申请日2009.11.06
公开(公告)日2010.04.28
IPC分类号C02F11/02; C05F7/00; C02F11/12
摘要
本发明公开一种有机污泥资源化回收处理方法，污泥经浓缩使含固率达到进泥标准后进入反应器;有机污泥先在反应器内进行热消化的启动，启动结束后反应器内污泥自升温至48℃～52℃;结束启动阶段的污泥进入热消化运行阶段，污泥在第一反应区内进行高温兼氧水解酸化，在第二反应区内进行高温微好氧消化;运行阶段经第二反应区排放的消化污泥通过换热器降温后送入机械脱水装置进行机械脱水并制成泥饼外运。通过该方法的处理，可使污泥达到稳定化、无害化，保留了污泥中大量的氮、磷、钾等养分，可以作为肥料或改良土壤的添加剂安全农用，达到污泥资源化的目的。
权利要求书
1.一种有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：所采用的处理系统包括浓缩装置(2)、反应器(1)、换热器(3)和机械脱水装置(4)，其中反应器(1)包括第一反应区(11)和第二反应区(12)，第二反应区(12)的容积是第一反应区(11)容积的1.5～4倍;该方法包括以下步骤：
①污泥在浓缩装置(2)中浓缩：浓缩后污泥符合含固率为3%～10%的进泥标准;
②有机污泥在反应器(1)内热消化的启动：浓缩污泥经泥浆泵(71)分别抽入反应器(1)的第一反应区(11)和第二反应区(12)，两个反应区均装满后进行曝气，并不断混合均匀，在微生物以及搅拌的作用下，反应器(1)内温度不断上升，升温至48℃～52℃时完成热消化的启动;若发生温度不再上升而反应器(1)内温度未达到48℃的情况时，则在两个反应区排放1/3～2/3体积的污泥，然后再补充同体积污泥，进行曝气，并不断混合均匀，直到两个反应区内温度在微生物以及搅拌的作用下均自升温至48℃～52℃;
③有机污泥在反应器(1)内热消化的运行：此时整个有机污泥处理系统处于正常运行阶段，所采用的运行方式为半连续式运行方式;其中，第二反应区(12)第一次排泥，排掉第二反应区总体积的3%～20%的污泥;排泥后打开输送泵(53)将第一反应区(11)的污泥补充到第二反应区(12)，直到第二反应区(12)补满，然后将新鲜污泥从浓缩装置(2)补充满第一反应区(11);半天至一天后第二反应区(12)第二次排泥，排泥、进泥的操作同上，并且第一反应区(11)微量曝气，浓缩污泥在第一反应区(11)内进行高温兼氧水解酸化，第一反应区(11)内温度在45℃～55℃之间，第二反应区(12)采用空气曝气，浓缩污泥在第二反应区(12)内进行高温微好氧消化，第二反应区(12)内温度在52℃～65℃之间;正常运行阶段分进泥排泥期和运行期两个期，进泥排泥时将两个反应区的回流泵(73、74)停止以及将曝气停止，进泥和排泥结束后，再将第一反应区(11)和第二反应区(12)的污泥回流泵(73、74)及曝气装置重新打开;
④将步骤③经第二反应区(12)排放的消化污泥通过换热器(3)降温，排放污泥的余热由循环水通过循环水管道(31)与第一反应区(11)内的污泥进行热交换而输送到第一反应区(11);
⑤将步骤④降温后的消化污泥送入机械脱水装置(4)，进行机械脱水，并制成泥饼外运。
2.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：本方法的处理系统还包括膜处理装置(6)，步骤②和步骤③处理过程中产生的臭气进入膜处理装置(6)处理后再排入大气。
3.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：所述第一反应区(11)微量曝气，使得溶解氧浓度为0.01～0.1mg/L;第二反应区(12)采用空气曝气，使得溶解氧浓度为0.1～0.5mg/L。
4.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：有机污泥在第一反应区(11)中的平均停留时间较短，在第二反应区(12)中的平均停留时间较长，且在第二反应区(12)的平均停留时间是在第一反应区(11)的1.5～4倍。
5.根据权利要求1所述的有机污泥 资源化回收处理方法，其特征在于：对于含固率高于3%的污泥，不需浓缩可直接进入反应器(1)。
6.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：处理春秋季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器(1)中的总的停留时间平均为10天，第一反应区(11)和第二反应区(12)每天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器(1)中污泥总量的1/10。
7.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：处理夏季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器(1)中的总停留时间平均为12天，第一反应区(11)和第二反应区(12)每天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器(1)中污泥总量的1/12
8.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：处理冬季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器(1)中的总停留时间平均为15天，第一反应区(11)和第二反应区(12)每半天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器(1)中污泥总量的1/30。
9.根据权利要求1所述的有机污泥资源化回收处理方法，其特征在于：本方法的反应器(1)是封闭的，反应器(1)内分为第一反应区(11)和第二反应区(12)，两个反应区之间由隔板(13)相隔，隔板(13)的高度低于反应器(1)的四壁的高度，反应器(1)的外围包裹着保温材料，第一反应区(11)的污泥通过污泥输送装置(5)输送到第二反应区(12);
两个反应区的污泥进泥管均开设在反应区的顶部，第二反应区(12)的顶部还设置排气孔(12-6)，通过管道与膜处理装置(6)相连通，两个反应区的底部分别设有放空管，各放空管通过一个调节阀门连接机械脱水装置(4);
两个反应区的下部均设有空气曝气管道，空气曝气管道水平向放置，外接鼓风机;两个反应区内还设有污泥回流管道，反应区上部污泥抽出口通过一个调节阀门及管道连接污泥回流泵，从污泥回流泵接出的污泥回流管道从反应区的下部回到反应区内，在反应区的下部水平向设置污泥回流管道的污泥喷射段，污泥喷射段管上均匀开设污泥喷射孔;其中污泥回流管道的污泥喷射段在空气曝气管道的上方;
第一反应区(11)的底部还铺设循环水管道(31)，循环水管道(31)外接换热器(3)，其中空气曝气管道(11-4)在循环水管道(31)的下方。
说明书
有机污泥资源化回收处理方法
技术领域
本发明涉及污泥处理方法，特别涉及用于一种有机污泥资源化回收的处理方法。
背景技术
在城市污水的处理过程中，必然产生大量的污泥，污泥通常是指主要由各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物。当污泥以有机物为主要成分时，则称为有机污泥。1995年，世界水环境组织为了准确地反映绝大多数污水污泥具有重新利用价值，将污泥更名为“生物固体”，其确切含义是：“一种能有效利用的、富含有机质的城市污染物”。
目前处理污泥的方法主要有3种：综合利用、填埋和焚烧。如果采取填埋的方法，一方面侵占大量宝贵的土地资源，而且造成垃圾成山、二次污染周围环境和土壤，不利于保护环境;采用焚烧的方法则投资巨大，只有少数污水处理厂选择此工艺;综合利用一般是指用作植物堆肥，但污泥中含有对植物及土壤有害的病菌、寄生虫卵、难降解有机物，可能出现植物吸收污泥中的有害物质，进入食物链影响人体健康的问题。
目前国内很多城市污水处理厂直接采用机械脱水，这给污泥的后续处置带来了一系列环境问题。虽然我国不少污水处理厂已建成了污泥厌氧消化的设施，但由于运行管理较为复杂，达不到应有的处理效果，有的甚至长期不能正常运转。一般的污泥厌氧稳定化处理、传统的好氧消化处理，由于设施占地面积较大，在人口密集、用地紧张的城市实施会遇到用地上的困难。
中国专利文献CN1010373354A公开了一种利用有机污泥生产液态有机肥的方法。包括用超声和氢氧化钠联合处理含水率为98%的剩余污泥，使有机物大量溶出，离心分离后得到浓缩污泥和上清液，前者中和后按常规方法调理脱水，获得含水率为70%～80%的泥饼;后者中和后依次经过砂滤、二级超滤处理，得到含腐植酸等大分子有机物的浓缩液和含低分子有机物的滤过液，浓缩液可用作有机液体肥，滤过液进入污水处理厂前端处理。这种方法的特点是处理时间短，但是物耗和能耗均较高，而且其中的泥饼不能利用，还需进行填埋处理。
在对污泥的处理中，还出现了污泥热消化技术。污泥热消化技术与传统的污泥消化技术相比，所涉及的原理是一样的，都是通过微生物对有机物进行降解而达到污泥的稳定化和无害化。与传统的污泥消化技术相比，污泥热消化技术具有消化功能强大、多种消化功能、系统投资少、运行过程能耗少、消化时间短和更小的消化池体积等优点，而且在高温下可去除病原体，最终产品符合可资源回收的美国EPA503条款中规定的A级标准要求。
中国专利文献CN 101020594A(专利申请号200610124008.4)公开了一种污泥热消化制备生物固体的装置，其技术方案和实施例2公开了利用该装置的两个反应罐串联进行污泥自热自动消泡高温好氧消化工艺：采用间歇式进泥，反应罐1水浴温度调至60℃，开启搅拌装置和曝气装置，当反应进行到3天左右，从第一个反应罐中消化后出来的污泥进入第二个反应罐中继续进行消化;第二个反应罐开动搅拌电机和曝气装置，但不开动水浴装置，污泥在第二个反应罐中进行自热自动消泡高温好氧消化，再次消化5～7天后，一部分污泥从排泥口18排除，得到A级生物固体;其实施例2还公开利用该工艺运行7天后，污泥平均DO浓度为8.0mg/L，ORP平均为-260mv。该方法在污泥自热自动消泡高温好氧消化工艺的第一阶段需要开启电热管水浴加热，增加了能耗，而且也限制了这种装置和方法的工程化应用;从其运行7天后污泥平均DO浓度8.0mg/L看出，这项工艺曝气量非常大，带来了散热损失以及高能耗问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中污泥处理工艺的缺陷，提供一种有机污泥资源化回收处理方法。
实现本发明目的的技术方案是一种有机污泥资源化回收处理方法，所采用的处理系统包括浓缩装置、反应器、换热器和机械脱水装置，其中反应器包括第一反应区和第二反应区，第二反应区的容积是第一反应区容积的1.5～4倍;该方法包括以下步骤：
①污泥在浓缩装置中浓缩：浓缩后污泥符合含固率为3%～10%的进泥标准;
②有机污泥在反应器内热消化的启动：浓缩污泥经泥浆泵分别抽入反应器的第一反应区和第二反应区，两个反应区均装满后进行曝气，并不断混合均匀，反应器内温度不断上升，升温至48℃～52℃时完成热消化的启动;若发生温度不再上升而反应器内温度未达到48℃的情况时，则在两个反应区排放1/3～2/3体积的污泥，然后再补充同体积污泥，进行曝气，并不断混合均匀，直到两个反应区内温度在微生物以及搅拌的作用下均自升温至48℃～52℃;
③有机污泥在反应器内热消化的运行：此时整个有机污泥处理系统处于正常运行阶段，所采用的运行方式为半连续式运行方式;其中，第二反应区第一次排泥，排掉第二反应区总体积的3%～20%的污泥;排泥后打开输送泵将第一反应区的污泥补充到第二反应区，直到第二反应区补满，然后将新鲜污泥从浓缩装置补充满第一反应区;半天至一天后第二反应区第二次排泥，排泥、进泥的操作同上，并且第一反应区微量曝气，浓缩污泥在第一反应区内进行高温兼氧水解酸化，第一反应区内温度在45℃～55℃之间，第二反应区采用空气曝气，浓缩污泥在第二反应区内进行高温微好氧消化，第二反应区内温度在52℃～65℃之间;正常运行阶段分进泥排泥期和运行期两个期，进泥排泥时将两个反应区的回流泵停止以及将曝气停止，进泥和排泥结束后，再将第一反应区和第二反应区的污泥回流泵及曝气装置重新打开;
④将步骤③经第二反应区排放的消化污泥通过换热器降温，排放污泥的余热由循环水通过循环水管道与第一反应区内的污泥进行热交换而输送到第一反应区;
⑤将步骤④降温后的消化污泥送入机械脱水装置，进行机械脱水，并制成泥饼外运。
上述处理系统还包括膜处理装置，步骤②和步骤③处理过程中产生的臭气进入膜处理装置处理后再排入大气。
所述第一反应区微量曝气，使得溶解氧浓度为0.01～0.1mg/L;第二反应区采用空气曝气，使得溶解氧浓度为0.1～0.5mg/L。
有机污泥在第一反应区中的平均停留时间较短，在第二反应区中的平均停留时间较长，且在第二反应区中的平均停留时间是在第一反应区的1.5～4倍。
对于含固率高于3%的污泥，不需浓缩可直接进入反应器。
处理春秋季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器中的总停留时间平均为10天，第一反应区和第二反应区每天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器中污泥总量的1/10。
处理夏季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器中的总停留时间平均为12天，第一反应区和第二反应区每天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器中污泥总量的1/12。
处理冬季的污泥，步骤③新鲜污泥在反应器中的总停留时间平均为15天，第一反应区和第二反应区每半天排泥一次，进泥一次，排泥量和进泥量是反应器中污泥总量的1/30。
上述反应器是封闭的，反应器内分为第一反应区和第二反应区，两个反应区之间由隔板相隔，隔板的高度低于反应器的四壁的高度，反应器的外围包裹着保温材料，第一反应区的污泥通过污泥输送装置输送到第二反应区;
两个反应区的污泥进泥管均设在反应区的顶部，第二反应区的顶部还设置排气孔，通过管道与膜处理装置相连通，两个反应区的底部分别设有放空管，各放空管通过一个调节阀门连接机械脱水装置;
两个反应区的下部均设有空气曝气管道，空气曝气管道水平向放置，外接鼓风机;两个反应区内还设有污泥回流管道，反应区上部污泥抽出口通过一个调节阀门连接污泥回流泵，从污泥回流泵接出的污泥回流管道从反应区的下部回到反应区内，在反应区的下部水平向放置污泥回流管道的污泥喷射段，污泥喷射段管上均匀开设污泥喷射孔;其中污泥回流管道的污泥喷射段在空气曝气管道的上方;
第一反应区的底部还铺设循环水管道，循环水管道外接换热器，其中空气曝气管道在循环水管道的下方。
本方法处理的有机污泥包括城市污泥、厨余、家禽养殖场排放的有机废弃物、牲口粪便，还包括液态有机物。
本发明的核心包括以下两点：一、在第一反应区中微量曝气使区内污泥的厌氧消化停留在水解酸化阶段;由于反应器有隔热设施，利用微生物的反应放热、回流搅拌机械能转化的热量和循环水管道输送的热量维持反应区中温度在45℃～55℃，进行高温兼氧水解酸化，初步完成大分子有机物向小分子的有机酸等中间产物的转化，提高难降解有机物的可生化性并将部分病原菌被杀死。二、在第二反应区内采用空气曝气，兼性和好氧嗜热菌好氧消化将小分子的有机酸最终降解成二氧化碳和水，释放大量的反应热，同时回流搅拌机械能转化为热量，由于反应器有隔热设施，使得系统温度维持在52℃～65℃之间，污泥中的病原菌在52℃～65℃高温条件下进一步被灭活。
本发明将高温兼氧水解酸化与高温微好氧消化结合完成有机污泥资源回收的原理说明如下：
有机污泥中的可降解有机物主要成分是外源大分子有机物、污泥中存留的微生物等物质。当污泥进入反应器后，污泥中的微生物要适应新的环境，随着停留时间的延长，细菌种群结构发生变化，由于反应器内温度比外界环境高，并在不断升高，使得污泥中普通的嗜常温菌(Msophiles)逐渐死亡，嗜热菌(Thermophiles)生长繁殖逐渐占优势，并以死亡的微生物为碳源，分泌胞外酶将死亡细胞的细胞壁溶解，即发生溶胞现象，细胞内物质释放出来，形成溶解态的挥发性有机物，同时也将外源大分子有机物分解成小分子的溶解的有机物;然后这些溶解的挥发性有机物被嗜热细菌继续利用，进行好氧消化释放出热，由于反应器有隔热措施，反应器温度逐渐上升，嗜热细菌同时合成新细胞;当死亡细胞以及可利用的有机物全部被分解后，嗜热细菌进行自身的内源呼吸，有机物逐渐减少，释放的热也越来越少，反应温度下降，这种嗜热菌的隐性生长方式使得污泥减量化并最终达到稳定，高温好氧消化的污泥减量效果达到30%～60%。
本发明具有积极的效果：(1)通过该方法的处理，可使污泥达到稳定化、无害化，降低污泥中有机质含量、杀灭病原菌、消除污泥臭味、缩小污泥体积;保留了污泥中大量的氮、磷、钾等植物需要的养分，可以作为肥料，或作为改良土壤的添加剂安全农用，达到污泥资源化的目的。(2)热消化启动阶段和运行阶段充分利用了微生物降解过程中释放的热量使系统自热和维持高温，使得整个处理过程中无需外加热源，另外反应中曝气量低，降低了能耗。(3)在第一反应区进行的高温兼氧水解酸化，有效提高了污泥的可生化性;第一反应区和第二反应区的高温微好氧消化串联使得整个生物处理热消化过程的处理效率提高。(4)在第一反应区污泥的温度已达到48～55℃，进入第二反应区后升温较快，从而减少了第二反应区的泡沫的产生，保证设备正常进行。(5)经第二反应区排放的污泥先通过换热器降温，排放污泥的余热通过循环水进入到第一反应区，向第一反应区内的污泥输送热量，减轻了第一反应区内气温较低的新鲜污泥对池内反应温度的冲击，既有利于系统的运行又有效地利用了能源。(6)本方法中反应器的体积以及污泥的处理量可设计成与中小型废水处理厂产生的污泥量相当，从而此时由其适用于中小型废水处理厂污泥的处理。