一种可强化剩余污泥高温厌氧发酵的连续热水解预处理工艺

摘要

本发明公开了一种可强化剩余污泥高温厌氧发酵的连续热水解预处理工艺。该工艺以剩余活性污泥为原料，利用二次蒸汽对原料进行预热反应后，再以压力为1.0±0.1MP、温度为184±2℃的热蒸汽进行热水解预处理，处理后的物料进入传统高温厌氧发酵系统进行消化反应。本发明相对传统高温厌氧消化系统，系统处理能力提高了2～3倍，甲烷产气量达到85％，通过对热蒸汽进行高效回用，实现污泥减量化程度高，能源高效循环利用。

说明书

技术领域

本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种可强化剩余污泥高温厌 氧发酵的连续热水解预处理工艺。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展以及国家对环境污染治理力度的不断加 强，带动我国污水处理效率的逐渐提高，与此同时，污水处理过程产生大量的 剩余污泥有待处理。

剩余污泥处理办法主要有好氧消化工艺和厌氧消化工艺，其中，好氧消化 存在能耗大、效率低等缺点；而污泥中的大量有机物质经过厌氧消化作用，能 够减少污泥体积，破坏病原微生物，提高污泥稳定性同时提高沼气产量，回收 生物质能，因此，目前关于污泥处理的研究主要集中在厌氧消化上。污泥厌氧 消化的限速步骤是污泥水解，这与污泥的结构和成分特征有关。污泥中大部分 有机物质被包裹在细胞内，细胞壁对酶解耐受性高，活体细胞在细胞壁的保护 下难以参与水解反应，限制了厌氧消化速率。另一方面，有机大分子如蛋白质， 体积远大于细胞膜孔，影响发酵底物传质过程，阻碍了水解反应进行。因此， 传统污泥厌氧消化工艺亦存在停留时间长(20～30天)、消化速率慢等问题， 需要进行一定的预处理，破坏细胞结构，分解有机大分子，提高污泥的厌氧消 化性能。

预处理方法包括机械预处理、超声裂解、热处理和化学处理等，其中，热 处理能够在较低温度和停留时间实现较高的细胞破碎率，有机物溶解率高，因 此得到广泛研究。

早在1970年，已有报道指出热处理作为剩余活性污泥厌氧消化的预处理 方法，污泥处理温度范围在150～200℃，较低温度的热处理也有报道，1989 年Hiraoka等在60～100℃下对污泥进行热处理，60℃达到最大产气量。1992 年Li YY等在62～175℃下对污泥进行热处理，170℃处理60min，甲烷产量增 加了100％，挥发性固体去除率提高30％。1997年Tanaka S等在180℃下对厌 氧消化污泥进行热处理，甲烷产量提高90％，挥发性固体去除率提高30％。2007 年Climent M等在70℃对污泥热解9h，沼气产量提高50％。随着污泥热水解 技术的进一步发展，已有一些产业化实例，如一家挪威公司开发了基于热水解 预处理的Cambi工艺，系统在180℃对污泥进行热水解，30min固体增溶约30 ％，产沼气量相应增加150％。此外，威立雅公司也出售过名为BioThelys的 污泥热解方法。污泥经过“热水解-厌氧消化”处理后离心脱水，得到固体含 量为40％～50％的泥饼，大大减少了污泥体积。但“热水解-厌氧消化”处理 剩余活性污泥的加热过程消耗大量热能，水解过后的污泥存在大量余热，造成 热量损失，而如何合理设计一种工艺能对余热进行再利用或实现热能的高效回 收是目前研究的重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可强化剩余污泥高温厌氧发酵的连续热水解预 处理工艺，以提高处理效率，并通过热能回收系统，对热蒸汽进行高效回用， 进一步节约能耗，降低生产及运行成本。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明可强化剩余污泥高温厌氧发酵的连续热水解预处理工艺，具体包括 以下步骤：

(1)将初始剩余污泥输送至预热罐，利用来自旋风分离器的二次蒸汽对污泥 进行预加热处理；

(2)将预热后的污泥连续定量地送入热水解管内，并通过注入温度为80±2 ℃的热水将污泥含水率调节至80-85％；

(3)对热水解管中的污泥采用多点通入压力为1.0±0.1MP、温度为184±2 ℃的蒸气进行热水解处理10-60分钟；

(4)利用热水解管压力，使热水解管内的蒸汽随上述热水解处理后的污泥一 同经卸料器喷放到旋风分离器中；

(5)将经旋风分离器处理后的污泥送至传统高温厌氧发酵处理系统中进行消 化处理，经旋风分离器收集的二次蒸汽则回流至预热罐，用于对初始剩余污泥 进行预加热处理。

所述(1)步骤中，初始剩余污泥的含水率为75-83％，污泥加热后的温 度为80-90℃。

所述(2)步骤中，预热后的污泥是采用双螺旋计量器连续定量地由螺杆 泵泵入T形管内，再与注入的热水一并进入热水解管内。

所述(4)步骤中，采用的卸料器是设有带孔板喷放阀的卸料器。

所述(5)步骤中，经旋风分离器处理后的污泥含固量为10-13％。

本发明针对污泥自身的结构特点以及传统厌氧消化技术的不足，在高温高 压条件下对污泥进行水解破坏，释放其中的有机物质，且能够分解有机大分子 物质为有机小分子，有效改善污泥的厌氧可生化性，从根本上提高污泥厌氧消 化的效率，缩短产气高峰以及污泥停留时间，从而缩短运行周期，降低运行成 本。本发明相对传统高温厌氧消化系统，系统处理能力提高了2～3倍，甲烷 产气量达到85％。此外，本发明通过回收利用二次蒸汽对剩余污泥进行预热处 理，在提高污泥高温厌氧消化效率的同时，实现了热蒸汽的高效回用，进一步 节约能源，具有良好的环境和经济效益，即可有效控制系统能耗，实现污泥减 量化程度高，能源高效循环利用。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施实例1

城市污水处理厂含水率为75％的剩余污泥输送至预热罐后，利用来自旋风 分离器的二次蒸汽对其进行预加热处理，污泥加热后温度为85℃；预热的污 泥经双螺旋计量器连续定量地由螺杆泵泵入T形管，与T形管上方注入温度为 80℃的热水一并进入热水解管内，将污泥含水率调节至80％。对热水解管中的 污泥，多点注入压力为1.0MP，温度为184℃的蒸汽进行热水解处理60分钟后， 经带孔板喷放阀的卸料器喷放到旋风分离器中，将旋风分离器中含固量为11％ 的污泥送至高温厌氧发酵系统进行消化处理，分离出的二次蒸汽则回流至预热 罐，用于剩余污泥的预加热。

实施实例2

城市污水处理厂含水率为80％的剩余污泥输送至预热罐后，利用来自旋风 分离器的二次蒸汽对其进行预加热处理，污泥加热后温度为90℃；预热的污 泥经双螺旋计量器连续定量地由螺杆泵泵入T形管，与T形管上方按一定比例 注入温度为82℃的热水一并进入热水解管内，将污泥含水率调节至83％。对热 水解管中的污泥，多点注入压力为1.1MP，温度为186℃的蒸汽进行热水解处理 30分钟后，经带孔板喷放阀的卸料器喷放到旋风分离器中，将旋风分离器中 含固量为10％的污泥送至高温厌氧发酵系统进行消化处理，分离出的二次蒸汽 则回流至预热罐，用于剩余污泥的预加热。

实施实例3

城市污水处理厂含水率为83％的剩余污泥输送至预热罐后，利用来自旋风 分离器的二次蒸汽对其进行预加热处理，污泥加热后温度为80℃；预热的污 泥经双螺旋计量器连续定量地由螺杆泵泵入T形管，与T形管上方按一定比例 注入温度为78℃的热水一并进入热水解管内，将污泥含水率调节至85％。对热 水解管中的污泥，多点注入压力为0.9MP，温度为182℃的蒸汽进行热水解处理 10分钟后，经带孔板喷放阀的卸料器喷放到旋风分离器中，将旋风分离器中 含固量为13％的污泥送至高温厌氧发酵系统进行消化处理，分离出的二次蒸汽 则回流至预热罐，用于剩余污泥的预加热。