本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种减量处理生化剩余污泥的方法和一种减量处理生化剩余污泥的系统。
背景技术：
生化剩余污泥是一种由有机残片、微生物、无机颗粒等组成的极其复杂的非均质体，对环境的污染性很强，且成分复杂、处理困难，已成为人们关注的热点。
近年来我国环保产业得到了快速发展，污水处理能力及处理效率迅速提高，大量污水处理厂的建设无疑对保护水环境作用重大，但随之产生了大量的生化剩余污泥。对这部分生化污泥，污水处理厂通常采用的“机械脱水+外委”方法处理，虽然设备投资较少，但只能将10000m3含水98％的污泥体积减少到约1200吨，污泥体积庞大，残留污泥含有大量有毒有害物质，为此，企业每年需要花费高昂费用外委处理。
为解决生化剩余污泥对环境的污染，人们在污泥减量技术方面开展了大量的研发工作，开发出一系列的技术，如污泥干化填埋技术、堆肥技术、焚烧技术等等。这些技术对污泥减量具有一定的效果，但都存在明显不足，如干化填埋技术不仅占用大量的土地，而且对地下水构成污染风险；堆肥技术在使用过程对土壤造成重金属污染和生物污染；焚烧技术不仅对设备要求很高、处理成本高，而且可能产生二噁英等有害气体。
这些都迫使人们开发性价比更高的技术。
污泥热水解技术，可以使微生物絮体解散，细胞结构破碎，蛋白质、多糖和脂类等有机大分子水解，从而减少了污泥中的固含量，同时热水解也能导致污泥颗粒粘性降低、污泥中水分分布特性改变，从而改善污泥的脱水能力，由于热水解技术可以从减少固体总量和改善污泥的脱水性能两方面达到污泥减量的效果，因而得到了广泛的研究。
例如cn102718384a公开了一种污泥加碱催化热水解处理方法，包括如下步骤：a将污泥与碱性物质注入反应釜内，控制反应釜内污泥的ph值为10至14；b向反应釜内注入0.5mpa至1.6mpa的饱和蒸汽，经过15至60分钟反应后获得水解后的污泥。该现有技术采用向污泥中加入碱性物质的方法提高污泥水解效率，在碱性环境及加热的条件下，有助于污泥细胞的快速破碎和有机物的快速水解。由于向污泥中加入碱性物质提高了污泥水解效率，所以可以向反应釜内注入0.5mpa至1.6mpa的饱和蒸汽，饱和蒸汽压力下降使得反应釜设计压力下降导致投资成本大幅降低，并且由于饱和蒸汽压力下降使得锅炉等配套设备投资大幅降低，而且蒸汽使用量下降致能耗。但是，大量碱的加入会导致后处理的成本较高，也容易造成反应器的结垢，影响长周期的运行。
因此，有必要开发出经济可行的生化污泥减量的技术，以大幅减少剩余污泥的体积，减少对环境的危害。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的前述缺陷，提供一种运行稳定且处理效果好(处理后的污泥的vss去除率高，污泥减量率大)的减量处理生化剩余污泥的方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种减量处理生化剩余污泥的方法，该方法包括：
(1)将生化剩余污泥与第一碱性物质进行第一接触反应，并将所述第一接触反应后获得的物料i进行加热以得到物料ii，其中，所述第一碱性物质的用量使得进行所述第一接触反应的混合物流的ph值保持为7-10；
(2)将所述物料ii与第二碱性物质进行第二接触反应，并将所述第二接触反应后获得的物料iii进行冷却以获得物料iv，其中，所述第二碱性物质的用量使得进行所述第二接触反应的混合物流的ph值保持为9-11，且进行所述第二接触反应的混合物流的ph值比进行所述第一接触反应的混合物流的ph值高；
(3)将所述物料iv进行脱水。
本发明第二方面提供一种减量处理生化剩余污泥的方法，该方法在包括污泥预处理罐、第一换热器、第二换热器和热水解反应器的系统中实施，该方法包括：
(1)将生化剩余污泥引入至所述污泥预处理罐中以与第一碱性物质进行第一接触反应，并将所述第一接触反应后获得的物料i引入至所述第一换热器中进行加热以得到物料ii，其中，所述第一碱性物质的用量使得所述污泥预处理罐中的混合物流的ph值保持为7-10；
(2)将所述物料ii引入至所述热水解反应器中以与第二碱性物质进行第二接触反应，并将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至所述第二换热器中进行冷却以获得物料iv，其中，所述第二碱性物质的用量使得所述热水解反应器中的混合物流的ph值保持为9-11，且所述热水解反应器中的混合物流的ph值比所述污泥预处理罐中的混合物流的ph值高；
(3)将所述物料iv进行脱水。
本发明提供的前述两种减量处理生化剩余污泥的方法具有处理效果好(处理后的污泥的vss去除率高，污泥减量率大)的优点。
本发明的第三方面提供一种减量处理生化剩余污泥的系统，该系统中含有污泥预处理罐、第一换热器、第二换热器、热水解反应器和脱水装置，
所述污泥预处理罐通过管线与所述第一换热器连通，使得生化剩余污泥在所述污泥预处理罐中与第一碱性物质进行第一接触反应后获得的物料i能够进入所述第一换热器中进行加热以得到物料ii；
所述第一换热器通过管线与所述热水解反应器连通，使得所述物料ii在所述热水解反应器中与第二碱性物质进行第二接触反应后获得的物料iii能够进入所述第二换热器中进行冷却以获得物料iv；
所述第二换热器通过管线与所述脱水装置连通，使得所述物料iv能够进入所述脱水装置中进行脱水。
并且，本发明提供的前述两种减量处理生化剩余污泥的方法中的药剂消耗少，因此还具有处理成本低的优点。也即，本发明提供的减量处理生化剩余污泥的方法能够在低成本的前提下实现优异的处理效果。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在没有特别说明的情况下，本发明的“第一”、“第二”并不代表先后次序，仅是为了区分，例如本发明的“第一接触反应”和“第二接触反应”中的“第一”和“第二”仅是为了区分这是两次不同的接触反应，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种减量处理生化剩余污泥的方法，该方法包括：
(1)将生化剩余污泥与第一碱性物质进行第一接触反应，并将所述第一接触反应后获得的物料i进行加热以得到物料ii，其中，所述第一碱性物质的用量使得进行所述第一接触反应的混合物流的ph值保持为7-10；
(2)将所述物料ii与第二碱性物质进行第二接触反应，并将所述第二接触反应后获得的物料iii进行冷却以获得物料iv，其中，所述第二碱性物质的用量使得进行所述第二接触反应的混合物流的ph值保持为9-11，且进行所述第二接触反应的混合物流的ph值比进行所述第一接触反应的混合物流的ph值高；
(3)将所述物料iv进行脱水。
本发明的所述生化剩余污泥可以为来自例如污水处理厂浓缩池的生化剩余污泥。
在本发明中，进行所述第二接触反应的混合物流的ph值比进行所述第一接触反应的混合物流的ph值高，也即，进行所述第二接触反应的混合物流更碱性。
在步骤(1)中，对将获得的物料i进行加热的方法没有特别的限制，可以采用例如热交换等方法使得获得的物料i的温度升高。
优选情况下，将获得的物料i进行加热以使得获得的物料ii的温度比所述物料i的温度高60-150℃。
在步骤(2)中，对将获得的物料iii进行冷却的方法没有特别的限制，可以采用例如热交换等方法使得获得的物料iii的温度降低。
优选情况下，将获得的物料iii进行冷却以使得获得的物料iv的温度比所述物料iii的温度低40-100℃。
为了获得更好的处理效果，优选情况下，所述第一碱性物质的用量使得进行所述第一接触反应的混合物流的ph值保持为8-9。
优选情况下，所述第一接触反应的时间为0.1-16h，更优选为1-4h。
优选地，所述第一接触反应的温度为50-80℃。
优选地，所述第二接触反应的温度为140-200℃，更优选为160-180℃。
优选地，所述第二接触反应的时间为0.1-16h，更优选为1-4h。
为了获得更好的处理效果，优选情况下，所述第二碱性物质的用量使得进行所述第二接触反应的混合物流的ph值保持为9-10。
在发明中，为了使得第一接触反应和第二接触反应的混合物流的ph值保持在限定值或者范围，例如可以采用连续加入碱性物质的方式进行处理，避免混合物流的ph值超越限定值或者范围。
本发明的碱性物质可以为任意能够使得第一接触反应和第二接触反应的混合物流的ph值保持在限定值或者范围的物质，但是，为了获得更好的处理效果，优选所述第一碱性物质和所述第二碱性物质各种独立地选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠和碳酸氢钠的至少一种；特别优选情况下，本发明的所述第一碱性物质和所述第二碱性物质为浓度为10-50重量％的氢氧化钠水溶液。
优选地，本发明的所述生化剩余污泥的含水率为95-99.9重量％，更优选为97-99重量％；挥发分比f为50-80％，更优选为60-80％，其中f＝vss/ss。
优选情况下，控制所述脱水的条件，使得由所述物料iv进行脱水后获得的物料v的含水率不高于60重量％。事实上，由本发明的方法能够获得含水率不高于60重量％的物料v，这也是本发明的有益效果之一。
优选地，该方法进一步包括：将由所述物料iv进行脱水后获得的物料v进行焚烧和/或填埋。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种减量处理生化剩余污泥的方法，该方法在包括污泥预处理罐、第一换热器、第二换热器和热水解反应器的系统中实施，该方法包括：
(1)将生化剩余污泥引入至所述污泥预处理罐中以与第一碱性物质进行第一接触反应，并将所述第一接触反应后获得的物料i引入至所述第一换热器中进行加热以得到物料ii，其中，所述第一碱性物质的用量使得所述污泥预处理罐中的混合物流的ph值保持为7-10；
(2)将所述物料ii引入至所述热水解反应器中以与第二碱性物质进行第二接触反应，并将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至所述第二换热器中进行冷却以获得物料iv，其中，所述第二碱性物质的用量使得所述热水解反应器中的混合物流的ph值保持为9-11，且所述热水解反应器中的混合物流的ph值比所述污泥预处理罐中的混合物流的ph值高；
(3)将所述物料iv进行脱水。
优选地，将获得的物料i引入至所述第一换热器中进行加热以使得获得的物料ii的温度比所述物料i的温度高60-150℃。
优选情况下，将获得的物料iii引入至所述第二换热器中进行冷却以使得获得的物料iv的温度比所述物料iii的温度低40-100℃。
为了获得更好的处理效果，优选情况下，所述第一碱性物质的用量使得所述污泥预处理罐中的混合物流的ph值保持为8-9。
优选情况下，所述生化剩余污泥在所述污泥预处理罐中的停留时间为0.1-16h，更优选为1-4h。
优选地，所述污泥预处理罐中的温度为60-80℃。
优选地，所述热水解反应器中的温度为140-200℃，更优选为160-180℃。
优选地，所述物料ii在所述热水解反应器中的停留时间为0.1-16h，更优选为1-4h。
为了获得更好的处理效果，优选情况下，所述第二碱性物质的用量使得所述热水解反应器中的混合物流的ph值保持为9-10。
本发明第二方面中所述的碱性物质、生化剩余污泥的相关内容可以与第一方面中所述的碱性物质、生化剩余污泥的相关内容对应相同。
优选情况下，本发明的所述系统中还含有脱水机，以实现在所述脱水机中将所述物料iv进行脱水。
在第二方面中，优选情况下，控制所述脱水的条件，使得由所述物料iv进行脱水后获得的物料v的含水率不高于60重量％。
在第二方面中，优选地，该方法进一步包括：将由所述物料iv进行脱水后获得的物料v进行焚烧和/或填埋。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种减量处理生化剩余污泥的系统，该系统中含有污泥预处理罐、第一换热器、第二换热器、热水解反应器和脱水装置，
所述污泥预处理罐通过管线与所述第一换热器连通，使得生化剩余污泥在所述污泥预处理罐中与第一碱性物质进行第一接触反应后获得的物料i能够进入所述第一换热器中进行加热以得到物料ii；
所述第一换热器通过管线与所述热水解反应器连通，使得所述物料ii在所述热水解反应器中与第二碱性物质进行第二接触反应后获得的物料iii能够进入所述第二换热器中进行冷却以获得物料iv；
所述第二换热器通过管线与所述脱水装置连通，使得所述物料iv能够进入所述脱水装置中进行脱水。
具体地，本发明具有处理效果好，药剂消耗少，处理成本低，处理后污泥脱水效果好的优点。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均为市售品。
以下污泥的vss和污泥的含水率均通过cj/t221-2005标准方法获得。
以下污泥减量率＝(1-反应后污泥质量/反应前污泥质量)*100％。
实施例1
(1)将含水率为97重量％的生化剩余污泥(f为72％)引入至污泥预处理罐中以在50℃下与30重量％的氢氧化钠水溶液进行第一接触反应，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为1h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述污泥预处理罐中的污泥的ph值保持为8，然后将所述第一接触反应后获得的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为160℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中以与30重量％的氢氧化钠水溶液在140℃下进行第二接触反应，物料在热水解反应器中的停留时间为1h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述热水解反应器中的物料的ph值保持为9.2，然后将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为60重量％的泥饼。
结果：本实施例中vss去除率为65％，污泥减量率为96％。
实施例2
(1)将含水率为97.3重量％的生化剩余污泥(f为69％)引入至污泥预处理罐中以在60℃下与30重量％的氢氧化钠水溶液进行第一接触反应，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为2h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述污泥预处理罐中的污泥的ph值保持为8.3，然后将所述第一接触反应后获得的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为170℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中以与30重量％的氢氧化钠水溶液在150℃下进行第二接触反应，物料在热水解反应器中的停留时间为2h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述热水解反应器中的物料的ph值保持为9.5，然后将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为59.2重量％的泥饼。
结果：本实施例中vss去除率为68％，污泥减量率为96％。
实施例3
(1)将含水率为98.2重量％的生化剩余污泥(f为65％)引入至污泥预处理罐中以在80℃下与30重量％的氢氧化钠水溶液进行第一接触反应，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为2.5h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述污泥预处理罐中的污泥的ph值保持为9，然后将所述第一接触反应后获得的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为180℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中以与30重量％的氢氧化钠水溶液在180℃下进行第二接触反应，物料在热水解反应器中的停留时间为3h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述热水解反应器中的物料的ph值保持为9.9，然后将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为59.1重量％的泥饼。
结果：本实施例中vss去除率为70％，污泥减量率为98％。
实施例4
(1)将含水率为99重量％的生化剩余污泥(f为70％)引入至污泥预处理罐中以在80℃下与30重量％的氢氧化钠水溶液进行第一接触反应，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为4h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述污泥预处理罐中的污泥的ph值保持为8.5，然后将所述第一接触反应后获得的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为180℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中以与30重量％的氢氧化钠水溶液在200℃下进行第二接触反应，物料在热水解反应器中的停留时间为4h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述热水解反应器中的物料的ph值保持为9.7，然后将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为59重量％的泥饼。
结果：本实施例中vss去除率为72％，污泥减量率为99％。
实施例5
本实施例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，本实施例中通过控制第一碱性物质和第二碱性物质的加入量使得污泥预处理罐中的污泥和热水解反应器中的物料的ph值分别保持为9.5和10.8，其余均与实施例1中相同。
本实施例获得含水率为60.8重量％的泥饼。
结果：本实施例中vss去除率为60％，污泥减量率为92.7％。
对比例1
本对比例采用与实施例4相似的方法进行，所不同的是，本对比例中不加入第一碱性物质而仅加入第二碱性物质，并且第二碱性物质的加入量使得热水解反应器中的物料的ph值保持为9.7，具体为：
(1)将含水率为99重量％的生化剩余污泥(f为70％)引入至污泥预处理罐中，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为4h，然后将污泥预处理罐中的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为180℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中以与30重量％的氢氧化钠水溶液在200℃下进行第二接触反应，物料在热水解反应器中的停留时间为4h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述热水解反应器中的物料的ph值保持为9.7，然后将所述第二接触反应后获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为63重量％的泥饼。
结果：本对比例中vss去除率为60％，污泥减量率为98.4％。
对比例2
本对比例采用与实施例4相似的方法进行，所不同的是，本对比例中不加入第二碱性物质而仅加入第一碱性物质，并且第一碱性物质的加入量使得污泥预处理罐中的物料的ph值保持为8.5，具体为：
(1)将含水率为99重量％的生化剩余污泥(f为70％)引入至污泥预处理罐中以在80℃下与30重量％的氢氧化钠水溶液进行第一接触反应，污泥在污泥预处理罐中的停留时间为4h，且氢氧化钠水溶液的用量使得所述污泥预处理罐中的污泥的ph值保持为8.5，然后将所述第一接触反应后获得的物料i引入至第一换热器中通过热交换进行加热以得到温度为180℃的物料ii；
(2)将所述物料ii引入至热水解反应器中，物料在热水解反应器中的停留时间为4h，然后将热水解反应器中获得的物料iii引入至第二换热器中通过热交换进行冷却以获得温度为100℃的物料iv；
(3)将所述物料iv引入至脱水机中进行脱水并压滤，获得含水率为64重量％的泥饼。
结果：本对比例中vss去除率为55％，污泥减量率为98.3％。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，本对比例中通过控制第一碱性物质和第二碱性物质的加入量使得污泥预处理罐中的污泥和热水解反应器中的物料的ph值分别保持为10.5和12.0，其余均与实施例1中相同。
本对比例获得含水率为62重量％的泥饼。
结果：本对比例中vss去除率为61％，污泥减量率为95.6％。
由上述结果可以看出，本发明提供的减量处理生化剩余污泥的方法能够获得含水率低的滤饼，且vss去除率高以及污泥减量率高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。