用于處理污泥的節(jié)能系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理污泥的系統(tǒng)和方法，并且更特別地，涉及一種系統(tǒng)和方法， 其中，將脫水的污泥引導(dǎo)通過水解反應(yīng)器，并且隨后將污泥引導(dǎo)至厭氧消化器（anaerobic digester，厭氧蒸煮器），并且其中，所述系統(tǒng)和方法被設(shè)計(jì)為用于節(jié)能。
【背景技術(shù)】
[0002] 厭氧消化是一種能量轉(zhuǎn)換方法，該方法可以從污泥內(nèi)的固體物質(zhì)中產(chǎn)生生物氣 體，并且減少?gòu)U物排放。生物氣體可以用于整體的污泥處理或廢水處理系統(tǒng)中或者在其他 領(lǐng)域中的能量需求。由于污泥內(nèi)存在生物，所以發(fā)生污泥厭氧消化，并且眾所周知發(fā)生在至 少兩種一般溫度狀態(tài)下。在大約32° -38°C的溫度下，嗜溫生物（mesophilicorganisms) 活動(dòng)并且促進(jìn)消化，而在50° _60°C的溫度下，適溫生物用于消化污泥。根據(jù)被處理的污泥 的類型，可以涉及生物的不同種群概況，并且通常在與污泥的類型以及在污泥內(nèi)的生物概 況一致的范圍內(nèi)使用厭氧消化。通常，想要的是在30° -60°C的范圍內(nèi)使用厭氧消化器。為 了補(bǔ)償消化器的熱損失并確保在消化器內(nèi)的操作溫度保持在可取的范圍內(nèi)，已知的是在高 于期望的厭氧消化器操作溫度的大約l-l〇°C的溫度下，將饋送污泥供應(yīng)給消化器。而且，用 于污泥的厭氧消化的最佳干固體濃度是大約3% -10%的干固體濃度。
[0003] 在制備用于厭氧消化的原污泥（rawsludge)時(shí)，已知的是使污泥經(jīng)受水解。水解 增大了污泥內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)的生物降解能力，這提高了生物氣體產(chǎn)量并且減少了來(lái)自厭氧消 化的廢物輸出。分別在150° -170°C和6-12巴的溫度和壓力的范圍內(nèi)發(fā)生污泥的水解。優(yōu) 選的是在將污泥饋送到水解反應(yīng)器內(nèi)之前將污泥脫水為重量百分比是大約20% -30%的 干固體，以便使反應(yīng)器容量和能量消耗最小。
[0004] 通常通過將蒸汽與污泥一起注入到水解反應(yīng)器內(nèi)而產(chǎn)生在用于水解污泥的期 望范圍內(nèi)的溫度和壓力。蒸汽注入是泥污水解的高度能量密集的方面，并且相對(duì)于泥污 水解廢能回收是值得關(guān)注的重要內(nèi)容。在某些情況下，已知的是通過在分批水解（batch hydrolysis，間歇水解）方法中將蒸汽閃蒸到進(jìn)入的污泥內(nèi)，或者通過加熱用于產(chǎn)生新蒸 汽的鍋爐給水，來(lái)部分地回收能量。這些方法的特征是具有低于期望的效率和非常高的成 本。
[0005] 持續(xù)的需求是提高污泥處理系統(tǒng)的能量效率，污泥處理系統(tǒng)包括用于水解污泥的 方法以及隨后厭氧消化污泥的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種用于以節(jié)能的方式使污泥水解并且厭氧消化水解污泥的系統(tǒng) 和方法。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明包括將脫水污泥引導(dǎo)至大體上豎直或者略微傾斜定向 的熱交換器中，其中，熱交換器包括：污泥入口，污泥入口位于熱交換器的下部處；以及污 泥出口，污泥出口位于熱交換器的上部處。熱交換器還包括水解污泥入口，水解污泥入口位 于熱交換器的上部處；以及水解污泥出口，水解污泥出口設(shè)置在熱交換器的下部處。所述方 法或工藝包括將污泥向上引導(dǎo)通過熱交換器，同時(shí)將水解污泥向下引導(dǎo)通過熱交換器，以 提供污泥到污泥的熱傳遞，其中，水解污泥將有效地加熱進(jìn)入的或脫水的污泥。將離開熱交 換器的水解污泥引導(dǎo)至厭氧消化器。在到達(dá)厭氧消化器之前，可以通過調(diào)節(jié)污泥的溫度和 干固體含量來(lái)調(diào)節(jié)水解污泥。
[0008] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，一種用于處理污泥的方法包括將脫水污泥引導(dǎo)至水 解反應(yīng)器并且使所述脫水污泥水解。將所述水解污泥引導(dǎo)至厭氧消化器，在厭氧消化器中 厭氧消化污泥。熱交換器設(shè)置在水解反應(yīng)器的出口側(cè)上，并且用于在脫水污泥進(jìn)入水解反 應(yīng)器之前加熱脫水污泥。熱交換器提供水解污泥與脫水污泥之間的污泥到污泥的熱傳遞。 該方法需要在污泥處理的特定期間，改變脫水污泥通過熱交換器的流動(dòng)。在啟動(dòng)模式期間， 該方法包括將大部分脫水污泥引導(dǎo)通過熱交換器分支線路，并且將脫水污泥引導(dǎo)至水解反 應(yīng)器；以及在穩(wěn)定狀態(tài)模式期間，將至少一部分脫水污泥引導(dǎo)通過熱交換器，然后引導(dǎo)至所 述水解反應(yīng)器。
[0009] 在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于處理污泥的系統(tǒng)，包括：污泥脫水單 元，污泥脫水單元構(gòu)造成用于使污泥脫水；污泥水解反應(yīng)器，污泥水解反應(yīng)器構(gòu)造成使脫水 污泥水解；熱交換器，熱交換器用于在脫水污泥進(jìn)入水解反應(yīng)器之前，加熱至少一部分脫水 污泥，熱交換器構(gòu)造成提供在水解污泥與脫水污泥之間的污泥到污泥的熱傳遞；厭氧消化 器，厭氧消化器構(gòu)造成厭氧消化水解污泥；以及控制器；其中，所述控制器適合于通過以下 方式在污泥處理的預(yù)定期間內(nèi)，通過改變脫水污泥通過熱交換器的流量，控制污泥的處理： 在啟動(dòng)模式期間，將至少一部分脫水污泥引導(dǎo)通過熱交換器分支線路，并且將污泥引導(dǎo)至 水解反應(yīng)器；以及在穩(wěn)定狀態(tài)模式期間，將大部分脫水污泥引導(dǎo)通過熱交換器，然后將污泥 引導(dǎo)至所述水解反應(yīng)器。
[0010] 應(yīng)當(dāng)理解的是，技術(shù)人員將會(huì)容易認(rèn)識(shí)到，結(jié)合本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式描 述的任何特征還可以與本發(fā)明的第三方面相結(jié)合，反之亦然。
[0011] 通過研究以下的說明和附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，以下的 說明和附圖僅用于說明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0012] 現(xiàn)在將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中：
[0013] 圖1是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總體示意圖；
[0014] 圖2是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意圖；
[0015] 圖3是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的污泥到污泥熱交換器的截面圖；
[0016] 圖4A是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的系 統(tǒng)控制邏輯圖的第一部分；
[0017] 圖4B是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的系 統(tǒng)控制邏輯圖的第二部分；
[0018] 圖4C是用于厭氧消化的污泥水解和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的系 統(tǒng)控制邏輯圖的第三部分。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 應(yīng)理解的是，在表示本發(fā)明的實(shí)施方式的同時(shí)，僅通過說明的方式提供詳細(xì)描述 和具體實(shí)例，因?yàn)橥ㄟ^該詳細(xì)描述，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修改對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來(lái)說是顯而易見的。
[0020] 本發(fā)明限定了一種用于處理污泥的系統(tǒng)和方法。在圖1和圖2中示出了該系統(tǒng)， 并且該系統(tǒng)總體由數(shù)字100表示。系統(tǒng)100接收原污泥并產(chǎn)生生物氣體和廢物流。具體 地，系統(tǒng)100包括用于使污泥脫水的脫水單元110,其中，污泥中的干固體DSIN增大為大約 20% -30%的重量百分比。此外，系統(tǒng)100包括總體由數(shù)字200表示的子系統(tǒng)。子系統(tǒng)200 包括污泥水解系統(tǒng)210和由數(shù)字250表示的用于調(diào)節(jié)水解污泥的系統(tǒng)和方法。水解方法包 括在水解反應(yīng)器中將污泥加熱至大約140到大約165°C的范圍內(nèi)，水解反應(yīng)器在圖2中示出 并由數(shù)字214表示。在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)方法溫度，反應(yīng)器214內(nèi)的壓力保持為大約8 巴。這支持污泥水解并且造成污泥中的干固體濃度減小。在污泥經(jīng)歷水解方法之后，將污泥 引導(dǎo)至厭氧消化器120中。然而，在到達(dá)厭氧消化器之前，對(duì)水解污泥進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的目 的在于，對(duì)厭氧消化器120中發(fā)生的厭氧消化方法進(jìn)行優(yōu)化。因此，從本公開的后續(xù)部分中 將會(huì)理解的是，調(diào)節(jié)系統(tǒng)和方法主要提供了對(duì)水解污泥的溫度以及水解污泥的干固體濃度 進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。溫度調(diào)節(jié)可以通過一系列熱交換器實(shí)現(xiàn)，并且通過將稀釋水注入水解污 泥中而調(diào)節(jié)干固體濃度。通常在調(diào)節(jié)方法中，水解污泥的溫度減小為大約40°C，并且污泥的 干固體濃度減小成使得被引導(dǎo)至消化器120的污泥的干固體DS0UT濃度大約是6% -14% 的重量百分比。調(diào)節(jié)的水解污泥被引導(dǎo)至厭氧消化器120中，在厭氧消化器中，嗜溫生物和 /或適溫生物進(jìn)一步分解并且轉(zhuǎn)換固體，以產(chǎn)生生物氣體和廢物流。要理解的是，取決于消 化器是否在嗜溫條件或適溫條件下操作，控制水解污泥進(jìn)入?yún)捬跸?20時(shí)的溫度補(bǔ)償 了消化器熱量損失，以使得消化器在大約30°到60°C的最佳溫度范圍內(nèi)操作，。將干固體 濃度調(diào)節(jié)成大約6% -14%的重量百分比還旨在支持有效且高效的厭氧消化。
[0021] 如圖2中所示，更具體地考慮子系統(tǒng)200,該子系統(tǒng)經(jīng)由線路11通過料斗12接收 脫水污泥，該料斗可以是脫水單元110的一部分，在廢水處理和污泥處理領(lǐng)域中的技術(shù)人 員熟知該料斗的功能。在啟動(dòng)周期之后，可變流量正排量式污泥栗14通常通過線路15連 續(xù)地將脫水污泥供應(yīng)