申请日2016.04.26
公开(公告)日2017.11.03
IPC分类号C02F11/04; C02F11/00; C02F11/10; C02F103/36; C02F101/20; C02F101/22
摘要
本发明涉及一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置及方法，属于环境工程技术领域。该装置主要包括水热预处理装置、污泥冷却装置、厌氧生物转化反应器和厌氧污泥沉淀池。该方法首先采用水热预处理，然后添加富含微生物菌剂的生物膜组件，接着将污泥泵入污泥厌氧生物转化反应器，最后进行厌氧消化。厌氧消化过程中产生的沼气进行脱水脱硫后储存。该过程对石化污泥总挥发性固体减量化达到50%以上，有机污染物含量降低50%，污泥的脱水性能提高2倍以上。本发明实现了石化污泥减量化的同时去除了污泥中的污染物，同时获得了清洁的沼气，工艺流程简单，厌氧反应装备构造简单，能富集功能微生物，成本低廉，具有较大的应用价值。
权利要求书
1.一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：主要包括污泥水热预处理装置、污泥冷却装置、厌氧生物转化反应器和厌氧污泥沉淀池;所述的厌氧生物转化反应器设置了顶部机械搅拌及气液混合循环搅拌两种搅拌方式;厌氧生物转化反应器设置了生物膜组件。
2.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的污泥水热预处理装置包括热解池和在热解池外部设置的一层加热套;所述的污泥水热预处理装置采用的搅拌器为平直叶圆盘涡轮搅拌器。
3.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的厌氧生物转化反应器为全混合反应器，在反应器的内部设置热水盘管以补充反应器的热量;反应器内部设置至少3块挡板，沿厌氧反应器内壁圆周均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的顶部机械搅拌中采用的机械搅拌叶轮为推进式叶轮。
5.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的气液混合循环搅拌方式为：厌氧生物转化反应器中混合液循环至厌氧反应器的底部，在泵机后端加入文丘里气液混合器，将反应器上部沼气通过文丘里气液混合器溶到回流的混合液中，混合液通过布水器进入反应器后气体上浮进一步搅动反应器中混合液。
6.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的生物膜组件中含有多孔材料，用于固定微生物。
7.根据权利要求1所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置，其特征在于：所述的厌氧污泥沉淀池上部设置至少4个排放口以排放污泥浓缩后的上清液;同时污泥沉淀池也可作为污泥脱水调理池，加药的搅拌方式采取污泥循环搅拌。
8.一种石化污泥高效厌氧生物转化的方法，其特征在于：采用前述任一项权利要求所述的装置，具体的处理过程为：
污泥进入污泥调节池中，调节后将污泥通过污泥泵送入污泥水热预处理装置中，污泥在70-80摄氏度条件下处理20-30分钟后，放入污泥冷却装置中，冷却至与发酵温度一致时送入厌氧生物转化反应器中，产生的沼气经过脱水脱硫后进入储气罐中，厌氧生物转化后的污泥进入污泥沉淀池中，沉淀后，污泥排出。
9.根据权利要求8所述的一种石化污泥高效厌氧生物转化的方法，其特征在于：所述的污泥排出后，经过脱水后可作为焚烧、填埋或建筑材料用。
说明书
一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置及方法，是石化污泥减量化、资源化和无害化的技术，属于环境工程技术领域。
技术背景
石化行业污水处理厂产生的剩余污泥中含有大量病原菌、重金属(如铅、铬、镉等)，以及多氯联苯、二嗯英、多环芳烃等难降解的有毒有害物，稳定性差，并常伴有恶臭气味，且污泥中有机物含量低、可生化性差、处理困难。随着国家对环境保护要求的提高，对污泥的处理也提出了更严格的要求。
目前含油污泥已被列入《国家危险废物目录》中的废矿物油类，必须对含油污泥进行无害化处理。国内外处理含油污泥的方法一般有：焚烧法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法等。然由于投资、处理效果及操作成本等原因，大部分石化污泥处理的技术未能在国内普及应用。
厌氧消化具有可以有效地减少污泥体积、稳定污泥的性质、减少污泥恶臭、提高污泥的卫生质量、降低污泥中污染物含量等优点。然而，目前研究发现石化污泥厌氧生化转化效率较低、工艺复杂、且厌氧消化过程对石化污泥中的有机污染物不能有效的降解，核心原因在于缺乏高效的厌氧生物转化装备。经过对污泥厌氧生物转化相关的方法和装备的相关专利进行检索，其结果如下：专利(CN201210213810.6)公布了一种石化污泥减量化的方法及其处理装置，报道将超声与氧化性气体联合预处理污泥，然后对污泥进行厌氧消化处理，该方法可以一定程度上实现污泥的减量化，但是存在着工艺复杂、投资和运行成本高、反应器传质效率不高、污染物降低幅度低等缺点;专利CN200510102944.0用超声波预处理，)然后厌氧消化进行减量化，该种方法对剩余污泥的处理减量可以达到25%，但石化污泥与普通的城市污泥明显不同，且该种方法对污泥减量化程度略低，对石化污泥不一定适用。李海涛等(化工环保，2013，33(5)：422-425)研究了厌氧折流板反应器在厌氧消化处理石化剩余污泥的研究，研究发现系统运行不稳定，且生物转化效率低，对有机污染物不能有效的去除。
发明内容
石化污泥含有大量病原菌、重金属(如铅、铬、镉等)，以及多氯联苯、二嗯英、多环芳烃等难降解的有毒有害物，稳定性差，并常伴有恶臭气味，且污泥中有机物含量低、可生化性差。这些限制因素严重影响了石化污泥的减量化、无害化及资源化利用。
针对现有技术中存在的问题，本发明设计了一种石化污泥高效厌氧生物转化的装置及方法，该装置主要包括污泥水热预处理装置、污泥冷却装置、厌氧生物转化反应器和厌氧污泥沉淀池，并通过配套的管道、泵、阀门依次相连。本发明的核心方法为：首先采用水热预处理，然后添加富含微生物菌剂的生物膜组件，接着将污泥泵入污泥厌氧生物转化反应器，最后进行厌氧消化，实现了石化污泥的无害化、减量化和资源化。
本发明的装置(具体如图1所示)具体如下：
1.污泥水热预处理装置
污泥水热预处理装置(见图2)采用夹套方式，在热解池外部设置一层加热套，以便利用热水提升温度。另采用平直叶圆盘涡轮搅拌器，提高水热预处理池的传热效率。预处理完后的污泥通过自流流入污泥冷却装置中。
2.污泥冷却装置
本发明设施中污泥冷却装置的作用是冷却污泥至发酵罐温度后用泵输送至厌氧发酵罐中。
3.石化污泥的厌氧生物转化反应器
厌氧生物转化反应器(见图3)包括罐体、生物膜组件和气液混合搅拌装置，厌氧反应器为全混合反应器，为圆柱形，适应较高的固形物冲击，在反应器的内部设置热水盘管以补充反应器的热量。污泥厌氧生物反应器设置了顶部机械搅拌及气液混合循环搅拌两种搅拌方式，机械搅拌叶轮为推进式叶轮。为了获得较好的搅拌效果，反应器内部设置3块挡板，沿厌氧反应器内壁圆周分布，夹角120°，反应器中混合液通过泵机循环至厌氧反应器的底部，从而实现厌氧反应器的循环搅拌。在泵机后端加入文丘里气液混合器，将反应器上部沼气通过文丘里气液混合器溶到回流的混合液中，混合液通过布水器进入反应器后气体上浮进一步搅动反应器中混合液，从而获得较好的混合效果。污泥厌氧生物反应器设置了生物膜组件，该组件中含有多孔材料，可大量富集功能微生物菌群，保证厌氧生物反应器中的微生物数量稳定。
4.厌氧污泥沉淀池
厌氧污泥沉淀池(见图4)主要用于厌氧污泥的沉淀，便于后续脱水处理。沉淀池上部设置4个排放口以排放污泥浓缩后的上清液，由于污泥粘度高、流动性差，沉淀池的锥底的锥角取120°。同时污泥沉淀池也可作为污泥脱水调理池，加药的搅拌方式采取污泥循环搅拌的方式。
本发明的方法具体如下：
石化污泥通过污泥泵进入污泥调节池中，污泥调节池是调节污泥的浓度的，使污泥混合均匀，调节后将污泥通过污泥泵泵入污泥水解池中，污泥在70-80摄氏度条件下处理20-30分钟后，放入污泥冷却装置中，冷却至与发酵温度一致时泵入厌氧生物转化反应器中，产生的沼气经过脱水脱硫后进入储气罐中，厌氧生物转化的污泥进入厌氧污泥沉淀池中。
经过脱水后的污泥可作为焚烧、填埋或建筑材料等。
3、有益效果：
(1)本发明的工艺流程简单，结构相对简单，该工艺污泥停留时间比一般的污泥厌氧工程的停留时间短，产气效率高，能耗低，降低了运行成本。
(2)本发明污泥预处理在70-80摄氏度条件下处理20-30分钟，无需特殊的高温高压的设备，水热处理的设备为普通的钢制缓存罐，因此安全性能高。
(3)厌氧生物反应器中有富含功能菌群的生物膜组件，该生物膜组件固载菌群能力强，使厌氧生物转化系统运行稳定，耐有机负荷冲击能力强，且可提高石化污泥厌氧生物转化的效率及污染物去除的效率。
(4)厌氧生物反应器传质效果好，反应器中构建了气液混合搅拌装置，根据反应器的构型及尺寸设计了气体与液体的搅拌方向，该搅拌装置能耗低、成本低、搅拌效果好。
(5)该方法对石化污泥总挥发性固体减量化达到50%以上，有机污染物含量降低50%，污泥的脱水性能提高2倍以上。