基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法与流程

文档序号:19156209发布日期:2019-11-16 00:49
基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法与流程

本发明涉及污泥处理技术领域,尤其涉及一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法。



背景技术:

高级厌氧消化技术是在传统厌氧消化技术的基础上结合热水解技术而成。污泥经过高温高压的热水解处理后,污泥的絮体相继解体,细胞破碎,粒径减小,粘度降低,使得污泥的流动性明显变好,固液分离效果显著改善。热水解处理后的污泥进行厌氧发酵,产气率大幅增加,污泥减量化率达到70%,污泥作为资源化利用产品的品质也大幅提高。

时至今日,高级厌氧消化技术的商业化推广已有20年。目前,世界上大约有75座高级厌氧消化工程,其中39座已正式运行,其他工程正处于不同的设计和施工阶段。每年通过或将要通过高级厌氧消化技术进行处理的污泥干物质总量约为165万吨。

热水解预处理极大地改善了污泥的理化性质,使得厌氧消化的负荷得以提升,反应器得到有效减容。但是,目前的高级厌氧消化体系中采用的仍是传统的消化工艺,其存在的缺点主要表现在:(1)有机负荷仍相对较低;(2)停留时间还是相对较长(3)反应器容积仍然较大,传统的消化工艺并没有充分利用热水解污泥良好的固液分离性能。

本发明正是基于该研究背景下而提出,有必要针对热水解污泥的特性,进行厌氧消化技术工艺的创新,旨在实现反应器的进一步减容,有机物转化率的进一步提高,污泥减量化效果的进一步提升。



技术实现要素:

本发明的目的在于:克服现有技术中高级厌氧消化体系存在的上述不足,提供一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法,其充分利用热水解污泥良好的固液分离特性,设计了适用的序批式运行的厌氧消化反应器,并选取了适合的膜材料,构建了消化反应器外接独立的错流过滤膜组件,强化了消化出料的固液分离性能,使消化出料由固液混合物变为澄清的滤液,实现了热水解污泥厌氧消化水力停留时间和固体停留时间的有效分离,大幅提高了固体有机物的消化停留时间和转化程度,从而减少消化污泥的深度脱水处理量,进而规避了脱水药剂对消化滤液的碱度消耗。

为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案实现:

一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置,该装置包括污泥缓存仓、浆化罐、热水解反应罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐、错流过滤膜组件、膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵、矿化污泥脱水系统、沼气柜、厌氧消化进泥螺杆泵、热水解污泥换热系统、沼气锅炉、热水解进泥螺杆泵、浆化进泥柱塞泵、中控系统;其中,污泥缓存仓通过浆化进泥柱塞泵连接浆化罐上部侧面的预脱水污泥进口;所述浆化罐顶部设有与厌氧序批式反应罐连接的热水解工艺气出口,底部侧面设热水解工艺气进口,所述热水解工艺气进口分别与热水解反应罐和闪蒸罐连接;所述浆化罐底部还设浆化污泥出口,该浆化污泥出口通过热水解进泥螺杆泵组与热水解反应罐连接,所述热水解反应罐与闪蒸罐相连接;所述热水解反应罐底部设有与沼气锅炉连接的饱和蒸汽进口,所述沼气锅炉的沼气进口与沼气柜沼气出口连接;所述沼气柜设有与厌氧序批式反应罐顶部侧面沼气出口连接的沼气进口;所述闪蒸罐底部设有与热水解污泥换热系统连接的闪蒸污泥出口,热水解污泥换热系统设有换热系统热水解污泥出口,该换热系统热水解污泥出口与厌氧消化进泥螺杆泵的进泥螺杆泵热水解污泥进口连接;所述厌氧消化进泥螺杆泵设有进泥螺杆泵热水解污泥出口,该进泥螺杆泵热水解污泥出口与厌氧序批式反应罐底部侧面的反应罐热水解污泥进口连接;所述厌氧序批式反应罐侧面设有不同高度的消化污泥或清液出口,该消化污泥或清液出口分别与错流过滤膜组件和消化上清液循环隔膜泵组连接;所述厌氧序批式反应罐底部设有与矿化污泥脱水系统连接的矿化污泥出口;所述矿化污泥脱水系统的底部还设有脱水滤液出口;所述消化上清液循环隔膜泵的出口与错流过滤膜组件的膜管体的上清液进口连接;所述膜组件产水隔膜泵的进口与错流过滤膜组件底部的膜出水出口连接,所述膜组件产水隔膜泵还设置有膜过滤液出口;所述中控系统分别与污泥缓存仓、浆化罐、热水解反应罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐、错流过滤膜组件、膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵、矿化污泥脱水系统、沼气柜、厌氧消化进泥螺杆泵、热水解污泥换热系统、沼气锅炉、热水解进泥螺杆泵、浆化进泥柱塞泵控制连接。

作为上述方案的进一步优化,所述污泥缓存仓为锥斗型结构的碳钢材质圆柱密封罐体;所述浆化罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐均为圆柱形不锈钢常压密封罐体;所述热水解反应罐为圆柱形不锈钢压力密封罐体,该圆柱形不锈钢密封罐体的设计压力为1.2mpa-1.6mpa;所述错流过滤膜组件包括膜管体和内置膜丝,膜管体用于支撑膜丝,并为厌氧序批式反应罐内上清液提供细长的循环通道;所述膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵均为电动隔膜泵;所述热水解污泥换热系统为套管式换热器,内管为热水解污泥通道,外管为冷却水通道。

作为上述方案的进一步优化,所述中控系统包括控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器;所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器均与控制器数据信号连接;所述第一温度传感器和第二温度传感器分别设置于热水解反应罐、闪蒸罐与浆化罐连接的高温蒸汽管路上,用于实时监测热水解反应罐、闪蒸罐的高温蒸汽的温度信号,并将监测的温度信号发送至控制器;所述第三温度传感器设置于稀释换热单元中,用于实时监测稀释换热单元对闪蒸罐中的热水解污泥进行稀释和换热的污泥温度信号,并将监测的污泥温度信号发送至控制器;所述第四温度传感器设置于厌氧序批式反应罐内用于实时监测厌氧发酵反应的温度信号,并将监测的信号发送至控制器;控制器将接收到的实时温度信号经数据转换后存储于存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中。

作为上述方案的进一步优化,所述厌氧序批式反应罐的可燃气出气口上设置有与控制器数据信号连接的可燃气浓度传感器、流量传感器,用于实时监测可燃气出气口的可燃气浓度信号和可燃气流量信号,并将监测的信号发送至控制器;所述可燃气出气口上还设置有流量调节阀;所述控制器与流量调节阀控制连接;所述控制器根据可燃气浓度传感器与流量传感器发送的实时监测信号,经数据转换后存储于所述存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中,根据比较结果控制流量调节阀的调节量。

作为上述方案的进一步优化,所述厌氧序批式反应罐内设置有搅拌器,所述搅拌器与控制器相连接;所述中控系统还包括与控制器相连接的计时器。

作为上述方案的进一步优化,所述矿化污泥排出口上设置有排出挡板,所述排出挡板上设置有与控制器相连接的压力传感器,用于实时监测排出挡板的矿化污泥压力信号,并将实时监测的压力信号发送至控制器;控制器将接收到的实时压力监测信号,经数据转换后存储于所述存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中,根据比较的结果控制排出挡板自动启闭。

作为上述方案的进一步优化,所述中控系统包括控制器、设置在污泥缓存仓内的第一液位传感器、设置在浆化罐内的第二液位传感器和第一气体压力传感器、设置在闪蒸罐内的第三液位传感器和第二气体压力传感器、设置在厌氧序批式反应罐内的第四液位传感器和第三气体压力传感器、设置在错流过滤膜组件内的自动加药控制单元和自动水洗单元、设置在沼气柜内的第五液位传感器和第四气体压力传感器;所述第一液位传感器、第二液位传感器和第一气体压力传感器、第三液位传感器和第二气体压力传感器、第四液位传感器和第三气体压力传感器、第五液位传感器和第四气体压力传感器均与控制器数据信号连接,用于实时检测待安装部位的液位和气体压力信号,并将检测的液位和气体压力信号发送至控制器;控制器将接收到的实时液位和气体压力信号经数据转换后存储于控制器的存储单元内;所述控制器还与自动加药控制单元和自动水洗单元控制连接。

本发明上述基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置的使用方法包括如下步骤:

1)污水处理厂的污泥经过预脱水至含水率为80-90%后,泵送入污泥缓存料仓,确保料仓底部的手动阀门处于开启状态,当浆化罐内的污泥液位低于进泥液位时,中控系统发出指令,浆化进泥柱塞泵启动,将污泥缓存仓内的预脱水污泥泵送进浆化罐内,当罐内污泥液位高于进泥终止液位时,中控系统发出指令,浆化进泥柱塞泵停止;

2)位于浆化罐内的预脱水泥饼吸收从热水解反应罐和闪蒸罐释放的高温蒸汽和工艺气,从而被升温和稀释;

3)当热水解反应罐的操作状态为进泥时,确保浆化罐底部的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,浆化罐底部的气动阀门开启,热水解进泥螺杆泵启动,将浆化罐内的浆化污泥泵送进热水解反应罐内,当罐内液位高于进泥终止液位时,中控系统发出指令,热水解进泥螺杆泵停止,浆化罐底部的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为升温,确保热水解反应罐底部的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的气动阀门开启,沼气锅炉向热水解反应罐输入饱和蒸汽,压强一般在1.2mpa-1.6mpa范围内选择,当热水解反应罐内的压力达到设定值,一般为0.6mpa-1.0mpa,对应温度为160℃-180℃,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的气动阀门关闭,沼气锅炉停止向热水解反应罐输入饱和蒸汽;热水解反应罐的操作状态转换为保温,并持续时间一定时间,一般在30min-60min范围内设定,热水解反应罐的操作状态转换为压力释放,确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门开启,热水解反应罐内部上端的高温蒸汽和工艺气释放至浆化罐,当热水解反应罐的压力降低至设定值,一般在0.2mpa-0.5mpa范围内设定,中控系统发出指令,热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为排泥,确保热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的手动阀门处于开启状态,确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门开启,闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门开启,热水解反应罐内的热水解污泥在罐内压力作用下进入闪蒸罐,当热水解反应罐的压力降低0.01mpa后,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门关闭,闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为进泥,进入下一个操作循环;

4)确保闪蒸罐底部的手动阀门、厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的手动阀门、厌氧消化进泥螺杆泵的热水解污泥进口的手动阀门和热水解污泥换热系统的冷却水源的手动阀门处于开启状态,当厌氧序批式反应罐的操作状态为进出料时,中控系统发出指令,闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门开启,厌氧消化进泥螺杆泵启动,闪蒸罐内的热水解污泥经过热水解污泥换热系统冷却至设定温度,一般在40℃-60℃范围内选择,然后被厌氧消化进泥螺杆泵泵送进入厌氧序批式反应罐;当进泥量达到设定值后,中控系统发出指令,厌氧消化进泥螺杆泵停止,闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门关闭;

5)厌氧序批式反应罐的工艺时序为“搅拌停止-污泥沉降-同步进出料-搅拌启动”,反应罐每个水力停留时间会从底部的矿化污泥出口排出设定量的矿化污泥;当厌氧消化反应达到设定的时间,厌氧序批式反应罐的搅拌系统停止运行,厌氧序批式反应罐的操作状态转换为沉降,当沉降时间达到设定值后,厌氧序批式反应罐的操作状态转换为进出料,进料操作如前文所述;出料时,应确保厌氧序批式反应罐与错流过滤膜组件之间的手动阀门处于开启状态,应确保厌氧序批式反应罐与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态,应确保错流过滤膜组件的膜出水出口与膜组件产水隔膜泵之间的手动阀门处于开启状态,应确保错流过滤膜组件的膜管体与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,在厌氧消化进泥螺杆泵启动的同时,依次启动消化上清液循环隔膜泵和膜组件产水隔膜泵,当产水量达到设定值后,中控系统发出指令,依次关闭膜组件产水隔膜泵和消化上清液循环隔膜泵;产生的过滤液进入后续工艺单元;

6)厌氧消化过程产生的沼气通过厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口进入沼气柜,应确保厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口的手动阀门处于开启状态,沼气产量通过在线流量计计量,信号传送至中控系统,可查看实时流量和累积产量;沼气柜中的沼气根据热水解反应罐和沼气锅炉的操作状态进入沼气锅炉的燃烧室燃烧放热,应确保沼气柜与沼气锅炉之间的手动阀门处于开启状态;

7)确保厌氧序批式反应罐底部的手动阀门处于开启状态,当厌氧消化过程持续一个水力停留时间后,中控系统发出指令,厌氧序批式反应罐底部的气动阀门开启,矿化污泥脱水系统启动对厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥进行脱水,当厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥达到设定量后,中控系统发出指令,厌氧序批式反应罐底部的气动阀门关闭,矿化污泥脱水系统停止;矿化污泥脱水系统产生的滤液和滤饼进入后续工艺单元。

采用本发明的基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法的有益效果主要表现在:充分利用热水解污泥的物质溶解效果和固液分离性能,以厌氧序批式反应罐(asbr)进行热水解污泥的厌氧消化,使得水力停留时间(hrt)和固体停留时间(srt)的分离,其中污泥固体有机物在反应器内的停留时间大为延长,同时液相在反应器内停留时间大为缩短,从而实现可溶有机物的快速转化和不可溶有机物的慢速转化。通过外接独立的错流过滤膜组件,强化固液分离,使消化出料由固液混合物变为澄清的滤液,减少消化污泥的深度脱水处理量,规避脱水药剂对消化滤液的碱度消耗。

附图说明

附图1为本发明基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置结构示意简图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法作以详细说明。

一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置,该装置包括污泥缓存仓1、浆化罐2、热水解反应罐3、闪蒸罐4、厌氧序批式反应罐5、错流过滤膜组件6、膜组件产水隔膜泵7、消化上清液循环隔膜泵8、矿化污泥脱水系统9、沼气柜10、厌氧消化进泥螺杆泵11、热水解污泥换热系统12、沼气锅炉13、热水解进泥螺杆泵14、浆化进泥柱塞泵15、中控系统16;其中,污泥缓存仓通过浆化进泥柱塞泵连接浆化罐上部侧面的预脱水污泥进口;所述浆化罐顶部设有与厌氧序批式反应罐连接的热水解工艺气出口,底部侧面设热水解工艺气进口,所述热水解工艺气进口分别与热水解反应罐和闪蒸罐连接;所述浆化罐底部还设浆化污泥出口,该浆化污泥出口通过热水解进泥螺杆泵组与热水解反应罐连接,所述热水解反应罐与闪蒸罐相连接;所述热水解反应罐底部设有与沼气锅炉连接的饱和蒸汽进口,所述沼气锅炉的沼气进口与沼气柜沼气出口连接;所述沼气柜设有与厌氧序批式反应罐顶部侧面沼气出口连接的沼气进口;所述闪蒸罐底部设有与热水解污泥换热系统连接的闪蒸污泥出口,热水解污泥换热系统设有换热系统热水解污泥出口,该换热系统热水解污泥出口与厌氧消化进泥螺杆泵的进泥螺杆泵热水解污泥进口连接;所述厌氧消化进泥螺杆泵设有进泥螺杆泵热水解污泥出口,该进泥螺杆泵热水解污泥出口与厌氧序批式反应罐底部侧面的反应罐热水解污泥进口连接;所述厌氧序批式反应罐侧面设有不同高度的消化污泥或清液出口,该消化污泥或清液出口分别与错流过滤膜组件和消化上清液循环隔膜泵组连接;所述厌氧序批式反应罐底部设有与矿化污泥脱水系统连接的矿化污泥出口;所述矿化污泥脱水系统的底部还设有脱水滤液出口;所述消化上清液循环隔膜泵的出口与错流过滤膜组件的膜管体的上清液进口连接;所述膜组件产水隔膜泵的进口与错流过滤膜组件底部的膜出水出口连接,所述膜组件产水隔膜泵还设置有膜过滤液出口;所述中控系统分别与污泥缓存仓、浆化罐、热水解反应罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐、错流过滤膜组件、膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵、矿化污泥脱水系统、沼气柜、厌氧消化进泥螺杆泵、热水解污泥换热系统、沼气锅炉、热水解进泥螺杆泵、浆化进泥柱塞泵控制连接。

本发明上述序批式厌氧消化装置的主要部件的结构如下:

1、污泥缓存仓:锥斗型结构的碳钢材质圆柱密封罐体,罐体容积和壁厚根据热水解处理量计算。预脱水污泥通过仓顶接口进入罐内,污泥缓存时间一般不超过24小时。罐内污泥液位情况通过液位传感器传送至中控系统。罐体底部设预脱水污泥出口,连接浆化进泥柱塞泵组15,通过手动阀门控制连通情况。

2、浆化罐:圆柱形不锈钢密封罐体,常压容器,罐体容积和壁厚根据热水解处理量计算。上部侧面设预脱水污泥进口,与浆化进泥柱塞泵组15连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。浆化罐顶部设热水解工艺气出口,与厌氧序批式反应罐5连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。浆化罐底部侧面设热水解工艺气进口,与热水解反应罐3和闪蒸罐4连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。浆化罐底部设浆化污泥出口,与热水解进泥螺杆泵组14连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。罐内污泥液位和气相空间压力情况通过液位传感器和压力传感器传送至中控系统。

3、热水解反应罐:圆柱形不锈钢密封罐体,压力容器,设计压力一般为1.2mpa-1.6mpa,罐体容积和壁厚根据热水解处理量和设计压力计算。上部侧面设浆化污泥进口,与热水解进泥螺杆泵组14连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。热水解反应罐顶部设热水解工艺气出口与浆化罐2连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。热水解反应罐底部设热水解污泥闪蒸出口与闪蒸罐4连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。热水解反应罐底部设饱和蒸汽进口,与沼气锅炉13连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。罐内污泥液位和气相空间压力情况通过液位传感器和压力传感器传送至中控系统。

4、闪蒸罐:圆柱形不锈钢密封罐体,常压容器,罐体容积和壁厚根据热水解处理量计算。上部侧面设热水解污泥进口,与热水解反应罐3连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。闪蒸罐顶部设热水解工艺气出口与浆化罐2连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。闪蒸罐底部设闪蒸污泥出口,与热水解污泥换热系统12连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。罐内污泥液位和气相空间压力情况通过液位传感器和压力传感器传送至中控系统。

5、厌氧序批式反应罐:圆柱形不锈钢密封罐体,常压容器,设搅拌系统,罐体容积和壁厚根据热水解处理量计算。上部侧面设热水解工艺气进口,与浆化罐2连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况,工艺气通入厌氧序批式反应罐液位以下约1m。厌氧序批式反应罐顶部侧面设沼气出口,与沼气柜10连接,通过手动阀门控制连通情况,沼气产量通过在线流量计计量,信号传送至中控系统,可查看实时流量和累积产量。厌氧序批式反应罐侧面设有不同高度的消化污泥或清液出口,与错流过滤膜组件6和消化上清液循环隔膜泵组8连接,通过手动阀门控制连通情况。厌氧序批式反应罐底部设矿化污泥出口,与矿化污泥脱水系统9连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。厌氧序批式反应罐底部侧面设热水解污泥进口,与厌氧消化进泥螺杆泵组11连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。罐内污泥液位和气相空间压力情况通过液位传感器和压力传感器传送至中控系统。厌氧序批式反应罐的工艺时序为“搅拌停止-污泥沉降-同步进出料-搅拌启动”,反应罐每个水力停留时间会从底部的矿化污泥出口排出设定量的矿化污泥。搅拌系统的转速可在合理范围内进行自由设定。

6、错流过滤膜组件:由膜管体和内置膜丝组成,膜管体用于支撑膜丝,并为厌氧序批式反应罐5内上清液提供细长的循环通道,高速循环的上清液可用于洗刷膜丝表面从而防止膜污染,膜丝用于对上清液进行进一步的固液分离,膜出水的悬浮固体浓度控制在100mg/l以下。错流过滤膜组件6的管壁上部设有上清液出口,与厌氧序批式反应罐5侧面的出口连接,上清液由此回流至厌氧序批式反应罐5内,通过手动阀门控制连通情况。错流过滤膜组件的管壁下部设有上清液进口,与消化上清液循环隔膜泵8出口连接,上清液由此进入6错流过滤膜组件的膜管体,通过手动阀门控制连通情况。错流过滤膜组件的底部设有膜出水出口,与膜组件产水隔膜泵7连接,通过手动阀门控制连通情况。膜组件可根据中控系统的设定自动进行药洗和水洗。

7、膜组件产水隔膜泵:选取耐磨耐腐蚀的不锈钢材质的电动隔膜泵,流量大小根据产水量选择。进口与错流过滤膜组件6底部的膜出水出口连接,通过手动阀门控制连通情况。膜组件产水隔膜泵的出口与后续工艺单元连接,通过手动阀门控制连通情况。

8、消化上清液循环隔膜泵:耐磨耐腐蚀的不锈钢材质的电动隔膜泵,流量大小根据循环流量选择。进口与厌氧序批式反应罐5侧面的出口连接,通过手动阀门控制连通情况。出口与错流过滤膜组件6的膜管体的上清液进口连接,通过手动阀门控制连通情况。

9、矿化污泥脱水系统:该系统由一定数量的隔膜板组成,矿化污泥首先泵送至每两块隔膜板之间的空腔,然后往隔膜板内部泵入压榨水,使其膨胀从而使两块隔膜板之间的空腔容积变小,水分透过滤布进入滤液通道,产生滤液,矿化污泥因此脱水形成滤饼。矿化污泥脱水系统设有矿化污泥进口与厌氧序批式反应罐5底部的矿化污泥出口连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。矿化污泥脱水系统设有脱水滤液出口,与后续工艺单元连接,通过手动阀门控制连通情况。矿化污泥脱水系统设有脱水滤饼出口,与后续工艺单元连接,通过螺旋输送。

10、沼气柜:外型为3/4球体,由特殊加工聚酯材质制成,具有抗紫外线及各种微生物的能力,高度防火,由外膜、内膜及附属设备组成,外模作为骨架,沼气进入内膜,内外膜之前通过空气压缩机调节沼气压力。沼气柜设有沼气进口,与厌氧序批式反应罐5顶部侧面的沼气出口连接,通过手动阀门控制连通情况。沼气柜设有沼气出口,与沼气锅炉13的沼气进口连接,通过手动阀门控制连通情况。沼气柜的内膜高度和气相空间压力情况通过液位传感器和压力传感器传送至中控系统。

11、厌氧消化进泥螺杆泵:依靠由螺杆和衬套形成的密封腔的容积变化来吸入和排出物料,对介质的粘性不敏感,可输送高粘度介质,定子和转子均为耐高温耐磨耐腐蚀的不锈钢材质。厌氧消化进泥螺杆泵设有热水解污泥进口,与热水解污泥换热系统12连接,设手动阀门控制连通情况。厌氧消化进泥螺杆泵设有热水解污泥出口,与厌氧序批式反应罐5底部侧面的热水解污泥进口连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。

12、热水解污泥换热系统:该系统为套管式换热器,内管为热水解污泥通道,外管为冷却水通道。热水解污泥换热系统设有热水解污泥进口,与闪蒸罐4底部的闪蒸污泥出口连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。热水解污泥换热系统设有热水解污泥出口,与厌氧消化进泥螺杆泵11的热水解污泥进口连接,通过手动阀门控制连通情况。热水解污泥换热系统设有冷却水进口,与冷却水源连接,通过手动阀门控制连通情况。热水解污泥换热系统设有冷却水出口,排至其他工艺单元。

13、沼气锅炉:有沼气燃烧室和饱和蒸汽发生器组成,沼气燃烧产生的热量将软化水升温加压变成饱和蒸汽,沼气锅炉的大小和压力,根据热水解工艺的饱和蒸汽需求量和反应压力确定。沼气锅炉设有沼气进口,与沼气柜10的沼气出口连接,通过手动阀门控制连通情况。沼气锅炉设有软化水进口,与软化水装置的软化水出口连接。沼气锅炉设有饱和蒸汽出口,与热水解反应罐3底部的饱和蒸汽进口连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。沼气锅炉设有燃烧废气出口,与废气处理单元连接。

14、热水解进泥螺杆泵:依靠由螺杆和衬套形成的密封腔的容积变化来吸入和排出物料,对介质的粘性不敏感,可输送高粘度介质,定子和转子均为耐高温耐磨耐腐蚀的不锈钢材质。热水解进泥螺杆泵设有浆化污泥进口,与浆化罐2底部的浆化污泥出口连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。热水解进泥螺杆泵设有浆化污泥出口,与热水解反应罐3上部侧面的浆化污泥进口连接,设气动阀门和手动阀门控制连通情况。

15、浆化进泥柱塞泵:依靠柱塞在缸体中往复运动,使密封工作容腔的容积发生变化来实现物料的吸入和压出,从而进行物料输送,适合高压、大流量和流量需要调节的场合。浆化进泥柱塞泵设有预脱水污泥进口,与污泥缓存仓1底部的预脱水污泥出口连接,通过手动阀门控制连通情况。浆化进泥柱塞泵设有预脱水污泥出口,与浆化罐2上部侧面的预脱水污泥进口连接,通过气动阀门和手动阀门控制连通情况。

16、中控系统:整套系统的运行由plc系统直接控制,显示运行数据同时上传和储存。系统内所有设备操作方式为自动控制,每个设备可进行单独操作,又能联动操作。控制柜具备向中心控制室plc传输状态显示信号并接受plc输出控制信号的接口和接受中控室遥控的信号接口。系统配置相应的检测仪表设备,可实现对整套系统的运行状态做出合理和正确判断的结论,并将上述信号传送至所在单体的现场控制站内。中控系统可对运行数据进行显示、记录及存储。整套系统可实现全自动化控制,无需人工干预。整套系统相关的管道根据流量、压力、防腐要求等参数进行设计。所有手动阀用于设备投运时的连通和设备因维护维修退出运行时的隔离。所有气动阀,根据工艺运行时序由系统自动控制开关状态。

所述污泥缓存仓为锥斗型结构的碳钢材质圆柱密封罐体;所述浆化罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐均为圆柱形不锈钢常压密封罐体;所述热水解反应罐为圆柱形不锈钢压力密封罐体,该圆柱形不锈钢密封罐体的设计压力为1.2mpa-1.6mpa;所述错流过滤膜组件包括膜管体和内置膜丝,膜管体用于支撑膜丝,并为厌氧序批式反应罐内上清液提供细长的循环通道;所述膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵均为电动隔膜泵;所述热水解污泥换热系统为套管式换热器,内管为热水解污泥通道,外管为冷却水通道。

所述中控系统包括控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器;所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器均与控制器数据信号连接;所述第一温度传感器和第二温度传感器分别设置于热水解反应罐、闪蒸罐与浆化罐连接的高温蒸汽管路上,用于实时监测热水解反应罐、闪蒸罐的高温蒸汽的温度信号,并将监测的温度信号发送至控制器;所述第三温度传感器设置于稀释换热单元中,用于实时监测稀释换热单元对闪蒸罐中的热水解污泥进行稀释和换热的污泥温度信号,并将监测的污泥温度信号发送至控制器;所述第四温度传感器设置于厌氧序批式反应罐内用于实时监测厌氧发酵反应的温度信号,并将监测的信号发送至控制器;控制器将接收到的实时温度信号经数据转换后存储于存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中。

所述厌氧序批式反应罐的可燃气出气口上设置有与控制器数据信号连接的可燃气浓度传感器、流量传感器,用于实时监测可燃气出气口的可燃气浓度信号和可燃气流量信号,并将监测的信号发送至控制器;所述可燃气出气口上还设置有流量调节阀;所述控制器与流量调节阀控制连接;所述控制器根据可燃气浓度传感器与流量传感器发送的实时监测信号,经数据转换后存储于所述存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中,根据比较结果控制流量调节阀的调节量。

所述厌氧序批式反应罐内设置有搅拌器,所述搅拌器与控制器相连接;所述中控系统还包括与控制器相连接的计时器。

所述矿化污泥排出口上设置有排出挡板,所述排出挡板上设置有与控制器相连接的压力传感器,用于实时监测排出挡板的矿化污泥压力信号,并将实时监测的压力信号发送至控制器;控制器将接收到的实时压力监测信号,经数据转换后存储于所述存储模块中,并与相应的预设阈值进行比较,并将比较的结果存储于存储模块中,根据比较的结果控制排出挡板自动启闭。

根据权利要求1或2所述的一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置,其特征在于,所述中控系统包括控制器、设置在污泥缓存仓内的第一液位传感器、设置在浆化罐内的第二液位传感器和第一气体压力传感器、设置在闪蒸罐内的第三液位传感器和第二气体压力传感器、设置在厌氧序批式反应罐内的第四液位传感器和第三气体压力传感器、设置在错流过滤膜组件内的自动加药控制单元和自动水洗单元、设置在沼气柜内的第五液位传感器和第四气体压力传感器;所述第一液位传感器、第二液位传感器和第一气体压力传感器、第三液位传感器和第二气体压力传感器、第四液位传感器和第三气体压力传感器、第五液位传感器和第四气体压力传感器均与控制器数据信号连接,用于实时检测待安装部位的液位和气体压力信号,并将检测的液位和气体压力信号发送至控制器;控制器将接收到的实时液位和气体压力信号经数据转换后存储于控制器的存储单元内;所述控制器还与自动加药控制单元和自动水洗单元控制连接。

本发明基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置的使用方法包括如下步骤:

1)污水处理厂的污泥经过预脱水至含水率为80-90%后,泵送入污泥缓存料仓,确保料仓底部的手动阀门处于开启状态,当浆化罐内的污泥液位低于进泥液位时,中控系统发出指令,浆化进泥柱塞泵启动,将污泥缓存仓内的预脱水污泥泵送进浆化罐内,当罐内污泥液位高于进泥终止液位时,中控系统发出指令,浆化进泥柱塞泵停止;

2)位于浆化罐内的预脱水泥饼吸收从热水解反应罐和闪蒸罐释放的高温蒸汽和工艺气,从而被升温和稀释;

3)当热水解反应罐的操作状态为进泥时,确保浆化罐底部的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,浆化罐底部的气动阀门开启,热水解进泥螺杆泵启动,将浆化罐内的浆化污泥泵送进热水解反应罐内,当罐内液位高于进泥终止液位时,中控系统发出指令,热水解进泥螺杆泵停止,浆化罐底部的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为升温,确保热水解反应罐底部的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的气动阀门开启,沼气锅炉向热水解反应罐输入饱和蒸汽,压强一般在1.2mpa-1.6mpa范围内选择,当热水解反应罐内的压力达到设定值,一般为0.6mpa-1.0mpa,对应温度为160℃-180℃,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的气动阀门关闭,沼气锅炉停止向热水解反应罐输入饱和蒸汽;热水解反应罐的操作状态转换为保温,并持续时间一定时间,一般在30min-60min范围内设定,热水解反应罐的操作状态转换为压力释放,确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门开启,热水解反应罐内部上端的高温蒸汽和工艺气释放至浆化罐,当热水解反应罐的压力降低至设定值,一般在0.2mpa-0.5mpa范围内设定,中控系统发出指令,热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为排泥,确保热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的手动阀门处于开启状态,确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门开启,闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门开启,热水解反应罐内的热水解污泥在罐内压力作用下进入闪蒸罐,当热水解反应罐的压力降低至0.01mpa后,中控系统发出指令,热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门关闭,闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭;热水解反应罐的操作状态转换为进泥,进入下一个操作循环;

4)确保闪蒸罐底部的手动阀门、厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的手动阀门、厌氧消化进泥螺杆泵的热水解污泥进口的手动阀门和热水解污泥换热系统的冷却水源的手动阀门处于开启状态,当厌氧序批式反应罐的操作状态为进出料时,中控系统发出指令,闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门开启,厌氧消化进泥螺杆泵启动,闪蒸罐内的热水解污泥经过热水解污泥换热系统冷却至设定温度,一般在40℃-60℃范围内选择,然后被厌氧消化进泥螺杆泵泵送进入厌氧序批式反应罐;当进泥量达到设定值后,中控系统发出指令,厌氧消化进泥螺杆泵停止,闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门关闭;

5)厌氧序批式反应罐的工艺时序为“搅拌停止-污泥沉降-同步进出料-搅拌启动”,反应罐每个水力停留时间会从底部的矿化污泥出口排出设定量的矿化污泥;当厌氧消化反应达到设定的时间,厌氧序批式反应罐的搅拌系统停止运行,厌氧序批式反应罐的操作状态转换为沉降,当沉降时间达到设定值后,厌氧序批式反应罐的操作状态转换为进出料,进料操作如前文所述;出料时,应确保厌氧序批式反应罐与错流过滤膜组件之间的手动阀门处于开启状态,应确保厌氧序批式反应罐与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态,应确保错流过滤膜组件的膜出水出口与膜组件产水隔膜泵之间的手动阀门处于开启状态,应确保错流过滤膜组件的膜管体与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态,中控系统发出指令,在厌氧消化进泥螺杆泵启动的同时,依次启动消化上清液循环隔膜泵和膜组件产水隔膜泵,当产水量达到设定值后,中控系统发出指令,依次关闭膜组件产水隔膜泵和消化上清液循环隔膜泵;产生的过滤液进入后续工艺单元;

6)厌氧消化过程产生的沼气通过厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口进入沼气柜,应确保厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口的手动阀门处于开启状态,沼气产量通过在线流量计计量,信号传送至中控系统,可查看实时流量和累积产量;沼气柜中的沼气根据热水解反应罐和沼气锅炉的操作状态进入沼气锅炉的燃烧室燃烧放热,应确保沼气柜与沼气锅炉之间的手动阀门处于开启状态;

7)确保厌氧序批式反应罐底部的手动阀门处于开启状态,当厌氧消化过程持续一个水力停留时间后,中控系统发出指令,厌氧序批式反应罐底部的气动阀门开启,矿化污泥脱水系统启动对厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥进行脱水,当厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥达到设定量后,中控系统发出指令,厌氧序批式反应罐底部的气动阀门关闭,矿化污泥脱水系统停止;矿化污泥脱水系统产生的滤液和滤饼进入后续工艺单元。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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