專利名稱：污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)。
背景技術：
作為在厭氧性條件下使下水污泥等污泥進行甲烷發(fā)酵并進行處理的污泥處理技術，目前已經提出了各種污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)等。考慮到近年來環(huán)境保護的觀點，現(xiàn)在對這種利用甲烷發(fā)酵的污泥處理技術提出了有效果且有效率地利用能源的要求。此夕卜，考慮到改善甲烷發(fā)酵效率和使設備變得緊湊等觀點，使用這種利用甲烷發(fā)酵的污泥處理技術時，不僅要提高在處理中使用的污泥的濃度，而且還必須有效且可靠地提高這種污泥的濃度。于是，作為使高濃度污泥進行甲烷發(fā)酵并進行處理的技術，例如已有如下的高濃度污泥的處理方法，其包括將含水率90%以下的高濃度污泥進行超臨界或者亞臨界水處 理、即在高溫高壓區(qū)域內進行處理的高溫高壓工序；將該高溫高壓工序的產出物進行甲烷發(fā)酵處理的甲烷發(fā)酵工序(日本專利特開2003-103299號公報等)。該高濃度污泥的處理方法的特征在于，通過在對高濃度污泥進行超臨界或者亞臨界水處理即在高溫高壓區(qū)域內進行處理后實施甲烷發(fā)酵，從而能夠實現(xiàn)高濃度甲烷發(fā)酵。但是，上述高濃度污泥的處理方法雖然能夠對高濃度的污泥進行甲烷發(fā)酵處理，但未具體說明可有效且可靠地提高污泥濃度的方法，并且還不能具體且充分地改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，該高濃度污泥的處理方法中未具體說明如何效率高且效果好地利用從污泥回收的能源。也就是說，目前尚未提供一種不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，從而完全實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用的污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I日本專利特開2003-103299號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明鑒于上述問題開發(fā)而成，其目的在于提供一種污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)，其不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，從而完全實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。為解決上述課題，本發(fā)明提供一種污泥處理方法，具有一種污泥處理方法，具有減壓濃縮工序，在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡并隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮，從而獲得濃縮污泥；
真空形成工序，高速噴出高溫蒸汽并將該高溫蒸汽作為工作流體，從而形成真空狀態(tài)；可溶化工序，使所述濃縮污泥與高溫蒸汽接觸，從而獲得可溶化污泥；固氣分離工序，使所述可溶化污泥滯留并脫氣，從而獲得脫氣污泥；甲烷發(fā)酵工序，在厭氧性條件下使所述脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而獲得消化污泥。該污泥處理方法具有所述減壓濃縮工序，在減壓狀態(tài)下使原污泥中的溶解氣體發(fā)泡，原污泥中的固體成分會隨著發(fā)泡氣體浮起而形成較厚的固體成分層，并且通過壓實發(fā)揮出高濃縮效果，獲得高濃度的濃縮污泥，其結果是能夠有效且可靠地提高原污泥的濃度。此外，由于具有所述真空形成工序，高速噴出的高溫蒸汽會通過噴射器等裝置，由此能容易地形成真空狀態(tài)，對通過減壓濃縮工序獲得的濃縮污泥進行減壓抽吸，且同時能利用該高 溫蒸汽在下述可溶化工序中容易地實現(xiàn)濃縮污泥的可溶化，因此可通過噴出高溫蒸汽這一項操作形成真空狀態(tài)且同時實現(xiàn)濃縮污泥的可溶化，從而實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。此外，由于具有所述可溶化工序，所以能夠通過高溫蒸汽的凝結沖擊將具有高濃度和高粘度的所述濃縮污泥分解并加熱而獲得可溶化污泥，該可溶化污泥可大幅提高下述甲烷發(fā)酵工序中甲烷發(fā)酵的消化速度和消化率，因此能夠充分實現(xiàn)高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，由于具有固氣分離工序，所以能夠對會在下述甲烷發(fā)酵工序中阻礙甲烷發(fā)酵的氨氣等進行脫氣而獲得脫氣污泥，并且通過將該氨氣等進行脫氣，能夠有效且可靠地實現(xiàn)改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，在甲烷發(fā)酵工序中，經過加熱的高濃度的脫氣污泥不僅能夠在厭氧性條件下充分發(fā)揮消化速度和消化率，進行甲烷發(fā)酵而獲得消化污泥，而且經過加熱的脫氣污泥還能夠維持甲烷發(fā)酵工序中甲烷發(fā)酵的最佳溫度，在維持良好的甲烷發(fā)酵的同時有效地利用能源。也就是說，該污泥處理方法通過精簡且緊湊的結構不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，實現(xiàn)效率高且效果 好的能源利用?？墒褂猛ㄟ^所述甲烷發(fā)酵工序獲得的消化污泥作為原污泥。這種消化污泥會在甲烷發(fā)酵工序中被加熱到甲烷發(fā)酵的最佳溫度，而且與原污泥相比含有更多的溶解氣體。也就是說，由于使用通過所述甲烷發(fā)酵工序獲得的消化污泥作為原污泥，所以會在減壓濃縮工序中的減壓狀態(tài)下，由于因沸點下降引起的沸騰蒸發(fā)現(xiàn)象而產生更多含有污泥中的水蒸氣的發(fā)泡氣體，該發(fā)泡氣體會隨著污泥中的固體成分大量回收污泥中的熱量并浮起。其結果是，在利用高溫蒸汽對含有如此回收了大量熱量的發(fā)泡氣體的濃縮污泥進行凝結加熱時，能夠減少所使用的能量。也就是說，該污泥處理方法不僅能夠利用這種含有水蒸氣的發(fā)泡氣體有效地回收熱量，從而降低真空形成工序和可溶化工序中高溫蒸汽的使用能量，而且還能夠利用含有水蒸氣的發(fā)泡氣體和高溫蒸汽使加熱到約55°C 100°C左右的脫氣污泥在甲烷發(fā)酵工序中進行甲烷發(fā)酵，從而能夠在甲烷發(fā)酵工序中始終維持最佳溫度，因此無需在甲烷發(fā)酵工序中實施特別的加熱操作來維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，通過簡單的方法即可可靠地節(jié)省能源，并且有效地回收和利用能源。此外，為解決上述課題，本發(fā)明還提供一種污泥處理系統(tǒng)，其具有減壓濃縮裝置，其在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡，并隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮，從而獲得濃縮污泥；
高溫蒸汽噴出裝置，其高速噴出高溫蒸汽；噴射器，其使用所述高溫蒸汽作為工作流體，從而形成真空狀態(tài)；可溶化槽，其使所述濃縮污泥與高溫蒸汽接觸，從而獲得可溶化污泥；固氣分離槽，其使所述可溶化污泥滯留并脫氣，從而獲得脫氣污泥；甲烷發(fā)酵槽，其在厭氧性條件下使所述脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而獲得消化污泥。該污泥處理系統(tǒng)具有所述減壓濃縮裝置，與上述污泥處理方法中相同，其在減壓狀態(tài)下使原污泥中的溶解氣體發(fā)泡，原污泥中的固體成分會隨著發(fā)泡氣體浮起，伴隨于此而形成較厚的固體成分層，通過壓實所產生的濃縮效果，能夠有效且可靠地提高原污泥的 濃度。此外，由于具有所述高溫蒸汽噴出裝置，所以能夠通過噴出高溫蒸汽這一機構在形成下述噴射器的真空狀態(tài)的同時實現(xiàn)濃縮污泥的可溶化，從而能夠實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。此外，由于具有所述噴射器，所以能夠將上述高溫蒸汽作為工作流體，從而容易地形成真空狀態(tài)，同時能夠容易地對通過減壓濃縮裝置獲得的濃縮污泥進行減壓抽吸。此外，由于具有所述可溶化槽，所以能夠通過高溫蒸汽的凝結沖擊對具有高濃度和高粘度的所述濃縮污泥進行分解并加熱而獲得可溶化污泥，該可溶化污泥可大幅提高下述甲烷發(fā)酵槽中甲烷發(fā)酵的消化速度和消化率，因此能夠充分改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，由于具有固氣分離槽，所以能夠對會在下述甲烷發(fā)酵槽中阻礙甲烷發(fā)酵的氨氣等進行脫氣而獲得脫氣污泥，并且能夠有效且可靠地改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，由于具有甲烷發(fā)酵槽，所以上述脫氣污泥能夠在厭氧性條件下效率高且效果好地進行甲烷發(fā)酵，從而獲得消化污泥。也就是說，該污泥處理系統(tǒng)通過精簡且緊湊的結構不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，從而實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用?？墒褂猛ㄟ^所述甲烷發(fā)酵槽獲得的消化污泥作為原污泥。這樣一來，由于使用通過所述甲烷發(fā)酵槽獲得的消化污泥作為原污泥，所以與上述污泥處理方法中相同，會在減壓濃縮裝置中在減壓狀態(tài)下產生更多含有污泥中的水蒸氣的發(fā)泡氣體，該發(fā)泡氣體會隨著污泥中的固體成分大量回收污泥中的熱量并浮起，其結果是，在利用高溫蒸汽對含有回收了大量熱量的發(fā)泡氣體的濃縮污泥進行凝結加熱時，能夠減少使用能量。也就是說，該污泥處理系統(tǒng)不僅能夠利用這種含有水蒸氣的發(fā)泡氣體有效地回收熱量，從而降低噴射器和可溶化槽中高溫蒸汽的使用能量，而且還能夠利用含有水蒸氣的發(fā)泡氣體和高溫蒸汽，使加熱到約55°C 100°C左右的脫氣污泥在甲烷發(fā)酵槽中進行甲烷發(fā)酵，從而在甲烷發(fā)酵槽中始終維持最佳溫度，因此無需在甲烷發(fā)酵槽中實施特別的加熱操作來維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，通過簡單的方法即可可靠地節(jié)省能源，從而有效地回收和利用能源。發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明所述的污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)，其在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡并浮起濃縮，在使用高速噴出的高溫蒸汽作為工作流體形成真空狀態(tài)的同時對浮起濃縮的污泥進行減壓抽吸，使該濃縮污泥與高溫蒸汽接觸而進行可溶化處理，然后使該可溶化污泥滯留并脫氣，并在厭氧性條件下使經過脫氣的污泥進行甲烷發(fā)酵，因此能夠通過簡單且緊湊的結構全部解決現(xiàn)有的課題，即不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。


圖I是表示本發(fā)明的一實施方式的污泥處理方法的流程圖。圖2是表示本發(fā)明的一實施方式的污泥處理系統(tǒng)的簡要結構圖。圖3是表示本發(fā)明的其他實施方式的污泥處理系統(tǒng)的簡要結構圖。圖4是表示本發(fā)明的其他實施方式的污泥處理系統(tǒng)的簡要結構圖。
具體實施例方式以下，適當參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。 首先參照圖1，說明該污泥處理方法的STPl STP5的各工序。具體而言，該污泥處理方法主要包括用于在減壓狀態(tài)下濃縮原污泥P而獲得濃縮污泥Q的減壓濃縮工序STPl ;使用高溫蒸汽S作為工作流體而用于形成真空狀態(tài)的真空形成工序STP2 ;用于使?jié)饪s污泥Q與高溫蒸汽S接觸而獲得可溶化污泥T的可溶化工序STP3 ;用于將可溶化污泥T脫氣而獲得脫氣污泥U的固氣分離工序STP4 ;用于使脫氣污泥U進行甲烷發(fā)酵而獲得消化污泥V的甲烷發(fā)酵工序STP5。(減壓濃縮工序)減壓濃縮工序STPl是在減壓狀態(tài)下使原污泥P發(fā)泡并隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮，從而獲得濃縮污泥Q的工序。在該減壓濃縮工序STPl中，在減壓狀態(tài)下使原污泥P中的溶解氣體發(fā)泡而產生發(fā)泡氣體。該發(fā)泡氣體會隨著原污泥P中的固體成分浮起，固液分離為含有發(fā)泡氣體的固體成分和液體成分。隨著含有該發(fā)泡氣體的固體成分浮起并層疊，會形成較厚的固體成分層，并且通過壓實發(fā)揮高濃縮效果，其結果是能夠獲得高濃度的濃縮污泥Q0也就是說，減壓濃縮工序STPl通過在減壓狀態(tài)下使原污泥P發(fā)泡這一簡單方法，能夠有效且可靠地提高原污泥P的濃度。此外，由于該濃縮污泥Q蓄積在浮起移動的最終地點的位置即最高位，所以能夠容易地從上方排出、回收具有高濃度和高粘度的濃縮污泥Q，從而更易排出濃縮污泥Q。需要說明的是，可將上述液體成分作為脫離液R進行處理，從減壓濃縮工序STPl排出。作為減壓濃縮工序STPl中的減壓方法，并無特別限定，可列舉例如利用下述真空形成工序STP2的真空狀態(tài)的方法或另外使用真空泵等裝置的方法等。作為減壓濃縮工序STPl中的減壓狀態(tài)下的負壓，優(yōu)選60kPa以上IOOkPa以下，更優(yōu)選70kPa以上90kPa以下。這樣，通過將減壓濃縮工序STPl中的減壓狀態(tài)下的負壓設定在所述范圍，能夠提高含有發(fā)泡氣體的原污泥P的固體成分的浮起速度，因此能夠可靠地提高壓實上述污泥所產生的濃縮效果，同時能夠更容易地排出和回收浮起濃縮后的濃縮污泥Q。如果該負壓超出所述上限，則會過度促進原污泥P中的氣體發(fā)泡，原污泥P的固體成分隨著上述發(fā)泡氣體浮起的效率降低，并且會降低污泥濃縮效果。此外，如果該負壓不足所述下限，則原污泥P中的溶解氣體的發(fā)泡會變得不充分，原污泥P的固體成分的浮起效果降低，并且污泥濃縮效果也可能降低。作為原污泥P的種類，并無特別限定，可列舉例如活性污泥、初沉污泥、剩余污泥、凝集沉淀污泥、凈化槽污泥、以及有機性污泥等。此處，“活性污泥”是指污水中的浮游性的有機物、無機物以及各種原生動物等所吸附或附著在微生物的集合體上而成為泥狀的物質。作為減壓濃縮工序STPl中產生的發(fā)泡氣體的種類，具體而言，可列舉氨氣、氫氣、硫化氫氣、甲烷氣、二氧化碳氣、以及水蒸氣等。(真空形成工序)真空形成工序STP2是用于高速噴出高溫蒸汽S并且使用該高溫蒸汽S作為工作流體而形成真空狀態(tài)的工序。具體而言，該真空形成工序STP2中由于使高速噴出的高溫蒸汽S通過噴射器等裝置，高溫蒸汽S的流速增加反而使壓力降低，從而會因壓力損失而容易地產生真空狀態(tài)，因此能夠容易地對通過上述減壓濃縮工序STPl獲得的濃縮污泥Q進行減壓抽吸。此外，真空形成工序STP2中噴出的高溫蒸汽S在下述可溶化工序STP3中能夠利用凝結發(fā)熱容易地使?jié)饪s污泥Q可溶化。也就是說，真空形成工序STP2通過高速噴出高溫蒸汽S這一項操作，不僅能夠在減壓濃縮工序STPl中對濃縮污泥Q進行減壓抽吸，還能夠在可溶化工序STP3中實現(xiàn)濃縮污泥Q的可溶化，所以能夠實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。另外，還能夠利用該真空形成工序STP2的真空狀態(tài)，在上述減壓濃縮工序STPl中進行減壓。作為高速噴出所述高溫蒸汽S的裝置，可使用眾所周知的裝置，可列舉例如蒸汽鍋爐等。作為所述高溫蒸汽S的溫度，優(yōu)選120°C以上180°C以下，更優(yōu)選150°C以上170°C以下。于是，通過將真空形成工序STP2中的高溫蒸汽S的溫度設定在所述范圍內，在使下述可溶化工序STP3中的濃縮污泥Q充分實現(xiàn)可溶化的同時，還能夠充分加熱可溶化污泥T，在下述甲烷發(fā)酵工序STP5中維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度。如果該高溫蒸汽S的溫度超出所述上限，則必須使用大量能源來提高溫度，因此可能有悖于節(jié)約能源的要求。此外，如果該高溫蒸汽S的溫度不足所述下限，則下述可溶化工序STP3中的濃縮污泥Q會無法充分實現(xiàn)可溶化，而且可能無法充分加熱可溶化污泥T，難以在下述甲烷發(fā)酵工序STP5中維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度。 作為所述高溫蒸汽S的噴出壓力，優(yōu)選200kPa以上IOOOkPa以下，更優(yōu)選500kPa以上800kPa。這樣，通過將真空形成工序STP2中的高溫蒸汽S的噴出壓力設定在所述范圍內，在利用真空形成工序STP2中的真空狀態(tài)進行減壓濃縮工序STPl中的減壓時，能夠形成可使上述原污泥P充分浮起濃縮這種程度的減壓狀態(tài)，且同時能夠可靠地對通過上述減壓濃縮工序STPl獲得的濃縮污泥Q進行減壓抽吸。如果該高溫蒸汽S的噴出壓力超出所述上限，則必須使用大量能源來提高噴出壓力，從而可能有悖于節(jié)約能源的要求。此外，如果該高溫蒸汽S的噴出壓力不足所述下限，則會無法充分地對上述濃縮污泥Q進行減壓抽吸。(可溶化工序)可溶化工序STP3是使所述濃縮污泥Q與高溫蒸汽S接觸而獲得可溶化污泥T的工序。具體而言，可溶化工序STP3在真空條件下使真空形成工序STP2中噴出的高溫蒸汽S與經過減壓抽吸的濃縮污泥Q接觸，接著通過釋放到大氣壓力下而利用高溫蒸汽S的凝結沖擊將濃縮污泥Q加熱，同時將其分解，由此可獲得粘度低且流動性高的經過加熱的可溶化污泥T。這種可溶化污泥T能夠大幅提高下述甲烷發(fā)酵工序STP5中甲烷發(fā)酵的消化速度和消化率，因此可溶化工序STP3能夠充分改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。具體而言，下述甲烷發(fā)酵工序STP5中的甲烷發(fā)酵為中溫甲烷發(fā)酵時，上述經過加熱的可溶化污泥T的溫度可為55°C以上85°C以下，高溫甲烷發(fā)酵時可為70°C以上100°C以下。這樣，通過將可溶化污泥T的溫度設定在所述范圍，能夠在甲烷發(fā)酵工序STP5中有效地實現(xiàn)中溫甲烷發(fā)酵或高溫甲烷發(fā)酵的最佳溫度，可靠地大幅提高消化速度和消化率。另夕卜，如果該可溶化污泥T的溫度超過所述上限，則可能會在下述甲烷發(fā)酵工序STP5中阻礙甲烷發(fā)酵的消化。此外，如果該可溶化污泥T的溫度不足所述下限，則可能會無法大幅提高下述甲烷發(fā)酵工序STP5中甲烷發(fā)酵的消化速度和消化率。(固氣分離工序)固氣分離工序STP4是使所述可溶化污泥T滯留并脫氣而獲得脫氣污泥U的工序。具體而言，固氣分離工序STP4不僅能夠使通過可溶化工序STP3獲得的高流動性的可溶化污泥T滯留并脫氣，從而能夠有效且可靠地固氣分離為脫氣污泥U和脫氣氣體，同時還能夠在不會降低高流動性的狀態(tài)下提高污泥密度，能夠使輸送和處理變得更容易。如上所述，該 脫氣氣體來自在減壓濃縮工序STPl中的減壓狀態(tài)下從原污泥P產生的發(fā)泡氣體，具體而言，是氨氣、氫氣、硫化氫氣、甲烷氣、以及二氧化碳氣等的混合氣體。也就是說，固氣分離工序STP4能夠將在下述甲烷發(fā)酵工序STP5中對甲烷發(fā)酵造成障礙的氨氣進行充分脫氣，因此通過將該氨氣進行脫氣，能夠有效且可靠地改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。作為固氣分離工序STP4中可溶化污泥T的脫氣方法，并無特別限定，可列舉例如大氣釋放方法或利用下述甲烷發(fā)酵工序STP5中的消化氣體的回收裝置對可溶化污泥T的脫氣氣體進行脫氣的方法等。(甲烷發(fā)酵工序)甲烷發(fā)酵工序STP5是在厭氧性條件下使所述脫氣污泥U進行甲烷發(fā)酵而獲得消化污泥V的工序。在該甲烷發(fā)酵工序STP5中，能夠大幅提高使通過上述固氣分離工序STP4獲得的高濃度的脫氣污泥U在厭氧性條件下進行甲烷發(fā)酵時的消化速度和消化率，因此能夠充分改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，該脫氣污泥U是如上所述將經過加熱的可溶化污泥T進行脫氣后的污泥，該脫氣污泥U能夠在甲烷發(fā)酵工序STP5中維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，因此在甲烷發(fā)酵工序STP5中無需設置特別的加熱裝置，能夠在維持良好的甲烷發(fā)酵的同時有效地利用能源。另外，在該甲烷發(fā)酵工序STP5中，會產生硫化氫氣、甲烷氣、氨氣、以及二氧化碳氣等消化氣體。作為甲烷發(fā)酵工序STP5中甲烷發(fā)酵的溫度，在例如中溫發(fā)酵時可調節(jié)為約35°C 40°C左右，在高溫發(fā)酵時可調節(jié)為約50°C 55°C左右。這樣，通過調節(jié)為適合各發(fā)酵方式的最佳溫度，能夠利用甲烷發(fā)酵工序STP5中的甲烷發(fā)酵而有效且穩(wěn)定地消化污泥。此外，該甲烷發(fā)酵工序STP5可設置回收所述消化氣體的機構。這樣一來，通過在甲烷發(fā)酵工序STP5中設置回收所述消化氣體的機構，能夠利用在甲烷發(fā)酵工序STP5中產生的甲烷氣作為能源，例如可使用其作為在真空形成工序STP2中噴出高溫蒸汽的蒸汽鍋爐等的動力源。在該污泥處理方法中，可使用通過所述甲烷發(fā)酵工序STP5獲得的消化污泥V作為原污泥。具體而言，可以將通過甲烷發(fā)酵工序STP5獲得的消化污泥V全部或部分地送回減壓濃縮工序STP1，再次實施上述一系列的浮起濃縮、可溶化、脫氣、以及消化等。如上所述，該消化污泥V在中溫發(fā)酵中加熱并維持在約35°C 40°C左右，在高溫發(fā)酵中加熱并維持在約50°C 55°C左右，此外，與原污泥P相比，該消化污泥V含有更多的溶解氣體。也就是說，由于使用通過甲烷發(fā)酵工序STP5獲得的消化污泥V作為原污泥，所以在減壓濃縮工序STPl中的減壓狀態(tài)下，由于因沸點下降引起的沸騰蒸發(fā)現(xiàn)象而產生更多含有污泥中的水蒸氣的發(fā)泡氣體，該發(fā)泡氣體會隨著污泥中的固體成分大量回收污泥中的熱量并浮起。需要說明的是，脫離液R的溫度會因該水蒸氣的蒸發(fā)潛熱而降低約10°C 30°C。其結果是，在利用高溫蒸汽對含有如此回收了大量熱量的發(fā)泡氣體的濃縮污泥進行凝結加熱時，能夠減少使用的能量。也就是說，該污泥處理方法不僅能夠利用含有該水蒸氣的發(fā)泡氣體有效地回收熱量，還能夠降低真空形成工序STP2和可溶化工序STP3中高溫蒸汽的使用能量，而且還能夠達成如下效果，即，利用含有水蒸氣的發(fā)泡氣體和高溫蒸汽，在甲烷發(fā)酵工序STP5中使加熱到約55°C 100°C左右即上述甲烷發(fā)酵的最佳溫度以上的脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而能夠與甲烷發(fā)酵工序STP5中的放熱量相平衡而始終維持最佳溫度，因此無需特別的加熱操作來維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，從而通過簡單的方法即可可靠地節(jié)省能源并且有效地回收和利用能源。需要說明的是，在如此使用通過甲烷發(fā)酵工序STP5獲得的消化污泥V作為原污泥時，該污泥處理方法也能夠充分發(fā)揮上述各工序中說明的作用效果，此外減壓裝置等也可以分別使用相同的裝置。 以下，參照圖2說明污泥處理系統(tǒng)I。該污泥處理系統(tǒng)I主要具有減壓濃縮裝置2、高溫蒸汽噴出裝置3、噴射器4、可溶化槽5、固氣分離槽6及甲烷發(fā)酵槽7。(減壓濃縮裝置)減壓濃縮裝置2是在減壓狀態(tài)下使原污泥P發(fā)泡并隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮而獲得濃縮污泥Q的裝置。具體而言，減壓濃縮裝置2主要具有原污泥供給部8、脫離液排出部9及濃縮污泥排出部10。另外，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內，在原污泥供給部8、脫離液排出部9及濃縮污泥排出部10中還可設置調節(jié)閥(未圖示)，該調節(jié)閥不僅能夠調節(jié)原污泥的供給量以及脫離液和濃縮污泥的排出量，同時還能調節(jié)減壓濃縮裝置2內部的減壓狀態(tài)。作為將原污泥P供給到減壓濃縮裝置2的方法，并無特別限定，可列舉出例如利用下述噴射器4形成的真空狀態(tài)而從濃縮污泥排出部10側減壓抽吸原污泥P的機構、從原污泥供給部8側加壓并供給原污泥P的機構等。此外，作為使該減壓濃縮裝置2的內部減壓的機構，并無特別限定，可列舉例如利用下述噴射器4形成的真空狀態(tài)而從濃縮污泥排出部10側進行抽吸減壓的機構、利用真空泵等從脫離液排出部9進行抽吸減壓的機構等。作為減壓濃縮裝置2的形狀，只要能夠使原污泥P浮起濃縮即可，并無特別限定，可列舉例如圓筒形和長方體等。此外，作為減壓濃縮裝置2的材料，只要能夠維持內部的減壓狀態(tài)即可，并無特別限定，可使用眾所周知的材料。(高溫蒸汽噴出裝置)高溫蒸汽噴出裝置3是高速噴出高溫蒸汽S的裝置。作為該高溫蒸汽噴出裝置3的種類，并無特別限定，可列舉例如眾所周知的蒸汽鍋爐等。此外，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內，高溫蒸汽噴出裝置3還可具有調節(jié)高溫蒸汽的溫度、噴出壓力和噴出量等的調節(jié)機構(未圖示)等。(噴射器)噴射器4是使用所述高溫蒸汽S作為工作流體而形成真空狀態(tài)的裝置。具體而言，噴射器4是用于在形成下述污泥濃縮裝置2中的減壓狀態(tài)并對濃縮污泥Q進行減壓抽吸的同時，將濃縮污泥Q和高溫蒸汽S供給到下述可溶化槽5的裝置。該噴射器4主要由噴嘴和擴散管(未圖示)構成。該噴嘴和擴散管隔開適當?shù)木嚯x對向設置，由于高溫蒸汽S會高速通過該噴嘴，所以當高溫蒸汽S的流速增加時壓力反而會降低，并因該壓力損失在噴嘴和擴散管之間形成真空狀態(tài)。另外，該噴嘴和擴散管的尺寸、形狀和配置等可根據(jù)需要的真空壓和吸入流量等自由調整。(可溶化槽)可溶化槽5是使所述濃縮污泥Q與高溫蒸汽S接觸而獲得可溶化污泥T的裝置。具體而言，該可溶化槽5使通過噴射器4的高溫蒸汽S與濃縮污泥Q接觸，通過釋放到大氣壓力下而利用高溫蒸汽S的凝結沖擊對濃縮污泥Q進行加熱，同時將其分解，由此便可獲得可溶化污泥T。該可溶化槽5的形狀和材料只要是能夠使高溫蒸汽S與濃縮污泥Q接觸并在大氣壓力下釋放即可，并無特別限定，可使用眾所周知的形狀和材料。

(固氣分離槽)固氣分離槽6是使所述可溶化污泥T滯留并脫氣而獲得脫氣污泥U的裝置。具體而言，固氣分離槽6是使由可溶化槽5獲得的高流動性的可溶化污泥T滯留并脫氣而固氣分離為脫氣污泥U和脫氣氣體的裝置。該固氣分離槽6主要具有用于將脫氣氣體排出到外部的氣體排出部U、將脫氣污泥U排出到外部的脫氣污泥排出部12。作為用于在固氣分離槽6中對可溶化污泥T進行脫氣的方法，可列舉例如釋放到大氣中進行自然脫氣的機構、利用下述甲烷發(fā)酵槽7中的消化氣體的回收裝置的機構等。另外，作為固氣分離槽6的形狀，并無特別限定，可列舉例如大致圓錐形狀，即將氣體排出部11配置在上部，將脫氣污泥排出部12配置在下部，并且該下部縮成大致圓錐狀。如此，通過將固氣分離槽6的下部形成為大致圓錐形狀，能夠使脫氣污泥U自然流下，因此便于排出。另外，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內，固氣分離槽6還可具有用于調節(jié)脫氣污泥U和脫氣氣體的排出量的調節(jié)閥(未圖示)。(甲烷發(fā)酵槽)甲烷發(fā)酵槽7是在厭氧性條件下使所述脫氣污泥U進行甲烷發(fā)酵而獲得消化污泥V的構件。具體而言，該甲烷發(fā)酵槽7主要具備將脫氣污泥U供給到甲烷發(fā)酵槽7的脫氣污泥供給部13、用于將消化污泥V排出到外部的消化污泥排出部14，除此以外還可以具備用于對甲烷發(fā)酵槽7內部的污泥進行攪拌的攪拌機構(未圖示)、回收因甲烷發(fā)酵槽7中的甲烷發(fā)酵而產生的消化氣體的儲氣罐等回收裝置。此外，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內，脫氣污泥供給部13和消化污泥排出部14中還可以具備調節(jié)脫氣污泥U的供給量和消化污泥V的排出量的調節(jié)閥(未圖示)。另外，該甲烷發(fā)酵槽7的形狀和材料并無特別限定，可使用眾所周知的形狀和材料。另外，可以在上述消化氣體的回收線路上連接固氣分離槽6的脫氣氣體線路而共享儲氣罐等回收裝置。(污泥處理系統(tǒng)的操作步驟)以下基于作用效果詳細說明污泥處理系統(tǒng)I的操作步驟。例如，在關閉減壓濃縮裝置2中的原污泥供給部8和脫離液排出部9的調節(jié)閥的同時打開濃縮污泥排出部10的調節(jié)閥。接著從高溫蒸汽噴出裝置3高速噴出高溫蒸汽S，當高溫蒸汽S會高速通過噴射器4時，由于高溫蒸汽S高速通過噴嘴和擴散管，高溫蒸汽S的流速增加反而導致壓力降低，所以利用該壓力損失可在噴嘴和擴散管之間形成真空狀態(tài)。這樣，減壓濃縮裝置2的內部成為減壓狀態(tài)，繼續(xù)維持該減壓狀態(tài)并打開原污泥供給部8的調節(jié)閥，將原污泥P供給到減壓濃縮裝置2的內部。在該減壓濃縮裝置2的內部，在減壓狀態(tài)下使原污泥P中的溶解氣體發(fā)泡而產生發(fā)泡氣體。該發(fā)泡氣體會隨著原污泥P中的固體成分浮起，從而固液分離為含有發(fā)泡氣體的固體成分和液體成分。隨著含有該發(fā)泡氣體的固體成分浮起并層疊，會形成較厚的固體成分層，并且通過壓實發(fā)揮出高濃縮效果，因此能夠獲得高濃度的濃縮污泥Q。也就是說，減壓濃縮裝置2通過使原污泥P在減壓狀態(tài)下發(fā)泡這一簡單的機構能夠有效且可靠地提高原污泥P的濃度。此外，由于濃縮污泥Q蓄積在浮起移動的最終地點的位置即最高位，所以能夠容易地從上方排出或回收具有高濃度和高粘度的濃縮污泥Q，更易排出濃縮污泥Q。另夕卜，可將上述液體成分作為脫離液R進行處理，能夠從脫離液排出部9排出。另外，減壓濃縮裝置2中的減壓狀態(tài)下的負壓、所產生的發(fā)泡氣體的種類、原污泥P的種類、高溫蒸汽S的溫度和噴出壓力等可以與上述污泥處理方法相同。在減壓濃縮裝置2中浮起濃縮的濃縮污泥Q會利用噴射器4的真空作用而通過濃 縮污泥排出部10被減壓抽吸到噴射器4的內部，然后在可溶化槽5中與高溫蒸汽S接觸，并釋放到大氣壓力下，由此便可利用高溫蒸汽S的凝結沖擊將濃縮污泥Q加熱，同時將其分解，從而獲得粘度低且流動性高的經過加熱的可溶化污泥T。這種可溶化污泥T能夠大幅提高下述甲烷發(fā)酵槽7中的甲烷發(fā)酵的消化速度和消化率，因此可溶化槽5能夠充分改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。另外，該可溶化污泥T的溫度可以與上述污泥處理方法相同。從可溶化槽5獲得的可溶化污泥T會被輸送到固氣分離槽6并滯留在內部。滯留在該固氣分離槽6中的可溶化污泥T通過例如大氣釋放等方法進行自然脫氣，從而固氣分離為脫氣污泥U和脫氣氣體。該脫氣氣體通過氣體排出部11排出到外部，脫氣污泥U通過脫氣污泥排出部12排出到外部。這樣，固氣分離槽6不僅能夠將可溶化污泥T有效且可靠地固氣分離為脫氣污泥U和脫氣氣體，同時還能夠在提高污泥密度時不損害高流動性，使輸送和處理變得更容易。此外，與上述污泥處理方法中相同，該脫氣氣體是氨氣、甲烷氣、二氧化碳氣等的混合氣體，可以使用固氣分離槽6對會在下述甲烷發(fā)酵槽7中阻礙甲烷發(fā)酵的氨氣進行充分脫氣，所以固氣分離槽6能夠有效且可靠地改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。從而固氣分離槽6獲得的脫氣污泥U會通過甲烷發(fā)酵槽7的脫氣污泥供給部13被輸送到甲烷發(fā)酵槽7的內部，通過在厭氧性條件下進行甲烷發(fā)酵，形成消化污泥V。與上述污泥處理方法相同，在該甲烷發(fā)酵槽7中，利用固氣分離槽6獲得的高濃度的脫氣污泥U能夠大幅提高在厭氧性條件下進行中溫或高溫甲烷發(fā)酵時的消化速度和消化率，因此能夠充分改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率。此外，該脫氣污泥U是對如上所述經過加熱的可溶化污泥T進行了脫氣的污泥，該脫氣污泥U能夠維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，因此無需在甲烷發(fā)酵槽7中設置特別的加熱機構，就能夠在維持甲烷發(fā)酵的同時有效地利用能源。另外，該甲烷發(fā)酵槽7中甲烷發(fā)酵的溫度可以與上述污泥處理方法相同。另外，雖然在該甲烷發(fā)酵槽7中會產生甲烷氣、氨氣、二氧化碳氣等消化氣體，但可以使用回收該消化氣體的儲氣罐等回收裝置，利用甲烷發(fā)酵槽7中產生的甲烷氣作為能源，例如可以將其用作高溫蒸汽噴出裝置3的動力源。通過甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V可以通過消化污泥排出部14排出到外部并廢棄，但也可以使用通過所述甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V作為原污泥。也就是說，可以將通過甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V全部或部分地送回減壓濃縮裝置2，再次實施上述一系列的浮起濃縮、可溶化、脫氣、以及消化等。即，與上述污泥處理方法相同，也使用通過所述甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V作為原污泥，由此，在減壓濃縮裝置2中的減壓狀態(tài)下，由于因沸點下降引起的沸騰蒸發(fā)現(xiàn)象而產生更多含有污泥中的水蒸氣的發(fā)泡氣體，該發(fā)泡氣體會隨著污泥中的固體成分大量回收污泥中的熱量并浮起。其結果是，在利用高溫蒸汽對含有如此回收了大量熱量的發(fā)泡氣體的濃縮污泥進行凝結加熱時，能夠減少所使用的能量。也就是說，該污泥處理系統(tǒng)I不僅能夠通過含有該水蒸氣的發(fā)泡氣體有效地回收熱量而降低噴射器4和可溶化槽5中高溫蒸汽的使用能量，而且還能夠通過含有水蒸氣的發(fā)泡氣體和高溫蒸汽，在甲烷發(fā)酵槽7中使加熱到約55°C 100°C左右溫度的脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而能夠在甲烷發(fā)酵槽7中始終維持最佳溫度，因此無需特別的加熱操作來維持甲烷發(fā)酵的最佳溫度，通過簡單的機構就能可靠地節(jié)省能源，并且有效地回收和利用能源。需要說明的是，像這樣使用通過甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V作為原污泥時，該污泥處理系統(tǒng)也能夠充分發(fā)揮上述各裝置等中說明的作用效果，并且減壓機構等也可以分別使用相同的各機構。 另外，本發(fā)明的污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)并不限定于所述實施方式。例如在本發(fā)明的污泥處理系統(tǒng)中，如圖3所示，可以將甲烷發(fā)酵槽分為2槽，在甲烷發(fā)酵槽7的前段串聯(lián)配置另一個甲烷發(fā)酵槽15。此時，如果在本發(fā)明的污泥處理系統(tǒng)中使用由甲烷發(fā)酵槽7獲得的消化污泥V作為原污泥，則消化污泥V會通過消化污泥排出部14供給到污泥濃縮裝置2，經過上述一系列的浮起濃縮、可溶化、以及脫氣等形成脫氣污泥U，該脫氣污泥U會被供給到甲烷發(fā)酵槽15并進行消化。由于本發(fā)明的污泥處理系統(tǒng)具有這種結構，所以不僅能夠發(fā)揮與上述污泥處理系統(tǒng)I相同的作用效果，而且還能夠在現(xiàn)有的雙槽式即將第I槽設為甲烷發(fā)酵槽、將第2槽設為污泥分離槽時的污泥分離槽上設置例如攪拌機，而作為甲烷發(fā)酵槽發(fā)揮功能，因此能夠提高污泥處理能力。此外，例如在本發(fā)明的污泥處理系統(tǒng)中，如圖4所示，可以使用可溶化槽和固氣分離槽形成為一體的可溶化固氣分離槽16，從而一體性地在可溶化部17中進行濃縮污泥的可溶化且同時在固氣分離部18中進行可溶化污泥的固氣分離。這樣一來，即使不分開可溶化槽和固氣分離槽，也能夠使用可溶化固氣分離槽16來發(fā)揮與上述污泥處理系統(tǒng)I相同的作用效果，進而能夠使系統(tǒng)變得更加精簡和緊湊。另外，此時作為該可溶化固氣分離槽16的結構，可列舉例如使從噴射器供給的高溫蒸汽和濃縮污泥的供給部從中心開始偏心，在固氣分離槽內產生如所謂氣旋般的旋流的結構。此外，在例如本發(fā)明的污泥處理方法的減壓濃縮工序和污泥處理系統(tǒng)的減壓濃縮裝置中，可以對于原污泥或送回減壓濃縮工序、減壓濃縮裝置的消化污泥添加凝集劑。通過添加該凝集劑，不僅能夠提高污泥的濃縮速度，而且還能夠減少脫氣污泥的含水率，從而能夠提高污泥處理性能。作為所述凝集劑的種類，并無特別限定，可列舉例如聚氯化鋁、聚硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鋁等無機凝集劑；丙烯酰胺共聚物、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的甲基氯4級化合物等陽離子類高分子凝集劑；聚丙烯酰胺部分水解物、陰離子單體共聚物、陰離子單體和非離子型單體的共聚物等陰離子類高分子凝集劑；丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯腈、醋酸乙烯等非離子類高分子凝集劑等。其中，優(yōu)選使用容易獲得且發(fā)揮良好的污泥凝集效果的高分子凝集劑。另外，該凝集劑可以單獨使用I種或并用2種以上。產業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)可用于活性污泥、初沉污泥、剩余污泥、凝集沉淀污泥、凈化槽污泥、以及有機性污泥等的處理。符號說明I 污泥濃縮系統(tǒng)2 減壓濃縮裝置3 高溫蒸汽噴出裝置 4 噴射器5 可溶化槽6 固氣分離槽7 甲烷發(fā)酵槽8 原污泥供給部9 脫離液排出部10 濃縮污泥排出部11 氣體排出部12 脫氣污泥排出部13 脫氣污泥供給部14 消化污泥排出部15 甲烷發(fā)酵槽16 可溶化固氣分離槽17 可溶化部18 固氣分離部P 原污泥Q 濃縮污泥R 脫離液S 高溫蒸汽T 可溶化污泥U 脫氣污泥V 消化污泥
權利要求
1.ー種污泥處理方法，包括 減壓濃縮エ序，在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡井隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮，從而獲得濃縮污泥； 真空形成エ序,高速地噴出高溫蒸汽并將該高溫蒸汽作為工作流體,從而形成真空狀態(tài)； 可溶化工序，使所述濃縮污泥與高溫蒸汽接觸，從而獲得可溶化污泥； 固氣分離エ序，使所述可溶化污泥滯留并脫氣，從而獲得脫氣污泥； 甲烷發(fā)酵エ序，在厭氧性條件下使所述脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而獲得消化污泥。
2.如權利要求I所述的污泥處理方法，其特征在干， 使用通過所述甲烷發(fā)酵エ序獲得的消化污泥作為原污泥。
3.—種污泥處理系統(tǒng),具備 減壓濃縮裝置，其在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡井隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮，從而獲得濃縮污泥； 高溫蒸汽噴出裝置，其高速噴出高溫蒸汽； 噴射器，其使用所述高溫蒸汽作為工作流體而形成真空狀態(tài)； 可溶化槽，其使所述濃縮污泥與高溫蒸汽接觸，從而獲得可溶化污泥； 固氣分離槽，其使所述可溶化污泥滯留并脫氣，從而獲得脫氣污泥； 甲烷發(fā)酵槽，其在厭氧性條件下使所述脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵，從而獲得消化污泥。
4.如權利要求3所述的污泥處理系統(tǒng)，其特征在干， 使用利用所述甲烷發(fā)酵槽獲得的消化污泥作為原污泥。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種污泥處理方法和污泥處理系統(tǒng)，其不僅能夠有效且可靠地提高污泥的濃度，而且可改善高濃度污泥的甲烷發(fā)酵效率，完全實現(xiàn)效率高且效果好的能源利用。本發(fā)明的污泥處理方法包括減壓濃縮工序，在減壓狀態(tài)下使原污泥發(fā)泡并隨著發(fā)泡氣體浮起濃縮而獲得濃縮污泥；真空形成工序，高速噴出高溫蒸汽，將該高溫蒸汽作為工作流體而形成真空狀態(tài)；可溶化工序，使所述濃縮污泥與高溫蒸汽接觸而獲得可溶化污泥；固氣分離工序，其使所述可溶化污泥滯留并脫氣而獲得脫氣污泥；甲烷發(fā)酵工序，其在厭氧性條件下使所述脫氣污泥進行甲烷發(fā)酵而獲得消化污泥。
文檔編號C02F11/04GK102781852SQ20118000919
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者澤井正和 申請人:株式會社泰科企劃