申请日2014.04.03
公开(公告)日2015.07.01
IPC分类号C02F11/12; C02F11/10
摘要
本发明提供了一种基于热水解技术的污泥脱水系统及工艺，包括均质浆化单元、水热单元、闪蒸反应器、余热回收单元和脱水机;通过均质浆化使污泥在进泵之前粘度降低，方便输运;污泥储罐采用先切碎后定量输运的方式提高均质效率;稀释液采用污泥脱水后滤液，稀释液和闪蒸蒸汽是在引射器中混合的，混合效率高;均质浆化过程中产生的废蒸汽通入污泥稀释液管道中进行吸收;水热单元有多种形式，可以间歇式或连续式运行，反应参数，特别是反应时间可以有效保证;闪蒸蒸汽进入均质浆化单元中加热污泥，闪蒸污泥进入余热回收单元冷却后再脱水;余热回收单元中锅炉给水回收了部分闪蒸污泥的热量;该系统/工艺总体能量梯级利用，系统不易堵塞，可靠性高。
权利要求书
1.一种基于热水解技术的污泥脱水系统，其特征在于，包括均质浆化单元、水热单元、闪蒸反应器、余热回收单元和脱水机;均质浆化单元包括污泥储罐(1)、污泥均质器(2)和第一单螺杆泵(101);污泥储罐(1)下部连接污泥均质器(2)下部的污泥入口端;污泥均质器(2)上部的污泥出口端通过第一单螺杆泵(101)连接水热单元(3)的入口端;水热单元(3)的出口端连接闪蒸反应器(4)上部的入口端，闪蒸反应器(4)下部的闪蒸污泥出口端连接余热回收单元的入口;余热回收单元的出口连接脱水机(6);脱水机(6)的脱水滤液输出管道连接第一低压变频泵(111)的入口端，第一低压变频泵(111)的出口端连接引射器(9)的引射流体入口端;闪蒸反应器(4)的闪蒸蒸汽出口连接引射器(9)的被引射流体入口端，引射器(9)的出口连接污泥均质器(2)下部的引射混合物入口端，污泥均质器(2)上部的废蒸汽出口端连接脱水机(6)的污泥 稀释液输出管道。
2.根据权利要求1所述的一种基于热水解技术的污泥脱水系统，其特征在于，闪蒸反应器(4)闪蒸污泥出口端连接第二单螺杆泵(102)的入口端，第二单螺杆泵(102)的出口端连接换热器(5)的壳侧入口端;锅炉给水管道和冷却塔(7)的冷却水出口连接第二低压变频泵(112)的入口端，第二低压变频泵(112)的出口端连接换热器(5)的管侧入口端;换热器(5)管侧出口端一分为二，分别连接加热炉(8)的入口端和冷却塔(7)的入口端;换热器(5)壳侧出口端连接脱水机(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于热水解技术的污泥脱水系统，其特征在于，污泥储罐(1)设置在污泥均质器(2)的上方;污泥均质器(2)设置在第一单螺杆泵(101)的上方。
4.根据权利要求1所述的一种基于热水解技术的污泥脱水系统，其特征在于，水热单元(3)为间歇式水热单元(13)或连续式水热单元所述间歇式水热单元(13)包括水热蒸汽加热器(12)、第一间歇式水热反应器(131)和第二间歇式水热反应器(132);第一单螺杆泵(101)的出口连接水热蒸汽加热器(12)下部污泥入口端，加热炉(8)的水热蒸汽出口端连接水热蒸汽加热器(12)下部的水热蒸汽入口端，水热蒸汽加热器(12)上部出口端连接并联的第一间歇式水热反应器(131)和第二间歇式水热反应器(132);第一间歇式水热反应器(131)和第二间歇式水热反应器(132)的入口端和出口端均设有电动截止阀;第一间歇式水热反应器(131)和第二间歇式水热反应器(132)的出口端均连接闪蒸反应器(4)上部的入口端;所述连续式水热单元包括连续式水热反应器，连续式水热反应器为辐流式水热反应器(14)或塔式水热反应器(15);辐流式水热反应器(14)是一个高径比小于1的容器;包括内筒(141)、导流筒(142)、外筒(143)、内筒搅拌器(144)和筒壁(145)，内筒搅拌器(144)设置于内筒(141)内部，导流筒(142)设置于内筒(141)外部，外筒(143)设置于筒壁(145)的内周;第一单螺杆泵(101)的出口和加热炉(8)的水热蒸汽出口连接内筒(141)下部入口管，外筒(143)和筒壁(145)之间环形空间下部的出口连接闪蒸反应器(4)上部的入口端;塔式水热反应器(15)是一个下进上出高径比大于2的容器;塔式水热反应器(15)下部采用有轴向力的搅拌器(151)，上部采用无轴向力的搅拌器(152);第一单螺杆泵(101)的出口和加热炉(8)的水热蒸汽出口连接塔式水热反应器(15)下部入口;塔式水热反应器(15)上部出口连接闪蒸反应器(4)上部的入口端。
5.一种基于热水解技术的污泥脱水工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)机械脱水污泥在污泥储罐(1)中储存的同时，污泥储罐(1)中的强剪切力搅拌器对污泥进行切碎，切碎后的小颗粒污泥通过污泥储罐(1)下部的绞龙定量输入到污泥均质器(2)下部的污泥入口端，经过污泥均质器(2)处理的污泥通过污泥均质器(2) 上部的污泥出口端输入第一单螺杆泵(101)，经过第一单螺杆泵(101)处理的污泥进入水热单元(3);脱水机(6)出来的部分脱水滤液作为稀释液通过第一低压变频泵(111)进入引射器(9)中引射闪蒸蒸汽，引射后混合流体进入污泥均质器(2)中和污泥储罐(1)输入的污泥进行均质浆化，污泥均质器(2)中设有搅拌器;污泥均质器(2)产生的废蒸汽通入脱水机(6)出来的污泥稀释液管道中进行吸收;
2)余热回收单元中的水热蒸汽进入水热单元(3)对污泥进行加热，在加热过程中，污泥中的微生物絮体解散，微生物细胞破裂，污泥中的有机物水解进而降低了污泥的黏度，降低了黏性物质对水的束缚能力;
3)水热单元(3)出来的水热污泥从闪蒸反应器(4)的上部进入，通过闪蒸反应器
(4)内部的扩容和入口管出的节流降压，水热污泥发生闪蒸，闪蒸后吸热，水热污泥温度降低，最后产生闪蒸蒸汽和闪蒸污泥，其中闪蒸蒸汽进入引射器(9)中，闪蒸污泥进入余热回收单元中;
4)余热回收单元包括加热炉(8)、冷却塔(7)、第二低压变频泵(112)、第二单螺杆泵(102)和换热器(5);锅炉给水和冷却塔(7)出来的循环冷却水首先进入第二低压变频泵(112)升压，然后和经第二单螺杆泵(102)升压的闪蒸污泥在换热器(5)中换热; 换热器(5)出口流体分为两股，一股作为循环冷却水，另一股作为锅炉进水;换热器(5)出口作为循环冷却水的那股流体进入冷却塔(7)中冷却，换热后的冷却污泥进入脱水机(6)进行脱水，换热器(5)出口作为锅炉进水的那股流体进入加热炉(8)中加热产生水热蒸汽为水热单元提供热量;
5)脱水后的脱水泥饼外运，脱水滤液一部分用来进入均质浆化单元的引射器(9)中，剩余脱水滤液返回污水处理厂处理。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，步骤1)中机械脱水污泥的含水率为80%，粘度为50,000mPa·s到150,000mPa·s;第一单螺杆泵(101)出来的污泥含水率为84%～85%，温度为90℃～100℃，粘度小于8000mPa·s;水热单元(3)出来的污泥含水率为86%～88%，温度为170℃～180℃，粘度小于100mPa·s。
7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，稀释液在低压变频泵的作用下进入所述引射器喷嘴，引射周围的闪蒸蒸汽，两股流体在引射的过程中进行充分混合。
8.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述水热单元(3)为间歇式水热单元;所述间歇式水热单元包括污泥水热蒸汽加热器、第一间歇式水热反应器和第二间歇式水热反应器;第一单螺杆泵(101)出来的污泥从下部进入水热蒸汽加热器进行快速搅拌和加热，加热到热水解后从上部出来进入第一间歇式水热反应器使污泥在第一间歇式水热反应器中反应，同时，将第二间歇式水热反应器中的污泥通过压差向闪蒸反应器中排出，待第一间歇式水热反应器达到反应时间后，第一间歇式水热反应器开始排泥，而第二间歇式水热反应器开始进泥和反应，如此循环。
9.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述水热单元(3)为辐流式水热反应
器或塔式水热反应器;
辐流式水热反应器包括内筒、导流筒、外筒、内筒搅拌器和筒壁，均质浆化污泥和加热炉出来的水热蒸汽在内筒下部入口管进入，然后在内筒搅拌器的作用下达到反应参数，粘度降低，溢流进入导流筒，从导流筒下部的出口进入外筒大空间内，辐射式的向外流动，最后水热反应后的污泥进入外筒和筒壁之间的环形空间汇集后经下部的出口流出;所述塔式水热反应器下进上出，塔式水热反应器下部采用有轴向力的强力搅拌器，塔式水热反应器上部采用无轴向力的搅拌器;均质浆化污泥和加热炉出来的水热蒸汽从塔式水热反应器下部进入，在有轴向力的强力搅拌器的作用下循环搅拌达到反应参数后，随着不断进入塔式水热反应器下部空间的均质浆化污泥的推动作用，达到反应参数的污泥进入塔式水热反应器上部，最终污泥在塔式水热反应器上部出口流出。
10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述换热器为套管式换热器、板式换
热器、螺旋板式换热器或热管式换热器;所述脱水机为板框压滤机、带式压滤机、离心机、
箱式压滤机或者隔膜压滤机。
说明书
一种基于热水解技术的污泥脱水系统及工艺
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，特别涉及一种城市污泥脱水系统及工艺。
背景技术
城市污泥是城镇污水处理过程中的副产物，是对采用常规方法处理城市污水所产生的少量沉淀物、颗粒物和漂浮物等物质的统称。其主要具有以下几个特点：
(1)产量大，无害化率低：污泥年产量为2800万吨(含水率80%，2011年)，3/4未有效处理。
(2)含水率高，水分难以脱除：传统污泥机械脱水方式仅能将污泥含水率降低到80%左右。
(3)有害性和有用性：城市污泥存在多种有机污染物和重金属，直接排放对环境有害，但是其热值高(7500～15000kJ/kg干污泥)，可以资源化利用。
目前，堆肥、填埋和焚烧是污泥处置常用的方法，这些方法都对污泥的含水率有一定要求。例如污泥填埋含水率需要低于60%，污泥堆肥需要添加膨松剂调整至含水率50%左右，污泥焚烧需要将污泥的含水率降低到30%左右。因此，含水率80%左右的湿污泥需要进一步的脱水处理。污泥进一步的脱水可以采用热干化方法，该方法可以将污泥的含水率降低到50%以下 减容效果好，产品稳定。但是该方法技术要求高，管理较复杂，耗费大量能源，处理成 较高。污泥热干化法中蒸发每吨水需要消耗887025kcal的热量，合热值为8300kcal的天然气107m3。如湿污泥的水分按80%，干化到10%，则每吨干污泥大约需消耗428m3的天然气及300kW·h的电力，则每吨干污泥的干化成本达到1144.9元(不计人员工资，设备折旧等)。这就存在建的起，用不起问题。因此，急需一种经济的方法代替传统热干化法。污泥水热处理技术是将污泥加热，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，改善脱水性能和厌氧消化性能的技术，也称热调质。水热处理技术按照处理过程中是否加入氧化剂，把水热处理分成热水解和湿式氧化两种。热水解没有通入氧化剂，而湿式氧化需要向反应器内通入氧化剂。污泥热水解技术可以进一步高效经济地降低污泥的含水率，该技术是基于细胞破壁原理，可以低能耗、高效率地实现污泥的脱水干化。但是，传统热水解脱水工艺系统容易堵塞，且减量化效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热水解技术的污泥脱水系统及工艺，该污泥脱水系统/工艺可以有效降低脱水后污泥的含水率，从而达到减量化的要求，且系统不易堵塞。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于热水解技术的污泥脱水系统，包括均质浆化单元、水热单元、闪蒸反应器、余热回收单元和脱水机;均质浆化单元包括污泥储罐、污泥均质器和第一单螺杆泵;污泥储罐下部连接污泥均质器下部的污泥入口端;污泥均质器上部的污泥出口端通过第一单螺杆泵连接水热单元的入口端;水热单元的出口端连接闪蒸反应器上部的入口端，闪蒸反应器下部的闪蒸污泥出口端连接余热回收单元的入口;余热回收单元的出口连接脱水机;脱水机的脱水滤液输出管道连接第一低压变频泵的入口端，第一低压变频泵的出口端连接引射器的引射流体入口端;闪蒸反应器的闪蒸蒸汽出口连接引射器的被引射流体入口端，引射器的出口连接污泥均质器下部的引射混合物入口端，污泥均质器上部的废蒸汽出口端连接脱水机的污泥稀释液输出管道。本发明进一步的改进在于：闪蒸反应器闪蒸污泥出口端连接第二单螺杆泵的入口端，第二单螺杆泵的出口端连接换热器的壳侧入口端;锅炉给水管道和冷却塔的冷却水出口连接第二低压变频泵的入口端，第二低压变频泵的出口端连接换热器的管侧入口端;换热器管侧出口端一分为
二，分别连接加热炉的入口端和冷却塔的入口端;换热器壳侧出口端连接脱水机。本发明进一步的改进在于：污泥储罐设置在污泥均质器的上方;污泥均质器设置在第一单螺杆泵的上方。
本发明进一步的改进在于：水热单元为间歇式水热单元或连续式水热单元所述间歇式水热单元包括水热蒸汽加热器、第一间歇式水热反应器和第二间歇式水反应器;第一单螺杆泵的出口连接水热蒸汽加热器下部污泥入口端，加热炉的水热蒸汽出口端连接水热蒸汽加热器下部的水热蒸汽入口端，水热蒸汽加热器上部出口端连接并联的第一间歇式水热反应器和第二间歇式水热反应器;第一间歇式水热反应器和第二间歇式水热反应器的入口端和出口端均设有电动截止阀;第一间歇式水热反应器和第二间歇式水热反应器的出口端均连接闪蒸反应器上部的入口端;
所述连续式水热单元包括连续式水热反应器，连续式水热反应器为辐流式水热反应器或塔式水热反应器;辐流式水热反应器是一个高径比小于1的容器;包括内筒、导流筒、外筒、内筒搅器和筒壁，内筒搅拌器设置于内筒内部，导流筒设置于内筒外部，外筒设置于筒壁内周;第一单螺杆泵的出口和加热炉的水热蒸汽出口连接内筒下部入口管，外筒和筒壁之间环形空间下部的出口连接闪蒸反应器上部的入口端;塔式水热反应器是一个下进上出高径比大于2的容器;塔式水热反应器下部采用有轴向力的搅拌器，上部采用无轴向力的搅拌器;第一单螺杆泵的出口和加热炉的水热蒸汽出口连接塔式水热反应器下部入口;塔式水热反应器上部出口连接闪蒸反应器上部的入口端。一种基于热水解技术的污泥脱水工艺，包括以下步骤：
1)机械脱水污泥在污泥储罐中储存的同时，污泥储罐中的强剪切力搅拌器对污泥进行切碎，切碎后的小颗粒污泥通过污泥储罐下部的绞龙定量输入到污泥均质器下部的污泥入口端，经过污泥均质器处理的污泥通过污泥均质器上部的污泥出口端输入第一单螺杆泵，经过第一单螺杆泵处理的污泥进入水热单元;脱水机出来的部分脱水滤液作为稀释液通过第一低压变频泵进入引射器中引射闪蒸蒸汽，引射后混合流体进入污泥均质器中和污泥储罐输入的污泥进行均质浆化，污泥均质器中设有搅拌器;污泥均质器产生的废蒸汽通入脱水机出来的污泥稀释液管道中进行吸收;
2)余热回收单元中的水热蒸汽进入水热单元对污泥进行加热，在加热过程中，污泥中的微生物絮体解散，微生物细胞破裂，污泥中的有机物水解进而降低了污泥的黏度，降低了黏性物质对水的束缚能力;
3)水热单元出来的水热污泥从闪蒸反应器的上部进入，通过闪蒸反应器内部的扩容和入口管出的节流降压，水热污泥发生闪蒸，闪蒸后吸热，水热污泥温度降低，最后产生闪蒸蒸汽和闪蒸污泥，其中闪蒸蒸汽进入引射器中，闪蒸污泥进入余热回收单元中;
4)余热回收单元包括加热炉、冷却塔、第二低压变频泵、第二单螺杆泵和换热器;锅炉给水和冷却塔出来的循环冷却水首先进入第二低压变频泵升压，然后和经第二单螺杆泵升压的闪蒸污泥在换热器中换热;换热器出口流体分为两股，一股作为循环冷却水，另一股作为锅炉进水;换热器出口作为循环冷却水的那股流体进入冷却塔中冷却，换热后的冷却污泥进入脱水机进行脱水，换热器出口作为锅炉进水的那股流体进入加热炉中加热产生水热蒸汽为水热单元提供热量;
5)脱水后的脱水泥饼外运，脱水滤液一部分用来进入均质浆化单元的引射器中，剩余脱水滤液返回污水处理厂处理。本发明进一步的改进在于：步骤1)中机械脱水污泥的含水率为80%，粘度为50,000mPa·s到150,000mPa·s;第一单螺杆泵出来的污泥含水率为84%～85%，温度为90℃～100℃，粘度小于8000mPa·s;水热单元出来的污泥含水率为86%～88%，温度为170℃～180℃，粘度小于100mPa·s。本发明进一步的改进在于：稀释液在低压变频泵的作用下进入所述引射器喷嘴，引射周围的闪蒸蒸汽，两股流体在引射的过程中进行充分混合。本发明进一步的改进在于：所述水热单元为间歇式水热单元;所述间歇式水热单元包括污泥水热蒸汽加热器、第一间歇式水热反应器和第二间歇式水热反应器;第一单螺杆泵出来的污泥从下部进入水热蒸汽加热器进行快速搅拌和加热，加热到热水解后从上部出来进入第一间歇式水热反应器使污泥在第一间歇式水热反应器中反应，同时，将第二间歇式水热反应器中的污泥通过压差向闪蒸反应器中排出，待第一间歇式水热反应器达到反应时间后，第一间歇式水热反应器开始排泥，而第二间歇式水热反应器开始进泥和反应，如此循环。
本发明进一步的改进在于：所述水热单元为辐流式水热反应器或塔式水热反应器;辐流式水热反应器包括内筒、导流筒、外筒、内筒搅拌器和筒壁，均质浆化污泥和加热炉出来的水热蒸汽在内筒下部入口管进入，然后在内筒搅拌器的作用下达到反应参数，粘度降低，溢流进入导流筒，从导流筒下部的出口进入外筒大空间内，辐射式的向外流动，最后水热反应后的污泥进入外筒和筒壁之间的环形空间汇集后经下部的出口流出;所述塔式水热反应器下进上出，塔式水热反应器下部采用有轴向力的强力搅拌器，塔式水热反应器上部采用无轴向力的搅拌器;均质浆化污泥和加热炉出来的水热蒸汽从塔式水热反应器下部进入，在有轴向力的强力搅拌器的作用下循环搅拌达到反应参数后，随着不断进入塔式水热反应器下部空间的均质浆化污泥的推动作用，达到反应参数的污泥进入塔式水热反应器上部，最终污泥在塔式水热反应器上部出口流出。
本发明进一步的改进在于：所述换热器为套管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器或热管式换热器;所述脱水机为板框压滤机、带式压滤机、离心机、箱式压滤机或者隔膜压滤机。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在污泥进入第一单螺杆泵之前先对其进行了均质，粘度显著降低，方便输运。污泥储罐、污泥均质器和第一单螺杆泵高度布置上逐渐降低，因此均质浆化单元输运可靠，不易堵塞。均质浆化单元中污泥储罐采用先切碎后绞龙输运的方式保证定量进入污泥均质的污泥都为小颗粒，提高均质效率。均质浆化单元中稀释液采用污泥脱水后滤液，一方面可以减少脱水滤液的处理量，节约系统用水，另一方面可以回收脱水滤液的热量。均质浆化单元中稀释液和闪蒸蒸汽是在引射器中混合的，由于引射作用，混合效率较高，且能解决闪蒸蒸汽压力较低，不能直接进入污泥均质器的问题。引射混合物再一起进入污泥均质器中和污泥进行均质浆化。均质浆化过程中产生的废蒸汽再通入稀释液管道中进行吸收，可以避免进入大气造成异味，同时能在一定程度上进一步预热稀释液。
2、本发明的水热单元有多种形式，可以间歇式运行，也可以连续式运行。对于间歇式水热单元，水热蒸汽加热器下进上出可以保证加热时间，使得污泥有足够时间达到最佳反应参数。对于连续式水热单元，可以采用辐流式水热反应器或者塔式水热反应器，这两种反应器都集加热和反应为一体，其中辐流式水热反应器随着流动半径的增大，污泥流速降低，因此反应时间可以有效保证;而塔式水热反应器具有大的高径比，下进上出，且上部采用仅有轴向力的搅拌器，这样上部污泥仅能靠下部污泥的推力流向出口，因此反应时间可以有效保证。
3、本发明的余热回收单元采用锅炉给水回收了闪蒸污泥的部分热量，从而可以节约加热炉的燃料量。余热回收单元中，换热器两侧流体的粘度都较低，因此换热器不易堵塞。