本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种减量处理生化污泥的方法和一种减量处理生化污泥的系统。
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cn1569699a公开了属于水处理领域的适用于市政污水处理厂的剩余污泥的资源化、减量化处理的一种剩余污泥的处理方法。该方法是剩余污泥通过以高压釜作为反应器，在110-190℃温度范围内进行热水解处理后，在序批式厌氧反应器中厌氧消化和脱水三个处理步骤，得到含水率为45-50％的泥饼，泥饼可以农用或焚烧。该现有技术可以削减污泥95％以上的体积，处理后的污泥体积不到原来的5％，从而实现污泥的减量化:同时厌氧消化反应器的体积减小一半，从而节省费用。处理后的污泥可以作为肥料农用，也可直接作为锅炉的燃料，来回收热能。
但上述污泥热水解的处理技术在实际工业化应用中，还存在着处理效果不理想，处理效率低的问题。
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存在的上述缺陷，提供一种处理效果好(污泥vss去除率高)的减量处理生化污泥的方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种减量处理生化污泥的方法，该方法包括：
(1)将生化污泥进行浆化处理，获得物料i；
(2)将所述物料i与蒸汽进行减量消解反应，获得物料ii；
(3)将所述物料ii与含氧气体接触以进行湿式氧化反应，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理。
本发明的第二方面提供减量处理生化污泥的方法，该方法在包括均质浆化罐、减量消解反应器、湿式氧化反应器、一次闪蒸罐和二次闪蒸罐的系统中实施，该方法包括：
(1)将生化污泥引入至所述均质浆化罐中进行浆化处理，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至所述减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至所述湿式氧化反应器中以与含氧气体接触以进行湿式氧化反应，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至所述一次闪蒸罐和所述二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理。
本发明的第三方面提供一种减量处理生化污泥的系统，该系统中含有均质浆化罐、减量消解反应器、湿式氧化反应器、一次闪蒸罐、二次闪蒸罐和脱水装置，
所述均质浆化罐通过管线与所述减量消解反应器连通，使得生化污泥在所述均质浆化罐进行浆化处理后得到的物料i能够进入所述减量消解反应器；
所述减量消解反应器通过管线与所述湿式氧化反应器连通，使得所述物料i在所述减量消解反应器中与蒸汽进行减量消解反应后得到的物料ii能够进入所述湿式氧化反应器中；
所述湿式氧化反应器通过管线与所述一次闪蒸罐连通，使得所述物料ii在所述湿式氧化反应器中与含氧气体接触以进行湿式氧化反应后获得的物料iii能够进入所述一次闪蒸罐中；
所述一次闪蒸罐通过管线与所述二次闪蒸罐连通，使得所述物料iii能够依次进入所述一次闪蒸罐和所述二次闪蒸罐中分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理；
所述二次闪蒸罐通过管线与所述脱水装置连通，使得由所述二次闪蒸罐中获得的物料iv能够进入所述脱水装置中进行脱水处理。
本发明提供的前述两种减量处理生化污泥的方法具有处理效果好的优点。具体地，本发明提供的前述两种减量处理生化污泥的方法能够获得含水率低的污泥，且污泥vss去除率高。
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。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种减量处理生化污泥的方法，该方法包括：
(1)将生化污泥进行浆化处理，获得物料i；
(2)将所述物料i与蒸汽进行减量消解反应，获得物料ii；
(3)将所述物料ii与含氧气体接触以进行湿式氧化反应，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理。
优选地，在步骤(1)中，所述浆化处理的条件包括：温度为80-120℃，时间为2-4h。
优选情况下，所述减量消解反应的条件包括：温度为140-180℃，时间为0.5-2h。
为了使得本发明的方法处理后的污泥vss去除率更高，根据一种优选的具体实施方式，所述减量消解反应在消解促进剂存在下进行，所述消解促进剂为碱性物质或酸性物质。
特别优选情况下，所述消解促进剂为碱性物质。
优选地，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。
特别优选地，所述碱性物质为浓度为10-50重量％的氢氧化钠水溶液。
优选情况下，所述消解促进剂的用量使得进行所述减量消解反应的混合物流的ph值保持为7-13，更优选保持为9-10。
根据一种特别优选的具体实施方式，本发明的方法还包括：步骤(1)的所述浆化处理在碱性物质存在下进行。
在该优选的具体实施方式中，优选步骤(1)中的所述碱性物质的用量使得进行所述浆化处理的混合物流的ph值保持为7-10；以及
步骤(2)中的所述减量消解反应在作为消解促进剂的碱性物质存在下进行，步骤(2)中的所述碱性物质的用量使得进行所述减量消解反应的混合物流的ph值保持为9-13，且进行所述减量消解反应的混合物流的ph值比进行所述浆化处理的混合物流的ph值高。
在该优选的具体实施方式中，优选步骤(1)中的所述碱性物质的用量使得进行所述浆化处理的混合物流的ph值保持为8-9。
在该优选的具体实施方式中，优选步骤(2)中的碱性物质的用量使得进行所述减量消解反应的混合物流的ph值保持为9-10。
在第一方面中，本发明的发明人发现，采用本发明前述优选的具体实施方式所述的方法进行减量处理生化污泥的方法时，能够使得污泥的vss去除率更高。
在发明中，为了使得混合物流的ph值保持在限定值或者范围，例如可以在相应的可以加入碱性物质的处理过程中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。
优选情况下，在步骤(3)中，所述湿式氧化反应的条件包括：温度为200-240℃，压力为2-7mpa，时间为0.2-1h。
优选地，在步骤(4)中，所述第一闪蒸处理的温度为160-240℃，且所述第一闪蒸处理的温度比所述第二闪蒸处理的温度高。
优选情况下，在步骤(4)中，所述第二闪蒸处理的温度为120-190℃。
优选地，本发明的所述生化污泥的含水率为80-96重量％，优选为90-95重量％；挥发分比f≥0.3，优选≥0.6，其中f＝vss/ss。
本发明的所述含氧气体可以为氧气、空气等。
优选情况下，在步骤(3)中，所述湿式氧化反应在蒸汽存在下进行。
优选情况下，步骤(2)中的所述蒸汽为来自所述湿式氧化反应和/或所述第一闪蒸处理中产生的蒸汽。
优选情况下，本发明的方法还包括：将所述减量消解反应中的剩余蒸汽i和/或所述第二闪蒸处理中产生的蒸汽ii引入至步骤(1)中与所述生化污泥进行换热。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种减量处理生化污泥的方法，该方法在包括均质浆化罐、减量消解反应器、湿式氧化反应器、一次闪蒸罐和二次闪蒸罐的系统中实施，该方法包括：
(1)将生化污泥引入至所述均质浆化罐中进行浆化处理，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至所述减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至所述湿式氧化反应器中以与含氧气体接触以进行湿式氧化反应，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至所述一次闪蒸罐和所述二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理。
优选地，所述均质浆化罐中的温度为80-120℃，所述生化污泥在所述均质浆化罐中的停留时间为2-4h。
优选情况下，所述减量消解反应器中的温度为140-180℃，所述物料i在所述减量消解反应器中的停留时间为0.5-2h。
在本发明的第二方面中，为了使得本发明的方法处理后的污泥vss去除率更高，根据一种优选的具体实施方式，所述减量消解反应在消解促进剂存在下进行，所述消解促进剂为碱性物质或酸性物质。
本发明第二方面中所述的消解促进剂、生化污泥的相关内容与第一方面中所述的消解促进剂、生化污泥的相关内容对应相同，本发明在第二方面中不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
在本发明的第二方面中，优选所述消解促进剂用量使得所述减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为7-13，更优选保持为9-10。
在本发明的第二方面中，提供一种特别优选的具体实施方式，该方法进一步包括：步骤(1)的所述浆化处理在碱性物质存在下进行。
在本发明的第二方面中，在前述特别优选的具体实施方式中，优选步骤(1)中的所述碱性物质的用量使得所述均质浆化罐中的混合物流的ph值保持为7-10；以及
步骤(2)中的所述减量消解反应在作为消解促进剂的碱性物质存在下进行，步骤(2)中的所述碱性物质的用量使得所述减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9-13，且所述减量消解反应器中的混合物流的ph值比所述均质浆化罐中的混合物流的ph值高。
在本发明的第二方面中，在前述特别优选的具体实施方式中，优选步骤(1)中的所述碱性物质的用量使得所述均质浆化罐中的混合物流的ph值保持为8-9。
在本发明的第二方面中，在前述特别优选的具体实施方式中，优选步骤(2)中的碱性物质的用量使得所述减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9-10。
在第二方面中，本发明的发明人发现，采用本发明前述特别优选的具体实施方式所述的方法进行减量处理生化污泥的方法时，能够使得污泥的vss去除率更高。
优选地，所述湿式氧化反应器中的温度为200-240℃，压力为2-7mpa，所述物料ii在所述湿式氧化反应器中的停留时间为0.2-1h。
优选情况下，在第二方面中，在步骤(3)中，所述湿式氧化反应在蒸汽存在下进行。
优选地，在步骤(4)中，所述一次闪蒸罐中的温度为160-240℃，且所述一次闪蒸罐中的温度比所述二次闪蒸罐中的温度高。
优选情况下，所述二次闪蒸罐中的温度为120-190℃。
根据一种优选的具体实施方式，本发明的方法进一步包括：将所述湿式氧化反应器和/或所述一次闪蒸罐中产生的蒸汽引入至所述减量消解反应器中。
根据另一种优选的具体实施方式，本发明的方法进一步包括：将所述减量消解反应器中的剩余蒸汽i和/或所述二次闪蒸罐中产生的蒸汽ii引入至均质浆化罐中。
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进行脱水处理。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种减量处理生化污泥的系统，该系统中含有均质浆化罐、减量消解反应器、湿式氧化反应器、一次闪蒸罐、二次闪蒸罐和脱水装置，
所述均质浆化罐通过管线与所述减量消解反应器连通，使得生化污泥在所述均质浆化罐进行浆化处理后得到的物料i能够进入所述减量消解反应器；
所述减量消解反应器通过管线与所述湿式氧化反应器连通，使得所述物料i在所述减量消解反应器中与蒸汽进行减量消解反应后得到的物料ii能够进入所述湿式氧化反应器中；
所述湿式氧化反应器通过管线与所述一次闪蒸罐连通，使得所述物料ii在所述湿式氧化反应器中与含氧气体接触以进行湿式氧化反应后获得的物料iii能够进入所述一次闪蒸罐中；
所述一次闪蒸罐通过管线与所述二次闪蒸罐连通，使得所述物料iii能够依次进入所述一次闪蒸罐和所述二次闪蒸罐中分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理；
所述二次闪蒸罐通过管线与所述脱水装置连通，使得由所述二次闪蒸罐中获得的物料iv能够进入所述脱水装置中进行脱水处理。
优选地，所述湿式氧化反应器和/或所述一次闪蒸罐通过管线与所述减量消解反应器连通，使得所述湿式氧化反应器和/或所述一次闪蒸罐中产生的蒸汽能够进入所述减量消解反应器中。
优选地，所述减量消解反应器和/或所述二次闪蒸罐通过管线与所述均质浆化罐连通，使得所述减量消解反应器中的剩余蒸汽i和/或所述二次闪蒸罐中产生的蒸汽ii能够进入所述均质浆化罐中。
具体地，本发明的方法具有处理成本低，运行稳定，处理效果好的优点。
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93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐中进行浆化处理，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至165℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.4，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为0.3h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为38重量％的污泥，且该污泥的f为11％。
实施例2
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐中进行浆化处理，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至165℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.0，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为240℃、压力为5.6mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为0.5h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为31重量％的污泥，且该污泥的f为5％。
实施例3
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐中进行浆化处理，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至155℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.8，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为0.3h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为40重量％的污泥，且该污泥的f为12％。
实施例4
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至130℃的均质浆化罐中进行浆化处理，污泥的停留时间为2.5h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至150℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.7，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为1h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为38重量％的污泥，且该污泥的f为10％。
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，本实施例中的碱性物质在步骤(1)和步骤(2)中分别加入；具体地：
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐以与30重量％的氢氧化钠水溶液进行浆化处理，其中，氢氧化钠水溶液的加入量使得均质浆化罐中的混合物流的ph值保持为8.3，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至165℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.4，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为0.3h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为34重量％的污泥，且该污泥的f为8％。
实施例6
本实施例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，本实施例中的碱性物质在步骤(1)和步骤(2)中分别加入；具体地：
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐以与30重量％的氢氧化钠水溶液进行浆化处理，其中，氢氧化钠水溶液的加入量使得均质浆化罐中的混合物流的ph值保持为9.2，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(2)将所述物料i引入至165℃的减量消解反应器中以与蒸汽进行减量消解反应，污泥停留时间为1h，该减量消解反应器中加入30重量％的氢氧化钠水溶液使得该减量消解反应器中的混合物流的ph值保持为9.4，获得物料ii；
(3)将所述物料ii引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间为0.3h，获得物料iii；
(4)将所述物料iii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iv；
(5)将所述物料iv进行脱水处理，得到含水率为36重量％的污泥，且该污泥的f为9％。
对比例1
(1)将含水率为93重量％的生化污泥(f为73％)引入至120℃的均质浆化罐中进行浆化处理，污泥的停留时间为2h，获得物料i；
(3)将所述物料i引入至温度为210℃、压力为4.3mpa的湿式氧化反应器中以与氧气(通入氧气氧含量为物料ii干重的1.1倍)接触以进行湿式氧化反应，污泥在湿式氧化反应器中的停留时间0.6h，获得物料ii；
(4)将所述物料ii依次引入至温度为200℃的一次闪蒸罐和温度为140℃的二次闪蒸罐中以分别进行第一闪蒸处理和第二闪蒸处理，获得物料iii；
(5)将所述物料iii进行脱水处理，得到含水率为44重量％的污泥，且该污泥的f为14％。
由上述结果可以看出，本发明提供的减量处理生化污泥的方法能够获得含水率低的污泥，且污泥vss去除率高。
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。