專利名稱：一種污泥熱消化制備生物固體的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及環境保護和資源綜合利用領域，特別涉及一種污泥熱消化制備生物固體的裝置。
背景技術：
污泥熱消化技術與傳統污泥消化技術涉及的原理一樣，都是通過微生物對有機物進行降解達到污泥的穩定化和無害化。但是，同傳統污泥消化工藝比較，污泥熱消化工藝能制備得到美國EPA規定的A級生物固體，具有消化功能強大、多種消化功能、系統投資少、運行過程能耗少、消化時間短和更小的消化池體積等優點。
現有的污泥消化工藝主要有以下幾種(1)傳統好氧消化工藝(Conventional aerobic digestion，CAD)。CAD工藝主要通過曝氣使微生物在進入內源呼吸期后進行自身氧化，從而使污泥減量。其常用的工藝流程主要有連續進泥和間歇進泥兩種。CAD工藝具有工藝成熟、機械設備簡單、操作運行簡單、基建費用低等優點。但是，這種工藝的需氧量很大，需長時間連續曝氣，所以運行費用較高；消化設備無攪拌裝置，消化反應速度慢，反應不充分；消化設備中無加熱裝置，消化溫度低，對病原菌的滅活能力較低；此外，這種工藝會發生硝化反應，消耗堿度，使得pH值下降。
(2)常規中溫厭氧消化工藝。這種工藝的脫水污泥不經預熱就直接進入間歇式的消化罐內，消化罐內通常不設置攪拌裝置，利用產生的沼氣上升起到一定的混合作用。由于攪拌作用不充分，罐內的污泥分三個區域漂浮污泥層、中部液體層和下部污泥層。穩定后的污泥由罐底周期性地排出，上層和中層則在每次進料時一并排出，直接或經預處理后返回到污水處理設施中。此科工藝的混合效果差，消化罐只有約50％的容積能得到有效利用，且消化設備中無加熱裝置，因此經過厭氧消化后的污泥中，病原菌等沒有得到有效的殺滅，消化后的污泥達不到農用的標準。
(3)兩級厭氧消化工藝。這種工藝是在一級厭氧消化的基礎上引入第二個消化罐，目的是對厭氧消化后的污泥進一步重力濃縮。該工藝的出泥體積較小，且有效控制了污泥消化過程中的短流現象。但是由于在第二個消化罐內消耗了大量的污泥有機質，且無攪拌、加熱裝置，反應不充分，產氣量也很少，所以污泥中的病毒、病原菌等難以完全殺滅干凈。
(4)缺氧/好氧消化工藝(anoxic/aerobic digestion，A/AD)。這種工藝是在傳統好氧消化工藝的前端加一段缺氧區，利用污泥在該段缺氧區發生反硝化反應產生的堿度來補償好氧區中硝化反應所消耗的堿度，所以這種工藝無需另外加堿就能使pH值保持在7左右，而且需氧量也較少。但是，A/AD工藝的供氧動力費較高、污泥停留時間長；由于第二個反應池不設攪拌沒備，只通過曝氣過程進行攪拌，因此反應不充分，處理效果不理想；消化設備無加熱裝置，對病原菌的去除率低。
(5)自熱高溫好氧消化工藝(Autoheated thermophilic aerobicdigestion，ATAD)。ATAD工藝主要是利用高溫環境下生長的嗜熱微生物的代謝過程達到降解有機物、滅活病源菌的作用。該工藝的主要要求為先濃縮污泥，使其MLSS濃度達到(4～6)×104mg/L或VSS濃度達到2.5×104mg/L；同時采用封閉式的反應器，并且外壁采取隔熱措施以減少熱損失；此外，還需采用高效氧轉移設備以減少蒸發熱損失。通過這些措施可使反應器溫度達到45～65℃，甚至在冬季也不需要另外加熱源仍可保持高溫。該工藝流程主要為污泥先經過濃縮池濃縮處理，然后進入第一個消化罐，再進入第二個消化罐；出泥進入后濃縮池，處理后得到消化液和消化出泥。這種工藝的溫度較高，所以可以抑制硝化反應的發生，其pH值可保持在7.2～8.0，需氧量較少；有機物的代謝速率較快、去除率高；污泥停留時間短，一般僅需5～6天；對病原菌滅活效果好。但是，ATAD工藝的機械設備復雜；消化過程中會產生大量的泡沫，沒有合適的消泡技術和設備，消泡效率低，大大減少了反應罐的有效利用率，也不利于提高溶解氧的利用效率和污泥消化效率；動力費用高；需有濃縮工序；而且還要求進泥應含有足夠的可降解固體。
(6)兩段高溫好氧/中溫厭氧消化工藝。這種工藝是將自熱高溫好氧消化工藝與中溫厭氧消化工藝相結合，即以一段高負荷ATAD系統對污泥進行預處理后再進入中溫厭氧反應器。該工藝可顯著提高對病原菌的去除率和后續中溫厭氧消化運行的穩定性。但是該工藝尚處在實驗階段，其中很多機理尚未弄清，如需大規模推廣，還需要進一步深入的研究其機理和反應設備等。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種集成多種污泥消化工藝、機械設備簡單、成本低、污泥處理效果好的污泥熱消化制備生物固體的裝置。
本發明的目的通過下述技術方案實現一種污泥熱消化制備生物固體的裝置，包括一個密封的反應罐，罐體的側壁10上有一層水浴套12，水浴套12內裝滿水并且設置有電熱管11，電熱管11與控溫儀24相聯接；在水浴套12內部和反應罐內部均設置有溫度傳感器3；反應罐的蓋頂設置有進泥口4和集氣口5；罐內設置有攪拌漿和曝氣頭9，攪拌漿通過電線與設置在罐頂外的攪拌電機1連接，曝氣頭9通過電線與設置在罐頂外的鼓風機2連接，鼓風機2和曝氣頭9之間還連接有設置在罐項外的轉子流量計6；罐頂外還設置有反光鏡7；在連接攪拌漿和攪拌電機1的電線上還固定有消泡絲23；反應罐的底部設置有排泥口14，污泥泵13的一端通過管道與排泥口14相通，管道之間設置有止回閥15；污泥泵13的另一端通過管道連接到反應罐的上半部，管道之間設置有止回閥16。
所述反應罐的罐體內壁以及消泡絲的表面均涂滿特氟龍疏水性材料。因為特氟龍疏水性材料會在反應罐的罐體內壁和消泡絲表面形成疏水特性，使得系統內工作時泡沫減少97％以上，提高反應罐的有效利用空間，減少污泥流動阻力，節省攪拌動力2～20％。當同串聯或并聯消化工藝相結合時，可以提高污泥消化效率2～20％。
在反應罐的內壁上設置有用于固定曝氣頭9連接電線的鋼圈8，以避免連接曝氣頭9的電線纏繞在攪拌漿上。
上述裝置還包括一個反應罐，第一個反應罐的排泥口14、第二個反應罐的排泥口18均通過管道分別與兩個反應罐的上半部相通，管道之間均設置有止回閥。打開止回閥15和17、或打開止回閥19和21，均可以使兩個反應罐之間以串聯方式聯接在一起。關閉所有止回閥、或只打開止回閥15和16、或/和只打開止回閥19和20，均可以使兩個反應罐之間以并聯方式聯接在一起。
在上述裝置中進行的反應可以是中溫厭氧自動消泡消化反應、高溫厭氧自動消泡消化反應、高溫好氧自動消泡消化反應、或污泥兩個反應罐串并聯的組合反應，步驟如下
步驟1首先將進泥濃縮，使得污泥的濃度為(4～6)×104mg/L或污泥中揮發性有機物的濃度為(2～3)×104mg/L。
步驟2然后濃縮后的污泥進入第一個反應罐，根據消化類型，選擇是否開啟攪拌裝置和曝氣裝置(1)進行厭氧自動消泡消化反應時，則無需開啟曝氣裝置，可選擇開啟攪拌裝置；(2)進行好氧自動消泡消化反應時，則需開啟曝氣裝置，選擇開啟攪拌裝置；而且曝氣量的大小和攪拌速度的快慢可根據進泥量和進泥性質等來確定；(3)進行高溫消化，則可開啟水浴裝置并調節加熱所需要的溫度。
步驟3經過第一個反應罐消化后的污泥一部分是可資源化利用的生物固體，另一部分返回到第一個反應罐內部進行循環消化，以達到更好的污泥消化效果。
步驟4選擇污泥的二個反應罐串聯組合反應時，根據反應的類型，開啟合適的反應裝置。一般從第二個反應罐出來的消化污泥，大部分是可資源化利用的生物固體，少部分污泥(譬如污泥總量的1％)通過回流污泥泵回流到第一個反應罐內進行繼續消化處理，或回流至第二個反應罐內進行內循環消化處理，以維持系統內的有效生物量，實現高效率的消化反應。
步驟5選擇污泥的二個反應罐并聯組合反應時，根據反應類型，開啟合適的反應裝置。若兩個反應罐進行的都是污泥高溫好氧自動消泡消化反應，則需開啟攪拌、曝氣和水浴裝置，并且兩個反應罐中均有一部分污泥回流繼續進行消化處理(污泥回流量占進泥量的0.1～2％)，以維持系統內的有效生物量，實現高效率消化反應。
采用一個反應罐進行污泥自動消泡高溫好氧消化工藝將濃縮后符合熱消化條件的污泥從反應罐的進泥口4進入，待進泥完畢后，在水浴套12的內部注滿自來水。開動攪拌電機1，同時開動鼓風機2，使曝氣頭9開始曝氣，并根據污泥的進泥量和污泥的品質來調節轉子流量計6以選擇適當的曝氣量。然后開啟電熱管11，并通過溫度傳感器3和控溫儀24調節消化反應所需的溫度，以便進行高溫消化反應。反應進行時，通過消泡絲23(消泡絲的表面涂滿特氟龍疏水性材料)和涂滿特氟龍疏水性材料的反應罐內壁使反應產生的大量泡沫破裂(約97％)，避免了泡沫對反應速度和效率造成的影響，使攪拌動力降低了2～20％，節約了反應能耗。當反應進行到6～8天時，打開控制排泥口14的閥門，得到一部分生物固體，另一部分污泥(總進泥量的0.1～2％)回流到反應罐再次進行高溫好氧消化反應，即打開止回閥15和16，同時開啟污泥泵13，通過污泥泵13使得從反應罐中排出的污泥經過外部管道再次進入反應罐進行熱消化反應。當反應再次進行到3～4天，這時出泥基本可達到A級生物固體標準。
采用二個反應罐串聯進行污泥自熱自動消泡高溫好氧消化工藝將濃縮后符合消化條件的污泥從反應罐的進泥口4進入，待進泥完畢后，在水浴套12的內部注滿自來水。開動攪拌電機1，同時開動鼓風機2，使曝氣頭9開始曝氣，并根據污泥的進泥量和污泥的品質來調節轉子流量計6以選擇適當的曝氣量。然后開啟電熱管11，并通過溫度傳感器3和控溫儀24調節消化反應所需的溫度。當反應進行到3天左右時，打開止回閥15和17，同時開啟污泥泵13，從第一個反應罐中消化后出來的污泥進入第二個反應罐中繼續進行消化。同樣，開動第二個反應罐的攪拌電機和鼓風機，但不開動水浴裝置即不開啟電熱管，污泥在第二個反應罐中進行自熱自動消泡高溫好氧消化。再次消化5～7天后，一部分污泥通過排泥口18排出，得到A級生物同體；另一部分污泥(進泥量的0.1～2％)回流繼續進行消化反應一種選擇是打開止回閥19和20，并開動污泥泵22，這時從第二個反應罐中消化出來的污泥通過管道再次循環進入第二個反應罐中繼續進行自熱自動消泡高溫好氧消化，再消化出泥；另一選擇是打開止回閥19和21，并開動污泥泵22，這時從第二個反應罐中消化出來的污泥通過管道進入第一個反應罐中繼續進行高溫好氧自動消泡消化反應，再消化出泥。
采用二個反應罐并聯進行污泥高溫好氧自動消泡消化反應第一個反應罐的操作步驟和第二個反應罐的操作步驟與采用一個反應罐進行污泥自動消泡高溫好氧消化工藝的操作步驟相同。
本發明與現有技術相比具有如下優點和效果(1)本發明是基于ATAD技術，同時集現有其他污泥消化技術為一體，可以同時實現傳統污泥好氧厭氧消化、缺氧/好氧消化、自熱高溫好氧消化、兩段高溫好氧/中溫厭氧消化的功能。
(2)采用涂有特氟龍材料的消泡裝置，可以實現在反應過程中自動消泡的功能，降低了攪拌動力，節省了能耗，提高了消化反應的有效空間，使得消化反應的速度和效率得到了很大的提高。
(3)采用總進泥量的0.1～2％的污泥回流措施，增加了消化反應中微生物的量，使得消化效率提高了10％以上。
(4)反應系統占地面積小、體積小，建設投資及運行費用較低，設備及系統操作可全自動化，而且封閉式反應器的設計有利于臭氣的控制。
(5)本發明的污泥熱消化時間短，通過熱消化工藝處理后的污泥，最終可實現減量化、無害化、穩定化的目的。
(6)本發明制備得到的生物固體是無毒無害、可資源回收利用的A級生物固體，可直接作為農用如肥料和土地利用等，不僅避免了污泥對環境造成的二次污染，而且還帶來了巨大的社會和經濟效益。
圖1為本裝置的系統結構示意圖。
圖2為本方法的技術路線圖。
(1攪拌電機；2鼓風機；3溫度傳感器；4進泥口；5集氣口；6轉子流量計；7反光鏡；8鋼圈；9曝氣頭；10側壁；11電熱管；12水浴套；13污泥泵；14排泥口；15止回閥；16止回閥；17止回閥；18排泥口；19止回閥；20止回閥；21止回閥；22污泥泵；23消泡絲；24控溫儀。)具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
污泥熱消化制備生物固體的裝置，包括一個密封的反應罐，罐體內壁涂滿特氟龍疏水性材料；罐體的側壁10上有一層水浴套12，水浴套12內裝滿水，水浴套內設置有電熱管11；在水浴套內部和反應罐內部均設置在溫度傳感器3，反應罐的蓋頂設置有進泥口4和集氣口5，集氣口5用于收集消化反應過程中產生的有毒氣體；罐內設置有攪拌漿和曝氣頭9，攪拌漿通過電線與設置在罐頂外的攪拌電機連接，曝氣頭通過電線與設置在罐頂外的鼓風機2連接，鼓風機2和曝氣頭9之間還連接有轉子流量計6；罐頂外還設置有反光鏡7，用以觀察反應進程。
在連接攪拌漿和攪拌電機1的電線上還固定有消泡絲23，采用特氟龍疏水性材料制成，因為在反應時會產生大量的泡沫，通過消泡絲23可使泡沫破裂，避免泡沫對反應速度和效率造成的影響。
反應罐的底部設置有排泥口14。通過調節止回閥15，可使得污泥泵13與反應罐內部相通。對水浴溫度的調節可以通過調節與電熱管11聯接的控溫儀24來實現。
在反應罐的內壁上設置有用于固定曝氣頭連接電線的鋼圈8，以避免連接曝氣頭9的電線纏繞在攪拌漿上。
實施例1采用一個反應罐進行污泥高溫好氧自動消泡反應污水取自某污水處理廠，污泥含水率95.2％，pH值為7.21，VSS為2.95×104mg/L，COD為18000mg/L，DO為2.1mg/L，ORP為-246mV。采用一個反應罐進行污泥高溫好氧自動消泡反應，采用間歇進泥方式，進泥量為100kg/h，反應罐出來的部分污泥回流(進泥量的0.1％-2％)，反應罐水浴溫度調至60℃，攪拌速度200r/min，曝氣量為0.55(V空氣/V/污泥/min)。運行8天后，在反應罐內的不同位置(污泥上、中、下液面)取樣分析，取平均值，測得污泥pH值為7.0，VSS為1.75×104mg/L，VSS降解率為40.7％；COD約為4500mg/L，COD去除率約為75％；DO濃度為7.2mg/L；ORP為-306mV。經分析，污泥中不含“巴氏細菌”等病毒。
實施例2采用二個反應罐串聯進行污泥自熱自動消泡高溫好氧消化工藝污泥取自某污水處理廠，污泥含水率97％，初始pH值為7.2，揮發性固體懸浮物(VSS)濃度為3.86×104mg/L，化學需氧量(COD)為15000mg/L，溶解氧濃度(DO)為2.5mg/L，氧化還原電位(ORP)為-215mV。由于污泥濃度不符合污泥自熱高溫好氧消化的進泥標準，因此首先將污泥進行濃縮，濃縮后污泥的含水率為91.8％左右，符合進泥標準。采用間歇式進泥，一次性進泥5t，二個反應罐以串聯方式運行，反應罐2出來的部分污泥(進泥量的0.1％-2％)回流至反應罐1，反應罐1水浴溫度調至60℃，攪拌速度200r/min，曝氣量為0.45(V空氣/V污泥/min)。運行7天后，在反應罐2內的不同位置(污泥上、中、下液面)取樣分析，取平均值，測得污泥pH值為6.8，VSS為1.9×104mg/L，VSS降解率為50.8％；COD約為3750mg/L，COD去除率約為75％；DO濃度為8.0mg/L；ORP為-260mV。經分析，污泥中不含“巴氏細菌”等病毒。
實施例3反應罐1進行污泥高溫厭氧自動消泡消化處理，反應罐2進行高溫好氧自動消泡消化處理，兩反應罐串聯運行污水取自某污水處理廠，污泥含水率96％，pH值為7.25，VSS為3.95×104mg/L，COD為17000mg/L，DO為2.3mg/L，ORP為-238mV。反應罐1進行污泥高溫厭氧自動消泡消化反應；反應罐2進行污泥高溫好氧自動消泡消化反應。采用連續進泥方式，進泥量為200kg/h，二個反應罐以串聯方式運行，反應罐2出來的部分污泥(進泥量的0.1％-2％)回流至反應罐1，反應罐1水浴溫度調至50℃，不開攪拌裝置和曝氣裝置；反應罐2水浴溫度調至60℃，攪拌速度200r/min，曝氣量為0.55(V空氣/V污泥/min)。運行8天后，在反應罐2內的不同位置(污泥上、中、下液面)取樣分析，取平均值，測得污泥pH值為7.05，VSS為1.85×104mg/L，VSS降解率為53.2％；COD約為4000mg/L，COD去除率約為76.5％；DO濃度為7.5mg/L；ORP為-286mV。經分析，污泥中不含“巴氏細菌”等病毒。
實施例4反應罐1進行污泥中溫厭氧自動消泡消化處理，反應罐2進行污泥高溫厭氧自動消泡消化處理，兩反應罐串聯運行污水取自某污水處理廠，污泥含水率95.4％，pH值為7.32，VSS為3.82×104mg/L，COD為16500mg/L，DO為2.25mg/L，ORP為-231mV。反應罐1進行污泥中溫厭氧自動消泡消化反應；反應罐2進行污泥高溫厭氧自動消泡消化反應。采用連續進泥方式，進泥量為200kg/h，二個反應罐以串聯方式運行，反應罐2出來的部分污泥(進泥量的0.1％～2％)回流至反應罐1，反應罐1水浴溫度調至30℃，開啟攪拌裝置，攪拌速度100r/min；反應罐2水浴溫度調至60℃，攪拌速度200r/min。運行12大后，在反應罐2內的不同位置(污泥上、中、下液面)取樣分析，取平均值，測得污泥pH值為7.8，VSS為1.76×104mg/L，VSS降解率為53.9％；COD約為3800mg/L，COD去除率約為77％；ORP為-356mV。產氣率達1.2m3/(kg·d)，即每去除1kg有機物的產氣量可達1.2m3/d。經分析，污泥中不含“巴氏細菌”等病毒。
權利要求
1.一種污泥熱消化制備生物固體的裝置，其特征在于包括一個密封的反應罐，罐體的側壁上有一層水浴套，水浴套內設置有電熱管，電熱管與控溫儀相聯接；在水浴套內部和反應罐內部均設置有溫度傳感器；反應罐的蓋頂設置有進泥口和集氣口；罐內設置有攪拌漿和曝氣頭，攪拌漿通過電線與設置在罐頂外的攪拌電機連接，曝氣頭通過電線與設置在罐頂外的鼓風機連接，鼓風機和曝氣頭之間還連接有設置在罐項外的轉子流量計；罐頂外還設置有反光鏡；在連接攪拌漿和攪拌電機的電線上還固定有消泡絲；反應罐的底部設置有排泥口，污泥泵的一端通過管道與排泥口相通，管道之間設置有止回閥；污泥泵的另一端通過管道連接到反應罐的上半部，管道之間設置有止回閥。
2.根據權利要求1所述的污泥熱消化制備生物固體的裝置，其特征在于所述反應罐的罐體內壁以及消泡絲的表面均涂滿特氟龍疏水性材料。
3.根據權利要求1所述的污泥熱消化制備生物固體的裝置，其特征在于在反應罐的內壁上設置有用于固定曝氣頭連接電線的鋼圈。
4.根據權利要求1所述的污泥熱消化制備生物固體的裝置，其特征在于還包括一個反應罐，第一個反應罐的排泥口、第二個反應罐的排泥口均通過管道分別與兩個反應罐的上半部相通，管道之間均設置有止回閥。
全文摘要
本發明公開了一種污泥熱消化制備生物固體的裝置，包括一個密封的反應罐，罐體的側壁上有一層水浴套，水浴套內設置有電熱管；反應罐的蓋頂設置有進泥口和集氣口；罐內設置有攪拌漿和曝氣頭，反應罐的底部設置有排泥口。在連接攪拌漿和攪拌電機的電線上還固定有消泡絲。該裝置還可以再包括一個反應罐，兩個反應罐之間通過串聯的方式聯接在一起。該裝置可以集現有其他污泥消化技術為一體，可以同時實現傳統污泥好氧厭氧消化、缺氧/好氧消化、自熱高溫好氧消化、兩段高溫好氧/中溫厭氧消化的功能，解決了消化過程中的泡沫問題，提高了反應速度和效率。
文檔編號C02F11/02GK101020594SQ200610124008
公開日2007年8月22日 申請日期2006年12月1日 優先權日2006年12月1日
發明者黃少斌, 張崢嶸 申請人:華南理工大學