的砂子在其自身重力的作用下沉到锥斗内。
进一步的，污泥在输送到厌氧消化反应器内前先进行预处理，使得污泥的固体浓度(TS)含量为8％-12％。
具体的，脱水污泥加入一定量的污水，调整TS含量为8％～12％之后，再泵入厌氧消化反应器中。若当城市污泥经过一些其他的预处理，如高温热水解预处理之后，如果大量的有机质在预处理过程中水解，污泥的含固率可能在8％～12％之间，就不需要再加水调整污泥的含固率。
另外，一般在污泥高含固率厌氧消化反应器中，反应器中的物料浓度控制在中温(35～38℃)或者高温(50～55℃)，相应地，污泥输入前需要采用一定的升温或降温措施以满足厌氧消化所需温度的要求。
步骤二：第一温度探头、第二温度探头将实时监测到的温度数据通过显示装置显示出来或传输给控制装置进行处理。
步骤三：当有3个或3个以上个的第一温度探头探测到的温度与多个第二温度探头探测到的温度的平均值之差相差大于等于2℃时，控制装置开启排泥阀，使得锥斗内的砂子从排泥管排出厌氧消化反应器。
具体的，当锥斗5内堆积的砂子淹没第一温度探头时，第一温度探头探测到砂子的温度，由于砂子沉积后会逐渐降温，因此砂子的温度低于污水的温度，因此第一温度探头探测到的温度小于第二温度探头探测到的温度，通常相差2℃；有几个第一温度探头的温度低于第二温度探头的温度平均值，则说明沙石沉积有多深；本实施例设置有超过3个第一温度探头的温度低于第二温度探头的温度平均值的时候，即沉积砂子较多需排出的时候，当然在其他实施例中也可设计为超过4个或4个的时候进行排泥，可根据具体情况来调整，但为了避免砂子沉积过，不宜有五个过五个以上的第一温度探头探测的温度于第二温度探头的温度平均值之差大于2℃。
步骤四：当位于锥斗最底部的第一温度探头探测到的温度与多个第二温度探头探测到的温度的平均值之差相差小于等于0.5℃时，控制装置关闭排泥阀。
具体的，位于锥斗最底部的第一温度探头探测到的温度与多个第二温度探头探测到的温度的平均值之差相差小于等于0.5℃时，可认为锥斗内的砂子基本排除，需及时关闭排泥阀。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。