申请日2006.12.01
公开(公告)日2009.06.17
IPC分类号C02F11/02
摘要
本发明公开了一种污泥热消化制备生物固体的装置，包括一个密封的反应罐，罐体的侧壁上有一层水浴套，水浴套内设置有电热管;反应罐的盖顶设置有进泥口和集气口;罐内设置有搅拌桨和曝气头，反应罐的底部设置有排泥口。在连接搅拌桨和搅拌电机的电线上还固定有消泡丝。该装置还可以再包括一个反应罐，两个反应罐之间通过串联的方式联接在一起。该装置可以集现有其他污泥消化技术为一体，可以同时实现传统污泥好氧厌氧消化、缺氧/好氧消化、自热高温好氧消化、两段高温好氧/中温厌氧消化的功能，解决了消化过程中的泡沫问题，提高了反应速度和效率。
权利要求书
1、一种污泥热消化制备生物固体的装置，其特征在于：包括一个密封 的反应罐，罐体的侧壁上有一层水浴套，水浴套内设置有电热管，电热管与 控温仪相联接;在水浴套内部和反应罐内部均设置有温度传感器;反应罐的 盖顶设置有进泥口和集气口;罐内设置有搅拌浆和曝气头，搅拌浆通过连接 线与设置在罐顶外的搅拌电机连接，曝气头通过连接线与设置在罐顶外的鼓 风机连接，鼓风机和曝气头之间还连接有设置在罐项外的转子流量计;罐顶 外还设置有反光镜;在连接搅拌浆和搅拌电机的连接线上还固定有消泡丝， 消泡丝的表面涂满特氟龙疏水性材料;反应罐的底部设置有排泥口，污泥泵 的一端通过管道与排泥口相通，管道之间设置有止回阀;污泥泵的另一端通 过管道连接到反应罐的上半部，管道之间设置有止回阀。
2、根据权利要求1所述的污泥热消化制备生物固体的装置，其特征在 于：所述反应罐的罐体内壁的表面涂满特氟龙疏水性材料。
3、根据权利要求1所述的污泥热消化制备生物固体的装置，其特征在 于：在反应罐的内壁上设置有用于固定曝气头的连接线的钢圈。
4、根据权利要求1所述的污泥热消化制备生物固体的装置，其特征在 于：还包括一个反应罐，第一个反应罐的排泥口、第二个反应罐的排泥口均 通过管道分别与两个反应罐的上半部相通，管道之间均设置有止回阀。
说明书
一种污泥热消化制备生物固体的装置
技术领域
本发明涉及环境保护和资源综合利用领域，特别涉及一种污泥热消化制 备生物固体的装置。
背景技术
污泥热消化技术与传统污泥消化技术涉及的原理一样，都是通过微生物 对有机物进行降解达到污泥的稳定化和无害化。但是，同传统污泥消化工艺 比较，污泥热消化工艺能制备得到美国EPA规定的A级生物固体，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。
现有的污泥消化工艺主要有以下几种：
(1)传统好氧消化工艺(Conventional aerobic digestion，CAD)。CAD 工艺主要通过曝气使微生物在进入内源呼吸期后进行自身氧化，从而使污泥 减量。其常用的工艺流程主要有连续进泥和间歇进泥两种。CAD工艺具有工 艺成熟、机械设备简单、操作运行简单、基建费用低等优点。但是，这种工 艺的需氧量很大，需长时间连续曝气，所以运行费用较高;消化设备无搅拌 装置，消化反应速度慢，反应不充分;消化设备中无加热装置，消化温度低， 对病原菌的灭活能力较低;此外，这种工艺会发生硝化反应，消耗碱度，使 得pH值下降。
(2)常规中温厌氧消化工艺。这种工艺的脱水污泥不经预热就直接进 入间歇式的消化罐内，消化罐内通常不设置搅拌装置，利用产生的沼气上升 起到一定的混合作用。由于搅拌作用不充分，罐内的污泥分三个区域：漂浮 污泥层、中部液体层和下部污泥层。稳定后的污泥由罐底周期性地排出，上 层和中层则在每次进料时一并排出，直接或经预处理后返回到污水处理设施 中。此种工艺的混合效果差，消化罐只有约50%的容积能得到有效利用，且 消化设备中无加热装置，因此经过厌氧消化后的污泥中，病原菌等没有得到 有效的杀灭，消化后的污泥达不到农用的标准。
(3)两级厌氧消化工艺。这种工艺是在一级厌氧消化的基础上引入第二个 消化罐，目的是对厌氧消化后的污泥进一步重力浓缩。该工艺的出泥体积较 小，且有效控制了污泥消化过程中的短流现象。但是由于在第二个消化罐内 消耗了大量的污泥有机质，且无搅拌、加热装置，反应不充分，产气量也很 少，所以污泥中的病毒、病原菌等难以完全杀灭干净。
(4)缺氧/好氧消化工艺(anoxic/aerobic digestion，A/AD)。这种工艺 是在传统好氧消化工艺的前端加一段缺氧区，利用污泥在该段缺氧区发生反 硝化反应产生的碱度来补偿好氧区中硝化反应所消耗的碱度，所以这种工艺 无需另外加碱就能使pH值保持在7左右，而且需氧量也较少。但是，A/AD 工艺的供氧动力费较高、污泥停留时间长;由于第二个反应池不设搅拌设备， 只通过曝气过程进行搅拌，因此反应不充分，处理效果不理想;消化设备无 加热装置，对病原菌的去除率低。
(5)自热高温好氧消化工艺(Autoheated thermophilic aerobic digestion，ATAD)。ATAD工艺主要是利用高温环境下生长的嗜热微生物的 代谢过程达到降解有机物、灭活病源菌的作用。该工艺的主要要求为：先浓 缩污泥，使其MLSS浓度达到(4～6)×104mg/L或VSS浓度达到2.5×104 mg/L;同时采用封闭式的反应器，并且外壁采取隔热措施以减少热损失;此 外，还需采用高效氧转移设备以减少蒸发热损失。通过这些措施可使反应器 温度达到45～65℃，甚至在冬季也不需要另外加热源仍可保持高温。该工艺 流程主要为：污泥先经过浓缩池浓缩处理，然后进入第一个消化罐，再进入 第二个消化罐;出泥进入后浓缩池，处理后得到消化液和消化出泥。这种工 艺的温度较高，所以可以抑制硝化反应的发生，其pH值可保持在7.2～8.0， 需氧量较少;有机物的代谢速率较快、去除率高;污泥停留时间短，一般仅 需5～6天;对病原菌灭活效果好。但是，ATAD工艺的机械设备复杂;消化 过程中会产生大量的泡沫，没有合适的消泡技术和设备，消泡效率低，大大 减少了反应罐的有效利用率，也不利于提高溶解氧的利用效率和污泥消化效 率;动力费用高;需有浓缩工序;而且还要求进泥应含有足够的可降解固体。
(6)两段高温好氧/中温厌氧消化工艺。这种工艺是将自热高温好氧消 化工艺与中温厌氧消化工艺相结合，即以一段高负荷ATAD系统对污泥进行 预处理后再进入中温厌氧反应器。该工艺可显著提高对病原菌的去除率和后 续中温厌氧消化运行的稳定性。但是该工艺尚处在实验阶段，其中很多机理 尚未弄清，如需大规模推广，还需要进一步深入的研究其机理和反应设备等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种集成多种污泥 消化工艺、机械设备简单、成本低、污泥处理效果好的污泥热消化制备生物 固体的装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种污泥热消化制备生物固体的装置，包括一个密封的反应罐，罐体的 侧壁10上有一层水浴套12，水浴套12内装满水并且设置有电热管11，电 热管11与控温仪24相联接;在水浴套12内部和反应罐内部均设置有温度 传感器3;反应罐的盖顶设置有进泥口4和集气口5;罐内设置有搅拌浆和 曝气头9，搅拌浆通过连接线与设置在罐顶外的搅拌电机1连接，曝气头9 通过连接线与设置在罐顶外的鼓风机2连接，鼓风机2和曝气头9之间还连 接有设置在罐项外的转子流量计6;罐顶外还设置有反光镜7;在连接搅拌 浆和搅拌电机1的连接线上还固定有消泡丝23;反应罐的底部设置有排泥口 14，污泥泵13的一端通过管道与排泥口14相通，管道之间设置有止回阀 15;污泥泵13的另一端通过管道连接到反应罐的上半部，管道之间设置有 止回阀16。
所述反应罐的罐体内壁以及消泡丝的表面均涂满特氟龙疏水性材料。因 为特氟龙疏水性材料会在反应罐的罐体内壁和消泡丝表面形成疏水特性，使 得系统内工作时泡沫减少97%以上，提高反应罐的有效利用空间，减少污泥 流动阻力，节省搅拌动力2～20%。当同串联或并联消化工艺相结合时，可 以提高污泥消化效率2～20%。
在反应罐的内壁上设置有用于固定连接曝气头9和鼓风机2的连接线的 钢圈8，以避免连接曝气头9的连接线缠绕在搅拌浆上。
上述装置还包括一个反应罐，第一个反应罐的排泥口14、第二个反应罐 的排泥口18均通过管道分别与两个反应罐的上半部相通，管道之间均设置 有止回阀。打开止回阀15和17、或打开止回阀19和21，均可以使两个反 应罐之间以串联方式联接在一起。关闭所有止回阀、或只打开止回阀15和 16、或/和只打开止回阀19和20，均可以使两个反应罐之间以并联方式联接 在一起。
在上述装置中进行的反应可以是中温厌氧自动消泡消化反应、高温厌氧 自动消泡消化反应、高温好氧自动消泡消化反应、或污泥两个反应罐串并联 的组合反应，步骤如下：
步骤1：首先将进泥浓缩，使得污泥的浓度为(4～6)×104mg/L或污泥 中挥发性有机物的浓度为(2～3)×104mg/L。
步骤2：然后浓缩后的污泥进入第一个反应罐，根据消化类型，选择是 否开启搅拌装置和曝气装置：(1)进行厌氧自动消泡消化反应时，则无需开 启曝气装置，可选择开启搅拌装置;(2)进行好氧自动消泡消化反应时，则 需开启曝气装置，选择开启搅拌装置;而且曝气量的大小和搅拌速度的快慢 可根据进泥量和进泥性质等来确定;(3)进行高温消化，则可开启水浴装置 并调节加热所需要的温度。
步骤3：经过第一个反应罐消化后的污泥一部分是可资源化利用的生物 固体，另一部分返回到第一个反应罐内部进行循环消化，以达到更好的污泥 消化效果。
步骤4：选择污泥的二个反应罐串联组合反应时，根据反应的类型，开 启合适的反应装置。一般从第二个反应罐出来的消化污泥，大部分是可资源 化利用的生物固体，少部分污泥(譬如污泥总量的1%)通过回流污泥泵回 流到第一个反应罐内进行继续消化处理，或回流至第二个反应罐内进行内循 环消化处理，以维持系统内的有效生物量，实现高效率的消化反应。
步骤5：选择污泥的二个反应罐并联组合反应时，根据反应类型，开启 合适的反应装置。若两个反应罐进行的都是污泥高温好氧自动消泡消化反应， 则需开启搅拌、曝气和水浴装置，并且两个反应罐中均有一部分污泥回流继 续进行消化处理(污泥回流量占进泥量的0.1～2%)，以维持系统内的有效 生物量，实现高效率消化反应。
采用一个反应罐进行污泥自动消泡高温好氧消化工艺：将浓缩后符合热 消化条件的污泥从反应罐的进泥口4进入，待进泥完毕后，在水浴套12的 内部注满自来水。开动搅拌电机1，同时开动鼓风机2，使曝气头9开始曝 气，并根据污泥的进泥量和污泥的品质来调节转子流量计6以选择适当的曝 气量。然后开启电热管11，并通过温度传感器3和控温仪24调节消化反应 所需的温度，以便进行高温消化反应。反应进行时，通过消泡丝23(消泡丝 的表面涂满特氟龙疏水性材料)和涂满特氟龙疏水性材料的反应罐内壁使反 应产生的大量泡沫破裂(约97%)，避免了泡沫对反应速度和效率造成的影 响，使搅拌动力降低了2～20%，节约了反应能耗。当反应进行到6～8天 时，打开控制排泥口14的阀门，得到一部分生物固体，另一部分污泥(总 进泥量的0.1～2%)回流到反应罐再次进行高温好氧消化反应，即打开止回 阀15和16，同时开启污泥泵13，通过污泥泵13使得从反应罐中排出的污 泥经过外部管道再次进入反应罐进行热消化反应。当反应再次进行到3～4天， 这时出泥基本可达到A级生物固体标准。
采用二个反应罐串联进行污泥自热自动消泡高温好氧消化工艺：将浓缩 后符合消化条件的污泥从反应罐的进泥口4进入，待进泥完毕后，在水浴套 12的内部注满自来水。开动搅拌电机1，同时开动鼓风机2，使曝气头9开 始曝气，并根据污泥的进泥量和污泥的品质来调节转子流量计6以选择适当 的曝气量。然后开启电热管11，并通过温度传感器3和控温仪24调节消化 反应所需的温度。当反应进行到3天左右时，打开止回阀15和17，同时开 启污泥泵13，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。同样，开动第二个反应罐的搅拌电机和鼓风机，但不开动水浴装 置即不开启电热管，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，一部分污泥通过排泥口18排出，得到A级生物固体; 另一部分污泥(进泥量的0.1～2%)回流继续进行消化反应：一种选择是打 开止回阀19和20，并开动污泥泵22，这时从第二个反应罐中消化出来的污 泥通过管道再次循环进入第二个反应罐中继续进行自热自动消泡高温好氧消 化，再消化出泥;另一选择是打开止回阀19和21，并开动污泥泵22，这时 从第二个反应罐中消化出来的污泥通过管道进入第一个反应罐中继续进行高 温好氧自动消泡消化反应，再消化出泥。
采用二个反应罐并联进行污泥高温好氧自动消泡消化反应：第一个反应 罐的操作步骤和第二个反应罐的操作步骤与采用一个反应罐进行污泥自动消 泡高温好氧消化工艺的操作步骤相同。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明是基于ATAD技术，同时集现有其他污泥消化技术为一体， 可以同时实现传统污泥好氧厌氧消化、缺氧/好氧消化、自热高温好氧消化、 两段高温好氧/中温厌氧消化的功能。
(2)采用涂有特氟龙材料的消泡装置，可以实现在反应过程中自动消 泡的功能，降低了搅拌动力，节省了能耗，提高了消化反应的有效空间，使 得消化反应的速度和效率得到了很大的提高。
(3)采用总进泥量的0.1～2%的污泥回流措施，增加了消化反应中微 生物的量，使得消化效率提高了10%以上。
(4)反应系统占地面积小、体积小，建设投资及运行费用较低，设备 及系统操作可全自动化，而且封闭式反应器的设计有利于臭气的控制。
(5)本发明的污泥热消化时间短，通过热消化工艺处理后的污泥，最 终可实现减量化、无害化、稳定化的目的。
(6)本发明制备得到的生物固体是无毒无害、可资源回收利用的A级 生物固体，可直接作为农用如肥料和土地利用等，不仅避免了污泥对环境造 成的二次污染，而且还带来了巨大的社会和经济效益。