一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置与流程

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，具体涉及一种将污水厂产生的生化污泥进行低温热碱消解反应从而降低污泥产生量的方法及其装置。

背景技术：

在污水处理领域，一般均会采用生物法降解污水中的有机污染物，在降解有机污染物的同时，微生物细胞体得以增殖，这些微生物一方面为污水处理做出了贡献，另一方面过量增殖的部分要从生化处理系统中排出，从而产生大量的生物污泥。这种污泥所含的微生物体细胞内存在大量的胞内水，经机械脱水后污泥含水率仍高达60％～80％，后续处理处置需要花费较高的代价。

目前，可以采用高温热解工艺对污泥进行处理，即在150～200℃及0.5～0.8mpa的压力条件下，使污泥微生物体得到破解，细胞内的水和营养物质被释放出来，污泥的脱水程度提高，可以使污泥机械脱水后的含水率更低，从而使污泥的产量降低。但采用高温热解工艺操作温度高，需要高温热源，一般采用蒸汽，可以利用工业蒸汽或采用天然气锅炉制造蒸汽，破解1吨污泥(以污泥干质计，下同)约需1.5吨蒸汽，运行代价较高，反应在高温高压下进行，反应器制作成本高，对运行人员操作水平要求高。

也可以采用加碱破胞工艺对污泥进行处理，即在污泥里投加高比例的碱，例如氢氧化钠或氧化钙，例如破解1吨污泥约需200公斤氧化钙(生石灰)使微生物体破解，释放出胞内水和营养物质，同样可以提高污泥的脱水程度，使污泥产量降低。碱解工艺在常温常压下进行，反应条件容易接受，但反应速度较慢，碱消耗量大，碱的投加增加了反应产物的干物质量。

另外还有人研究采用臭氧氧化、双氧水氧化、超声波等技术破解微生物细胞体，使污泥减量。但上述其它微生物体破解技术代价较高，目前尚不具备工程应用价值。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在低温条件下热解与碱解联合作用使污水厂污泥中的微生物细胞体破解从而降低污泥产量的方法及其装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法，将污泥液加碱搅拌且进行低温加热。

上述污水厂生化污泥来源于污水厂的污水处理过程中产生的半固态或固态物质。生化污泥是来源于污水厂的生化池处理污水的过程中微生物的生长，微生物以污水中的有机污染物为营养物增殖生长，一方面分解有机物，另一方面微生物数量增长，需要定期从生化池中排除一部分，从而保持微生物量的平衡，这部分排出的微生物体就是污水厂的剩余污泥。

优选地，所述污泥液的含水率为95～99.5％。

优选地，所述碱选自氢氧化钠或氧化钙中的一种或两种组合。

优选地，所述污泥液加碱后的ph值为8～12。更优选地，所述污泥液加碱后的ph值为9～11。

优选地，所述污泥液加碱搅拌的搅拌速率为10-100转/分钟。更优选地，所述污泥液加碱搅拌的搅拌速率为20-80转/分钟。

优选地，所述污泥液加碱搅拌的搅拌时间为1～6小时。更优选地，所述污泥液加碱搅拌的搅拌时间为3～5小时。

优选地，所述低温加热采用加热器进行加热，加热器中热水的温度为60～90℃。更优选地，所述加热器中热水的温度为70～90℃。

更优选地，所述加热器中热水的流量为污泥液流量的3～10倍。最优选地，所述加热器中热水的流量为污泥液流量的5～8倍。

更优选地，所述加热器中热水为热泵回收的污水厂出厂水。

优选地，所述污泥液的低温加热的温度为60～80℃。更优选地，所述污泥液的低温加热的温度为70～80℃。

本发明第二方面提供一种污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置，包括有池体，所述池体的进口端设有进泥口及加碱口，所述池体的出口端设有出泥口，所述池体内设有加热器、温度计、ph计及多个搅拌器。

优选地，所述池体内沿进泥方向依次设有第一搅拌区、加热区、第二搅拌区，所述第一搅拌区的进口端设有进泥口及加碱口，所述第一搅拌区内设有第一搅拌器，所述加热区内设有加热器、温度计及ph计，所述第二搅拌区的出口端设有出泥口，所述第二搅拌区内设有第二搅拌器。

优选地，所述进泥口位于所述池体进口端的侧壁上部，所述加碱口位于所述池体进口端的顶部，所述出泥口位于所述池体出口端的侧壁下部。

更优选地，所述进泥口位于所述第一搅拌区进口端所在的池体侧壁上部，所述加碱口位于所述第一搅拌区进口端所在的池体顶部，所述出泥口位于所述第二搅拌区出口端所在的池体侧壁下部。

更优选地，所述加热器设于所述加热区所在的池体下方，所述温度计及ph计设于所述加热区所在的池体上方。

优选地，所述加热器沿热水流入方向依次设有热水进口和热水出口。

如上所述，本发明提供的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，可应用于污水处理领域，采用低温热解与碱解联用的方式使污水生化处理过程产生的污泥内的微生物细胞体得到破解，释放胞内水和营养物质，从而减少污泥产生量，减轻污泥进一步后续处理处置的压力。

(2)本发明提供的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，采用低温加热，不必采用高温蒸汽作为热源，可利用工业废热、污水源热泵等供热，制热成本大幅度降低，反应过程比较温和，操作简单。

(3)本发明提供的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，采用低温热解与碱解联合使用，既降低了反应温度，又降低了碱的消耗。

附图说明

图1显示为本发明的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置的结构示意图。

附图标记

1池体

11第一搅拌区

12加热区

13第二搅拌区

2进泥口

3出泥口

4加碱口

5搅拌器

51第一搅拌器

52第二搅拌器

6加热器

61热水进口

62热水出口

7温度计

8ph计

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法，将污泥液加碱搅拌且进行低温加热。

上述污水厂生化污泥来源于污水厂的污水处理过程中产生的半固态或固态物质。生化污泥是来源于污水厂的生化池处理污水的过程中微生物的生长，微生物以污水中的有机污染物为营养物增殖生长，一方面分解有机物，另一方面微生物数量增长，需要定期从生化池中排除一部分，从而保持微生物量的平衡，这部分排出的微生物体就是污水厂的剩余污泥。

对于生化污泥而言，以处理生活污水为主的污水厂为例，每处理一万吨污水，产生的剩余污泥量约1～2吨(以污泥干质计)，其中，除水以外，生化污泥中的微生物体约占40～70％，另外的部分是无机物质，例如泥砂等。微生物体主要包括细菌，原生动物和藻类等。从生化池中排出的剩余污泥是泥浆状态的，含水率一般为99～99.5％，经浓缩后含水率可降到为95～98％，仍呈流动态，而且体积量比较大，例如固体总量一吨的污泥，含水率是95％的话，其总质量为20吨，其中的19吨是水。这种形态的污泥必须进一步降低其总量才能进一步处置或利用，一方面要降低其含水率，另一方面可对其中的固体量进行消减，就是对其中的有机性的微生物细胞体进行消减。污泥进一步消减和降低含水率后，总量大幅度降低，例如固体总量一吨的污泥，含水率降到50％的话，其总质量仅为2吨，而且这种污泥是固体形态，便于运输和处置。如果能对污泥的总固体量进行消减，可进一步对污泥减量，例如固体总量一吨的污泥，其中的有机性微生物细胞体占比50％，即0.5吨，若采用污泥消减技术对这部分有机成分消减40％，即消减0.2吨，总固体量减少到0.8吨，含水率降到50％的话，其总质量仅为1.6吨。

在一个具体实施方式中，所述污泥液为污水厂产生的含有微生物体的污泥，其经浓缩后的含水率为95～99.5％，为类似于液体的流动态。

本发明所提供的污水厂生化污泥的低温热碱消解方法中，所述反应通常在碱性条件下进行，本领域技术人员可选用合适的碱的种类和使用量，以调节待处理水体中的ph值，例如，可以是无机碱，更具体可以是碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属氧化物或碱土金属氧化物等，在本发明一优选实施方式中，所述碱选自氢氧化钠和/或氧化钙；再例如，碱的使用量通常取决于反应体系的ph值，在本发明一优选实施方式中，所述污泥液加碱后的ph值为8～12，在较佳情况下，所述污泥液加碱后的ph值为9～11，反应体系的ph值可以通过在线ph计实时监测，从而控制加碱量。

在一个优选的实施例中，所述污泥液加碱搅拌的搅拌速率为10-100转/分钟。在较佳情况下，所述污泥液加碱搅拌的搅拌速率为20-80转/分钟。通过搅拌器对污泥液进行搅拌，使得反应进行的均匀。

在一个优选的实施例中，所述污泥液加碱搅拌的搅拌时间为1～6小时。在较佳情况下，所述污泥液加碱搅拌的搅拌时间为3～5小时。

在一个优选的实施例中，所述低温加热采用加热器进行加热，加热器中热水的温度为60～90℃。在较佳情况下，所述加热器中热水的温度为70～90℃。所述加热器为常规使用的加热器，可从市场上购买获得。

进一步地，所述加热器中热水的流量为污泥液流量的3～10倍。具体来说，所述加热器中热水的流量为污泥液流量的5～8倍。

进一步地，所述加热器中热水为热泵回收的污水厂出厂水。

在一个优选的实施例中，所述污泥液的低温加热的温度为60～80℃。在较佳情况下，所述污泥液的低温加热的温度为70～80℃。所述污泥液通过在线温度计监测污泥液的温度从而控制热水的流量。

上述低温加热中的所述低温是与高温热解的高温相对应的，指如60～80℃的温度，这样的温度比较容易获得，不必采用高温蒸汽作为热源，可利用工业废热、污水源热泵等供热，制热成本大幅度降低，反应过程比较温和，操作简单。

低温条件下的热解效率较高温条件下低，辅助以碱解，即低温热解与碱解联合使用，以碱解作用弥补低温热解的效率，同样可以实现较高效率的污泥微生物体破解作用。热解与碱解联用，既降低了反应温度，又降低了碱的消耗。

如图1所示，本发明进一步提供一种污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置，包括有池体，所述池体的进口端设有进泥口及加碱口，所述池体的出口端设有出泥口，所述池体内设有加热器、温度计、ph计及多个搅拌器。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述池体内沿进泥方向依次设有第一搅拌区、加热区、第二搅拌区，所述第一搅拌区的进口端设有进泥口及加碱口，所述第一搅拌区内设有第一搅拌器，所述加热区内设有加热器、温度计及ph计，所述第二搅拌区的出口端设有出泥口，所述第二搅拌区内设有第二搅拌器。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述进泥口位于所述池体进口端的侧壁上部，所述加碱口位于所述池体进口端的顶部，所述出泥口位于所述池体出口端的侧壁下部。

具体来说，如图1所示，所述进泥口位于所述第一搅拌区进口端所在的池体侧壁上部，所述加碱口位于所述第一搅拌区进口端所在的池体顶部，所述出泥口位于所述第二搅拌区出口端所在的池体侧壁下部。上述进泥口及出泥口的设置位置，便于污泥在池体中的行进。上述加碱口的设置位置，便于加碱。

在一个具体实施方式中，如图1所示，所述加热器设于所述加热区所在的池体下方，所述温度计及ph计设于所述加热区所在的池体上方。在一个优选的实施例中，如图1所示，所述加热器沿热水流入方向依次设有热水进口和热水出口。所述加热器通过热水流量提供热量。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述温度计为在线温度计。从而能够实时监测池体内污泥液的温度。所述在线温度计为常规使用的在线温度计，可从市场上购买获得。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述ph计为在线ph计。从而能够实时监测池体内污泥液的ph值从而控制加碱量。所述在线ph计为常规使用的在线ph计，可从市场上购买获得。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述搅拌器为常规使用的搅拌器，可从市场上购买获得。

在具体实施过程中，将污水厂产生的含有微生物体的污泥，经浓缩后其含水率为95～99.5％，呈类似于液体的流动态，为污泥液。污泥液采用本发明中的污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置进行处理，将污泥液经进泥口流入池体内，同时通过加碱口加入碱，碱选自氢氧化钠或氧化钙中的一种或两种组合，启动搅拌器进行1～6小时搅拌，优选为3～5小时；搅拌速率为10-100转/分钟，优选为20-80转/分钟；通过ph计调节池体内污泥液的ph值为8～12，优选为9～11。同时，通过热水进口向加热器内通入热水，热水温度为60～90℃，优选为70～90℃；加热器加热池体内的污泥液，通过温度计监测池体内污泥液的温度从而控制热水的流量，加热器中热水的流量为污泥液流量的3～10倍，优选为5～8倍；污泥液的加热温度设定在60～80℃，优选为70～80℃，交换过热量的热水通过热水出口排出。具体操作时，同时开启位于第一搅拌区内的第一搅拌器和位于第二搅拌区内的第二搅拌器，对污泥液进行搅拌，使得反应进行的均匀。加热器、温度计及ph计位于加热区内，能够对热解与碱解进行有效控制，一般经热解与碱解的联合作用，污泥中的微生物细胞体得到破解。

实施例1

将污水厂产生的生化污泥，经浓缩后其含水率为97％，呈类似于液体的流动态，为污泥液。污泥液采用本发明中的污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置进行处理，将污泥液经进泥口流入池体内，同时通过加碱口加入碱，碱为氢氧化钠，启动搅拌器进行4小时搅拌，搅拌速率为60转/分钟，通过ph计调节池体内污泥液的ph值为10，氢氧化钠的投加量为污泥干质重量的8％。同时，通过热水进口向加热器内通入热水，热水源自热泵回收的污水厂出厂水，热水温度为90℃，加热器加热池体内的污泥液，通过温度计监测池体内污泥液的温度从而控制热水的流量，加热器中热水的流量为污泥液流量的7倍，污泥液的温度设定在70℃，交换过热量的热水通过热水出口排出。具体操作时，同时开启位于第一搅拌区内的第一搅拌器和位于第二搅拌区内的第二搅拌器，对污泥液进行搅拌，使得反应进行的均匀。加热器、温度计及ph计位于加热区内，能够对热解与碱解进行有效控制，一般经热解与碱解的联合作用，污泥中的微生物细胞体得到破解。

实施例2

将污水厂产生的生化污泥，经浓缩后其含水率为98％，呈类似于液体的流动态，为污泥液。污泥液采用本发明中的污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置进行处理，将污泥液经进泥口流入池体内，同时通过加碱口加入碱，碱为氧化钙，启动搅拌器进行3小时搅拌，搅拌速率为80转/分钟，通过ph计调节池体内污泥液的ph值为11，氧化钙的投加量为污泥干质重量的12％。同时，通过热水进口向加热器内通入热水，热水源自热泵回收的污水厂出厂水，热水温度为80℃，加热器加热池体内的污泥液，通过温度计监测池体内污泥液的温度从而控制热水的流量，加热器中热水的流量为污泥液流量的6倍，污泥液的温度设定在75℃，交换过热量的热水通过热水出口排出。具体操作时，同时开启位于第一搅拌区内的第一搅拌器和位于第二搅拌区内的第二搅拌器，对污泥液进行搅拌，使得反应进行的均匀。加热器、温度计及ph计位于加热区内，能够对热解与碱解进行有效控制，一般经热解与碱解的联合作用，污泥中的微生物细胞体得到破解。

实施例3

将污水厂产生的生化污泥，未经浓缩，其含水率为99.2％，呈类似于液体的流动态，为污泥液。污泥液采用本发明中的污水厂生化污泥的低温热碱消解反应装置进行处理，将污泥液经进泥口流入池体内，同时通过加碱口加入碱，碱为氢氧化钠，启动搅拌器进行5小时搅拌，搅拌速率为40转/分钟，通过ph计调节池体内污泥液的ph值为9，氢氧化钠的投加量为污泥干质重量的8％。同时，通过热水进口向加热器内通入热水，热水源自热泵回收的污水厂出厂水，热水温度为75℃，加热器加热池体内的污泥液，通过温度计监测池体内污泥液的温度从而控制热水的流量，加热器中热水的流量为污泥液流量的8倍，污泥液的温度设定在70℃，交换过热量的热水通过热水出口排出。具体操作时，同时开启位于第一搅拌区内的第一搅拌器和位于第二搅拌区内的第二搅拌器，对污泥液进行搅拌，使得反应进行的均匀。加热器、温度计及ph计位于加热区内，能够对热解与碱解进行有效控制，一般经热解与碱解的联合作用，污泥中的微生物细胞体得到破解。

实施例4

分别取10吨污水厂经浓缩后的污泥，污泥含水率97％，经计算其中的干物质含量为0.3吨，采用实施例1中的处理条件、现有高温热解法的处理条件、现有加碱破胞法的处理条件分别对污泥进行破解。

将实施例1处理后的污泥进行检测，发现污泥中的细胞体已得到破解，有机物质得到释放，以经压滤机压滤后按泥饼产生量和泥饼含水率折算，污泥消减率达到20％，与现有高温热解法对污泥的消减率相当，消减效果明显。同时，压榨后的污泥含水率为60％，明显降低。上述污泥消减率是指采用一定的消减技术处理后对污泥进行脱水压榨，对压榨后产生的泥饼进行计量并测其含水率从而计算其污泥总量，与消减之前的污泥总量比较后得出的比率。

同时，采用现有高温热解法处理污泥，污泥液首先泵入高压反应釜，采用搅拌器搅拌，釜外的加热盘管通入蒸汽加热，通过釜内的温度传感器控制蒸汽的量，使釜内污泥液的温度升高到150℃并保持这个温度，这时釜的压力约0.5mpag。反应30分钟后，反应釜的开关阀打开，污泥液喷射进入闪蒸罐，再从闪蒸罐进入换热器，换热冷却到50℃，进行压榨脱水，污泥消减率为25％。同时，压榨后的污泥含水率为60％。现有高温热解法处理污泥，需消耗0.45吨蒸汽，按1吨蒸汽市场价200元计，成本核算为rmb90。

采用现有加碱破胞法处理污泥，污泥液首先泵入碱解反应池，采用搅拌器搅拌，按照污泥干质量的20％投入需要的生石灰，搅拌反应2小时，进行压榨脱水，污泥消减率约为0％。，压榨后的污泥含水率为60％。现有加碱破胞法处理污泥，需消耗碱如氧化钙(生石灰)90公斤，按1公斤氧化钙(生石灰)市场价0.8元计，成本核算为rmb72。

而采用本发明中实施例1中处理条件处理污泥，由于低温热解，采用热水加热，热水源自热泵回收的污水厂出厂水，热水的温度为90℃，污泥液进料温度为20℃，加热到70℃，需要的热水量为70吨。采用热泵回收的污水厂出厂水的热量只需要消耗一定的电能，本实施例中消耗的电能为30kw·h，成本核算为rmb20。

同时进行碱解，消耗碱如氧化钙(生石灰)45公斤，按1公斤氧化钙(生石灰)市场价0.8元计，成本核算为rmb36，总成本核算为rmb56。上述成本核算数据见表1。由表1可知，本发明中采用的低温热碱消解方法，处理成本明显低于现有高温热解法、加碱破胞法，成本低廉。

表1

由表1中数据对比可知，三种方法调理后再采取机械压榨脱水的方式都能使污泥含水率降低到60％。其中高温热解法对污泥的消减率最高，但成本也最高；而加碱破胞法对污泥基本没有消减作用；本发明的方法是上述两种方法的折中方法，既降低了污泥调理的成本，又对污泥有较高的消减率，值得推广应用。

综上所述，本发明提供的一种污水厂生化污泥的低温热碱消解方法及其反应装置，采用低温热解与碱解联合使用，既降低了反应温度，又降低了碱的消耗，使污水生化处理过程产生的污泥内的微生物细胞体得到破解，减少污泥产生量，减轻污泥进一步后续处理处置的压力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。