一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统的制作方法

本实用新型属于污水处理领域，涉及污泥预处理，具体涉及一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统。

背景技术：

污泥热水解是一种污泥预处理方式，其原理是通过在压力容器中加热加压，使得污泥中的微生物絮体解散、细胞破裂、有机质水解，降低黏性污泥的固体颗粒对水的束缚作用，从根本上改变污泥的水分分布特征，胞内水、毛细吸附水和表面吸附水大量析出，使得污泥中更多水分达到机械脱水要求，从而改善污泥的脱水性能。同时，细胞中的大分子有机质释放并水解成小分子物质，由固相转移至液相，提高污泥的厌氧消化性能。最终实现污泥的稳定化、减量化、无害化、能源化。

污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的极其复杂的非均质体。为保证污泥厌氧消化、干化等后续处理系统的高效运行，实现污泥的稳定化和无害化，合理的预处理技术势在必行。

污泥热水解技术作为污泥厌氧消化主要的预处理技术之一，能够使污泥的胶体结构和毛细结构破坏，污泥细胞破碎，细胞内的结合水以及吸附在细胞表面的水分释放出来变成自由水，提高污泥的流体性能，便于输送，大大改善了污泥的沉降性能和脱水性能；细胞内有机质得以释放，大分子有机物进一步水解成小分子物质，有利于有机物自固相转移到液相，降低固相有机物比率，有利于固相物质的稳定化及最终处理处置，为后续污泥有机质降解及脱水处理提供有利条件。已在实际工程中得到了广泛应用。

从运行方式上污泥热水解装置分为续批式和连续式，目前应用最广泛的是续批式污泥热水解装置。续批式污泥热水解过程一般为：将一定量的污泥装入热水解罐中，在高温、高压下保持一定时间，使污泥热水解完成后再将污泥排出，并输送到下一个处理环节。这种方式操作繁琐、能源消耗高、处理效率低，投资与运行成本均较高，不利于污泥热水解工艺的大规模应用。

现有技术中公开了一种防堵塞的污泥连续热水解系统，该系统通过将部分氧化技术、中间介质回热耦合连续热水解系统，保证换热器壳侧只流通干净流体，避免污泥输运方向频繁变化。通过研磨泵对进料污泥进行破碎研磨，防止污泥颗粒团聚板结，同时采用多级梯度利用系统热量，并采用厌氧生化产沼气技术，对污泥压滤液进行资源化利用，同时部分污泥压滤液换热后回流工艺前段对污泥进行降粘，避免使用新鲜软化水，在提高系统热回用效率的同时，降低了系统资源消耗，有效提升系统的经济性。该系统虽然可以实现污泥的连续热水解。但是该系统有两个缺陷：一是污泥热水解流程较短，热水解不充分；二是蒸汽等能源没有充分回收利用，增加了污泥热水解的成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统，解决现有技术中的污泥热水解处理效率低、热水解不充分导致最终的脱水泥饼含水率高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统，该系统包括污泥料仓，污泥料仓的出料口与研磨泵相连，研磨泵与逐级升温升压单元中的浆化罐的进料口相连，逐级升温升压单元中的水解罐的出料口与多级闪蒸单元的进料口相连；

所述的逐级升温升压单元包括依次相连的浆化罐、预热罐和水解罐；

所述的多级闪蒸单元包括多个依次相连的闪蒸罐；

所述的水解罐还与蒸汽锅炉相连；

所述的多级闪蒸单元的出料口与换热器的进料口相连，换热器的出料口与自动压滤系统的进料口相连，自动压滤系统的出料口输出脱水泥饼。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的自动压滤系统的出液口与污泥压滤液收集罐相连，污泥压滤液收集罐通过离心泵与换热器的污泥压滤液进液口相连，用于部分回收污泥压滤液。

所述的多级闪蒸单元包括依次相连的一闪闪蒸罐、二闪闪蒸罐和三闪闪蒸罐，水解罐的出料口与一闪闪蒸罐的进料口相连，三闪闪蒸罐的出料口与换热器的进料口相连。

所述的换热器的污泥压滤液出液口与安装在三闪闪蒸罐内的三闪换热器相连，三闪换热器通过三闪换热管与污泥料仓连通；所述的二闪闪蒸罐通过二闪蒸汽回收管与浆化罐连通；所述的一闪闪蒸罐通过一闪蒸汽回收管与预热罐连通。

所述的污泥料仓与研磨泵之间设置有第一螺杆泵；所述的浆化罐与预热罐之间设置有第二螺杆泵；所述的预热罐与水解罐之间设置有第三螺杆泵。

本实用新型还给出一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解工艺，该工艺采用如上所述的能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统；

所述的逐级升温升压单元中，浆化罐中的温度提高到85～90℃，压力为常压；预热罐中的温度提高到120～130℃，压力提高到0.2mpa；水解罐中的温度提高到180℃，压力1.0mpa。

所述的逐级升温升压单元中，污泥在浆化罐、预热罐和水解罐中的停留时间均为40min。

所述的污泥料仓中的污泥含水率由80％提高到83％，所述的浆化罐中的污泥含水率由83％提高到85％，预热罐中的污泥含水率由85％提高到86％，水解罐中的污泥含水率由86％提高到87％。

所述的能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统在稳定工作时，污泥料仓中的污泥的温度和含水率完全通过经过换热器和三闪换热器加热后从三闪换热管中回收的污泥压滤液调控；所述的浆化罐中的污泥的温度和含水率完全通过从二闪蒸汽回收管中回收的蒸汽调控；所述的预热罐中的污泥的温度、压力和含水率完全通过从一闪蒸汽回收管中回收的蒸汽调控。

具体的，该方法以含水率80％污泥为热水解对象，以2.5吨/天的处理量计，按照以下步骤进行：

步骤一，将污水处理产生的含水率80％污泥卸入污泥料仓中；启动离心泵，同时启动第一螺杆泵、第二螺杆泵、第三螺杆泵和研磨泵；

步骤二，离心泵将部分污泥压滤液经换热器和三闪闪蒸罐内的三闪换热器加热后通过三闪换热管输入至污泥料仓中，将污泥料仓中的污泥含水率由80％提高到83％，温度提高到30℃，通过第一螺杆泵将污泥泵入研磨泵，实现污泥的均质化；

步骤三，经过均质化后的污泥进入浆化罐，二闪闪蒸罐中的蒸汽通过二闪蒸汽回收管输入至浆化罐中，将浆化罐中的污泥含水率由83％提高到85％，温度提高到85～90℃，常压，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤四，通过第二螺杆泵将污泥从浆化罐泵入预热罐，一闪闪蒸罐中的蒸汽通过一闪蒸汽回收管输入至预热罐中，将预热罐中的污泥含水率由85％提高到86％，温度提高到120～130℃，压力提高到0.2mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤五，通过第三螺杆泵将将污泥从预热罐泵入水解罐，蒸汽锅炉将高温高压蒸汽输入水解罐，将污泥含水率由86％提高到87％，温度提高到180℃，压力1.0mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤六，经过热水解后的污泥由水解罐依次进入一闪闪蒸罐、二闪闪蒸罐和三闪闪蒸罐，实现多级闪蒸，然后输入换热器，经换热器换热降温后输入自动压滤系统，经过自动压滤系统压滤后，产生脱水泥饼和污泥压滤液，所述的脱水泥饼外运，所述的污泥压滤液进入污泥压滤液收集罐，部分污泥压滤液通过离心泵经换热器与三闪闪蒸罐内的三闪换热器泵入污泥料仓中，余下的污泥压滤液外排至污水处理厂处理。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(ⅰ)本实用新型采用污泥逐级升温升压和多级闪蒸相结合的热水解工艺，逐级升温升压单元和多级闪蒸单元之间具有协同作用，逐级升温升压能够使得污泥热水解的程度更加彻底，在水解罐中的污泥更加充分热水解的基础上，多级闪蒸能够使得污泥中的水充分从污泥中析出，从而降低最终的脱水泥饼中的含水率。二者协同，从而充分地提高了污泥热水解程度，为后续处理提供了便利。

(ⅱ)经试验模拟验证，本实用新型的工艺可使得后续脱水泥饼含水率达到50％，相比于现有技术中的后续脱水泥饼含水率60％，本实用新型的工艺使得后续脱水泥饼含水率降低了10％。

(ⅲ)本实用新型通过一、二、三闪闪蒸罐及换热器的能量回收，实现了能量梯级回收充分再利用，极大地降低了运行成本。经试验模拟验证，本实用新型的工艺可使原料蒸汽耗量减少20％，相比于现有技术中的工艺，成本降低至少30％。

(ⅳ)本实用新型的连续式污泥热水解方法，污泥连续进料和出料、制动化程度高、稳定性好，提高了污泥处理效率，降低了运行成本，为污泥热水解技术的大规模工程应用提供了可靠地新途径。

附图说明

图1是能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-污泥料仓，2-研磨泵，3-逐级升温升压单元，4-多级闪蒸单元，5-蒸汽锅炉，6-换热器，7-自动压滤系统，8-污泥压滤液收集罐，9-离心泵，10-三闪换热器，11-三闪换热管，12-二闪蒸汽回收管，13-一闪蒸汽回收管，14-第一螺杆泵，15-第二螺杆泵，16-第三螺杆泵。

301-浆化罐，302-预热罐，303-水解罐；

401-一闪闪蒸罐，402-二闪闪蒸罐，403-三闪闪蒸罐。

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件。自动压滤系统采用本领域常用的已知自动压滤系统。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统，如图1所示，该系统包括污泥料仓1，污泥料仓1的出料口与研磨泵2相连，研磨泵2与逐级升温升压单元3中的浆化罐301的进料口相连，逐级升温升压单元3中的水解罐303的出料口与多级闪蒸单元4的进料口相连；

逐级升温升压单元3包括依次相连的浆化罐301、预热罐302和水解罐303；

多级闪蒸单元4包括多个依次相连的闪蒸罐；

水解罐303还与蒸汽锅炉5相连；

多级闪蒸单元4的出料口与换热器6的进料口相连，换热器6的出料口与自动压滤系统7的进料口相连，自动压滤系统7的出料口输出脱水泥饼。

作为本实施例的一种优选方案，自动压滤系统7的出液口与污泥压滤液收集罐8相连，污泥压滤液收集罐8通过离心泵9与换热器6的污泥压滤液进液口相连，用于部分回收污泥压滤液。

作为本实施例的一种具体方案，多级闪蒸单元4包括依次相连的一闪闪蒸罐401、二闪闪蒸罐402和三闪闪蒸罐403，水解罐303的出料口与一闪闪蒸罐401的进料口相连，三闪闪蒸罐403的出料口与换热器6的进料口相连。

作为本实施例的一种进一步方案，换热器6的污泥压滤液出液口与安装在三闪闪蒸罐403内的三闪换热器10相连，三闪换热器10通过三闪换热管11与污泥料仓1连通；二闪闪蒸罐402通过二闪蒸汽回收管12与浆化罐301连通；一闪闪蒸罐401通过一闪蒸汽回收管13与预热罐302连通。

作为本实施例的一种优选方案，污泥料仓1与研磨泵2之间设置有第一螺杆泵14；浆化罐301与预热罐302之间设置有第二螺杆泵15；预热罐302与水解罐303之间设置有第三螺杆泵16。

实施例2：

本实施例给出一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解工艺，该工艺采用实施例1中给出的能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统；

该工艺中：

逐级升温升压单元3中，浆化罐301中的温度提高到85～90℃，压力为常压；预热罐302中的温度提高到120～130℃，压力提高到0.2mpa；水解罐303中的温度提高到180℃，压力1.0mpa。

逐级升温升压单元3中，污泥在浆化罐301、预热罐302和水解罐303中的停留时间均为40min。

污泥料仓1中的污泥含水率由80％提高到83％，浆化罐301中的污泥含水率由83％提高到85％，预热罐302中的污泥含水率由85％提高到86％，水解罐303中的污泥含水率由86％提高到87％。

能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统在稳定工作时，污泥料仓1中的污泥的温度和含水率完全通过经过换热器6和三闪换热器10加热后从三闪换热管中回收的污泥压滤液调控；浆化罐301中的污泥的温度和含水率完全通过从二闪蒸汽回收管12中回收的蒸汽调控；预热罐302中的污泥的温度、压力和含水率完全通过从一闪蒸汽回收管13中回收的蒸汽调控。

实施例3：

本实施例给出一种能够高效充分热水解的连续污泥热水解工艺，该工艺采用实施例1中给出的能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统；

该方法以含水率80％污泥为热水解对象，以2.5吨/天的处理量计，按照以下步骤进行：

步骤一，将污水处理产生的含水率80％污泥卸入污泥料仓1中；启动离心泵9，同时启动第一螺杆泵14、第二螺杆泵15、第三螺杆泵16和研磨泵2；

步骤二，离心泵9将部分污泥压滤液经换热器6和三闪闪蒸罐403内的三闪换热器10加热后通过三闪换热管11输入至污泥料仓1中，将污泥料仓1中的污泥含水率由80％提高到83％，温度提高到30℃，通过第一螺杆泵14将污泥泵入研磨泵2，实现污泥的均质化；

步骤三，经过均质化后的污泥进入浆化罐301，二闪闪蒸罐402中的蒸汽通过二闪蒸汽回收管12输入至浆化罐301中，将浆化罐301中的污泥含水率由83％提高到85％，温度提高到85～90℃，常压，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤四，通过第二螺杆泵15将污泥从浆化罐301泵入预热罐302，一闪闪蒸罐401中的蒸汽通过一闪蒸汽回收管13输入至预热罐302中，将预热罐302中的污泥含水率由85％提高到86％，温度提高到120～130℃，压力提高到0.2mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤五，通过第三螺杆泵16将将污泥从预热罐302泵入水解罐303，蒸汽锅炉5将高温高压蒸汽输入水解罐303，将污泥含水率由86％提高到87％，温度提高到180℃，压力1.0mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤六，经过热水解后的污泥由水解罐303依次进入一闪闪蒸罐401、二闪闪蒸罐402和三闪闪蒸罐403，实现多级闪蒸，然后输入换热器6，经换热器6换热降温后输入自动压滤系统7，经过自动压滤系统7压滤后，产生脱水泥饼和污泥压滤液，所述的脱水泥饼外运，所述的污泥压滤液进入污泥压滤液收集罐8，部分污泥压滤液通过离心泵9经换热器6与三闪闪蒸罐403内的三闪换热器10泵入污泥料仓1中，余下的污泥压滤液外排至污水处理厂处理。

具体的，多级闪蒸过程中，一闪闪蒸罐401中的温度为148℃，压力为0.45mpa，二闪闪蒸罐402中的温度为110℃，压力为0.14mpa，三闪闪蒸罐403中的温度为70℃，压力为常压。

经试验模拟验证，本实施例的工艺可使得后续脱水泥饼含水率达到50％，相比于现有技术中的后续脱水泥饼含水率60％，本实用新型的工艺使得后续脱水泥饼含水率降低了10％。本实施例的工艺可使原料蒸汽耗量减少20％，相比于现有技术中的工艺，成本降低至少30％。

对比例1：

本对比例给出一种连续污泥热水解工艺，该工艺采用的连续污泥热水解系统与实施例1中给出的能够高效充分热水解的连续污泥热水解系统之间的区别仅仅在于，本对比例的系统中没有多级闪蒸单元4，只有逐级升温升压单元3，逐级升温升压单元3中的水解罐303的出料口直接与换热器6的进料口相连。

具体的，本对比例采用的连续污泥热水解系统，该系统包括污泥料仓1，污泥料仓1的出料口与研磨泵2相连，研磨泵2与逐级升温升压单元3中的浆化罐301的进料口相连，浆化罐301的出料口与换热器6的进料口相连，换热器6的出料口与自动压滤系统7的进料口相连，自动压滤系统7的出料口输出脱水泥饼。

逐级升温升压单元3包括依次相连的浆化罐301、预热罐302和水解罐303；

水解罐303还与蒸汽锅炉5相连；

污泥料仓1与研磨泵2之间设置有第一螺杆泵14；浆化罐301与预热罐302之间设置有第二螺杆泵15；预热罐302与水解罐303之间设置有第三螺杆泵16。

本对比例的方法以含水率80％污泥为热水解对象，以2.5吨/天的处理量计，按照以下步骤进行：

步骤一，将污水处理产生的含水率80％污泥卸入污泥料仓1中；启动第一螺杆泵14、第二螺杆泵15、第三螺杆泵16和研磨泵2；

步骤二，将污泥料仓1中的污泥含水率由80％提高到83％，温度提高到30℃，通过第一螺杆泵14将污泥泵入研磨泵2，实现污泥的均质化；

步骤三，将浆化罐301中的污泥含水率由83％提高到85％，温度提高到85～90℃，常压，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤四，通过第二螺杆泵15将污泥从浆化罐301泵入预热罐302，将预热罐302中的污泥含水率由85％提高到86％，温度提高到120～130℃，压力提高到0.2mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤五，通过第三螺杆泵16将将污泥从预热罐302泵入水解罐303，蒸汽锅炉5将高温高压蒸汽输入水解罐303，将污泥含水率由86％提高到87％，温度提高到180℃，压力1.0mpa，搅拌浆搅拌，停留40分钟；

步骤六，经过热水解后的污泥由水解罐303直接输入换热器6，经换热器6换热降温后输入自动压滤系统7，经过自动压滤系统7压滤后，产生脱水泥饼和污泥压滤液，所述的脱水泥饼外运，所述的污泥压滤液外排至污水处理厂处理。

经试验模拟验证，本对比例的工艺可使得后续脱水泥饼含水率达到54％，相比于现有技术中的后续脱水泥饼含水率60％，本实用新型的工艺使得后续脱水泥饼含水率只降低了6％。

从实施例3和对比例1的对比可以看出，在没有多级闪蒸单元4的情况下，脱水泥饼含水率有一定程度的减少，但是水解程度依旧不理想，因此，只有在逐级升温升压单元3和多级闪蒸单元4联合的情况下，逐级升温升压单元3和多级闪蒸单元4之间具有协同作用，从而降低最终的脱水泥饼中的含水率。再者，在没有多级闪蒸单元4的情况下，无法回收能量，原料蒸汽耗量大，成本高。