一種石化汙泥高效厭氧生物轉化的裝置及方法與流程

2023-04-29 20:14:22

本發明涉及一種石化汙泥高效厭氧生物轉化的裝置及方法，是石化汙泥減量化、資源化和無害化的技術，屬於環境工程技術領域。

技術背景

石化行業汙水處理廠產生的剩餘汙泥中含有大量病原菌、重金屬(如鉛、鉻、鎘等)，以及多氯聯苯、二嗯英、多環芳烴等難降解的有毒有害物，穩定性差，並常伴有惡臭氣味，且汙泥中有機物含量低、可生化性差、處理困難。隨著國家對環境保護要求的提高，對汙泥的處理也提出了更嚴格的要求。

目前含油汙泥已被列入《國家危險廢物目錄》中的廢礦物油類，必須對含油汙泥進行無害化處理。國內外處理含油汙泥的方法一般有：焚燒法、熱洗滌法、溶劑萃取法、化學破乳法、固液分離法等。然由於投資、處理效果及操作成本等原因，大部分石化汙泥處理的技術未能在國內普及應用。

厭氧消化具有可以有效地減少汙泥體積、穩定汙泥的性質、減少汙泥惡臭、提高汙泥的衛生質量、降低汙泥中汙染物含量等優點。然而，目前研究發現石化汙泥厭氧生化轉化效率較低、工藝複雜、且厭氧消化過程對石化汙泥中的有機汙染物不能有效的降解，核心原因在於缺乏高效的厭氧生物轉化裝備。經過對汙泥厭氧生物轉化相關的方法和裝備的相關專利進行檢索，其結果如下：專利(cn201210213810.6)公布了一種石化汙泥減量化的方法及其處理裝置，報導將超聲與氧化性氣體聯合預處理汙泥，然後對汙泥進行厭氧消化處理，該方法可以一定程度上實現汙泥的減量化，但是存在著工藝複雜、投資和運行成本高、反應器傳質效率不高、汙染物降低幅度低等缺點；專利cn200510102944.0用超聲波預處理，)然後厭氧消化進行減量化，該種方法對剩餘汙泥的處理減量可以達到25％，但石化汙泥與普通的城市汙泥明顯不同，且該種方法對汙泥減量化程度略低，對石化汙泥不一定適用。李海濤等(化工環保，2013，33(5)：422-425)研究了厭氧折流板反應器在厭氧消化處理石化剩餘汙泥的研究，研究發現系統運行不穩定，且生物轉化效率低，對有機汙染物不能有效的去除。

技術實現要素：

石化汙泥含有大量病原菌、重金屬(如鉛、鉻、鎘等)，以及多氯聯苯、二嗯英、多環 芳烴等難降解的有毒有害物，穩定性差，並常伴有惡臭氣味，且汙泥中有機物含量低、可生化性差。這些限制因素嚴重影響了石化汙泥的減量化、無害化及資源化利用。

針對現有技術中存在的問題，本發明設計了一種石化汙泥高效厭氧生物轉化的裝置及方法，該裝置主要包括汙泥水熱預處理裝置、汙泥冷卻裝置、厭氧生物轉化反應器和厭氧汙泥沉澱池，並通過配套的管道、泵、閥門依次相連。本發明的核心方法為：首先採用水熱預處理，然後添加富含微生物菌劑的生物膜組件，接著將汙泥泵入汙泥厭氧生物轉化反應器，最後進行厭氧消化，實現了石化汙泥的無害化、減量化和資源化。

本發明的裝置(具體如圖1所示)具體如下：

1.汙泥水熱預處理裝置

汙泥水熱預處理裝置(見圖2)採用夾套方式，在熱解池外部設置一層加熱套，以便利用熱水提升溫度。另採用平直葉圓盤渦輪攪拌器，提高水熱預處理池的傳熱效率。預處理完後的汙泥通過自流流入汙泥冷卻裝置中。

2.汙泥冷卻裝置

本發明設施中汙泥冷卻裝置的作用是冷卻汙泥至發酵罐溫度後用泵輸送至厭氧發酵罐中。

3.石化汙泥的厭氧生物轉化反應器

厭氧生物轉化反應器(見圖3)包括罐體、生物膜組件和氣液混合攪拌裝置，厭氧反應器為全混合反應器，為圓柱形，適應較高的固形物衝擊，在反應器的內部設置熱水盤管以補充反應器的熱量。汙泥厭氧生物反應器設置了頂部機械攪拌及氣液混合循環攪拌兩種攪拌方式，機械攪拌葉輪為推進式葉輪。為了獲得較好的攪拌效果，反應器內部設置3塊擋板，沿厭氧反應器內壁圓周分布，夾角120°，反應器中混合液通過泵機循環至厭氧反應器的底部，從而實現厭氧反應器的循環攪拌。在泵機後端加入文丘裡氣液混合器，將反應器上部沼氣通過文丘裡氣液混合器溶到回流的混合液中，混合液通過布水器進入反應器後氣體上浮進一步攪動反應器中混合液，從而獲得較好的混合效果。汙泥厭氧生物反應器設置了生物膜組件，該組件中含有多孔材料，可大量富集功能微生物菌群，保證厭氧生物反應器中的微生物數量穩定。

4.厭氧汙泥沉澱池

厭氧汙泥沉澱池(見圖4)主要用於厭氧汙泥的沉澱，便於後續脫水處理。沉澱池上部設置4個排放口以排放汙泥濃縮後的上清液，由於汙泥粘度高、流動性差，沉澱池的錐底的錐角取120°。同時汙泥沉澱池也可作為汙泥脫水調理池，加藥的攪拌方式採取汙泥循環攪拌的方式。

本發明的方法具體如下：

石化汙泥通過汙泥泵進入汙泥調節池中，汙泥調節池是調節汙泥的濃度的，使汙泥混合均勻，調節後將汙泥通過汙泥泵泵入汙泥水解池中，汙泥在70-80攝氏度條件下處理20-30分鐘後，放入汙泥冷卻裝置中，冷卻至與發酵溫度一致時泵入厭氧生物轉化反應器中，產生的沼氣經過脫水脫硫後進入儲氣罐中，厭氧生物轉化的汙泥進入厭氧汙泥沉澱池中。

經過脫水後的汙泥可作為焚燒、填埋或建築材料等。

3、有益效果：

(1)本發明的工藝流程簡單，結構相對簡單，該工藝汙泥停留時間比一般的汙泥厭氧工程的停留時間短，產氣效率高，能耗低，降低了運行成本。

(2)本發明汙泥預處理在70-80攝氏度條件下處理20-30分鐘，無需特殊的高溫高壓的設備，水熱處理的設備為普通的鋼製緩存罐，因此安全性能高。

(3)厭氧生物反應器中有富含功能菌群的生物膜組件，該生物膜組件固載菌群能力強，使厭氧生物轉化系統運行穩定，耐有機負荷衝擊能力強，且可提高石化汙泥厭氧生物轉化的效率及汙染物去除的效率。

(4)厭氧生物反應器傳質效果好，反應器中構建了氣液混合攪拌裝置，根據反應器的構型及尺寸設計了氣體與液體的攪拌方向，該攪拌裝置能耗低、成本低、攪拌效果好。

(5)該方法對石化汙泥總揮發性固體減量化達到50％以上，有機汙染物含量降低50％，汙泥的脫水性能提高2倍以上。

附圖說明

圖1石化汙泥高效厭氧生物轉化的裝置的示意圖，其中，①汙泥水熱預處理裝置；②汙泥冷卻裝置；③汙泥泵；④文丘裡氣液混合器；⑤厭氧生物轉化反應器；⑥厭氧汙泥沉澱池。

圖2汙泥水熱預處理裝置的結構示意圖。其中，(b)為(a)的俯視圖。

圖3厭氧生物轉化反應器的結構示意圖。

圖4厭氧汙泥沉澱池的結構示意圖。

具體實施方式

參考圖1至圖4，下面將結合實施例對本發明進行詳細描述。

本實施例中提供了一種石化汙泥高效厭氧生物轉化的方法及裝備用於石化汙泥的處理，其結構如圖1所示。

主要發明的裝備主要包括汙泥水熱預處理裝置、汙泥冷卻裝置、厭氧生物轉化反應器和厭氧汙泥沉澱池，並通過配套的管道、泵、閥門依次相連，還包括富含微生物菌劑的生物膜組件、汙泥攪拌設備、沼氣計量及收集裝置等。其運行方式如下：首先汙泥通過汙泥泵進入汙泥調節池中，接著將汙泥通過汙泥泵泵入汙泥水解池中，汙泥在70-80攝氏度條件下處理20-30分鐘後，放入汙泥冷卻裝置中，冷卻至與發酵溫度一致時泵入厭氧生物轉化反應器中，產生的沼氣經過脫水脫硫後進入儲氣罐中，厭氧生物轉化的汙泥進入沉澱池中。經過脫水後的汙泥可作為焚燒、填埋或建築材料等。

實施例1南京某石化水廠石化汙泥厭氧消化無害化、減量化與資源化處理工程

根據本發明所提供的方法，對南京某石化水廠的石化汙泥進行處理，該石化水廠的石化廢水採用活性汙泥法，汙泥經過沉澱池濃縮後含水約4.5％。取約10噸含固率為4.5％的石化汙泥，經過測定有機汙染物的量嚴重超標，具有臭味，極難脫水。

南京某石化汙泥水熱預處理：預處理的溫度為70攝氏度，時間為20分鐘，水熱處理的設備為100l普通的鋼製緩存罐。汙泥經過水熱處理後，汙泥中水溶性有機物大幅度提高，預處理後汙泥的胞外多聚物大量釋放到液體中，主要為多糖和蛋白質，汙泥的可生化性得到了提高。

中溫厭氧生物轉化：將水熱處理後的石化汙泥通過螺杆泵泵入全混合的厭氧消化罐中，厭氧發酵罐的體積為3000l，溫度為39攝氏度，發酵過程中溫度保持恆定，厭氧發酵的周期為20天。厭氧消化過程中對汙泥的相關理化性質進行了分析(測試方法：揮發性固體含量採用馬弗爐550度條件下灼燒1小時後恆溫下稱重；有機汙染物採用液相色譜測定；採用毛細吸水時間測定儀測試後，汙泥毛細吸水時間降低了一半以上)，發現厭氧消化過程中汙泥中的有機汙染物的含量大幅度降低，發酵結束後多環芳烴降解率達到50％以上，總揮發性固體減量化達50％以上，汙泥的脫水性能提高了2.5倍。

沼氣脫水脫硫及存貯：汙泥厭氧消化後產生的沼氣經過脫水脫硫後存貯雙模儲氣櫃中，通過沼氣鍋爐用於反應器的保溫，多餘的沼氣用作其他用途。

實施例2南京某石化水廠石化汙泥厭氧消化無害化、減量化與資源化處理工程

其他條件與實施例1相同，其中汙泥水熱預處理的溫度為75攝氏度，時間為20分鐘。採用相同的測試方法對發明的效果進行測試，石化汙泥總揮發性固體減量化達到50.35％，有機汙染物含量降低了50.02％，汙泥的脫水性能提高2.1倍。

實施例3南京某石化水廠石化汙泥厭氧消化無害化、減量化與資源化處理工程

其他條件與實施例1相同，其中汙泥水熱預處理的溫度為75攝氏度，時間為30分鐘。採用相同的測試方法對發明的效果進行測試，石化汙泥總揮發性固體減量化達到51％，有機汙染物含量降低了50.32％，汙泥的脫水性能提高了2倍。

實施例4南京某石化水廠石化汙泥厭氧消化無害化、減量化與資源化處理工程

其他條件與實施例1相同，其中汙泥水熱預處理的溫度為80攝氏度，時間為25分鐘。採用相同的測試方法對發明的效果進行測試，石化汙泥總揮發性固體減量化達到了50.05％，有機汙染物含量降低了50.02％，汙泥的脫水性能提高了2倍。