一种有机固废湿式氧化处理系统及其处理工艺

技术领域

本发明涉及有机固废处理技术领域，特别涉及一种有机固废湿式氧化处理系统及其处理工艺。

背景技术

随着我国城镇化的不断推进和环境保护要求的不断提高，有机固废特别是大量的市政污泥、生活垃圾和和餐厨餐余垃圾的处理越来越受到重视。有机固废是指人类在生产生活等活动中产生的污染环境的固态、半固态有机废物，有机固废一般包括市政污泥、工业污泥、餐厨餐余垃圾、生活垃圾特别是湿垃圾、江河底泥、高浓度有机废液、粪便等，将有机固废制成的泥浆，与城市污泥具有类似的化学物理性质，可以采用城市污泥相类似的处理工艺和技术。为了便于叙述，后续将有机固废制成的泥浆(包括市政污泥)，简称有机固废泥或者污泥。在众多的污泥处理技术中，污泥湿式氧化处置工艺具有无三废（气液固）排放和便于资源化利用等优点，可能成为未来的主流处理技术，但该工艺技术也存在以下问题或者不足需要进一步完善和发展：

(1)由于污泥具有高粘性不便于泵送，目前的湿式氧化工艺技术将高含固率污泥在进入换热器前设置搅拌混合的调质罐，在调质罐内将污泥与水充分搅拌混合，通过调质处理改善污泥的流动性。如果能利用污泥换热器和反应器同步进行调质，则可简化工艺环节，减少调质工艺设备，减少建造成本和运行费用。

(2)湿式氧化反应需要在高温高压液相中进行，一般反应器中的污泥温度为160-370℃和压力为1.8-5.4MPa，湿式氧化反应后的高温污泥一般先将反应可溢出气体排净后再进入换热器将热量传递给湿式氧化前的低温污泥，降温后的反应后污泥进入闪蒸罐内进行闪蒸冷却。因此工艺存在两个问题或者不足：第一，不能高品位回收排出的高温高压气体的能量，第二，换热器出口的污泥压力依旧较高，需要通过调节连接闪蒸罐管路上阀门开度进一步降低污泥压力，然而目前市场上的换热器换热效果差，经常导致换热器出口污泥温度高于110℃，有些甚至高于140℃，压力大于1.0MPa，因此，控制阀门在如此恶劣的工艺环境（高温高压）很容易造成损坏，需要经常更换阀门，同时也降低了系统的可靠性和稳定性。如果能将部分或者全部反应气保留在高温的反应后污泥中并流经换热器，一方面可以回收反应气热能，另一方面可适当增加反应后污泥在换热器中的压力降，大幅降低换热器排出的反应后污泥的压力，从而可以大幅延长其调控阀门的寿命，再一方面还可利用反应气强化污泥换热，可一举多得。

(3)目前的湿式氧化工艺技术将湿式氧化后污泥排入闪蒸罐内进行降温和卸压，再通过污泥泵输送至机械脱水单元进行固液分离，未能很好的利用污泥和反应气所携带的压力能。如果将其压力能利用用于后续脱水工艺将获得明显的节能效果。

(4)目前的湿式氧化工艺技术将湿式氧化后污泥排入闪蒸罐内进行降温和卸压并经冷却水冷却后全部送至脱水，如果在氧化后污泥脱水之前进行初沉淀并将初沉淀污水（上清液，含有少量的固相）返回反应前污泥中用于改善反应前污泥的流动性而不是常规采用反应泥脱水的污水调质原泥（在原泥中注水改善其流动性可称为“原泥注水调质工艺”），则可以大幅减少反应后污泥的脱水量和脱水能耗，如果再利用反应后污泥压力储罐储存的压力能以及对反应后污泥进行初沉淀，则还可以减免原泥注水调质工艺的注水能耗。也就是说，可以利用反应后污泥储罐进行储存压力能和进行反应后污泥初沉淀，将初沉淀的上清液回注进行原泥注水调质工艺，不仅可以大幅降低反应后污泥脱水量和脱水能耗，而且还可以减免原泥注水调质工艺的注水能耗，一举多得。

(5)目前的湿式氧化工艺技术主要是采用中间介质（水或油）循环换热技术回收高温污泥热量，即高温污泥的热量传递给低温污泥需要通过中间回路的介质水或油进行传递，增加了传热热阻，导致传热效果差，工艺能耗比较高。如果能实现污泥-污泥直接高效换热，将可获得显著的节能效果。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供一种有机固废湿式氧化处理系统，通过在管道式污泥换热器污泥进口前的污泥泵和/或污泥输送管线中加入一定量的工艺注水，污泥和工艺注水进行初步混合后进入管道式污泥换热器和后序的管道式反应器，节省了目前常规工艺的设置调质罐进行充分搅拌调质的工艺和相对应的能耗；通过控制保留在管道式污泥换热器中的反应气的比例来调控管道式污泥换热器中反应泥的压力降，以实现管道式反应器中反应过程中污泥反应压力的调控和强化管道式污泥换热器的换热，同时可大幅延长调控阀门的寿命和提高工艺过程的稳定可控性；设置反应泥压力储罐，储存一部分从反应器排入反应泥压力储罐中的反应泥的压力能，并利用反应泥压力储罐将反应后污泥进行初步沉降分层使得反应后污泥中的重组分沉降在反应泥压力储罐底部而轻组分的污水(上清液)在反应泥压力储罐的上部，一方面可减少反应泥进入反应泥压力储罐的压力调节阀的压力调节范围和幅度，提高该调节阀的寿命和工艺稳定可靠性，另一方面可将该压力能用于后续的反应泥脱水工艺中（作为后续反应泥脱水输送动力），还可将该反应泥压力储罐上部的污水即上清液作为工艺注水加入原泥中，即利用反应泥压力储罐的压力能和对反应后污泥的初沉功效实现原泥注水调质工艺，从而可以大幅减少反应泥脱水能耗以及节省原泥注水工艺的泵功耗；本发明还提供了运用上述有机固废湿式氧化处理系统的处理工艺，其具有处理系统的所有特点。

为实现上述目的，本发明提供一种有机固废湿式氧化处理系统，包括污泥储罐、管道式自换热和反应集合组件、反应泥压力储罐、机械脱水单元、污水箱和污泥泵；

所述污泥储罐用于储存待处理的有机固废泥；

所述污泥泵设置在污泥储罐与管道式自换热和反应集合组件之间的输送管路上，该污泥泵用于将污泥储罐内的有机固废泥泵送给管道式自换热和反应集合组件并通过掺水将有机固废泥与工艺注水初步混合以形成泥水混合污泥；

所述管道式自换热和反应集合组件包括用于泥-泥换热的管道式污泥换热器、用于湿式氧化反应的管道式污泥反应器、气液分离器和泥气静态混合器；

其中，所述管道式污泥换热器包括供泥水混合污泥流动的第一换热管路、以及供部分排气湿式氧化后高温污泥流动的第二换热管路，所述第一换热管路与第二换热管路之间进行换热以将泥水混合污泥和部分排气湿式氧化后高温污泥分别转化为湿式氧化前高温污泥和湿式氧化后带压低温污泥；

所述管道式污泥反应器包括反应管路，该反应管路串接于第一换热管路的出口与第二换热管路的进口之间，所述泥气静态混合器设置在第一换热管路与反应管路之间管路上，用于在湿式氧化反应前高温污泥内添加湿式氧化反应所需的氧化剂以制得添加氧化剂的湿式氧化前高温污泥；

所述反应管路用于接收添加氧化剂的湿式氧化前高温污泥并通过湿式氧化反应以制得湿式氧化后高温污泥；

所述气液分离器设置在反应管路与第二换热管路之间的管路上，其用于可操控的将湿式氧化后高温污泥中的反应气分离排出，以形成部分排气湿式氧化后高温污泥；

所述反应泥压力储罐用于接收第二换热管路生成的湿式氧化后带压低温污泥并进行排气降压以制得湿式氧化后污泥；

所述机械脱水单元用于接收湿式氧化后污泥并对其进行脱水；

所述污水箱用于接收、存储机械单元脱出的污水。

进一步设置为：还包括反应气吸收罐，该反应气吸收罐用于接收气液分离器分离出的反应气、以及反应泥压力储罐排出的反应气。

进一步设置为：还包括泥水静态混合器，所述泥水静态混合器设置在污泥泵与管道式自换热和反应集合组件之间的输送管路上，用于实现有机固废泥与工艺注水的再次混合。

进一步设置为：还包括富氧空气机单元，所述富氧空气机单元制备富氧空气，并与所述泥气静态混合器连接，将富氧空气注入所述泥气静态混合器中并经混合后注入所述管道式污泥反应器中参与湿式氧化反应。

进一步设置为：还包括粉碎机，所述粉碎机设置在污泥泵与管道式自换热和反应集合组件之间的输送管路上，用于对泥水混合污泥进行剪切破碎。

进一步设置为：所述反应泥压力储罐内设置有漂浮抽吸单元，该漂浮抽吸单元漂浮于反应泥压力储罐上方分层的上清液上部并通过连接管道将其上清液排出。

进一步设置为：所述管道式自换热和反应集合组件还包括加热器，所述加热器用于加热管道式污泥反应器以控制湿式氧化反应温度。

进一步设置为：所述第一换热管路和/或第二换热管路和/或反应管路内设置有若干混合旋流结构。

进一步设置为： 所述管道式污泥换热器的第一换热管路和第二换热管路为蜿蜒结构布置；

和/或管道式污泥反应器的反应管路为蜿蜒结构布置。

进一步设置为：所述有机固废泥掺水改性的所述工艺注水至少包括所述反应泥压力储罐内的上清液和/或来自所述污水箱的回注污水。

进一步设置为：所述工艺注水通过污泥储罐至管道式自换热和反应集合组件之间的管路和设备注入有机固废泥中。

本发明还提供了一种有机固废湿式氧化处理工艺，包括以下步骤：

步骤一：有机固废泥与工艺注水混合以形成泥水混合污泥

至少通过污泥泵将来自污泥储罐的有机固废泥与工艺注水进行初次混合以制的第一泥水混合污泥；

步骤二：污泥在管道式污泥换热器中换热升温

通过管道式污泥换热器将低温的泥水混合污泥和从管道式污泥反应器中流出的部分排气湿式氧化后高温污泥进行换热，以使得低温的泥水混合污泥被加热形成为湿式氧化前高温污泥，部分排气湿式氧化后高温被降温以形成为湿式氧化后带压低温污泥；

步骤三：添加湿式氧化的氧化剂

湿式氧化前高温污泥通过泥气静态混合器与氧化剂混合以形成添加氧化剂的湿式氧化前高温污泥；

步骤四：污泥在管道式污泥反应器中反应

添加氧化剂的湿式氧化前高温污泥在管道式污泥反应器中进行湿式氧化反应以制得湿式氧化后高温污泥；

步骤五：反应气部分排气与系统压力调控

湿式氧化后高温污泥通过气液分离器进行气液分离将部分反应气控制排出，以制得部分排气湿式氧化后高温污泥；

步骤六：反应泥降温

部分排气湿式氧化后高温污泥流入管道式污泥换热器的第二换热管路并与第一换热管路内的低温的污水混合污泥进行换热而降温，以转化为湿式氧化后带压低温污泥；

步骤七：反应泥压力储罐储泥、储压力能和调控系统压力

湿式氧化后带压低温污泥进入反应泥压力储罐进行存储以制得湿式氧化后污泥，反应气在反应泥压力储罐析出，并储存压力能；

步骤八：污泥脱水

湿式氧化后污泥通过机械脱水单元进行固液分离脱水。

进一步设置为：在步骤一中的污泥泵掺混的工艺注水至少部分来自污水箱的回注污水和/或反应泥压力储罐的上清液。

进一步设置为：在步骤一中还包括通过泥水静态混合器对第一泥水混合污泥与水进行再次混合以制得第二泥水混合污泥。

进一步设置为：在步骤一中还包括通过粉碎机对第一泥水混合污泥进行剪切破碎。

进一步设置为：在步骤四中还包括通过加热器加热管道式污泥反应器以控制湿式氧化反应的温度。

进一步设置为：在步骤五中气液分器分离排出的反应气比例为0~50%。

进一步设置为：在步骤七中还包括通过漂浮抽吸单元抽离反应泥压力储罐上方分层的上清液并至少部分供应给污泥泵。

进一步设置为：在步骤八还包括通过污水箱接收、储存机械脱水单元脱出的污水并通过注水泵至少将部分污水供应给污泥泵。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）待处理污泥为高含固率的有机固废污泥，经泥水静态混合器和/或前序污泥泵和/或前序输送管路上掺混一定比例的污水，并经泥水静态混合器或者前序污泥泵进行初步混合后进入管道式污泥换热器和后序的管道式污泥反应器的蜿蜒管道式通道中进行再次充分混合（在管道式通道中设置有大量的旋流混合结构，污泥和水在其中流动时就可以实现流体的混合，再加上蜿蜒管道式通道达数百米甚至千米，因而其中流动的污泥和水可以实现充分的混合），简化了常规技术在高含固率污泥进入管道式污泥换热器前需要设置搅拌混合的调质工艺（设置调质罐，在污泥中注水充分搅拌实现污泥和注水的充分混合），既简化了工艺设备又节省了污泥调质能源。

2）富氧空气经泥气静态混合器进入管道式污泥反应器，在高温高压湿态条件下其中的氧气与污泥中的部分有机物反应，反应产生的反应气经气液分离器可调控的排出一部分，其大部分或者全部反应气经自换热器随反应污泥排入反应泥压力储罐中，这样换热器存在中固液气（泥中的固相+污水液相+反应气气相）三相流动可以调控反应高温污泥在换热器中的压力降，在最大程度利用压力降强化换热的同时可减缓后序调控阀门的磨损，也提高了工艺过程的稳定可控性（增加了反应气，则相应增加了流动阻力，也强化了换热；调控阀门的压力降显著降低可以显著提高其寿命）。反应器中反应污泥的压力一般大约在1.8-5.4MPa，在排入反应泥压力储罐前需要将物料的压力降下来，通过保留部分或者全部反应气（一般调控范围保留50%-100%反应气）在换热器中，可以实现上述调控目的，还回收了反应气的热能，达到节能降耗的效果。常规技术是在反应器出口排出可溢出的反应气，反应污泥的压力靠后序的调控阀门调控，很容易造成阀门损坏，通常几天就更换阀门；而且反应气后序还需要冷却，也浪费了热能。常规的换热器如果为三相物料，很容易出现柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等，而本专利采用的蜿蜒管道式自换热和反应集合组件，反应气是在等径或者接近等径的长管道中流动，而且是蜿蜒逐渐由下往上流，以及在管道中设置了大量的旋流混合结构，可保证三相物料不会出现柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等现象。

3）设置反应泥压力储罐，储存一部分从反应器排入反应泥压力储罐中的反应泥的压力能，一方面可减少反应泥进入反应泥压力储罐的压力调节阀的压力调节范围和幅度，另一方面可将该压力能用于后续的反应泥脱水工艺中（作为后续反应泥脱水输送动力），也可以用于污泥注水调质工艺中（作为反应泥压力储罐中上清液的输送动力），从而可以大幅减少反应泥脱水能耗和注水泵功耗。

附图说明

图1是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图一；

图2是本发明一种管道式自换热和湿式氧化反应集合组件结构原理示意图；

图3是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图二；

图4是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图三；

图5是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图四；

图6是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图五；

图7是本发明一种有机固废湿式氧化处理系统的原理结构示意图六；

图8是本发明一种有机固废湿式氧化处理工艺的框形流程示意图一；

图9是本发明一种有机固废湿式氧化处理工艺的框形流程示意图二；

图10是本发明一种有机固废湿式氧化处理工艺的框形流程示意图三。

结合附图在其上标记以下附图标记：

1、污泥储罐； 2、管道式自换热和反应集合组件；21、管道式污泥换热器；211、第一换热管路；212、第二换热管路；22、加热器；23、管道式污泥反应器；231、反应管路；24、泥水静态预混合器；25、气液分离器；26、泥气静态混合器；3、反应泥压力储罐；31、漂浮抽吸单元；4、富氧空气机单元；5、反应气吸收罐；6、机械脱水单元；7、污水箱；8、污水处理单元；9、污泥泵；10、脱水水泵；11、注水泵； 12、喷淋水泵；13、粉碎机；

OSW、有机固废泥；OSP、湿式氧化后有机固体产物。

S1、第一泥水混合污泥；S2、第二泥水混合污泥；S3、湿式氧化前高温污泥；S4、添加富氧空气的湿式氧化前高温污泥；S5、湿式氧化后高温污泥；S6、部分排气湿式氧化后高温污泥；S7、湿式氧化后带压低温污泥；S8、湿式氧化后污泥；

W0、工艺注水；W1、上清液；W2、机械脱水污水；W3、回注污水；W4、外排污水；W5、达标排放水；W6、吸收废水；W7、吸收气废水；W8、去污水处理厂做碳源排放水；

G1、富氧压缩空气；G2、反应器部生成气；G3、反应泥压力储罐生成气；G4、混合反应气；G5、达标外排气。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明一种有机固废湿式氧化处理系统如图1所示，主要设备包括污泥储罐1、管道式自换热和反应集合组件2、反应泥压力储罐3、富氧空气机单元4、反应气吸收罐5、机械脱水单元6、污水箱7和以及若干泵送设备，泵送设备包括污泥泵9、脱水水泵10、注水泵11、喷淋水泵12，此外根据需要选择性设置粉碎机13和污水处理单元8；其中，该管道式自换热和反应集合组件2包括用于自换热的管道式污泥换热器21、用于湿式氧化反应的管道式污泥反应器23、气液分离器25、泥气静态混合器26、泥水静态混合器24和加热器22，该管道式污泥换热器21包括蜿蜒布置的第一换热管路211和第二换热管路212，管道式污泥反应器23包括蜿蜒布置的反应管路231。

具体的，如图1所示，外来高含固率的有机固废污泥OSW存储于污泥储罐1中，通过污泥泵9将有机固废污泥OSW和工艺注水W0按照一定比例进行初步混合，制得第一泥水混合污泥S1，第一泥水混合污泥S1的流动性相比OSW有明显的提高。合理选择在有机固废污泥OSW中注入一定比例的工艺注水W0，可减少污泥泵9的功耗和后续污泥湿式氧化处理的能耗，这是因为如果有机固废污泥OSW的含固率比较高，如外来泥的含固率在20%左右（含水率在80%左右），这种高含固率的污泥流动性太差泵送很困难，需要加入一定量的水来降低含固率，也降低了污泥粘度，但加入的水也不宜过多，待处理污泥含水率过高虽然粘度可以大幅降低，但输送能耗也会增加，特别是还会显著增加污泥处理的加热能耗和脱水能耗等，一般进入管道式自换热和反应集合组件2的污泥的含固率应控制在15%至5%之间，优选范围12%至8%。在有机固废污泥OSW中注入工艺注水W0的比例，与OSW中原有含固率和含有机质比例有关。如果有机固废污泥OSW直接临近来自污水处理厂而无需外运，则有机固废污泥OSW的含固率可以适当降低，如含固率在8%至2%，这样可以大幅节省前序工艺污泥脱水的能耗，此时有机固废污泥OSW的流动性比较好，则无需在有机固废污泥OSW中加入工艺注水W0。上述向高含固率的原泥中注水以改善其流动性称为污泥注水调质工艺。本实施例的工艺注水W0为来自于污水箱7中的回注污水W3。

如图1所示，第一泥水混合污泥S1可选择地经过粉碎机13对污泥中大颗粒物料和长纤维物料进行细化和均质，若来料均匀、粒径细小，如临近直接来自污水处理厂的污泥，则可不设置粉碎机13。细化和均质的污泥有利于后续的处理以及资源化利用。第一泥水混合污泥S1将流入管道式自换热和反应集合组件2中进行自换热和湿式氧化反应，从而完成污泥中有机物降解的过程。

如图1和图2所示，首先，泥水静态混合器24将第一泥水混合污泥S1可选择地和工艺注水W0（本实施例为来自污水箱7的回注污水W3）进行预混合，从而制得便于输送、含固率合适的第二泥水混合污泥S2。可根据需要从泥水静态混合器24注入一定量的工艺注水W0，或者不从泥水静态混合器24注入工艺注水W0而只从污泥泵9中注入一定量的工艺注水W0。工艺注水W0可以从污泥储罐1至管道式自换热和反应集合组件2之间的管路和设备上注入，包括通过污泥泵9和泥水静态混合器24，从实施方便性和效果考虑，工艺注水W0从污泥泵9注入更佳，可以减少污泥泵9的输送功耗，为优选工艺方案。第二泥水混合污泥S2进入管道式自换热和反应集合组件2的管道式污泥换热器21和后序的管道式污泥反应器23中的蜿蜒管道式通道中进行再次充分混合（在蜿蜒管道式通道中设置有大量的旋流混合结构，污泥和水在其中流动时就可以实现流体的混合，再加上蜿蜒管道式通道达数百米甚至千米级，因而其中流动的污泥和水可以实现充分的混合），简化了常规技术在高含固率污泥进入换热器前需要设置搅拌混合的调质工艺（常规技术设置调质罐，在高含固率原泥中注水充分搅拌实现原泥和注水的充分混合），既简化了工艺设备又节省了污泥调质能耗。

如图1所示，低温的第二泥水混合污泥S2流入管道式污泥换热器21中的第一换热管路211和第二换热管路212中从管道式污泥反应器23中流入的部分排气湿式氧化后高温污泥S6进行换热，高、低温污泥的换热设置为逆流换热，对数换热温差更小、换热效果高效，因而，低温的第二泥水混合污泥S2升温后形成湿式氧化前高温污泥S3，部分排气湿式氧化后高温污泥S6降温为湿式氧化后带压低温污泥S7，该管道式污泥换热器21可实现自热工艺即污泥-污泥换热，从而可以最大限度回收工艺热能，甚至在某些情况下可以实现工艺过程自持，显著降低了有机固废污泥湿式氧化处理系统的能耗，也显著提高其节能经济效益，有机固废湿式氧化处理运营成本极低。在管道式污泥换热器21的第一换热管路211内设置若干混合旋流结构，以利于泥水混合污泥充分混合调质而改善其流动性，以及强化换热过程，以及在管道式污泥换热器21的第二换热管路212内设置若干混合旋流结构，以利于反应后泥与反应生成气充分混合均质化，可避免产生气液固三相流动的柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等问题。

如图1所示，富氧空气G1经泥气静态混合器26与湿式氧化前高温污泥S3进行混合，形成添加富氧空气的湿式氧化前高温污泥S4，而后进入管道式污泥反应器23。在管道式污泥反应器23的反应管路231内设置若干混合旋流结构，以利于污泥与氧化剂（富氧空气）的充分混合调质而强化反应过程。管道式污泥反应器23内设置有加热器22用于进一步提高污泥温度，从而调控湿式氧化反应的温度。

如图1所示，反应污泥中的部分有机物在高温高压条件下和氧气进行反应，将大分子有机物降解为小分子有机酸，反应生成的反应气经气液分离器25排出一部分或者不排（排放比例为0-50%），排出的部分反应器部生成气G2排入反应气吸收罐5中，其大部分或者全部反应气经管道式污泥换热器21随反应污泥排入反应泥压力储罐3中，反应气与泥水在重力的作用下在反应泥压力储罐3中分离分层。这样管道式污泥换热器21中固液气（泥中的固相+污水液相+反应气气相）三相流动可以通过气液分离器25调控反应高温污泥在管道式污泥换热器21中的压力降，在最大程度利用反应后污泥的压力降(压力能)和强化换热的同时可减缓后序调控阀门的磨损，也提高了工艺过程的稳定可控性（增加了反应气，则相应增加了流动阻力，也强化了换热；调控阀门的压力降显著降低可以显著提高其寿命）。管道式污泥换热器21中反应后污泥的压力一般在1.8-5.4MPa，在排入反应泥压力储罐3前需要将物料的压力降下来，通过保留部分或者全部反应气（一般调控范围保留50%-100%反应气）在管道式污泥换热器21中，可以实现上述调控目的，还回收了反应气的热能，达到节能降耗的效果。常规技术是在反应器出口排出反应气，反应污泥的压力靠后序的阀门调控，很容易造成阀门损坏，通常几天就更换阀门；而且反应气后序还需要冷却，也浪费了热能。常规的换热器内部流体如果为三相物料，很容易出现柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等，而本专利采用蜿蜒的管道式有机固废自换热和反应集合组件，反应气是在等径或者接近等径的长管道中流动，而且是蜿蜒逐渐由下往上流，以及在管道中设置了大量的旋流混合结构，可保证三相物料与反应气混合比较均匀而不会出现柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等现象。

如图1所示，管道式自换热和反应集合组件2包括用于自换热的管道式污泥换热器21和用于湿式氧化反应的管道式污泥反应器23。如图1所示的实施例的管道式污泥换热器21和管道式污泥反应器23连接为一体，所组成的管道式自换热和反应集合组件2为一体式结构，也可以为分离式结构，根据需要选择。

如图1所示，湿式氧化后高温污泥S6在管道式污泥换热器21中与低温的第二泥水混合污泥S2进行换热冷却后，制得湿式氧化后带压低温污泥S7，而后流入反应泥压力储罐3中。反应泥压力储罐3中通过接收湿式氧化后带压低温污泥S7将剩余压力能进行了储存，通过在反应泥压力储罐3中设置安全阀可调控储罐中的压力，一方面可减少反应泥进入反应泥压力储罐3的压力调节阀的压力调节范围和幅度，提高该调节阀的寿命和工艺稳定可靠性，另一方面可将该压力能用于后续的反应泥脱水工艺中（作为后续反应泥脱水输送动力），从而可以大幅减少反应泥脱水能耗。具体的，如图1所示，湿式氧化后污泥S8可在压力输送下直接进入机械脱水单元6进行脱水，如果反应泥压力储罐3中压力不够用于污泥脱水，则可在脱水水泵10的输送下进入机械脱水单元6，脱水后的固体产物OSP形成可资源化的产品，而脱水工艺分离出的机械脱水污水W2流入污水箱7。本发明湿式氧化工艺的固相产品——湿式氧化后有机固体产物OSP，满足纸包装材料原料的标准规范要求，可以作为包装用（瓦楞）纸和代木的添加原料，一般可添加30%-50%，不仅可省木材原料资源和节省原材料成本，而且还提高了添加本工艺有机固废处理产物后的包装类纸板和代木的强度和隔热性能，是优质的包装类纸板和代木原料，而且需求量巨大；另外，该工艺的固相产品——湿式氧化后有机固体产物，符合园林、土地修复、甚至农用等标准的要求，也可以作为有机肥土资源化利用。

如图1所示，多余的反应泥压力储罐生成气G3与气液分离器中排出的反应器部生成气G2混合形成混合反应气G4进入反应气吸收罐5中。来自污水箱7中的吸收废水W6在反应气吸收罐5中上部喷淋而下，与混合反应气G4在反应气吸收罐中进行热质交换，部分凝结性气体溶解在水体中，形成吸收气废水W7回流至污水箱7，不凝结性气体G5达标后排放至大气中。

由图1和图3对比可知：图3中的实施例还提供了一种内置漂浮抽吸单元31的反应泥压力储罐3，漂浮抽吸单元31下部连接软管，再通过管道与污泥泵9的注水口相连。经过湿式氧化处理的污泥在反应泥压力储罐3内静置一段时间后，泥水分层明显，上层液体中含泥量明显降低，漂浮抽吸单元31漂浮在反应泥压力储罐3的上清液上部。设置漂浮抽吸单元31可将反应泥压力储罐3的上清液在反应泥压力储罐3内压力的驱动下注入污泥泵9内与污泥进行调质混合，通过调节电动阀可以调节注入流量大小。该部件的设置不仅可以不需要设置注水泵11，节省从污水箱7中抽取回注污水W3的注水泵功耗，而且大幅减少机械脱水单元6等工艺所需要处理的污泥量，显著提高工艺的经济性。为了提高运行操作的灵活性，可以同时设置注水泵11从污水箱7中抽取工艺注水注入污泥泵9内与污泥进行调质混合，和在反应泥压力储罐3内设置漂浮抽吸单元31将反应泥压力储罐3内的上清液注入污泥泵9内与污泥进行调质混合，如图4所示。也就是，图1、图3和图4所示的实施例中的高含固率的原泥注水工艺，是通过污泥泵9将来自污泥储罐1中的有机固废泥OSW和来自污水箱7中的回注污水W3进行初步的混合，和/或，利用反应泥压力储罐3中的压力能将储罐上层的上清液W1注入污泥泵9中，与有机固废泥OSW进行混合，制得第一泥水混合污泥S1。工艺注水W0至少部分来自污水箱的回注污水和/或反应泥压力储罐的上清液

由图3和图5对比可知：在图3中，污水箱7的外排污水W4需要经处理后达标排放，主要适合于远离污水处理厂的情况。污水箱7的机械脱水污水W2由于含有大量的乙酸等小分子酸，可以作为污水处理厂污水反硝化工艺的碳源，因此就可以直接送至污水处理厂。图3和图5的实施例差异，图3的机械脱水污水需要经处理后达标排放，主要适合于远离污水处理厂的情况；而图5中的机械脱水污水被送至污水处理厂作为污水反硝化工艺的碳源，主要适合于临近污水处理厂建设的或者建设在污水处理厂内。本发明的图3和图5示例的一种有机固废湿式氧化处理装置，可视具体情况选择。

由图1和图6对比可知：在图1中，污水箱7的回注污水W3通过污水泵9的接口注入污泥泵9内，并在污泥泵9内部与外料污泥OSP进行预混合；而图6中，污水箱7的回注污水W3则在污泥泵9与管道式污泥换热器21之间的连接管道上或者在泥水静态混合器24上接入（在泥水静态混合器24上设置接口，实施例未标出），OSP和工艺注水W0在管道内流动过程中进行混合处理。尽管图6的从管道和泥水静态混合器24上注入工艺注水是一种可选项，但图1所示的从污水泵9的接口注入工艺注水更为合理，可视具体情况选择。

由图5和图7对比可知：在图5中，设置气液分离器25，湿式氧化后高温污泥S5通过气液分离器25将气液进行部分分离和排出（排出比例范围大约0-50%），形成反应器部生成气G2和部分排气湿式氧化后高温污泥S6； 以及，反应器部生成气G2进入反应气吸收罐3和吸收废水W6进行冷凝换热，不凝气体达标后排入大气；冷凝后的液体形成吸收气废水W7回流至污水箱7。但在某些情况下，允许湿式氧化后高温污泥S5中的全部气相进入管道式污泥换热器21中的第二换热管路212中而无需向反应气吸收罐3排出部分反应器部生成气G2，这样整个污泥处理工艺只是反应泥压力储罐3上部排出气相，而反应泥压力储罐3上部排出气相基本满足达标要求，无需通过反应气吸收罐5二次吸收污染气相，因此，在该情况下则可以不设置反应气吸收罐5和喷淋管路系统（包括喷淋水泵12和相应连接管道），即如图7所示。但从便于运行调控的角度出发，优选图5所示的设置气液分离器25和反应气吸收罐3以及喷淋管路系统。

如图1、图3、图4和图8、图9、图10所示，本发明还提供了一种有机固废湿式氧化处理工艺，通过上述有机固废湿式氧化处理系统对有机固废进行处理，包括如下步骤：

工艺步骤一：有机固废泥与水混合以形成泥水混合污泥（可选择）

如图1、图3、图4和图8、图9、图10所示，通过污泥泵9将来自污泥储罐1中的有机固废泥OSW和工艺注水W0进行初步的混合处理，从而制得第一泥水混合污泥S1，和/或，利用反应泥压力储罐3中的压力能将储罐上层的上清液注入污泥泵9中，与有机固废泥OSW进行混合制得第一泥水混合污泥S1。含水率增加的混合污泥流动性得到明显改善，特别是一般加入的工艺注水是将污泥包裹即水包泥，可以明显降低污泥输送能耗；（说明：如果临近污水处理厂，则可以将待处理污泥的含固率适当降低，可以节省前序污泥脱水能耗，因而其待处理污泥的流动性比较好，这样就无需向待处理污泥中注水。）

进一步的，可选择地通过粉碎机13对第一泥水混合污泥S1中的大颗粒物质和长纤维物质进行剪切破碎，如果来泥比较均细则通常可以省略该污泥粉碎工艺步骤；

进一步的，可选择地通过泥水静态混合器24对第一泥水混合污泥S1和工艺注水W0进行混合制得第二泥水混合污泥S2。

本工艺步骤一是将外来高含固率原泥注水制得流动性好的泥水混合污泥物便于泵送，可根据需要选择。

工艺步骤二：污泥在管道式污泥换热器中换热升温

如图2、图3和图9所示，通过蜿蜒的管道式污泥热器部21将低温的第二泥水混合污泥S2和从管道式污泥反应器部23中流出的部分排气湿式氧化后高温污泥S6进行换热，以使得低温的第二泥水混合污泥S2被加热形成湿式氧化前高温污泥S3，高温的部分排气湿式氧化后高温污泥S6被降温以形成湿式氧化后带压低温污泥S7。

工艺步骤三：添加湿式氧化的氧化剂（富氧空气）

如图2、图3和图9所示，湿式氧化前高温污泥S3通过泥气静态混合器26和来自富氧空气机单元4制得的富氧空气G1进行混合，以制得添加富氧空气的湿式氧化前高温污泥S4。如果经济性合理，还可选择双氧水、纯氧替代富氧空气。添加的湿式氧化的氧化剂（富氧空气）应该适量，多则无益而且需多消耗能源，少则湿式氧化产物不能达标。

工艺步骤四：污泥在管道式污泥反应器中反应

如图2、图3和图9所示，添加富氧空气的湿式氧化前高温污泥S4流入蜿蜒管道式反应器23，在管道式反应器内发生湿式氧化反应，以制得湿式氧化后高温污泥S5；

进一步的，添加富氧空气的湿式氧化前高温污泥根据反应的需要，开启加热器22进行加热，以控制湿式氧化的反应温度。

需要说明的是，本实施例添加的氧化反应物为富氧空气，比较安全、稳定和经济，也可根据实际情况选择双氧水、纯氧气，甚至必要时还可以添加一定量的氧化反应催化剂。

工艺步骤五：反应气部分排气与系统压力调控

如图2、图3和图9所示，湿式氧化后高温污泥S5通过气液分离器25将气液进行部分分离和排出（排出比例范围大约0-50%），形成反应器部生成气G2和部分排气湿式氧化后高温污泥S6；

进一步的，反应器部生成气G2进入反应气吸收罐3和吸收废水W6进行冷凝换热，不凝气体达标后排入大气；冷凝后的液体形成吸收气废水W7回流至污水箱7。

需要说明的是，现有技术是将反应器中可溢出的不凝气体（主要为氧气和氮气）排出以免进入后续的工艺设备和管路如换热器产生柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等（气液固三相流动特别容易出现的现象），而本专利采用的管道式有机固废自换热和反应单元组件，反应气是在等径或者接近等径的长管道中流动，而且是蜿蜒逐渐由下往上流，以及在管道中设置了大量的旋流混合结构，可保证三相物料不会出现柱塞流、分层流、局部沉积和较大压力波动等现象，因此本专利方案是控制湿式氧化后高温污泥S5中可溢出不凝性气体的排出比例，排出比例范围为0-50%，可以实现适当提高后续流动压力降以获得强化换热、提高反应后泥的控制阀门寿命以及回收反应气的热能的效果。

工艺步骤六：反应泥降温

部分排气（包含不排气）湿式氧化后高温污泥S6流入管道式污泥换热器21的第二换热管路212与第一换热管路211中的低温的第二泥水混合污泥S2进行换热而降温，以制得湿式氧化后带压低温污泥S7。说明：通过泥泥换热，可最大限度回收工艺过程中的热能；管道式污泥热器21的第二换热管路212中流体为气液固三相流，在第一换热管路211和第二换热管路212内均设置若干混合旋流结构，可以防止出现分层、沉积甚至柱塞流等，可以实现气液固比较均质的流动和强化传热过程等优良效果。

工艺步骤七：反应泥压力储罐储泥、储压力能和调控系统压力

湿式氧化后带压低温污泥S7进入反应泥压力储罐3进行存储以制得湿式氧化后污泥S8，反应气在反应泥压力储罐3析出，并储存压力能。具体的，部分或反应器部生成气G2排入反应气吸收罐5中，其大部分或者全部反应气（一般调控比例为50%-100%）经管道式污泥换热器21随反应污泥排入反应泥压力储罐3中，反应气与泥水在重力的作用下在反应泥压力储罐3中分离而存储在反应泥压力储罐3的上部，调控反应泥压力储罐3的压力（在反应泥压力储罐3上部设置有排气压力调控阀门）可以调控前序系统压力（主要是调控反应器中压力）。

另外，湿式氧化后带压低温污泥S7进入反应泥压力储罐3存储静置一定时间后，反应后污泥会出现分层，液相上部为上清液（含少量固相的污水）下部为高含固率的污泥，在反应泥压力储罐3内设置的漂浮抽吸上清液单元31，可漂浮在反应泥压力储罐3内储存的反应后污泥的上部，与漂浮抽吸上清液单元31连接有软管，通过管道与污泥泵9的注入管道相连接，上部的上清液在反应泥压力储罐3的压力作用下注入污泥泵9中，即可大幅减少机械脱水单元的污泥处理量，同时还节省了从污水箱向污泥泵9注水的注水泵11功耗。

说明：本工艺步骤一方面是将反应后污泥储存起来以便后序间歇式脱水，将系统中多余剩余压力能储存起来以降低后序脱水工艺能耗，另一方面可利用该压力能和储罐初沉作用向污泥泵中注水以降低注水泵的能耗即污泥注水调质工艺能耗，再一方面系统压力是通过可控排气阀门的调节来实现，因而比现有技术的换热器后反应后污泥的调控阀门压力降的范围更小，可以大大延长调控阀门的寿命和提高系统的稳定性，而且还可以强化换热。反应器污泥湿式氧化反应过程是在一定的压力和温度下进行的，压力一般在2.0MPa以上，而后续的换热等工艺过程压力通常不足以消耗掉该压力能，这就造成后续控制阀门寿命短、可靠性差等问题，因此，利用反应泥压力储罐3储存一部分压力能可一举多得获得多项正收益。

工艺步骤八：污泥脱水

湿式氧化后污泥S8通过机械脱水单元6进行固液分离制得泥饼OSP和分离液-机械脱水污水W2。

说明：经过湿式氧化处理的泥饼OSP可作为包装用（瓦楞）纸的掺混原料一般可添加最佳比例达30-50%，不仅可以获得良好社会效益即实现有机固废资源化利用，而且还由于资源化利用而显著提高了其经济性；另外也可以作为园林绿化用地的营养土。

另外，机械脱水污水W2流入污水箱7作为系统其他部件所需的工艺注水W0（回注污水W3），多余的污水可选择经过污水处理单元8进行处理后达标排放，也可以选择作为污水处理厂反硝化的碳源。

如图1所示，具体设计湿式氧化工艺及参数如下：对于有机固废为含水率80%的市政污泥（假设固体有机质含量大约35%-65%），第一泥水混合污泥S1的含水率为90%左右（一般为87%-93%流动性比较合适，最佳含水率与泥质有关）和温度为30℃，在污泥泵9泵送下，压力大约为2.4MPa至3.5MPa，经过泥水静态混合器初步混合调质后为第二泥水混合污泥S2。第二泥水混合污泥S2流经管道式污泥换热器加热至温度170-190℃，流经加热器加热使得污泥温度达到200℃（反应温度与泥质和反应后污泥的资源化有关，一般为180-230℃），如果流经管道式污泥换热器21后的污泥达到180-190℃，则加热器基本无需工作。反应污泥在压力大约为2.0MPa至3.2MPa、温度200℃状态下进入管道式污泥反应器中进行湿式氧化反应，在发生湿式氧化过程前加入富氧空气（一般氧浓度大约60%），富氧空气由富氧空气机单元提供，在湿式氧化反应过程中由于氧化反应放热污泥继续升温大约10-30℃，因此，污泥经湿式氧化后的湿式氧化后高温污泥温度为200℃、压力为大约2.0-3.2MPa，然后经管道式污泥换热器换热降温至大约40-50℃，压力为大约0.5-2.0MPa，而后流入反应泥压力储罐，在设计工况下，尽量使得反应泥压力储罐内的压力为1.0-1.2MPa，如此，不仅可以最大程度利用压力降强化换热，而且可减缓管道式污泥换热器出口管道上调控阀门的磨损，同时提高了工艺过程的稳定可控性（增加了反应气，则相应增加了流动阻力，也强化了换热；换热器后的污泥调控阀门的压力降显著降低可以显著提高其寿命）；另外，反应泥压力储罐储存一部分压力能，可将该压力能用于后续的反应泥脱水工艺中（作为后续反应泥脱水输送动力），从而可以大幅减少反应泥脱水能耗，也可用于原泥注水调质工艺中，减少注水泵能耗。需要说明的是，在某些条件下，如有机固废污泥中的有机质偏低、环境温度偏低、换热器结垢导致换热效能下降等，需要加热器适当补热；以及，在系统启动过程中，需要加热器为污泥提供启动热能。另外，在设计工况条件下，合理合计可以保证基本无需加热器加热工艺过程，本发明的湿式氧化工艺在设计工艺参数条件下可以自持，也就是大部分时候可以实现自持，因而工艺过程能耗极低。

通过上述湿式氧化工艺，完全可以实现有机固废的减量化、稳定化、无害化和资源化等处理目标。对于含水率大约80%的市政污泥，采用本发明的湿式氧化工艺，易腐易降解有机质（蛋白质、脂肪、糖类、抗生素等）被氧化变为稳定的、无污染的主要以乙酸为主的小分子有机酸进入液相中和气体CO

与现有技术相比，本发明结构简单、合理，通过蜿蜒的管道式自换热和反应集合组件实现了低温污泥和高温污泥的高效换热，回收了绝大部分工艺热量，大幅降低工艺能耗；同时通过泥水静态混合器和污水泵或管道内实现污泥和工艺注水（板框滤液和/或反应泥压力储罐内上清液）的混合，减少调质罐等部件和工艺环节，简化了工艺流程，同时通过在管道式自换热和反应集合组件内的管道式通道中设置有大量的旋流混合结构，使得污泥和水在流动过程中就可以实现流体的混合，再加上蜿蜒管道式通道达数百米甚至千米，因而其中流动的污泥和水可以实现充分的混合。可选择的通过气液分离器能够释放反应器产生的反应气，以调节流入管道式污泥换热器的第二换热管路的高温污泥的压力降，在最大程度利用压力降强化换热的同时可减缓后序调控阀门的磨损，也提高了工艺过程的稳定可控性。反应泥压力储罐储存一部分从反应器排入反应泥压力储罐中的反应泥的压力能可用于后续的反应泥脱水工艺中（作为后续反应泥脱水输送动力，不足部分可以采用泵送补充），也可作为原泥注水调质工艺中（作为反应泥压力储罐上清液的输送动力），从而可以大幅减少反应泥脱水能耗和原泥注水调质工艺能耗。

以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。