注氧脱硫的污泥处理方法及厌氧消化池与流程

1.本发明涉及一种注氧脱硫的污泥处理方法及厌氧消化池。


背景技术：

2.污泥是污水处理过程有机质能量的最终去处，污水处理过程中能量的发掘利用必然要从污泥着手。与污泥焚烧技术类似，厌氧消化技术同步具备减量化、无害化、稳定化和资源化四大优势，尤其是在能量利用方面，其利用自然生物降解释放污泥中的有机质能量，产生可被直接利用能源-沼气(ch4)，实现能量的循环利用，厌氧消化技术理应成为未来污泥处理处置技术发展的必然趋势之一。
3.沼气作为可再生能源已成为我国能源战略的重要组成部分，开发高效的脱硫技术是沼气有效利用的重要保证。污泥的厌氧消化过程产生沼气的主要成分有ch4，co2和h2s。其中，h2s因其自身特性能够腐蚀设备和管道，且对人体来说具有剧毒，并对chp装置的运行产生不利影响。而且h2s会限制沼气的利用潜力，因此，在沼气的再利用之前需对沼气中h2s进行净化处理。沼气的脱硫方式常用的有干法脱硫、湿法脱硫及生物法脱硫等。几种脱硫方法在理论层面和工程应用层面均较成熟，各有利弊。但现有技术中沼气脱硫方法均有相同的弱点，即：1、沼气与空气进行脱硫反应的反应时间长，进而造成为保证沼气充分脱硫而向消化池内持续投入药剂并持续注入空气的设备投资成本高；2、另外持续注入空气和药剂的设备在运行时的运行成本高；3、设备相对复杂，运行效率低下及运行维护难度大。
4.鉴于上述传统沼气脱硫工艺普遍存在的问题，开发一种新型高效沼气除硫工艺，以提高沼气脱硫的效率，降低投资，降低系统运行维护难度，显得十分迫切。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中沼气脱硫效率低下，且沼气脱硫的运行成本高的缺陷，提供一种注氧脱硫的污泥处理方法及厌氧消化池。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种注氧脱硫的污泥处理方法，所述污泥处理方法包括以下步骤：
8.s10、调节厌氧消化池本体内的污泥液位，进而调节所述厌氧消化池本体内的污泥上方的气相空间的容积；
9.s20、将氧气注入所述气相空间中并使得氧气与所述气相空间中的沼气充分混合，沼气中的硫化氢的氧化反应发生在所述厌氧消化池本体对应所述气相空间的内壁上；
10.s30、利用调节后的容积延长沼气在所述厌氧消化池本体内的停留时间，并在沼气停留在所述厌氧消化池本体内时进行沼气的脱硫反应，直至沼气的脱硫反应完成。
11.在本方案中，通过调节厌氧消化池本体内的污泥的液位高度进而调节污泥上方的气相空间的容积，该容积用于容纳沼气和氧气，沼气在气相空间内进行沼气的脱硫反应，氧气中含氧量丰富，通过向气相空间内注入氧气使得沼气与氧气充分混合，依靠的是生物化学作用，沼气中的硫化氢的氧化反应即为沼气的脱硫反应，其主要发生在厌氧消化池本体
对应气相空间的内壁上，沼气的脱硫反应主要依托的是厌氧消化池本体内污泥中的硫氧化细菌的生化代谢作用，厌氧消化池本体的内壁为硫氧化细菌的生长代谢提供了适宜的环境——厌氧、水汽环境、大表面积等，其功能类似于滤料生物膜。因而，调节气相空间的容积适宜沼气的脱硫反应，并向气相空间内注入氧气能够使得沼气的脱硫反应能够更快速、更充分的进行，减少沼气的脱硫反应时间，以提高沼气的脱硫反应速率。
12.较佳地，在步骤s20与步骤s30之间还包括以下步骤：
13.s201、将沼气在所述厌氧消化池本体内进行循环，通过沼气循环系统使得沼气从气相空间流至所述污泥中，沼气从所述污泥中再次进入所述气相空间，并进一步使沼气与注气系统所注入的氧气充分混合并进行沼气的脱硫反应。
14.在本方案中，通过设置沼气循环系统，使得厌氧消化池本体内的沼气经气相空间流入厌氧消化池本体内部底端的污泥中，在流动过程中，沼气与注气系统所注入的氧气充分混合，并利用厌氧消化池内污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，进而在污泥中进行沼气的脱硫反应，沼气循环系统所进行的脱硫反应与注气系统向气相空间内注入氧气的脱硫反应同步进行，相对于仅在气相空间内进行脱硫反应的沼气脱硫更加彻底，同时提高了沼气的脱硫效率，缩短了一次脱硫所需的反应时间，进而降低了设备的运行成本。
15.较佳地，在步骤s201中还包括以下步骤：
16.s202、将步骤s20与步骤s201同步实施，并将所述注气系统内的氧气通过分支注气单元注入所述沼气循环系统中，所述分支注气单元与所述沼气循环系统通过混合器连通，且通过所述混合器将氧气混入所述沼气循环系统中；
17.s203、将混合后的沼气经所述沼气循环系统流至所述污泥中，利用所述污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，并与所述注气系统向所述气相空间注入的氧气进行同步的沼气的脱硫反应。
18.在本方案中，步骤s201中还包括向沼气循环系统中注入氧气的分支注气单元，分支注气单元与注气系统连通，并能够向沼气循环系统中注入氧气，并利用厌氧消化池内污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，进而在污泥中进行沼气的脱硫反应，分支注气单元向沼气循环系统内注入氧气能够解决沼气循环系统将注气系统所注入的氧气与厌氧消化池本体内的沼气在循环时，沼气与氧气混合不充分而将含量过高的沼气循环至污泥中，所带来的污泥中的脱硫反应时氧气不足的问题。
19.较佳地，在步骤s10与步骤s20之间还包括以下步骤：
20.s11、在所述氧气注入所述气相空间之前通过检测机构检验所述气相空间内氧气的初始浓度和沼气的含量，并根据氧气的初始浓度和沼气的含量调节注入所述气相空间内的氧气的进气量。
21.在本方案中，通过设置检测机构，并在向气相空间内注入氧气前，通过检测机构确定厌氧消化池本体内氧气的初始浓度和厌氧消化池本体内沼气的含量，能够进一步精准的调节所要注入气相空间内的氧气的进气量，不仅能够保证沼气的脱硫反应的充分进行，而且能够减少氧气的浪费。
22.较佳地，所述厌氧消化池本体还包括有布气机构，所述布气机构设有两个，其中一所述布气机构设置在所述气相空间中并与所述注气系统连通，另一所述布气机构设置在所
述污泥中并与所述沼气循环系统连通。
23.在本方案中，厌氧消化池本体内还设有布气机构，布气机构设有两个且分别与注气系统和沼气循环系统连通，与注气系统连通的布气机构用于向气相空间内注入氧气，布气机构能够增大氧气的扩散面积，并快速与气相空间内的沼气进行混合，与沼气循环系统连通的布气机构用于向污泥内注入氧气与沼气的混合气体，其目的同样是提高混合气体与污泥的接触面积，进而提高沼气的脱硫反应效率。
24.较佳地，在步骤s30之后还包括以下步骤：s31、在氧气与沼气充分进行脱硫反应后将注气系统和分支注气单元上的阀门机构关闭并打开所述沼气输出系统上的阀门机构。
25.在本方案中，通过设置阀门机构来控制注气系统、分支注气单元、沼气循环系统和沼气输出系统的通断，阀门机构同时与检测机构连通，在沼气的脱硫反应完成前，通过检测机构的信号将沼气输出系统上的阀门机构关闭，以保证厌氧消化池运行的安全性，并通过检测机构和阀门机构相互配合，并在沼气脱硫反应完成后，通过检测机构检测到这一情况并相应关闭注气系统和分支注气单元上的阀门机构，打开沼气输出系统上的阀门机构并将脱硫后的沼气排出厌氧消化池。
26.较佳地，所述污泥的处理方法在步骤s31之后还包括以下步骤：
27.s32、将脱硫后的沼气通过沼气输出系统排出所述厌氧消化池本体，并进行收集。
28.在本方案中，通过关闭注气系统和分支注气单元上的阀门机构并打开沼气输出系统上的阀门，进而将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体，将沼气输出系统的另一端设置收集装置进行沼气的有效收集，脱硫后的沼气中含氮量相对于采用空气脱硫减少，沼气的脱硫后的品质更高。
29.较佳地，在步骤s32之后还包括以下步骤：s33、将脱硫后的沼气排出所述厌氧消化池本体后，将沼气输出系统的阀门机构关闭，并通过所述厌氧消化池本体内的污泥再次产生沼气，以重复下一次沼气的脱硫反应。
30.在本方案中，将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体，通过向厌氧消化池本体内注入新的污泥，并将沼气输出系统上的阀门机构关闭，进而通过气相空间再次生成未经脱硫反应的沼气，用于下一次沼气的脱硫处理，进而提高本方案的重复使用率，进一步降低沼气脱硫反应的成本。
31.一种厌氧消化池，所述厌氧消化池采用如上述任一项所述的注氧脱硫的污泥处理方法对污泥进行处理。
32.在本方案中，厌氧消化池通过采用上述的污泥处理方法，使得氧气与沼气充分混合并在气相空间内充分进行沼气的脱硫反应，同时，沼气循化系统使得沼气与氧气混合并与污泥进行沼气的脱硫反应，气相空间与污泥中的沼气脱硫反应同时进行进一步提高了沼气脱硫后的质量，并且缩短了脱硫反应的时间，提高了厌氧消化过程的效率。
33.本发明的积极进步效果在于：通过调整气相空间的容积，使得气相空间的容积符合沼气的脱硫反应所需的大小，并且向气相空间内注入氧气，以提高沼气的脱硫反应后的沼气的质量，同时，缩短沼气的脱硫反应的反应时间，提高了沼气的脱硫反应的效率，进一步地降低了沼气脱硫时厌氧消化池等其他设备的投资成本和运行成本。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的注氧脱硫的污泥处理方法的流程图。
35.图2为本发明实施例提供的注氧脱硫的污泥处理方法的步骤s201的流程图。
36.图3为本发明实施例提供的厌氧消化池的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.厌氧消化池本体 1
39.气相空间 11
40.沼气输出系统 3
41.沼气循环系统 4
42.混合器 5
43.动力组件 6
44.布气机构 7
45.阀门机构 8
46.检测机构 9
具体实施方式
47.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
48.本实施例提供了一种如图3所示的厌氧消化池，通过采用该厌氧消化池能够实现本实施例中的污泥处理方法。具体地，该厌氧消化池包括厌氧消化池本体1，厌氧消化池本体1内设有气相空间11，厌氧消化池本体1上连接有注气系统2，注气系统2接通气相空间11，厌氧消化池本体1上还连接有沼气输出系统3和沼气循环系统4，其中，注气系统2上设有分支注气单元 21，分支注气单元21一端连接于注气系统2，另一端连接至沼气循环系统 4，分支注气单元21与沼气循环系统4连接处通过混合器5连接，厌氧消化池本体1内还设有布气机构7和检测机构9，注气系统2、分支注气单元21、沼气输出系统3和沼气循环系统4上分别设有阀门机构8，通过阀门机构8 与检测机构9控制注气系统2、分支注气单元21、沼气输出系统3和沼气循环系统4的通断。
49.另外，本实施例中的厌氧消化池上的注气系统2、分支注气单元21、沼气输出系统3和沼气循环系统4主要由管路组成，主要耗电设备为用于向注气系统2提供氧气的氧气制备设备，而本实施例中的其他设备例如阀门机构 8和检测机构9等其自身耗电量较低，进而使得厌氧消化池在运行时耗电量较少，并符合节能减排的需求。
50.如图1所示，本实施例提供一种注氧脱硫的污泥处理方法，污泥处理方法包括以下步骤：
51.s10、调节厌氧消化池本体1内的污泥液位，进而调节厌氧消化池本体 1内的污泥上方的气相空间11的容积；
52.s20、将氧气注入气相空间11中并使得氧气与气相空间11中的沼气充分混合，沼气中的硫化氢的氧化反应发生在厌氧消化池本体1对应气相空间 11的内壁上；
53.s30、利用调节后的容积延长沼气在厌氧消化池本体1内的停留时间，并在沼气停留在厌氧消化池本体1内时进行沼气的脱硫反应，直至沼气的脱硫反应完成。
54.具体实施时，通过调节厌氧消化池本体1内的污泥的液位高度进而调节污泥上方的气相空间11的容积，该容积用于容纳沼气和氧气，沼气在气相空间11内进行沼气的脱硫反应，氧气中含氧量丰富，采用氧气为95％的纯氧效果更佳，通过向气相空间11内注入氧气使得沼气与氧气充分混合，沼气中的硫化氢的氧化反应即为沼气的脱硫反应，其主要发生在厌氧消化池本体1对应气相空间11的内壁上，其中，以厌氧消化池本体1的直径为28m，高度为27m，有效容积为14000m3为例，相应的厌氧消化的沼气产量为 1400m3/h。其中，气相空间11的容积按沼气停留3h设置，为4200m3。注气系统2的注氧总量按照按厌氧消化沼气量的3％进行设计，取50m3/h。通过调节气相空间11的容积适应沼气的脱硫反应，并向气相空间11内注入氧气，注入氧气后将厌氧消化池本体1封闭，氧气停留在气相空间11中并且氧气自身纯度高使得沼气与氧气混合后的脱硫反应能够更快速、更充分的进行，减少沼气的脱硫反应时间，以提高沼气的脱硫反应速率。
55.在本实施例的另一种实施方式中，气相空间11的容积可按照沼气停留 1.5h-5h设置，相应调节厌氧消化池本体1内的污泥液位，以使得厌氧消化池本体1适应不同沼气产量的需求。
56.在本实施例中，在步骤s20与步骤s30之间还包括以下步骤：
57.s201、将沼气在厌氧消化池本体1内进行循环，通过沼气循环系统4使得沼气从气相空间11流至污泥中，沼气从污泥中再次进入气相空间11，并进一步使沼气与注气系统2所注入的氧气充分混合并进行沼气的脱硫反应。
58.具体地，厌氧消化池本体1的外侧设置沼气循环系统4，沼气循环系统 4的一端与厌氧消化池本体1的底部连通，另一端与气相空间11连通，将厌氧消化池本体1注入氧气后封闭并保持沼气循环系统4通畅，氧气与沼气在厌氧消化池本体1和沼气循环系统4内相对封闭，并经过沼气循环系统4加速氧气与沼气的混合速率，使得厌氧消化池本体1内的沼气经气相空间11 流入厌氧消化池本体1内部底端的污泥中，在流动过程中，沼气与注气系统 2所注入的氧气充分混合，并利用污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，进而在污泥中进行沼气的脱硫反应，沼气循环系统4所进行的脱硫反应与注气系统2向气相空间11内注入氧气的脱硫反应同步进行，相对于仅在气相空间11内进行脱硫反应的沼气脱硫更加彻底，同时提高了沼气的脱硫效率，缩短了一次脱硫所需的反应时间，进而降低了设备的运行成本。
59.在本实施例中，在步骤s201中还包括以下步骤：
60.s202、将步骤s20与步骤s201同步实施，并将注气系统2内的氧气通过分支注气单元21注入沼气循环系统4中，分支注气单元21与沼气循环系统4通过混合器5连通，且通过混合器5将氧气混入沼气循环系统4中；
61.s203、将混合后的沼气经沼气循环系统4流至污泥中，利用污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，并与注气系统2向气相空间11注入的氧气进行同步的沼气的脱硫反应。
62.如图2所示，步骤s201中还包括向沼气循环系统4中注入氧气的分支注气单元21，分支注气单元21与注气系统2连通，并能够向沼气循环系统 4中注入氧气，分支注气单元21在向沼气循化系统4注入氧气后停止注气，分支注气单元21所注入的氧气在沼气循化系统4的管路里与沼气混合，使得沼气循环系统4内的氧气与沼气的混合比例均匀，符合沼气脱硫
反应所需的含量，并利用厌氧消化池本体1内污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，进而在污泥中进行沼气的脱硫反应，分支注气单元21向沼气循环系统4内注入氧气能够解决沼气循环系统4将注气系统2所注入的氧气与厌氧消化池本体1内的沼气在循环时，沼气与氧气混合不充分而将含量过高的沼气循环至污泥中，所带来的污泥中的脱硫反应时氧气不足的问题。
63.在本实施例中，在步骤s10与步骤s20之间还包括以下步骤：
64.s11、在氧气注入气相空间11之前通过检测机构9检验气相空间11内氧气的初始浓度和沼气的含量，并根据氧气的初始浓度和沼气的含量调节注入气相空间11内的氧气的进气量。
65.具体地，检测机构9设置在厌氧消化池本体1的内部顶端，且靠近注气系统2与气相空间11连接处设置，利用检测机构9检测厌氧消化池本体1 内沼气的脱硫反应的进度，例如沼气的脱硫反应完成时通过检测机构9检测并传递信号给沼气输出系统3，以便将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体1；在向气相空间11内注入氧气前，通过检测机构9确定厌氧消化池本体1内氧气的初始浓度和厌氧消化池本体1内沼气的含量，进而能够精准的调节所要注入气相空间11内的氧气的进气量，不仅能够保证沼气的脱硫反应的充分进行，而且能够减少氧气的浪费，进一步降低厌氧消化池的运行成本。
66.在本实施例中，厌氧消化池本体1还包括有布气机构7，布气机构7设有两个，其中一布气机构7设置在气相空间11中并与注气系统2连通，另一布气机构7设置在污泥中并与沼气循环系统4连通。
67.如图3所示，厌氧消化池本体1内还设有布气机构7，布气机构7设有两个且分别与注气系统2和沼气循环系统4连通，布气机构7为圆环形管路，且布气机构7上设有多个喷嘴或布气孔，与注气系统2连通的布气机构 7用于向气相空间11内注入氧气，布气机构7能够增大氧气的扩散面积，并快速与气相空间11内的沼气进行混合，与沼气循环系统4连通的布气机构 7用于向污泥内注入氧气与沼气的混合气体，其目的同样是提高混合气体与污泥的接触面积，进而提高沼气的脱硫反应效率。
68.在本实施例中，从步骤s10开始至步骤s30还包括以下步骤：在氧气与沼气充分进行脱硫反应前将厌氧消化池本体1上连通的沼气输出系统3上的阀门机构8关闭。
69.如图3所示，厌氧消化池本体1上设有沼气输出系统3，沼气输出系统 3与沼气循环系统4共用从厌氧消化池本体1的顶部至沼气输出系统3与沼气循环系统4之间分支处的管路，进一步减少厌氧消化池设备的投资成本，另外，沼气输出系统3与沼气循环系统4上设置有阀门机构8用于控制沼气输出系统3与沼气循环系统4的通断，检测机构9与阀门机构8电性连接，通过检测机构9所检测到的厌氧消化池本体1内的沼气的脱硫反应进度进而依次打开或关闭相应的阀门机构8，以适应沼气的脱硫反应的不同步骤，同时，在注气系统2和分支注气单元21同样设置有阀门机构8，其目的与沼气输出系统3与沼气循环系统4上设置的阀门机构8相同；在厌氧消化池本体 1注入氧气时，检测机构9检测厌氧消化池本体1内的初始氧气浓度和沼气含量，并将信号反馈给阀门机构8，阀门机构8打开注气系统2和分支注气单元21，并在氧气进气量符合沼气脱硫反应所需的用量后及时关闭注气系统2和分支注气单元21上的阀门机构8，与此同时沼气输出系统3上的阀门机构8关闭，以防止氧气外流；在沼气进行脱硫反应时，将沼气输出系统4上的阀门机构8关闭，将注气系统2和分支注气单元21
上的阀门机构8关闭，将沼气循环系统4上的阀门机构8保持接通状态，并通过检测机构9判断沼气是否完成脱硫反应，在沼气的脱硫反应完成前，将沼气输出系统3上的阀门机构8关闭，以保证厌氧消化池运行的安全性。
70.另外，沼气输出系统3和沼气循环系统4上还设有动力组件6，动力组件6为增压泵，动力组件6用于提供沼气流动的动力，动力组件6与检测机构9和控制阀门8电性连接，通过检测机构9检测到的信号，进而打开或关闭相应的阀门机构8，同时，相应的动力组件6接通，并提高厌氧消化池的运行效率。
71.在本实施例的另一种较佳实施方式中，注气系统2上设有两个阀门机构 8，两个阀门机构8之间连接分支注气单元21，在向气相空间11内注气时，可以通过检测机构9控制两个阀门机构8的不同的接通状态以实现同步控制注气系统2和分支注气单元21，或者单独控制流入分支注气单元21内的氧气的进气量，进而精确调节厌氧消化池本体1内的沼气脱硫反应的速率。
72.在本实施例中，在步骤s30之后还包括以下步骤：s31、在氧气与沼气充分进行脱硫反应后将注气系统2和分支注气单元21上的阀门机构8关闭并打开沼气输出系统3上的阀门机构8。
73.具体地，通过检测机构9和阀门机构8的相互配合，并在氧气注入厌氧消化池本体1后，通过检测机构9检测到这一情况并相应关闭注气系统2和分支注气单元上21的阀门机构8，此时，厌氧消化池本体1内不再注入氧气，在沼气的脱硫反应完成后，通过检测机构9检测到脱硫后的沼气的数值，打开沼气输出系统3上的阀门机构8并将脱硫后的沼气排出厌氧消化池，不仅提高了厌氧消化池的运行效率，同时，及时关闭注气系统2和分支注气单元21能够进一步减少厌氧消化池的运行能耗。
74.在本实施例中，污泥的处理方法在步骤s31之后还包括以下步骤：
75.s32、将脱硫后的沼气通过沼气输出系统3排出厌氧消化池本体1，并进行收集。
76.具体地，厌氧消化池本体1上连接沼气输出系统3，沼气输出系统3的另一端连接有收集装置，通过关闭注气系统2、分支注气单元21和沼气循环系统4上的阀门机构8并打开沼气输出系统3上的阀门机构8，进而将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体1，并流经沼气输出系统3，最终流入收集装置，将沼气输出系统3的另一端设置收集装置进行沼气的有效收集，脱硫后的沼气中含氮量相对于采用空气进行脱硫反应的含氮量减少，沼气的脱硫后的品质更高。
77.在本实施例中，在步骤s32之后还包括以下步骤：s33、将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体1后，将沼气输出系统3的阀门机构8关闭，并通过厌氧消化池本体1内的污泥再次产生沼气，以重复下一次沼气的脱硫反应。
78.具体地，厌氧消化池本体1的底部设有供污泥进入的管路，污泥在厌氧消化池本体1内能够产生沼气，所产生的沼气用于与氧气混合并进行沼气的脱硫反应，当一次脱硫反应结束后，将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体1，通过向厌氧消化池本体1内注入新的污泥，并将沼气输出系统3上的阀门机构8关闭，进而通过气相空间11再次生成未经脱硫反应的沼气，用于下一次沼气的脱硫处理，进而提高本方案的重复使用率，进一步降低沼气脱硫反应的成本。
79.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅
是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。