一种市政污泥处理方法及其处理装置

技术领域

本发明涉及有机固体废弃物处理技术领域，尤其是涉及一种市政污泥处理方法及其处理装置。

背景技术

随着我国环保力度加大，对于固体废弃物的处理的重视程度逐年提高。我国污水厂处理工艺中产生的市政污泥，作为一种常见、难处理、数量多的固体废弃物的有效处理处置，实现减量化、资源化也迫在眉睫。污水厂在处理城市污水过程中，采用微生物对污水中的氧化物进行消耗产生无机物，这一过程中，微生物大量增加。污水厂需要对这一部分微生物排出处理系统。通过浓缩、离心、脱水等方式，即产生了含水率为80%左右的市政污泥。过去对市政污泥的处理方式常见为填埋，但由于市政污泥的含水率高，保水性强，需要很大的填埋场地，在填埋过程中需要做好防渗、去味等措施。随着填埋时间增加，填埋体会出现土地下陷等现象。

市政污泥中含有大量微生物和有机物，这部分微生物和有机物在厌氧条件下发酵，产生臭气，危害环境，即这部分有机物并没有得到充分利用，尤其是微生物中含有的蛋白质没有得到充分利用。

因此，如何提高市政污泥的利用率，充分利用市政污泥中的蛋白质成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种市政污泥处理方法，以解决现有技术中采用填埋的方式处理市政污泥，由于市政污泥中含有大量微生物和有机物，这部分微生物和有机物在厌氧条件下发酵，导致产生臭气和危害环境的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种市政污泥处理装置。

为了实现上述目的之一，本发明提供了一种市政污泥处理方法，包括以下步骤：通过高温高压、搅拌和投加药剂的方式处理市政污泥，破碎污泥中的微生物细胞，形成污泥-蛋白液的混合液体；再通过闪蒸系统降低混合液体中的水含量；最后通过板框压滤系统，将蛋白质以液体形式回收。

根据一种优选实施方式，所述药剂为氧化钙。

根据一种优选实施方式，所述投加药剂的方式包括对污水处理厂脱水后的含水率为80%左右的污泥投加氧化钙，调节含水率至85-92%。

根据一种优选实施方式，所述污泥与所述氧化钙的质量比100：6。

根据一种优选实施方式，所述高温高压的方式包括将市政污泥加入高压水解釜中，加热温度110-120℃，加热时间2小时，同时搅拌。

根据一种优选实施方式，所述通过闪蒸系统降低混合液体中的水含量包括高压混合液体进入闪蒸罐内，闪蒸罐内为标准大气压，大量的高压液体转变为水蒸气。

根据一种优选实施方式，所述水蒸气进入冷凝罐，转变为液态后流出闪蒸系统；剩余的混合液体温度降至70-80℃后，通过闪蒸罐底部的柱塞泵，由闪蒸罐进入板框压滤系统。

为了实现上述目的之二，本发明提供了一种市政污泥处理装置，包括：

高压水解系统，包括用于高温高压处理市政污泥的高压水解釜；

闪蒸系统，包括闪蒸罐和冷凝罐，所述闪蒸罐与所述高压水解釜连接并连通，所述冷凝罐与所述闪蒸罐连接并连通；

板框脱水系统，包括板框压滤机，所述板框压滤机与所述闪蒸罐连接并连通。

根据一种优选实施方式，所述高压水解釜包括中空内腔，所述中空内腔的上部设有进料口，下部设有出料口，内部设有温度计、压力表和搅拌桨；所述高压水解釜的侧壁为夹层空腔，所述夹层空腔内装有导热油。

根据一种优选实施方式，所述闪蒸罐通过排出管与所述高压水解釜连接并连通，所述闪蒸罐的上部设有出气口，所述闪蒸罐通过所述出气口与所述冷凝罐连接并连通，所述闪蒸罐的下方设有闪蒸罐排出阀，所述闪蒸罐排出阀用于控制所述闪蒸罐与所述板框压滤机的连通。

本发明提供的市政污泥处理方法及其处理装置，具有以下技术效果：

该种市政污泥处理方法，通过高温高压及搅拌的物理方式和投加药剂的化学方式，使污泥中的微生物细胞破碎，细胞质流出，细胞内蛋白质流出细胞，形成污泥-蛋白液的混合液体；再通过闪蒸系统降低混合液体中水含量，最后通过板框压滤系统，将蛋白质以液体形式回收，板框压滤系统中的污泥含水率下降至55%-60%，形成固态干化污泥。本发明的市政污泥处理方法对城市污泥进行处理，得到蛋白液，提高了蛋白质的回收率，产生的蛋白液可以作为肥料，为植物生长等提供必需的营养，干化污泥含水率较传统市政污水厂脱水后得到下降，体积减少，实现市政污泥的减量化、资源化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例市政污泥处理方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例市政污泥处理装置的结构示意图。

其中，图1-图2：

1、高压水解釜进料口；2、导热油；3、高压水解釜釜体；4、温度计；5、压力表；6、搅拌桨；7、高压水解釜排出阀；8、高压水解釜排出管、

9、闪蒸罐；10、闪蒸罐进料口；11、闪蒸罐出气口；12、冷凝罐；13、冷凝水排放口、14、冷凝水进水口；15、冷凝罐出液口；16、闪蒸罐排出阀；17、柱塞泵、

18、板框压滤机进料管；19、板框压滤机；20、板框压滤机排液管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，为本发明一实施例市政污泥处理方法的流程示意图，具体处理过程如下：

（1）将城市污水厂产生的含水率为80%的市政污泥通过高压水解釜进料口1投加至高压水解釜中，同时按污泥与氧化钙质量比为100：6投加氧化钙，调节釜内污泥含水率至85-90%，关闭高压水解釜进料口1，搅拌桨6开启搅拌，使污泥和药剂充分混合；

（2）开始对高压水解釜加热，使高压水解釜在120℃保温2小时，温度计4和压力表5实时监测高压水解釜内的温度和压力。在这个过程中，高压水解釜中的水蒸气蒸发产生蒸汽压，在高温高压和氧化钙的联合作用下，污泥中的微生物被灭菌和破解，细胞质流出细胞，蛋白质得以释放，形成了污泥-蛋白液的混合液体。

（3）高压水解系统加热保温结束后，使冷凝水由冷凝水进水口14进入冷凝罐12，由冷凝水排放口13排出，打开高压水解釜排出阀7，由于在高压水解釜中水分蒸发，产生蒸汽压，在蒸汽压的作用下，污泥-蛋白混合液由高压水解釜排出管8进入闪蒸罐9。

（4）闪蒸罐9为标准大气压，混合液的温度超过100℃，里面的水迅速蒸发，水蒸气由闪蒸罐出气口11进入到冷凝罐12中，在冷凝罐12中冷却凝结，以液态水的形式排出。

水的蒸发使混合液的含水率下降，可以提高后续产生的蛋白液的浓度。同时由于水的蒸发，混合液迅速冷却，当闪蒸罐9内温度降至70-80℃后，闪蒸结束，打开闪蒸罐9下端柱塞泵17，打开闪蒸罐排出阀16，混合液体通过柱塞泵17进入板框脱水系统。

（5）当闪蒸罐9内混合液体全部进入板框压滤机19后，关闭柱塞泵17和闪蒸罐排出阀16，打开板框压滤机19，进行脱水。

脱水过程中产生的液体即为收集的蛋白液，当板框压滤机19不再产生蛋白液后，停止压滤，打开板框压滤机19中的板框，将压滤机上的干化污泥从板框上脱除。

对收集的蛋白液进行浓缩可以制得高浓度蛋白液，可以作为肥料参与到农业生产中；蛋白液可以进行烘干等工艺制得蛋白粉，作为饲料参与到畜牧业生产中；经过处理产生的干化污泥含水率为55-60%，远低于污水厂产生的含水率为80%的市政污泥，极大的降低了污泥量，便于后续的污泥处理，产生的干化污泥可以作为土壤改良剂，也可以烧制为植草砖；从而实现了市政污泥的减量化、资源化。

其中，氧化钙的水解原理如下：

污泥主要由悬浮的污泥絮体组成，而絮体是由大量的分散微生物细菌通过胞外聚合物、阳离子和其他细颗粒架桥组成。EPS的两个主要来源是微生物的新陈代谢和自溶，其主要成分是各类高分子物质：蛋白质、多糖、DNA等聚合物。絮凝物的存在改变了污泥的粒度分布，絮凝作用使许多污泥小颗粒团聚，因而也使得蛋白质处于EPS和细胞体的双重保护下。

高温可以破坏污泥微生物及其组成物质，高温下，细胞膜的脂肪受热溶解使细胞膜产生小孔，引起细胞内物质的释放，所以加热可以使污泥破解。碱会降低微生物对高温的抵抗力，可以使蛋白中紧密的结构变得疏松，同时碱对蛋白质分子的次级键特别是氢键具有破坏作用，并可使某些极性基团发生解离，使蛋白质分子表面的分子具有相同电荷，促进了结合物与蛋白质的分离，从而对蛋白质分子有增溶作用，蛋白质的提取率增加。碱在抑制细胞活性的同时，溶解脂类物质使污泥细胞破裂，同时碱的加入降低了微生物细胞对高温的抵抗力，加快了污泥细胞的破解进度，热碱组合提高了污泥破解效率，释放出胞内物质。用碱提取时，蛋白质胶体远离等电点，其性质比较稳定，不会产生蛋白质沉淀，滤液蛋白质含量较高。

在污泥热碱水解过程中，单纯使用无机物料氧化钙作为水解药剂，未加入有毒有害的物质，CaO与水反应生成Ca（OH）2碱性较为温和，水解蛋白质产生的中间产物较多，产品品质较好。水解过程中钙离子与氨基酸、多肽发生螯合反应，没有其他有毒有害物质产生。另外Ca2+的加入能与蛋白质形成配位化合物，体积增大，提高产品的稳定性，有机螯合钙是后续资源化产品的主要成分，其反应用下式表示。

基于上述市政污泥处理方法，本发明另一实施例还提供了一种市政污泥处理装置，如图2所示，包括高压水解系统、闪蒸系统和板框脱水系统，高压水解系统、闪蒸系统和板框脱水系统从前到后依次分布。

具体的，如图2所示，高压水解系统包括高压水解釜釜体3，高压水解釜釜体3用于高温高压处理市政污泥，以提高市政污泥的含水率，高压水解釜釜体3包括中空内腔，中空内腔的上部设有高压水解釜进料口1，下部设有高压水解釜出料口，高压水解釜出料口通过高压水解釜排出阀7控制，内部设有温度计4、压力表5和搅拌桨6；高压水解釜的侧壁为夹层空腔，夹层空腔内装有导热油2，即通过高温的导热油2为高压水解釜釜体3提供热量。

如图2所示，闪蒸系统包括闪蒸罐9和冷凝罐12，闪蒸罐9通过高压水解釜排出管8与高压水解釜釜体3连接并连通，高压水解釜排出管8上具有高压水解釜排出阀7，以控制高压水解釜排出管8的导通与否。

闪蒸罐9的上部具有闪蒸罐进料口10和闪蒸罐出气口11，闪蒸罐进料口10与高压水解釜排出管8连通，闪蒸罐9通过闪蒸罐出气口11与冷凝罐12连通，冷凝罐12的一侧下方设有冷凝水进水口14，一侧上方设有冷凝水排放口13，冷凝罐12的下方具有冷凝罐出液口15。

板框脱水系统包括板框压滤机19，闪蒸罐9通过板框压滤机进料管18与板框压滤机19连接并连通，板框压滤机进料管18靠近闪蒸罐9的一侧具有闪蒸罐排出阀16，用于控制板框压滤机进料管18的导通与否，板框压滤机19的末端具有板框压滤机排液管20。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。