一種汙泥水解裝置及工藝的製作方法
2023-05-08 10:56:46 3
一種汙泥水解裝置及工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種汙泥水解裝置，包括通過管道依次連接的汙泥調節罐、換熱器、列管水解反應器及氣液分離器，其中，所述列管水解反應器的出水口通過管道與設於氣液分離器內上部的噴嘴相連，所述氣液分離器頂部的氣體出口與設於汙泥調節罐底部的氣體分布器相連，氣液分離器底部的液體出口與列管水解反應器底部的入水口相連，氣液分離器中部的汙泥液出口與換熱器相連。其水解工藝如下：1）將汙泥原液的pH值調節至8.5-9.0；2）汙泥液在150-180℃、0.3-1.0MPa下發生水解反應；3）對水解後的汙泥進行氣液分離，氣液分離產生的氣體對汙泥原液進行一級加熱，氣液分離產生的汙泥液，一部分對汙泥原液進行二級加熱；另一部分汙泥液返回至步驟2）中進行再次水解反應。
【專利說明】—種汙泥水解裝置及工藝【技術領域】
[0001]本發明涉及一種針對市政、工業廢水處理過程中產生的汙泥進行處理的汙泥水解裝置及工藝，屬於環保水處理領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟的發展，需要處理的廢水的量以及處理標準都日益增加與提高，相應的汙泥產量也日益增加，這些汙泥若不加以妥善處理將會對環境構成巨大的汙染威脅。長期以來，我國的廢水處理存在「重水輕泥」的現象，據報導，僅有20%的汙泥得到了穩定化處理，大部分汙泥未經處理直接衛生填埋，這不僅成為環境安全的巨大隱患，而且是一種資源浪費。汙泥處理技術的研究與應用將是「十二五」甚至是未來「十三五」水處理行業發展的重點。目前，厭氧消化技術已被證明是一種有效的汙泥減量化、資源化處理技術，在國內外已經有大量的工程應用，但是仍然有很多問題需要解決；對汙泥進行水解預處理然後進行厭氧發酵是厭氧消化技術的常規步驟，水解效果的好壞直接影響到最終厭氧消化的效率。現有的汙泥水解工藝及設備大都存在水解效率低的問題，而且，汙泥堵塞的問題相對較為突出，因此，開發新型的汙泥水解工藝與設備具有重大的現實意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種水解效率高、能耗低的汙泥水解裝置，此外，本發明還提供了一種汙泥水解工藝。
[0004]為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
[0005]一種汙泥水解裝置，包括汙泥調節罐、換熱器、列管水解反應器及氣液分離器，其中，所述汙泥調節罐的出水口通過管道與換熱器的入水口相連，所述換熱器的出水口通過管道與列管水解反應器底部的入水口相連，所述列管水解反應器上部的出水口通過管道與設於氣液分離器內上部的噴嘴相連，所述氣液分離器頂部的氣體出口通過氣體輸送管道與設於汙泥調節罐底部的氣體分布器相連，氣液分離器底部的液體出口通過管道與列管水解反應器底部的入水口相連，氣液分離器中部的汙泥液出口通過管道與換熱器相連。
[0006]優選的是：所述列管水解反應器包括上封頭、下封頭及殼體，所述殼體內從上至下依次布置有外形尺寸與殼體內部相適配的折流板，所述折流板上設有均勻分布的圓孔，所述列管水解反應器還包括列管，所述列管穿過折流板上的圓孔安裝於殼體內。
[0007]優選的是：所述列管的內徑不低於5mm。
[0008]優選的是：所述折流板的表面積不低於殼體橫截面積的50%。
[0009]優選的是：所述上封頭上還設有溫度傳感器和壓力傳感器。
[0010]優選的是：所述噴嘴內部具有筒狀的液體流路，所述噴嘴的前端具有一開口向下的噴口，靠近噴口處的噴嘴內周壁向內凸起，使得液體流路的內徑減小，形成一橫截面為錐形的噴頸。
[0011]優選的是：所述噴口與豎直方向形成一 15°~30°的夾角。[0012]優選的是：所述汙泥調節罐內的液面低於氣液分離器的頂部。
[0013]優選的是：所述汙泥調節罐內設有一攪拌器，所述汙泥調節罐的入水口還連接一加藥裝置，所述加藥裝置內添加有PH調節劑。
[0014]優選的是：所述列管水解反應器底部的入口還通過管道與向列管水解反應器的列管通入氣體的供氣單元相連；所述列管水解反應器的殼程的上部還與高壓飽和蒸汽供應單元相通。
[0015]優選的是：所述供氣單元提供的氣體的流量與汙泥液循環量的流量比為
O.5-1. 5ο
[0016]一種汙泥水解工藝，包括以下步驟：
[0017]I)向汙泥原液中加入pH調節劑，在攪拌的作用下，將汙泥原液的pH值調節至
8.5—9. O ；
[0018]2)經pH調節後的汙泥液在列管水解反應器中，於150_180°C、0. 3-1. OMPa下發生水解反應；
[0019]3)對水解後的汙泥進行氣液分離，氣液分離產生的氣體返回至步驟I)中對汙泥原液進行一級加熱，氣液分離產生的汙泥液，一部分對汙泥原液進行二級加熱；氣液分離產生的另一部分汙泥返回至步驟2)中再次進行水解反應。
[0020]優選的是：所述步驟2)水解反應過程中通入有氣體。
[0021]優選的是：所述氣體為氮氣、氧氣、空氣或臭氧。
[0022]優選的是：當通入的氣體為氮氣、空氣或臭氧時，所通入氣體的流量與汙泥液循環量之比（V/V)為 O. 5-1. 5。
[0023]優選的是：當通入的氣體為氧氣時，氧氣的通入量不超過汙泥液有機物完全氧化所需氧氣量的30%。
[0024]優選的是：所述步驟2)中，汙泥在列管中的表觀線速度為0.01-0. 5m/s。
[0025]優選的是：所述步驟3)氣液分離產生的汙泥液中，返回至步驟2)中再次進行水解反應的汙泥液與對汙泥原液進行二級加熱的汙泥液流量比不低於3. O。
[0026]本發明的有益效果在於，採用本發明的汙泥水解裝置，可以實現連續高效的汙泥水解操作，而且所處理汙泥的濃度範圍廣，不僅可對含水率為90-99%的汙泥進行水解處理，亦可對稀釋後的高濃度汙泥進行水解處理，通過向列管水解反應器內連續通入氣體強化了傳熱效果，同時解決了反應器堵塞結垢問題；採用本發明的噴嘴結構可以實現快速洩壓，有助於汙泥液穩定的進行氣爆；本發明的汙泥水解裝置通過汙泥調節罐的氣體分布器對外排氣體熱量吸收實現對汙泥液的一級加熱，然後，汙泥在進入列管水解反應器之前，通過換熱器對系統的熱量進行回收，實現對汙泥液的二級加熱，有效地降低了能耗；整個裝置佔地面積小，可以實現全封閉操作，有效解決了氣味擴散的問題；而且本裝置可以實現對汙泥更加徹底的水解處理，水解後的汙泥液進行厭氧消化的停留時間大大縮短，僅需5-10天。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖I示出了本發明所述的汙泥水解裝置的結構示意圖；
[0028]圖2示出了本發明所述的列管水解反應器的結構示意圖；[0029]圖3示出了本發明中列管水解反應器內折流板的結構示意圖；
[0030]圖4示出了本發明所述噴嘴的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0032]如附I所示，本發明所述的汙泥水解裝置，包括通過管道依次連接的汙泥調節罐I、換熱器2、列管水解反應器4及氣液分離器3，所述汙泥調節罐I內設有一攪拌器12，其底部設有一氣體分布器11，所述汙泥調節罐I的入水口還連接一加藥裝置，所述加藥裝置內添加有PH調節劑，所述pH調節劑優選氫氧化鈉溶液或鹽酸，所述汙泥調節罐I的出水口通過管道與換熱器2的入水口相連，所述換熱器2的出水口通過管道與列管水解反應器4底部的入水口相連，如圖2和圖3所示，本發明所述的列管水解反應器4包括上封頭、下封頭及殼體40，所述殼體40內從上至下依次布置有外形尺寸與殼體40內部相適配的折流板42，所述折流板42上設有均勻分布的圓孔421，所述列管水解反應器4還包括列管41，所述列管41穿過折流板42上的圓孔421安裝於殼體40內，所述列管的內徑不低於5mm，本實施例中，優選10-20mm ;進一步的,所述折流板42可固定焊接於殼體40的內壁上,亦可活動安裝於殼體40內，且所述折流板42的表面積不低於殼體40橫截面積的50%,優選70%-95%，更進一步優選90%。所述列管水解反應器4底部的入口還通過管道與供氣單元6相連，所述供氣單元6向列管水解反應器4的列管41內通入氮氣、氧氣、空氣或臭氧等氣體，且所通入氣體的流量與汙泥液循環量之比（V/V)為O. 5-1. 5，優選O. 75-1. 25 ;當通入的氣體為氧氣時，氧氣的通入量不超過汙泥液有機物完全氧化所需氧氣量的30%。所述列管水解反應器4的殼程的上部還與高壓飽和蒸汽供應單元相通，為汙泥在列管反應器4中的水解反應提供熱量；所述列管水解反應器4的上封頭上還設有溫度傳感器和壓力傳感器，通過壓力的變化反饋以控制列管水解反應器4下遊出口閥門的開合，維持列管水解反應器4內的壓力穩定。
[0033]列管水解反應器4上部的出水口通過管道與設於氣液分離器3內上部的噴嘴31相連，所述管道上還設有一壓力閥43，通過列管水解反應器4內部壓力的變化來控制壓力閥43閥門的開合，當列管水解反應器4內的壓力低於一定值時關閉，高於一定值時則打開。如圖4所示，所述噴嘴31由鈦材或陶瓷或其它種類的防腐蝕材料製成，其內部具有筒狀的液體流路，所述噴嘴31的前端具有一開口向下的噴口 312，進一步地，所述噴口 312與豎直方向形成一 15°~30°的夾角，靠近噴口 312處的噴嘴內周壁向內凸起，使得液體流路的內徑減小，形成一橫截面為錐形的噴頸311 ;所述氣液分離器3頂部的氣體出口通過氣體輸送管道與設於汙泥調節罐I底部的氣體分布器11相連，氣液分離器3底部的液體出口通過管道與列管水解反應器4底部的入水口相連，氣液分離器3中部的汙泥液出口通過管道與換熱器2相連，所述氣液分離器3上還安裝有液位計，通過液位信號反饋控制汙泥液外排閥門的開合，以維持氣液分離器3內液位的恆定。進一步地，為防止汙泥液沿著氣體輸送管道進入氣液分離器3，需保證汙泥調節罐I內的液面低於氣液分離器3的頂部。此外，本發明所述的汙泥水解裝置，還包括對裝置所有用電單元進行控制的電控系統5，以及在各單元間起連接作用的連接管道和提升泵。
[0034]採用本發明所述的汙泥水解裝置對汙泥進行水解處理，其處理過程如下：[0035]I)汙泥原液經泵提升進入汙泥調節罐I中，同時，將與汙泥調節罐I相連的加藥裝置中的PH調節劑加入到汙泥調節罐I中，並在攪拌器12的作用下，將汙泥調節罐I中的汙泥原液的PH值調節至8. 5-9. O ；
[0036]2)經過pH調節後的汙泥液經泵提升進入換熱器2中，與來自氣液分離器3中的熱汙泥液進行換熱後，經泵提升進入列管水解反應器4中，在列管水解反應器4中，汙泥走管程，吸收殼程內高壓飽和蒸汽的熱量，並在150-180°C、0. 3-1. OMPa下發生水解，並且，汙泥在列管41中的表觀線速度為0.01-0. 5m/s，優選O. 1-0. 2m/s ;進一步地，與列管水解反應器4相連的供氣單元6所提供的氣體從列管水解反應器4的底部進入列管41中，與列管41內的汙泥混合，所述氣體為氮氣、空氣或臭氧等氣體，且所通入氣體的流量與汙泥液循環量之t匕（V/V)為O. 5-1. 5，優選O. 75-1. 25 ;當通入的氣體為氧氣時，氧氣的通入量不超過汙泥液有機物完全氧化所需氧氣量的30% ;上述氣體的通入，其作用主要體現在：氣體進入列管水解反應器4內的列管41中後，可以強化列管41內的湍流強度，有效抑制結垢，增強管壁的傳熱效果，從而提高水解效率，此外，適度地向汙泥液內通入一定量的氧化性氣體，可以促進汙泥液內長鏈有機物、絲狀微生物菌體的氧化斷裂，進一步提高水解效率；
[0037]3)列管水解反應器4中水解後的汙泥液通過管道及噴嘴31進入氣液分離器3中進行氣液分離，由於本發明中的噴嘴31具有一內徑縮小的噴頸311，這種獨特的結構設計使得汙泥液在進入氣液分離器3中時，快速洩壓發生氣爆閃蒸，從而使得溶解在汙泥液內的氣體以及水蒸汽快速釋放，發生氣爆，對汙泥內的有機物及菌絲體產生撕裂作用，進一步強化了汙泥液的後續水解過程，提升了汙泥液的氣液分離效果，氣液分離後，產生的氣體通過液分離器3頂部的氣體出口經氣體輸送管道輸送至設於汙泥調節罐I底部的氣體分布器11上，對在水解過程中分解生成的VOC氣體以及水蒸汽加以吸收，同時通過回收氣體中的熱量，實現對汙泥調節罐I中汙泥原液進行初步加熱，熱量吸收後的氣體經管道輸送至氣體淨化單元進行下一步處理；氣液分離器3中部的汙泥液經泵提升後通過管道進入換熱器2中，與來自汙泥調節罐I中的汙泥原液進行換熱後，通過管道外排輸送至厭氧消化單元進行下一步處理；氣液分離後產 生的氣液分離器3底部的汙泥液經泵提升後通過管道重新返回至列管水解反應器4中進行循環水解，本發明中，重新返回至列管水解反應器4中的汙泥量與進入換熱器2中的汙泥流量的比例（V/V)不低於3. 0，優選5. O。
[0038]實施例I
[0039]採用本發明所述的裝置及工藝，對濃度為90%的經除砂後的市政汙泥進行連續處理，處理量為15噸/天。其處理過程中各參數設置如下：
[0040]I)汙泥原液經泵提升進入汙泥調節罐I中，同時，將與汙泥調節罐I相連的加藥裝置中的氫氧化鈉加入到汙泥調節罐I中，並在攪拌器12的作用下，將汙泥調節罐I中的汙泥原液的PH值調節至8. 5-9. O ；
[0041 ] 2)經過pH調節後的汙泥液經泵提升進入換熱器2中，與來自氣液分離器3中的熱汙泥液進行換熱後，經泵提升進入列管水解反應器4中，將汙泥在列管41中的表觀線速度控制在O. lm/s,同時，向列管水解反應器4內通入溫度為200°C的高壓飽和蒸汽，以將列管水解反應器4內汙泥液水解反應的平均溫度控制在170°C，壓力O. 6MPa，當反應器內壓力高於O. 65MPa時，壓力閥43處於打開狀態，當反應器內壓力低於O. 55MPa時，壓力閥43處於關閉狀態；此外，供氣單元6在泵的提升作用下，以O. 6Nm3/h的通入量通過管道從底部向列管水解反應器4的列管41中通入氮氣，並將重新返回至列管水解反應器4中的汙泥量與進入換熱器2中的汙泥量的比例（V/V)控制在5. O ;氣液分離器3內液位維持在分離器高度的1/2處，運行穩定時，氣液分離器3內部的壓力維持在O. 2MPa。連續進料，連續排出汙泥液，穩定運行後，經換熱器2換熱後的外排汙泥液溫度約為60°C。
[0042]對經本裝置水解處理後的外排汙泥液和未經本裝置水解處理的汙泥液進行高溫厭氧消化處理，其處理結果如表1所示：
[0043]表1汙泥處理結果對比
未經本裝置~經本裝置
檢測指標
水解的汙泥水解後曲汙泥
[0044]厭氧發酵停留時間/天208
發酵後固形冇機物轉化率/% 36. I 55.6
甲烷產量/ (Nm3/天）213312
[0045]從表1可以看出，汙泥經 本裝置水解處理後，汙泥厭氧發酵時間大幅縮短，產氣量大幅提升。
[0046]實施例2
[0047]採用本發明所述的裝置及工藝，對濃度為90%的經除砂後的市政汙泥進行連續處理，處理量為15噸/天。其處理過程中各參數設置如下：
[0048]I)汙泥原液經泵提升進入汙泥調節罐I中，同時，將與汙泥調節罐I相連的加藥裝置中的氫氧化鈉加入到汙泥調節罐I中，並在攪拌器12的作用下，將汙泥調節罐I中的汙泥原液的PH值調節至8. 5-9. O ；
[0049]2)經過pH調節後的汙泥液經泵提升進入換熱器2中，與來自氣液分離器3中的熱汙泥液進行換熱後，經泵提升進入列管水解反應器4中，將汙泥在列管41中的表觀線速度控制在O. 2m/s,同時，向列管水解反應器4內通入溫度為215°C的高壓飽和蒸汽，以將列管水解反應器4內汙泥液水解反應的平均溫度控制在180°C，壓力O. 7MPa，當反應器內壓力高於O. 75MPa時，壓力閥43處於打開狀態，當反應器內壓力低於O. 65MPa時，壓力閥43處於關閉狀態；此外，供氣單元6在泵的提升作用下，以O. SNmVh的通入量通過管道從底部向列管水解反應器4的列管41中通入氮氣，並將重新返回至列管水解反應器4中的汙泥量與進入換熱器2中的汙泥量的比例（V/V)控制在5. O ;氣液分離器3內液位維持在分離器高度的1/2處，運行穩定時，氣液分離器3內部的壓力維持在O. 2MPa。連續進料，連續排出汙泥液，穩定運行後，經換熱器2換熱後的外排汙泥液溫度約為50°C。
[0050]對經本裝置水解處理後的外排汙泥液和未經本裝置水解處理的汙泥液進行高溫厭氧消化處理，其處理結果如表2所示：
[0051]表2汙泥處理結果對比
【權利要求】
1.一種汙泥水解裝置，其特徵在於：包括汙泥調節罐、換熱器、列管水解反應器及氣液分離器，其中，所述汙泥調節罐的出水口通過管道與換熱器的入水口相連，所述換熱器的出水口通過管道與列管水解反應器底部的入水口相連，所述列管水解反應器上部的出水口通過管道與設於氣液分離器內上部的噴嘴相連，所述氣液分離器頂部的氣體出口通過氣體輸送管道與設於汙泥調節罐底部的氣體分布器相連，氣液分離器底部的液體出口通過管道與列管水解反應器底部的入水口相連，氣液分離器中部的汙泥液出口通過管道與換熱器相連。
2.根據權利要求1所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述列管水解反應器包括上封頭、下封頭及殼體，所述殼體內從上至下依次布置有外形尺寸與殼體內部相適配的折流板，所述折流板上設有均勻分布的圓孔，所述列管水解反應器還包括列管，所述列管穿過折流板上的圓孔安裝於殼體內。
3.根據權利要求2所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述列管的內徑不低於5mm。
4.根據權利要求2所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述折流板的表面積不低於殼體橫截面積的50%。
5.根據權利要求2所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述上封頭上還設有溫度傳感器和壓力傳感器。
6.根據權利要求1所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述噴嘴內部具有筒狀的液體流路，所述噴嘴的前端具有一開口向下的噴口，靠近噴口處的噴嘴內周壁向內凸起，使得液體流路的內徑減小，形成一橫截面為錐形的噴頸。
7.根據權利要求6所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述噴口與豎直方向形成一15°~30°的夾角。
8.根據權利要求1-7任一 項所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述汙泥調節罐內的液面低於氣液分離器的頂部。
9.根據權利要求1-7任一項所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述汙泥調節罐內設有一攪拌器，所述汙泥調節罐的入水口還連接一加藥裝置，所述加藥裝置內添加有PH調節劑。
10.根據權利要求1-7任一項所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述列管水解反應器底部的入口還通過管道與向列管水解反應器的列管通入氣體的供氣單元相連；所述列管水解反應器的殼程的上部還與高壓飽和蒸汽供應單元相通。
11.根據權利要求10所述的汙泥水解裝置，其特徵在於：所述供氣單元提供的氣體的流量與汙泥液循環量的流量比為O. 5-1. 5。
12.—種汙泥水解工藝，其特徵在於：包括以下步驟： .1）向汙泥原液中加入PH調節劑，在攪拌的作用下，將汙泥原液的pH值調節至8.5—9. O ； .2)經pH調節後的汙泥液在列管水解反應器中，於150-180°C、0.3-1. OMPa下發生水解反應;. 3)對水解後的汙泥進行氣液分離，氣液分離產生的氣體返回至步驟I)中對汙泥原液進行一級加熱，氣液分離產生的汙泥液，一部分對汙泥原液進行二級加熱；氣液分離產生的另一部分汙泥返回至步驟2)中再次進行水解反應。
13.根據權利要求12所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：所述步驟2)水解反應過程中通入有氣體。
14.根據權利要求13所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：所述氣體為氮氣、氧氣、空氣或臭氧。
15.根據權利要求13或14所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：當通入的氣體為氮氣、空氣或臭氧時，所通入氣體的流量與汙泥液循環量之比（V/V)為O. 5-1. 5。
16.根據權利要求13或14所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：當通入的氣體為氧氣時，氧氣的通入量不超過汙泥液有機物完全氧化所需氧氣量的30%。
17.根據權利要求12所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：所述步驟2)中，汙泥在列管中的表觀線速度為0.01-0. 5m/s。
18.根據權利要求12所述的汙泥水解工藝，其特徵在於：所述步驟3)氣液分離產生的汙泥液中，返回至步驟2)中再次進行水解反應的汙泥液與對汙泥原液進行二級加熱的汙泥液流量比不低於3. O。
【文檔編號】C02F11/10GK103482835SQ201310443460
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】李國文, 蘇貞峰, 於勇勇, 馬書, 王天德, 杜菲 申請人:北京緯綸華業環保科技股份有限公司