申请日2014.03.10
公开(公告)日2017.11.03
IPC分类号C02F11/18; C02F11/04; C02F11/12
摘要
本申请提供了一种用于使来自水处理的污泥水解并且用于调节水解污泥以用于最佳厌氧消化的设备和方法。所提供的方法包括脱水以产生脱水污泥，在蒸汽供应过程中使脱水污泥水解，在水解之前用污泥到污泥的热传递来预加热脱水污泥，使用污泥到水的热传递和注水来冷却和稀释污泥，以及厌氧消化水解污泥。所提供的设备包括总体上竖直定向的逆流污泥到污泥的热交换器、水解反应器和相关的蒸汽源、污泥到水的热交换器以及稀释单元。温度和压力传感器构造成控制多种可变流量泵和阀以用于控制所述方法。
权利要求书
1.一种用于处理污泥的方法，所述方法包括：
(a)使污泥脱水以将所述污泥中的干固体增加至根据重量计算的20%-30%;
(b)将脱水污泥引导至大体竖直定向的热交换器中，所述热交换器具有：脱水污泥入口，所述脱水污泥入口设置在所述热交换器的下部处;脱水污泥出口，所述脱水污泥出口设置在所述热交换器的上部处;水解污泥入口，所述水解污泥入口设置在所述热交换器的上部处;以及水解污泥出口，所述水解污泥出口设置在所述热交换器的下部处;
(c)将所述脱水污泥引导至所述脱水污泥入口中，并且向上引导通过所述热交换器，并从所述脱水污泥出口被引导出且进入水解反应器中;
(d)在所述水解反应器中使污泥水解;
(e)将水解污泥传送到所述热交换器的所述水解污泥入口中;
(f)在所述脱水污泥向上移动并通过所述热交换器时，通过引导所述水解污泥向下通过所述热交换器，来提供污泥到污泥的热传递;
(g)将所述水解污泥从所述热交换器的所述水解污泥出口引导出，并引导至厌氧消化器中;以及
(h)在所述厌氧消化器中厌氧消化所述水解污泥。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括围绕所述热交换器引导一部分所述脱水污泥，并且将一部分所述脱水污泥在不通过所述热交换器的情况下引导至所述水解反应器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括将稀释水引导至所述水解污泥中，以调节所述污泥中的干物质的比例。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括加热稀释水并将加热的稀释水引导至所述水解污泥中，以加热所述水解污泥。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述方法的启动期间，将加热的稀释水引导至所述水解污泥中。
6.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括将所述水解污泥引导至汽缸的顶部部分中，并且向下通过所述汽缸;以及向上引导所述脱水污泥通过一系列延伸穿过所述汽缸的隔开的管道，以在热量从通过所述汽缸的所述水解污泥传递至向上通过所述汽缸中的管道的脱水污泥时，产生污泥到污泥的热传递。
7.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括
通过引导所述水解污泥通过设置在所述厌氧消化器上游的一个或多个热交换器，而冷却位于所述厌氧消化器上游的所述水解污泥;以及
通过在所述水解反应器与所述厌氧消化器之间的位置处混合稀释水和所述水解污泥，来降低所述水解污泥的干固体浓度。
8.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括使用由蒸汽发生器产生的蒸汽加热所述水解反应器;以及将蒸汽发生器供给水和水解污泥引导至设置在所述水解反应器下游的热交换器，并且通过将热量从所述水解污泥传递至所述蒸汽发生器供给水中而降低所述水解污泥的温度。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，大体竖直的热交换器从竖直方向倾斜，以增大从所述水解污泥到所述脱水污泥的热传递。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述热交换器相对于竖直方向倾斜15°，以防止围绕设置在所述热交换器中的管道在所述水解污泥中形成边界层，所述管道引导所述脱水污泥通过所述热交换器。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述水解反应器包括排放系统，所述排放系统用于排放来自所述水解反应器的不凝性气体。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在污泥处理的特定期间，通过以下方式改变所述脱水污泥通过所述热交换器的流动：
(i)在启动模式期间，将至少一部分脱水污泥引导通过热交换器分支线路并引导至所述水解反应器中;以及
(ii)在稳定状态模式期间，将大部分脱水污泥引导通过所述热交换器然后引导至所述水解反应器。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括在所述启动模式的初始部分期间，通过所述热交换器分支线路将所有所述脱水污泥引导至所述水解反应器。
14.根据权利要求13所述的方法，在所述启动模式的初始部分之后，随着时间增加脱水污泥通过所述热交换器的流量，并且在所述启动模式期间，减少脱水污泥通过所述热交换器分支线路的流量。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，所述方法还包括：在所述稳定状态模式的选定期间，在所有脱水污泥到达所述水解反应器之前，将所有脱水污泥引导通过所述热交换器。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，所述方法还包括：在所述稳定状态模式期间，通过减少脱水污泥通过所述热交换器的流量并且增大脱水污泥通过所述热交换器分支线路的流量，来提高被引导至所述厌氧消化器的水解污泥的温度。
17.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，所述方法包括将稀释水引导至水解污泥中以用于调节所述水解污泥中的干物质的比例。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述稀释水引导至水解污泥中的步骤包括：在将所述稀释水引导至所述水解污泥中并且使用加热的稀释水加热所述水解污泥之前，加热所述稀释水。
说明书
用于处理污泥的节能系统和方法
技术领域
本发明涉及用于处理污泥的系统和方法，并且更特别地，涉及一种系统和方法，其中，将脱水的污泥引导通过水解反应器，并且随后将污泥引导至厌氧消化器(anaerobicdigester，厌氧蒸煮器)，并且其中，所述系统和方法被设计为用于节能。
背景技术
厌氧消化是一种能量转换方法，该方法可以从污泥内的固体物质中产生生物气体，并且减少废物排放。生物气体可以用于整体的污泥处理或废水处理系统中或者在其他领域中的能量需求。由于污泥内存在生物，所以发生污泥厌氧消化，并且众所周知发生在至少两种一般温度状态下。在大约32°-38℃的温度下，嗜温生物(mesophilic organisms)活动并且促进消化，而在50°-60℃的温度下，适温生物用于消化污泥。根据被处理的污泥的类型，可以涉及生物的不同种群概况，并且通常在与污泥的类型以及在污泥内的生物概况一致的范围内使用厌氧消化。通常，想要的是在30°-60℃的范围内使用厌氧消化器。为了补偿消化器的热损失并确保在消化器内的操作温度保持在可取的范围内，已知的是在高于期望的厌氧消化器操作温度的大约1-10℃的温度下，将馈送污泥供应给消化器。而且，用于污泥的厌氧消化的最佳干固体浓度是大约3%-10%的干固体浓度。
在制备用于厌氧消化的原污泥(raw sludge)时，已知的是使污泥经受水解。水解增大了污泥内的有机物质的生物降解能力，这提高了生物气体产量并且减少了来自厌氧消化的废物输出。分别在150°-170℃和6-12巴的温度和压力的范围内发生污泥的水解。优选的是在将污泥馈送到水解反应器内之前将污泥脱水为重量百分比是大约20%-30%的干固体，以便使反应器容量和能量消耗最小。
通常通过将蒸汽与污泥一起注入到水解反应器内而产生在用于水解污泥的期望范围内的温度和压力。蒸汽注入是泥污水解的高度能量密集的方面，并且相对于泥污水解废能回收是值得关注的重要内容。在某些情况下，已知的是通过在分批水解(batchhydrolysis，间歇水解)方法中将蒸汽闪蒸到进入的污泥内，或者通过加热用于产生新蒸汽的锅炉给水，来部分地回收能量。这些方法的特征是具有低于期望的效率和非常高的成本。
持续的需求是提高污泥处理系统的能量效率，污泥处理系统包括用于水解污泥的方法以及随后厌氧消化污泥的方法。
发明内容
本发明提供了一种用于以节能的方式使污泥水解并且厌氧消化水解污泥的系统和方法。
在一个实施方式中，本发明包括将脱水污泥引导至大体上竖直或者略微倾斜定向的热交换器中，其中，热交换器包括：污泥入口，污泥入口位于热交换器的下部处;以及污泥出口，污泥出口位于热交换器的上部处。热交换器还包括水解污泥入口，水解污泥入口位于热交换器的上部处;以及水解污泥出口，水解污泥出口设置在热交换器的下部处。所述方法或工艺包括将污泥向上引导通过热交换器，同时将水解污泥向下引导通过热交换器，以提供污泥到污泥的热传递，其中，水解污泥将有效地加热进入的或脱水的污泥。将离开热交换器的水解污泥引导至厌氧消化器。在到达厌氧消化器之前，可以通过调节污泥的温度和干固体含量来调节水解污泥。
在本发明的另一实施方式中，一种用于处理污泥的方法包括将脱水污泥引导至水解反应器并且使所述脱水污泥水解。将所述水解污泥引导至厌氧消化器，在厌氧消化器中厌氧消化污泥。热交换器设置在水解反应器的出口侧上，并且用于在脱水污泥进入水解反应器之前加热脱水污泥。热交换器提供水解污泥与脱水污泥之间的污泥到污泥的热传递。该方法需要在污泥处理的特定期间，改变脱水污泥通过热交换器的流动。在启动模式期间，该方法包括将大部分脱水污泥引导通过热交换器分支线路，并且将脱水污泥引导至水解反应器;以及在稳定状态模式期间，将至少一部分脱水污泥引导通过热交换器，然后引导至所述水解反应器。
在又一实施方式中，本发明提供了一种用于处理污泥的系统，包括：污泥脱水单元，污泥脱水单元构造成用于使污泥脱水;污泥水解反应器，污泥水解反应器构造成使脱水污泥水解;热交换器，热交换器用于在脱水污泥进入水解反应器之前，加热至少一部分脱水污泥，热交换器构造成提供在水解污泥与脱水污泥之间的污泥到污泥的热传递;厌氧消化器，厌氧消化器构造成厌氧消化水解污泥;以及控制器;其中，所述控制器适合于通过以下方式在污泥处理的预定期间内，通过改变脱水污泥通过热交换器的流量，控制污泥的处理：在启动模式期间，将至少一部分脱水污泥引导通过热交换器分支线路，并且将污泥引导至水解反应器;以及在稳定状态模式期间，将大部分脱水污泥引导通过热交换器，然后将污泥引导至所述水解反应器。
应当理解的是，技术人员将会容易认识到，结合本发明的第一和第二实施方式描述的任何特征还可以与本发明的第三方面相结合，反之亦然。
通过研究以下的说明和附图，本发明的其他目的和优点将变得显而易见，以下的说明和附图仅用于说明本发明。