内循环自热式污泥高温微好氧消化装置

摘要

本发明公开了一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，包括两同轴设置的外筒体和内筒体，外筒体外部覆盖保温材料，内筒体通过支架固定于外筒体并悬空，内筒体内设置有轴向流机械搅拌器，内筒体底端水平面上设置微孔曝气器，装置采用通过一与曝气管相连的气流支管对泡沫进行消泡处理。本发明在自热式高温好氧消化的低曝气量水平下，将所有的曝气量都集中到内筒中，使内筒污泥得到较为充分的氧气，避免了反应体系内全部污泥处于缺氧或厌氧状态，促进污泥降解及其热量的释放；内外筒污泥通过机械搅拌装置的作用在内外筒间循环往复，使整个反应体系得到快速升温，提高整个反应装置的消化效率。外筒体漏斗形底部有利于集沙除沙，防止曝气器孔堵塞。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域的生物质污泥稳定化处理，具体是一种内循环自 热式污泥高温微好氧消化装置。

背景技术

近年来，我国污水处理量和污水处理厂数量大幅上升，污水处理厂污泥产生量 也随之大幅增加。为防止污泥处理处置不当对环境造成危害，住建部多次强调，污 泥土地利用和填埋前需按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 对污泥进行稳定化处理，并于2011年3月再次推出《城镇污水处理厂污泥处理处 置技术指南》对此加以强调。我国目前大多污水处理厂尚不具备污泥稳定化设施， 在此背景下，污泥稳定化技术的使用将会有很大的应用空间。目前，污泥稳定化主 要有厌氧消化、好氧消化等方法，然而，传统的污泥稳定法存在污泥处理时间长、 设施占地大的缺点，而近十年来，随着我国郊区城市化步伐的加快，各地土地利用 趋紧、地价上涨明显，这客观上给一些用地紧张的城镇带来了污泥设施建设成本过 高、征地困难的问题。因此，研发运行成本较低、污泥消化速率较高而又实用的污 泥稳定化处理方法显得十分迫切。

污泥自热高温好氧消化能使高浓度污泥快速获得稳定化，是一项单位污泥处理 占地小、适合用地紧张地区污水厂使用的污泥稳定化技术，自上世纪九十年代开始 在欧洲、北美等城市污泥稳定化处理工艺中得到较快的应用与推广(自热式高温好 氧消化工艺在中小型城市污水处理厂的应用前景)。我国虽然还没有ATAD应用的 实例，但相关技术的研究已在推进之中，专利文献ZL200410066202.2公开的一种 污泥高温好氧消化装置，将污泥消化系统由两段合并成一段，并将污泥曝气系统和 污泥循环系统分离，曝气采用常规的曝气方式，结构简单，设备要求低，具有其创 新性；专利ZL200920231655.4公开了一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器， 在反应器设计形式上取得了进步。然而，基于污泥自热高温好氧消化需要取得有机 物降解产生热量和曝气带走体系热量的平衡，消化体系的曝气量控制到较低水平， 因此使整个体系污泥始终处于缺氧甚至厌氧状态，从而，使得污泥消化效率难以进 一步提高。也正是由于这以问题的存在，自热式污泥高温好氧消化技术在实际应用 过程中，其污泥稳定化时停留时间往往大大超过理论值，多数超过了15天，单位 污泥处理设施节地效果不明显，由此，极大地降低了我国相关技术使用单位的推广 意愿。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种内循环自热式污泥高 温微好氧消化装置，该装置在不增加曝气量并使污泥达到国家相关稳定化标准的前 提下，较大幅度地提高了污泥消化速率，并由此减少单位污泥处理设施占地。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，包括同轴设置的外筒体1和内筒体2， 所述外筒体1和内筒体2共同将消化装置分成容积相当的两部分，其中：

-外筒体1：其外部覆盖保温材料，外筒体1的顶部设置气体排放口13、检查人孔 14和污泥进泥口15，沿外筒体1的轴心设置有轴向流机械搅拌器3，外筒体1的底部设 置有排泥控制阀16和排泥管17；

-内筒体2，设置于外筒体1的内部，内筒体2的底端设置有若干微孔曝气器4， 所述微孔曝气器4通过设有第一气体流量计5和第一气体阀门6的曝气管7与曝气泵18 相连接。

优选地，所述外筒体1整体为圆柱形腔体，外筒体1的底部为具有一定倾斜角度的 漏斗形状，即，外筒体1的底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状。

优选地，所述排泥管17由外筒体1漏斗形底部的下端引出。

优选地，所述内筒体2整体为一个圆筒体，内筒体2的底端与外筒体1的底部之间 设有一定距离，内筒体2的顶端浸没于污泥液面下，所述内筒体2通过支架19固定于 外筒体1的内部并悬空，所述支架19的两端分别固定于内筒体2外壁上的中部位置以 及外筒体1的内壁上。

优选地，所述内筒体2的底端与外筒体1的底部之间的距离为10-20cm；内筒体2 的顶端浸没于污泥液面下10-20cm。

优选地，所述轴向流机械搅拌器3由外筒体1的顶部伸入外筒体1的腔室内部，并 设置于外筒体1和内筒体2的同心轴向位置，所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体 2的底端之间设有距离。

优选地，所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间的距离为15-30cm。

优选地，所述微孔曝气器4为多个，并均匀分布于设置于内筒体2底端的水平面上， 所述微孔曝气器4包括若干微孔曝气盘，所述微孔曝气盘的数量由微孔曝气盘的曝气量 以及消化装置有效体积决定。

优选地，所述微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积的要求为：每立方米含固 率为5-7％的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h。

优选地，上述内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，还包括如下任一个或多个部 件：

-污泥消泡管11，所述污泥消泡管11设置于气体排放口13的下方，并通过设 有第二气体流量计8和第二气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连接；

-污泥液位观察管12，所述污泥液位观察管12的引出口设置于外筒体1的圆 柱形腔体底部，并通过弧形弯管与透明圆管连接；

优选地，污泥液面与外筒体1的顶端的保留距离为80cm，污泥消泡管11位于 气体排放口的正下方10-20cm处。

本发明的技术原理是：消化装置设置了两同轴设置的圆筒体，内筒体中污泥通 过轴向流机械搅拌器的提升作用而在内外筒间进行循环往复，由于采取内筒曝气， 可使循环进入内筒体中的污泥得到较为充分的氧气，促进这部分污泥中有机物的快 速好氧降解并产热，克服了反应体系中所有污泥处于缺氧或厌氧状态并由此引起有 机物降解速率降低、产热较少的缺点，并因此使每立方米含固率为5-7％的污泥在 0.8-1.2m³/h的低曝气量下可获得每天升温5-7℃的快速升温效果；由于内筒体中污 泥与外筒体污泥存在循环交换及内筒体筒壁存在一定的传热效应，内筒体中污泥降 解所产生的热量必然会传递到外筒体污泥中，从而使整个反应装置内的温度得以提 升，最终，通过曝气量控制，使具有保温措施的反应装置中污泥的温度保存在 50-60℃之间。另外，该装置外筒体漏斗形底部的设计有利于循环过程中污泥中细 小泥沙的沉积聚集，沉积的泥沙可适时通过排泥管排出，避免了泥沙对微孔曝气盘 孔的堵塞，提高了反应装置运行的稳定性。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

提高了自热式污泥消化体系的升温效果，促进了污泥的消化效率，可使自热式 污泥消化时间由15天以上缩短到7-9天；反应装置底部泥沙沉积导致曝气盘浸没 于泥沙中而堵塞的情形大幅减少，反应器运行稳定性大幅提高。本发明提供的污泥 消化装置结构筒单、操作方便，污泥处理适用范围广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明结构的正视示意图；

图2为本发明结构的俯视示意图；

图中：1为外筒体；2为内筒体；3为机械搅拌器；4为微孔曝气器；5为第一 气体流量计；6为第一气体阀门；7为曝气管；8为第二气体流量计；9为第二气体 阀门；10为供气支管；11为污泥消泡管；12为污泥液位观察管；13为气体排放口； 14为检查人孔；15为污泥进泥口；16为排泥控制阀；17为排泥管；18为曝气泵， 19为支架。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实 施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。

请同时参阅图1至图2。

如图1所示，本实施例提供了一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，包括 同轴设置的外筒体1和内筒体2，所述外筒体1和内筒体2共同将消化装置分成容积相 当的两部分，其中：

-外筒体1：其外部覆盖保温材料，外筒体1的顶部设置气体排放口13、检查人孔 14和污泥进泥口15，沿外筒体1的轴心设置有轴向流机械搅拌器3，外筒体1的底部设 置有排泥控制阀16和排泥管17；

-内筒体2，设置于外筒体1的内部，内筒体2的底端设置有若干微孔曝气器4， 所述微孔曝气器4通过设有第一气体流量计5和第一气体阀门6的曝气管7与曝气泵18 相连接。

进一步地，所述外筒体1整体为圆柱形腔体，外筒体1的底部为具有一定倾斜角度 的漏斗形状，即，外筒体1的底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状。

进一步地，所述排泥管17由外筒体1漏斗形底部的下端引出。

进一步地，所述内筒体2整体为一个圆筒体，内筒体2的底端与外筒体1的底部之 间设有一定距离，内筒体2的顶端浸没于污泥液面下，所述内筒体2通过支架19固定 于外筒体1的内部并悬空，所述支架19的两端分别固定于内筒体2外壁上的中部位置 以及外筒体1的内壁上。

进一步地，所述内筒体2的底端与外筒体1的底部之间的距离为10-20cm；内筒体 2的顶端浸没于污泥液面下10-20cm。

进一步地，所述轴向流机械搅拌器3由外筒体1的顶部伸入外筒体1的腔室内部， 并设置于外筒体1和内筒体2的同心轴向位置，所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒 体2的底端之间设有距离。

进一步地，所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间的距离为 15-30cm。

进一步地，所述微孔曝气器4为多个，并均匀分布于设置于内筒体2底端的水平面 上，所述微孔曝气器4包括若干微孔曝气盘，所述微孔曝气盘的数量由微孔曝气盘的曝 气量以及消化装置有效体积决定。

进一步地，所述微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积的要求为：每立方米含 固率为5-7％的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h。

进一步地，上述内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，还包括如下任一个或多个 部件：

-污泥消泡管11，所述污泥消泡管11设置于气体排放口13的下方，并通过设 有第二气体流量计8和第二气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连接；

-污泥液位观察管12，所述污泥液位观察管12的引出口设置于外筒体1的圆 柱形腔体底部，并通过弧形弯管与透明圆管连接；

进一步地，污泥液面与外筒体1的顶端的保留距离为80cm，污泥消泡管11位于 气体排放口的正下方10-20cm处。

具体为，

本实施例提供的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置，包括：同轴设置的外筒 体1和内筒体2，由微孔曝气器4、气体流量计5、气体阀门6、曝气管7构成的污 泥曝气系统，由气体流量计8、气体阀门9、供气支管10、污泥消泡管11构成的污 泥消泡系统，轴向流机械搅拌器3、污泥液位观察管12、气体排放口13、检查人孔 14、污泥进泥口15、排泥管17、曝气泵18、支架19以及各管路上的控制阀。

外筒体1和内筒体2共同将反应装置分成容积相当的两部分。外筒体1的外部 覆盖保温材料，顶部设置气体排放口13、检查人孔14和污泥进泥口15，沿其轴心 设置轴向流机械搅拌器3，机械搅拌器3的底端高于内筒体2底端15-30cm，外筒 体1的漏斗形底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状，底部设置排泥控制阀16 和排泥管17，排泥管17由外筒体1底部漏斗下端引出。外筒体1的圆柱形腔体的 底端引出污泥液位观察管12，通过弧形弯管与透明圆管连接。内筒体2通过支架 19固定于外筒体1而悬空，支架19两端分别固定于内筒体2中部位置和外筒体1 内壁，内筒体2下端高于外通体底部10-20cm，上端浸没于污泥液面下10-20cm， 内筒体2的底端水平面上均匀布置微孔曝气器4，微孔曝气器4组件由若干微孔曝 气盘组成，其数量由曝气盘曝气量和消化装置有效体积决定，使每立方米含固率为 5-7％的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h，微孔曝气器4通过设有气体流量计5和气 体阀门6的曝气管7与曝气泵18相连；装置设计的污泥液面与外通体顶端的保留 距离为80cm，污泥消泡管位于气体排放口的正下方10-20cm，并通过设有气体流量 计8和气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连。

本装置运行时，未经消化的污泥从污泥进泥口15进入内筒体2，开启轴向流机 械搅拌器3，根据所需污泥循环流速设置搅拌器的转速，污泥开始在内外筒间循环 流动。开启曝气泵18，空气进入曝气管7，并从置于内筒体2内的微孔曝气器4孔 进入内筒开始曝气，根据所需曝气量调节气体阀门6，气体流量可以通过气体流量 计5读取。进入内筒的空气与筒内污泥在搅拌器的搅拌作用下破碎混合，气液混合 效果好，并在搅拌器的提升作用下流向外筒；外筒的污泥受来自内筒污泥的推动作 用流入内筒，循环往复。由于采取内筒内曝气，内筒内污泥供氧较为充足，这部分 污泥通过好氧微生物的消化作用，释放大量热量，使内筒内污泥升温，同时，循环 过程中内外筒污泥进行交换，轮流曝气，克服了反应体系中所有污泥处于缺氧或厌 氧状态的缺点，从而可使每立方米含固率为5-7％的污泥在0.8-1.2m³/h的低曝气 量下可获得每天升温5-7℃的升温效果，最终，通过曝气量控制，使具有保温措施 的反应装置中污泥的温度保存在50-60℃之间。本发明的设计可加速反应装置的升 温和有机物污泥的好氧降解，而较高的体系温度又反过来促进进了污泥的消化效 率。由于消化反应装置采取保温措施，反应装置内污泥温度可稳定升至45-65℃。 污泥消化过程中，由于碳、氮比较低且体系总体曝气量较小，容易产生泡沫，泡沫 产生时可以打开气体阀门9，少量空气进入供气支管10，通过置于气体排放口13 下方的污泥消泡管11孔进行消泡，流量可以通过气体流量计8读取。在连续运行 一段时间后，可适时打开排泥控制阀16，将污泥中累积的细小沙石通过排泥管17 排出，防止其过度积累造成对微孔曝气器4组件的堵塞。运行过程中可通过检查人 孔14进行相关检修操作。污泥经过一定时间稳定化后，打开排泥控制阀16，通过 排泥管17排放。运行过程中产生的尾气进过气体排放口13送至废水处理厂的废气 处理装置进行统一处理。当本消化装置需要进行维修时，可通过排泥管17进行污 泥放空。污泥液位观察管12可用于观察污泥液位。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。