專利名稱：厭氧消化污泥的脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及污泥處理領(lǐng)域，如完全或部分生物污泥的處理。更具體的，本發(fā)明 涉及一種污泥如完全或部分生物污泥的處理方法。
背景技術(shù)：
污泥是一種從例如用于制備沼氣的沼氣池中得到的副產(chǎn)物，主要由不易消化的生 物質(zhì)組成。在消化過程中，易消化的碳轉(zhuǎn)化成可用作生物能的甲烷氣體，并降低了進入物料 的體積。從污泥中分離、純化及回收利用水的原因可有很多，這依賴于在消化之后如何處 理污泥，得到水的過程，以及運輸和儲存的費用等。在某些過程中，水從污泥中分離出來，以 便在消化過程中再循環(huán)。這種再循環(huán)的水叫做補充水(make-up water) 0對污泥進行脫水 的其他原因可能是為了獲得較高濃度的污泥，從而具有較高的營養(yǎng)價值，以便提高儲存、運 輸和散布的經(jīng)濟性。脫水得到的水需要凈化到足夠的程度，才能夠?qū)⑵渑欧诺浇邮掌?污 水系統(tǒng)(sewage system)中。本領(lǐng)域眾所周知，在消化之前水解污泥會增加甲烷的產(chǎn)量，這是由于難以分解的 有機分子和分子復(fù)合物被降解為了更小從而更容易被例如細菌分解的小分子。污泥能夠 在加入強酸降低PH值、加熱污泥或酸處理與加熱共同作用下進行水解。消化后的生物污 泥含有懸浮物、溶解的磷和氮、以及有機碳化合物。傳統(tǒng)的在帶式壓濾機(screen band presses)或離心機中污泥的脫水方法得到懸浮物含量非常高的水，特別是如果污泥在消化 之前已經(jīng)被熱水解的話。甚至添加大量作為助濾劑的聚合物也只能使水的質(zhì)量略有改善。 加入聚合物與三價鐵或聚合物與石灰的組合，或聚合物、三價鐵和石灰的組合能夠改善水 的質(zhì)量，但是其價格昂貴而且會大大增加污泥的量，因此是不適宜的。在使用再循環(huán)補充水的過程中，重要的是補充水是足夠純凈的，以防止不易消化 成分的累積。以目前的技術(shù)水平，一個共同的問題是，如果水不夠純凈，相比于可應(yīng)用生物 質(zhì)的量而言，再循環(huán)的不易消化的成分將占據(jù)越來越多的空間，從而降低這一過程的有效 性和有利性。特別是懸浮形式的污染物在生物凈化中會導(dǎo)致問題，因為含有有機碳的微粒通 過傳統(tǒng)的技術(shù)往往不能被分開，從而會導(dǎo)致處理后的出水中的碳需氧量(carbon oxygen demand, COD)大大增加。另外，補充水的回流可能會導(dǎo)致其他物質(zhì)的累積，如氯和氨，如果 其存在的濃度過高可能會干擾消化過程。在另一同樣可能的過程中，水從污泥中分離出來，繼而排放到接收器/污水系統(tǒng) 中，而不循環(huán)使用。傳統(tǒng)的技術(shù)，例如上面提到的，分離出來再循環(huán)使用或排放到污水處理系統(tǒng)的水 會被嚴重地污染并需要后續(xù)的凈化。使用傳統(tǒng)技術(shù)凈化這種方式也可能導(dǎo)致問題，因為，在特殊情況下，傳統(tǒng)技術(shù)不足 以避免消化過程提取的水在回收利用過程中，不易消化物質(zhì)的再循環(huán)以及累積。
通過傳統(tǒng)的脫水方法分離得到的消化污泥也會有致病細菌和病毒。這些病原體， 例如當把污泥作為肥料時，可能會導(dǎo)致生命體生病或損傷。在一些情況下，在消化之前對污 泥進行無害化(hygienizing)處理，但常規(guī)方法可能不足以完全去除所有的病原體。在消 化過程中(通常在約40至60°C的溫度進行)，這些病原體可能會繁殖。無論從投資還是操 作的角度來看，根據(jù)本領(lǐng)域進行加熱無害化處理都是昂貴的。W003/0997^描述了一種在高溫下對化學(xué)污泥，例如含有氫氧化鐵或氫氧化鋁的 污泥，進行超濾或微濾的處理方法。然而，該文獻只考慮通過初始酸化污泥回收污泥中的鐵 或鋁，而沒有考慮提高生物污泥中沼氣的產(chǎn)量。事實上，由于低PH值阻礙了消化過程，初始 酸化使得這種方法不適合消化污泥。因此，改進沼氣池中污泥的處理方法，特別是一種涉及在生產(chǎn)沼氣的過程中水的 回收和/或排放到收集器/污水處理系統(tǒng)的污泥脫水方法，其改善了污泥的性質(zhì)，改善了水 解作用，以及更加有效和更加便宜的對污泥進行無害化處理。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明設(shè)法更好的緩解、減輕或消除一個或多個上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和單 一的或任意組合的不足，并通過提供一種污泥處理方法解決至少上述問題，其包括提升污 泥的溫度；使用一個或多個超濾(UF)和/或微濾(MF)單元對污泥進行過濾，從而獲得截留 液(concentrate)和透過液(permeate)，所述截留液含有基本全部的所述懸浮生物質(zhì)，所 述透過液基本上不含懸浮生物質(zhì)。本發(fā)明的優(yōu)點在從屬權(quán)利要求中進行描述。
在這些或其他方面，本發(fā)明所具有的特點和優(yōu)勢是明顯的，并且通過接下來參考 附圖，對本發(fā)明的實施方式的描述進行闡述，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的工藝示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另外一種實施方式的工藝示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明再另外一種實施方式的工藝示意圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明再另外一種實施方式的部分工藝示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明又一種實施方式的工藝示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明再又一種實施方式的工藝示意圖。
具體實施例方式下面著重介紹本發(fā)明處理污泥的一種實施方式，特別是通過超濾(UF)和/或微濾 (MF)進行污泥脫水的污泥處理方法。任何只有UF單元的組合、任何只有微濾單元的組合 或者任何超濾單元結(jié)合微濾單元的組合都可用于本發(fā)明范圍內(nèi)。然而，優(yōu)選單獨使用超濾。 超濾單元可串聯(lián)和/或并聯(lián)設(shè)置。通常情況下，比如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法，超濾的工作溫度遠低于100°C，如從20到 50°C。在此溫度范圍內(nèi)，污泥是粘性的，其中的細胞、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子的含量導(dǎo)致流量 低和污染風(fēng)險高。這意味著，這一過程必須在低壓力下運行，需要經(jīng)常清洗設(shè)備以及頻繁地
4更換膜來避免出現(xiàn)問題。傳統(tǒng)的超濾技術(shù)還需要打開通道使其起作用，這也使得這一過程 效率低。根據(jù)本發(fā)明的超濾在高溫度下運行，從而使得污泥的粘度低并具有良好的過濾性 能，即使在進入的污泥中生物質(zhì)濃度高也能實現(xiàn)流量高和污染風(fēng)險低。高溫使得細胞壁破 裂、蛋白質(zhì)凝固以及大分子分解。在超濾步驟或根據(jù)本發(fā)明實施方式的步驟中形成的熱量也可能會與進入的污泥 進行有益的熱交換。即使考慮到在很多情況下超濾本身是一個需要能量的過程，用超濾技 術(shù)也可以節(jié)省大量的能量。所加入的大約80至90%的電能可被回收。加入的熱能部分有 助于增加流動和干物質(zhì)(DS)的含量，以及部分用于消毒和蛋白質(zhì)的凝固。在本發(fā)明的實施 方式中，用于超濾的污泥的溫度可以在100至250°C之間，優(yōu)選在100至200°C之間，例如在 120至170°C之間。高溫過濾污泥的方法使?jié)饪s高容量和高純度的污泥成為可能，并且沒有引起阻塞 以及高成本的維護和清潔問題，因此，相比現(xiàn)有技術(shù)也具有優(yōu)勢。在高溫下，它也可以使用 較小的通道，從而在設(shè)備中獲得比傳統(tǒng)的超濾技術(shù)更高的效率。歸功于由高溫帶來的特性，能夠獲得高的干物質(zhì)含量。截留液中的干物質(zhì)含量與 最先進技術(shù)得到的含量是一致的，但是卻沒有添加混凝劑助劑。污泥的超濾或微濾分離了全部的懸浮物，這不同于在廢棄的水中含有大量的懸浮 物的最先進技術(shù)。此外，超濾分離了較大的有機分子。全部懸浮物的分離使得水中可能含有大量的有機碳，如果隨后需要對分離得到的 水相進行純化的話，這反過來給處理降低了成本以及簡化了純化過程。此外，在水進行再循環(huán)的情況下，不會有不易消化的懸浮物再進入沼氣池。這可能 會得到更高的過程效率。此外，通過在過濾過程中進行高溫水解使得污泥中部分不易消化 的物質(zhì)變得容易消化，此時，小分子化合物將穿過超濾并從補充水中作為易消化的物質(zhì)被 回收，消化過程的效率可能會提高。相比目前使用的系統(tǒng)，這可能會在極大的增加使用循環(huán) 水的現(xiàn)有設(shè)備的容納能力，循環(huán)水無需充分的凈化。此外，當水從污泥中分離和再循環(huán)時，污泥的水解也可以提高效率。如果污泥在消化之前不被水解，在脫水和再循環(huán)補充水時水解，能夠大幅度提高 過程效率，所述再循環(huán)補充水含有已降解的、易消化的生物質(zhì)。使用當前最先進的技術(shù)是不 能實現(xiàn)這種效率的。過程熱也可以用于污泥的無害化，優(yōu)選當將污泥作為肥料時進行。由于污泥在過 濾時被加熱到100°c以上，這實現(xiàn)了脫水污泥的全面消毒。與當前最先進的技術(shù)方法相比， 這可能會顯著的改善衛(wèi)生?；蛘?，即使消化之前，過程中的熱能也可在無害化時回收，從而 節(jié)省能源。根據(jù)一種實施方式，描述了消化污泥的處理系統(tǒng)，其中污泥在高溫下進行超濾或 微濾，得到不含有懸浮物的透過液，和不含細菌和病毒的截留液。脫水過程中分離的水可以在消化過程中循環(huán)使用或純化之后排放，或結(jié)合循環(huán)和 排放。如果消化污泥中DS的含量約為3-7%以上時，取決于其組分，使用傳統(tǒng)的預(yù)脫水步驟 可能具有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。預(yù)脫水中得到的廢棄的水通?？赡芎屑s2-5%的DS，其可用于 根據(jù)本發(fā)明一些實施方式中。但是，這個系統(tǒng)的缺點是并非所有的污泥都是經(jīng)過消毒的。無論是對生物消化污泥進行超濾還是微濾，都不能完全分離所溶解的有機物質(zhì)，因此透過液的進一步純化往往是必要的。進一步生物純化的可選辦法是把超濾或微濾濾液 進行納濾(nano filtration,NF)或反滲透(reversibleosmosis,R0) 納濾將分離所有大 于約200-400道爾頓的有機分子和大部分的多價離子，而單價離子，如銨、氯，將透過膜。反 滲透將分離絕大部分有機分子和90至95%的可溶鹽。最常見的和便宜的納濾和反滲透膜 是卷式膜(spiral wound membranes)。能夠使用這類膜的先決條件是處理后的液體不含有 懸浮物。與傳統(tǒng)設(shè)備中的廢棄水相比，經(jīng)過超濾或微濾過濾的液體滿足這一要求。然而，超濾或微濾在常規(guī)低溫下進行時，透過液仍然含有溶解的蛋白質(zhì)。這些蛋白 質(zhì)會導(dǎo)致納濾膜和反滲透膜的污染。這意味著膜需要經(jīng)常清洗，而膜還很難清洗。因此，使 用反滲透或納濾對超濾或微濾透過液進行后處理將變得復(fù)雜和不經(jīng)濟。根據(jù)本發(fā)明的一些 實施方式，當生物消化污泥在高溫下進行超濾或微濾時，污泥中的蛋白質(zhì)凝固并被分離。不 含蛋白質(zhì)的透過液使得使用納濾或反滲透進行后處理成為可能。使用納濾或反滲透對超濾或微濾透過液進行后處理提供了新的分離鹽的時機，例 如從有機相中分離銨鹽。通過反滲透純化，銨鹽和鹽可以從超濾透過液中分離，并且可以避 免重新循環(huán)的補充水中污染物的積累。通過納濾純化，銨鹽和氯化物將從剩余的有機質(zhì)中 分離。有機質(zhì)在超濾水解之后大量消化，可以全部或部分在消化過程中再循環(huán)，并且納濾的 透過液可通過例如分離(stripping)純化去除氨。因為大部分的隔離(buffering)有機質(zhì) 的部分已被丟棄，使得氨純化可以有效執(zhí)行。如果希望排放到污水(sewage)中，使用納濾/反滲透凈化步驟意味著隨后的凈化 可以更便宜和更有效地進行。根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方式，污泥，例如全部或部分由生物懸浮物組成的污泥 按照圖1所示的流程圖進行處理。污泥的PH值是中性或堿性的。泵111將進入的污泥流 110泵送進系統(tǒng)，并將系統(tǒng)中所有部分的壓力提升到超過在特定工作溫度下水的蒸汽壓。如 果輸入的污泥流110被細分為若干支流(part stream)，泵111也可以被多個泵代替以便能 夠分別調(diào)節(jié)壓力。添加到循環(huán)泵中的電能大幅轉(zhuǎn)換成熱能，可用于加熱污泥和熱水解。加 壓的污泥流可以分布到第一換熱器112和第二換熱器113中。在第一換熱器112中，污泥 分別與從第一超濾單元115、第二超濾單元116和第三超濾單元117中排出的熱超濾透過液 流122進行熱交換。在第二個換熱器113中，污泥分別與從第一超濾單元115、第二超濾單 元116和第三超濾單元117中排出的熱超濾截留液流123進行熱交換。當然，第一、第二和第三超濾單元115、116和117可能由一個超濾單元或其他超濾 和/或微濾單元的組合所代替，例如如下文所述的并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的超濾單元。為了最大化的回收熱量，進入的污泥流量可以分別按照例如透過液和截留液流量 的比例進行分配。熱交換之后，可以補充熱能114以彌補系統(tǒng)可能的熱損失。該熱能114 的實例可以是熱流的加入。此后，經(jīng)過加熱的污泥通過超濾(UF)和/或微濾進行處理。在 這個實施例中，第一、第二和第三超濾單元115、116和117是串聯(lián)連接的。第一、第二和第 三超濾泵118、119和120分別泵送污泥通過第一、第二和第三超濾單元115、116和117。為了運轉(zhuǎn)超濾單元，污泥用一個或多個加壓泵提升壓力，其效果將在下文中更詳 細的描述。壓力優(yōu)選超過或等于每一個超濾單元中水的蒸汽壓。為了盡可能防止膜表面的 污染，優(yōu)選以高流速通過膜的通道。第一、第二和第三超濾泵118、119和120可以有明顯超過泵111的容量。在每個超濾單元中，都有透過液流的輸出，據(jù)此，污泥中懸浮物的濃度，如生物懸浮物，在截留液流 中會增加。截留液流可以在膜中重新循環(huán)而部分轉(zhuǎn)移到下一個膜處理步驟中，如圖1所示。 因此，在本發(fā)明的一種實施方式中，污泥的截留液流可以在每一個超濾步驟中擠壓回收。水解污泥的啟動部分取決于污泥的停留時間，部分取決于工作溫度。污泥的水解 可能已經(jīng)在超濾步驟，例如超濾單元中啟動，這取決于該處產(chǎn)生的熱量以及加入的熱量。根 據(jù)圖3所示的本發(fā)明的另外一種實施方式中，在其中一個特定的超濾步驟中放置一個容器 121以進一步誘導(dǎo)水解。截留液流從最后一個超濾步驟出來之后，導(dǎo)入到容器121中。在容 器121中熱的污泥截留液能夠獲得足夠的停留時間以實現(xiàn)最佳的水解。與此同時，污泥可 在容器121中保持高溫，也可以實現(xiàn)最佳的水解。這樣優(yōu)選保留時間在15至60分鐘之間， 溫度在100至250°C之間，進一步優(yōu)選在100至200°C之間，例如在140至165°C之間。從超 濾單元或第一換熱器112中排出的超濾透過液流IM可以如直接作為含有碳源的補充水或 進一步處理后排放，而從超濾單元、容器121或第二換熱器113排出的超濾截留液流125可 用作肥料。至此，已經(jīng)描述了一個沼氣生產(chǎn)裝置中污泥處理方法的實施方式，所述污泥至少 部分含有懸浮生物質(zhì)。在這個方法中污泥的溫度被提升，在污泥通過一個或多個超濾裝置 和/或微過濾裝置過濾之后，得到了截留液和透過液，所述截留液含有基本全部的所述生 物質(zhì)，而所述透過液基本上不含懸浮生物質(zhì)。過濾器的結(jié)構(gòu)、操作壓力、操作溫度、膜材料、膜特性、可透性膜壓和給料的流速為 用來表征超濾的參數(shù)。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式中，該方法可使用一個或多個超濾單元 和/或微濾單元，如超濾膜。更具體地說，在本發(fā)明的一種實施方式中，超濾膜串聯(lián)連接。在 本發(fā)明的另一種實施方式中，超濾膜并聯(lián)連接。在本發(fā)明的又一種實施方式中，超濾膜既串 聯(lián)連接又并聯(lián)連接。在根據(jù)本發(fā)明的另外一種實施方式中，上面提到的一個或多個超濾膜 可由一個或多個微濾膜替換。為了運行超濾單元，污泥通過一個或多個加壓泵加壓直到達到目標壓力。壓力可 以通過多個泵分別加壓，例如在每個超濾單元之前都有一個泵，這相較于泵組更有利。此 外，如果一臺泵發(fā)生故障，其他泵可彌補泵容量的下降，使得至少部分超濾單元和/或微濾 單元能夠滿足實現(xiàn)所需過濾效果的要求。在本發(fā)明的一種實施方式中，這種壓力超過或等 于超濾單元每一個階段的蒸汽壓。為了盡可能防止對膜表面的污染，優(yōu)選以高流速通過膜 通道，例如6m/s。在本發(fā)明的一種實施方式中，通過膜通道的流速大約是5m/s。流量部分 依賴于可透性膜壓。只有高于^ar的壓力，才能使流量得到適當?shù)脑黾?，但同時也會增加 粒子穿透過濾膜有效部位的風(fēng)險。因此，可透性膜壓優(yōu)選在2至^ar之間。在本發(fā)明的一 種實施方式中，平均可透性膜壓約為:3bar。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，通過與例如從超濾單元中排出的熱超濾 透過液和截留液進行熱交換來加熱污泥。這樣做是為了獲得理想的操作溫度。熱交換意味 著大部分加入到超濾的熱量可循環(huán)使用。為了彌補系統(tǒng)的熱損失，也可以向污泥中補充能量。在本發(fā)明的一種實施方式中，這種能量的加入為注入熱能114，例如熱蒸汽。當污 泥達到接下來超濾所需要的工作溫度之后，污泥可以進行一個或多個超濾步驟。
超濾單元和/或微過濾單元所使用的膜應(yīng)能夠承受所產(chǎn)生的熱和壓力。合適的能 夠滿足這些要求的膜是陶瓷膜。在每一個過濾步驟中，都會產(chǎn)生透過液，這意味著污泥(截留液)經(jīng)過每一個過濾 步驟后干物質(zhì)的含量越來越高。在一種實施方式中，在設(shè)定流量的情況下，每個超濾步驟和 多個超濾步驟的超濾膜表面要在一定程度上適應(yīng)所要處理的污泥的總量以及一定程度上 要適應(yīng)最后一個超濾步驟所期望得到的干物質(zhì)的量。在高溫下超濾所得到的干物質(zhì)的量能 夠與傳統(tǒng)脫水設(shè)備所得到的相當，例如10至20%。污泥中大于膜的截留的懸浮物和分子無 法通過膜。這使得使用超濾和/或微濾進行污染物的分離優(yōu)于只用離心機分離。截留不僅 構(gòu)成了基于分子量進行分離的清晰邊界，而且還基于分子的形狀。穿過膜，并且在透過液中 發(fā)現(xiàn)的有機分子與截留液中的相比分子量相對低。正因為如此，在透過液中含有的有機質(zhì) 是易于生物分解的。因此，透過液可作為污水處理工程中的碳源，用于在部分凈化過程中減 少氮源，或在再循環(huán)補充水中作為易消化的碳源。由于沒有較大的懸浮物或分子通過膜，因 此透過液比傳統(tǒng)的脫水設(shè)備排出的水更清潔。在本發(fā)明的一種實施方式中，膜的截留優(yōu)選 是 5-500kD。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，如上所述，在使用超濾濃縮之后的熱超濾截留液流 123導(dǎo)入到反應(yīng)容器中并維持一段保留時間。污泥總的保留時間(包括超濾中的保留時間) 隨溫度在15到60分鐘內(nèi)變化。在本發(fā)明的一種實施方式中，在165°C時30分鐘的保留時 間得到良好的熱水解。在反應(yīng)容器中的保留時間后，在導(dǎo)入到緩沖罐中儲存之前，水解后的 污泥可以與進入的冷污泥支流進行熱交換。然后儲存的污泥可被使用，例如作為肥料。根據(jù)附圖2所示的本發(fā)明的另外一種實施方式，它揭示了從超濾單元中排出的透 過液中的磷是如何再循環(huán)的?？砂凑障旅娴姆匠淌綇奈勰嘀刑崛×譓ePO4 (s)+3H+ — Me3++3H++P043+其中Me表示可供選擇的金屬離子。在這個實施方式中，可以加入硫酸使污泥酸化。其他酸同樣也可以用于本發(fā)明。酸 化可以在第一個超濾步驟之前進行。在這種情況下，所有污泥和透過液都將被酸化。優(yōu)選 將PH值降到1至2之間。如果污泥有較大的緩沖能力，為了降低pH值將增加硫酸的用量。為此，在本發(fā)明的另一種實施方式中，如果超濾單元是串聯(lián)設(shè)置的，將在第一個超 濾單元之后的某個超濾單元之前酸化污泥，而不是在第一個超濾單元之前。將要酸化的污 泥總量會減少，因此硫酸的消耗量也如此。此外，非酸化的透過液如果與酸化的透過液混合 將有助于提高PH值。從而可能有助于在隨后提高透過液的pH值時減少堿的需求量。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，為了增加保留時間和保證令人滿意的溶解污泥中的 金屬磷酸鹽和/或提高污泥的水解，容器121是最后一個超濾步驟的一部分，而不是在最后 一個超濾步驟之后，如圖3所示。在污泥通過超濾和反應(yīng)容器之后，使其與進入的污泥進 行熱交換，流出的濃縮污泥可以用合適的堿中和。合適的堿例如可選自堿液(Iye)/鹼水 (caustic liquor)、石灰、純堿、氧化鎂/鎂氧(magnesia)所組成的組。優(yōu)選使用的堿能夠 優(yōu)化隨后作為肥料的污泥的成分。通過加入合適的堿使得酸化的透過液的PH值提高至3 左右。這種合適的堿例如可以是NaOH (氫氧化鈉)，但在不背離本發(fā)明精神的情況下也可以 使用其他合適的堿。在此之前，透過液通過與進入的冷污泥(例如輸送到超濾單元中的污 泥)進行熱交換來冷卻。在提高酸化透過液的PH值之后或之前，添加化學(xué)凝固劑。
一種合適的化學(xué)凝固劑是三價鐵鹽。在pH值約為3時，微溶的磷酸鐵會形成沉淀。 磷酸鐵沉淀通過例如沉降、過濾或離心進行分離。由于在PH為3時不能形成重金屬的共沉 淀，因此從透過液中得到的磷酸鐵沉淀比未經(jīng)處理的污泥得到的沉淀每千克磷酸鹽所含的 重金屬的量更少。根據(jù)本發(fā)明另一種實施方式，熱超濾截留液流123導(dǎo)入到閃蒸罐410中，例如如圖 4所示。閃蒸罐410可提供超壓。超壓可以是，例如0.1至0. ^ar,即該閃蒸罐410中的壓 力是1. 1至1. 5bar。由于熱超濾截留液流123的壓力遠高于1. 1至1. 5bar，如3_8bar，因 此當熱超濾截留液流進入到閃蒸罐410時會釋放出水蒸汽411。閃蒸罐410中的污泥水平 可基本保持不變，這樣，閃蒸罐污泥截留液流412可以從閃蒸罐410底部抽出而閃蒸罐水蒸 氣流411可以從閃蒸罐410的頂部抽出。污泥截留液流412屆時可導(dǎo)入緩沖罐儲存。儲存 的污泥截留液可被使用，如用作肥料。閃蒸罐水蒸汽流411可導(dǎo)出從而與進入的污泥流110 混合。根據(jù)圖4所示的一種實施方式中，泵111被設(shè)置在每一個進入污泥流110的支流的 所在位置的兩臺泵Illa和Illb所取代。閃蒸罐水蒸汽流411與進入的污泥流110可在泵 Illb的吸入端進行混合。根據(jù)另一種實施方式，所述的混合也可通過簡單調(diào)整泵111從而 代替第二換熱器113完成。所有進入的污泥流110可以導(dǎo)入第一換熱器112中與熱超濾透 過液流122進行熱交換，或者只有部分進入的污泥110在第一換熱器112中進行熱交換。這 樣，水蒸汽流411可以加熱進入的污泥流110或部分進入的污泥流110。根據(jù)圖4所示的實 施方式，顯示了一個裝置的實施例，其中，水蒸汽流411加熱部分進入的污泥流110以及部 分進入的污泥流110在第一換熱器112中進行熱交換。根據(jù)圖5所示的實施方式，進入的污泥500導(dǎo)入到沼氣池510中。消化后的污泥 511進行過濾512。過濾512可以如前述任何一個實施方式所述。過濾的截留液513被丟 棄和應(yīng)用，例如作為肥料使用。過濾的透過液可重新循環(huán)514或?qū)牒筇幚?15。后處理 515可以是納濾或反滲透，或是納濾和反滲透的組合。后處理的截留液516可進一步處理和 /或排放。也可以重新循環(huán)517。后處理的透過液可排出/進一步處理518或再循環(huán)519。 再循環(huán)的過濾透過液514、再循環(huán)的后處理截留液517和/或再循環(huán)的后處理透過液519導(dǎo) 入到補充水水箱520中。從那里它被添加521到進入的污泥500中。在一種實施方式中， 所述的后處理515是納濾，進一步的處理518是去除氨。根據(jù)圖6所示的一種實施方式中，沒有進行透過液/濾液的再循環(huán)。所有進一步 的處理透過液就是丟棄518，例如排入污水或收集器中。上述實施方式將在接下來的實施例中進行舉例說明，但實施例并非限制性的實施例1根據(jù)圖1所示的本發(fā)明的一種實施方式，說明根據(jù)本發(fā)明的污泥脫水和水解的裝 置的一個示例。將pH值在大約5-9之間的污泥流110通過泵111泵入系統(tǒng)并加壓，使系統(tǒng)的所有 部件中的壓力都超過水在特定工作溫度下的蒸汽壓。加壓后的進入污泥流110分布到第一 換熱器112和第二換熱器113中。在第一換熱器112中，污泥與外圍的熱超濾透過液流122 進行熱交換，在第二換熱器113中，污泥與外圍的熱超濾截留液流123進行熱交換。為了回 收最多的熱量，進入的污泥流量可以按照例如透過液和截留液流量的比例進行分配。經(jīng)過 熱交換，增加熱能114以補償系統(tǒng)的熱量損耗，例如補充熱蒸汽。此后，加熱后的污泥用超濾(UF)進行處理。在這個實施例中，三個超濾步驟115、116和117串聯(lián)連接。超濾泵118、 119和120泵入污泥使其分別通過一個超濾。超濾泵118、119和120相比于泵111具有更 顯著的大容量。每個超濾步驟都有一個透過液的輸出，污泥在截留液中濃縮然后部分在膜 上再循環(huán)，以及部分進入下一個膜處理步驟。外圍的冷超濾透過液流1 可作為含有碳源 的補充水或為了外圍的冷超濾截留液125的排放做進一步處理使其可作為肥料使用。實施例2圖2和圖3闡明了本發(fā)明更多的實施方式，其描述了根據(jù)本發(fā)明另外一種包含回 收磷組分的用于污泥脫水和水解的裝置?；驹O(shè)置與實施例1相同。在第一個超濾步驟115、第二個超濾步驟116和/或 第三個超濾步驟117之前，硫酸211可被添加到污泥中以降低pH值。結(jié)果，結(jié)合的磷酸鹽 (PO43O從污泥/截留液中游離出來。游離出來的磷酸鹽通過超濾膜115、116、117并能夠在 超濾透過液流122中找到。超濾透過液流122在第一換熱器112中被冷卻之后，添加化學(xué) 凝固劑212。這種化學(xué)凝固劑的一個實例是狗3+，例如氯化鐵。在添加所述化學(xué)凝固劑之前 或之后，PH值可通過添加堿213從而有所調(diào)整，例如堿液?；瘜W(xué)凝固劑和/或堿的添加可在 第二容器214中發(fā)生。或者，化學(xué)凝固劑和/或堿可在所述第二容器214之前，在超濾透過 液流122到第二容器214之間的導(dǎo)管中添加。優(yōu)選的，所述第二容器214還有攪拌器。將 會形成微溶的磷酸鐵沉淀。沉淀可在例如沉降池215中分離，其中清澈的水相216從磷酸 鐵沉淀217中分離。源于沉降池215的清澈水相216可進一步中和或與碳源一起作為補充 水。外圍的冷超濾截留液流218在第二換熱器113冷卻之后被中和以及減壓。為了確 保最大量的磷酸鹽沉淀變成離子形式，容器121可整合進最后一個超濾步驟，即增加了用 于生產(chǎn)透過液的保留時間。容器121放置在第三超濾117的循環(huán)內(nèi)，如圖3所示。實施例3根據(jù)圖5所示的一種實施方式，進入的污泥500導(dǎo)入到可被消化形成例如沼氣的 沼氣池510中。消化后的污泥511進行過濾512。過濾512可以依據(jù)前述任何一個實施例。 過濾的截留液513被排出和使用，例如可作為肥料使用。過濾的透過液可重新循環(huán)514或 導(dǎo)入后處理515。后處理515可以是納濾或反滲透，或是納濾和反滲透的組合。后處理的截 留液516可進一步處理和/或排出。在后處理515是納濾的情況下，后處理的截留液516 是多價鹽類和有機質(zhì)。在后處理515是反滲透的情況下，后處理的截留液516是氨、鹽類和 有機質(zhì)。后處理的截留液也可以再循環(huán)517。后處理的透過液可排出/進一步處理518或 再循環(huán)519。再循環(huán)的濾液透過液514，再循環(huán)的后處理截留液517和/或再循環(huán)的后處理 透過液519導(dǎo)入補充水水箱520。在那里，被添加521到進入的污泥500中。在一種實施方 式中，其中，后處理515是納濾，進一步處理518是去除氨，例如通過分離或氣體輸送膜，這 是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了以上用于參考的特定的技術(shù)方案，但是，在此闡述的目的 不是要限制本發(fā)明的具體形式。相反，本發(fā)明僅通過附隨的權(quán)利要求進行限定，附加的權(quán)利 要求的范圍還包括除上述具體實施方式
以外其它可能的等同方案，例如上面描述的設(shè)備的 不同設(shè)置。在權(quán)利要求中，詞語“含有/含有”不排除其他單元或步驟的存在。此外，雖然個
10別特征可能會在不同的權(quán)利要求中，但這些可以有利地結(jié)合，并且不同權(quán)利要求中的內(nèi)容 并不意味著特征的組合是不可行和/或沒有利的。此外，提及的單數(shù)形式并不排除復(fù)數(shù)形 式。術(shù)語“一”，“一”，“第一”，“第二”等不排除復(fù)數(shù)形式。權(quán)利要求中的附圖標記只是提供 一個明確的例子，不得被視為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種處理沼氣生產(chǎn)裝置中的污泥的方法，所述污泥至少含有部分懸浮生物質(zhì)，其特 征在于，將污泥的溫度提升到100至250°C的溫度之間，通過一個或多個超濾和/或微濾單 元過濾污泥，從而得到截留液和透過液，所述截留液含有基本全部的所述懸浮生物質(zhì)，而所 述透過液基本上不含懸浮生物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括設(shè)置至少兩個串聯(lián)和/或并聯(lián)的超 濾和/或微濾單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該方法還包括從超濾和/或微濾單元中回收 利用污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該方法還包括使用納濾和/或反滲透對透過 液進行后處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述的方法，其中，該方法還包括從納濾的透過液中純化氨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，超濾和/或微濾的膜是陶瓷膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該方法還包括在通過一個或多個超濾和/或 微濾單元過濾污泥之前，為所述污泥補充能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該方法還包括在提升所述污泥的壓力之前或 之后，使所述透過液和所述污泥進行熱交換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該方法還包括加熱截留液以增加水解。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述加熱在10至120分鐘的時間內(nèi)完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、7、8或10所述的方法，其中，該方法還包括在提升所述污泥的壓 力之前或之后，使所述截留液和所述污泥進行熱交換。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使所述截留液的壓力降低，由此水蒸汽從所述 截留液中釋放。
全文摘要
提供了一種處理沼氣生產(chǎn)裝置中的污泥的方法，所述污泥至少含有部分懸浮生物質(zhì)。所述方法包括提升污泥溫度的步驟；通過一個或多個超濾和/或微濾單元過濾污泥，從而得到截留液和透過液，所述截留液含有基本全部的所述懸浮生物質(zhì)，而所述透過液基本上不含懸浮生物質(zhì)。
文檔編號C02F11/12GK102076617SQ200980124200
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者A·斯文松, A·阿道夫森, J·卡斯滕松 申請人:默卡特斯工程公司