一种基于水热技术的生物质分质利用系统和方法与流程

本发明涉及城市污泥的处理技术领域，尤其是一种基于水热技术的生物质分质利用系统和方法。

背景技术：

水热技术在污水处理中是一种高效的处理手段，水热技术即为水热改性(hydrothermalmodification)，或名热水解(thermalhydrolysis)，是指把含水率很高的生物质密闭加热到一定的温度和压力，并维持一段时间，以破坏其中的细胞结构并促使大分子有机物发生水解的过程。在这样的条件下，生物质(多糖类、油脂、蛋白质，以及各种细胞物质)加速发生变性和水解，正如用高压锅蒸煮食物所发生的过程。经过水热改性处理后的生物质，细胞结构被破坏，高分子有机物断裂为较小的分子，这些有机物变得更容易被活的细胞用作新陈代谢的原料，特别是更易于被厌氧细菌所利用。残留的颗粒物则由于细胞结构破坏，胞内水、间隙水和毛细水转化为自由水而变得更容易脱水。

生物质废物为污泥、餐处垃圾、禽畜粪便污泥等城市废物，在对于生物质废物进行处理的时候，通常是整体对生物质废物进行整体处理，最后产出固体废物，整体处理后的废物其含水率高，有机物含量高，整体进行处理不符合国家节能环保的目标，不符合资源循环利用理念，而且也会产生污染。

生物质固体废物的处置方法主要有卫生填埋、焚烧、土地利用和建材利用，由于固体废物填埋空间有限以及焚烧易大气污染等原因，使得固体废物填埋和焚烧的应用逐渐降低，固体废物建材利用与土地利用是最具有发展潜力的资源化利用的有效办法之一。

但是现有技术中对于污泥的处理还是存在一些不足，如专利号：

cn201621193235.8，公开的一种高效节能的污泥多用途资源化处理装置，所述处理装置包括：污泥厌氧仓、酸洗池、水洗沉淀池、无机溶液储池、无机污泥储池、无机污泥脱水装置、有机污泥储池、有机污泥脱水装置和污水处理装置；该装置还需要加入酸碱药剂进行后续处理，而且该申请并未对有机物进行进一步的回收利用，对废物的资源利用化相对有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种基于水热技术的生物质分质利用系统和方法，既解决了原有现有技术中污泥处理不够彻底，细分不够详细，产物无法得到高效资源化利用的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于水热技术的生物质分质利用系统，包括预处理罐、水热反应器、闪蒸反应器、水热污泥缓冲池和多级旋流分离系统；所述预处理罐、水热反应器、闪蒸反应器、水热污泥缓冲池和多级旋流分离系统相互之间通过泵、阀门、管道等进行贯通连接。

作为优选的，所述多级旋流分离系统包括一级旋流分离器和至少二级轻泥旋流分离器和/或重泥旋流分离器。

作为优选的，所述系统还包括沼气锅炉和滤液缓冲池，所述沼气锅炉的蒸汽出气端与水热反应器进行连接；所述滤液缓冲池分别与水热污泥缓冲池和多级旋流分离系统通过管道连接；所述闪蒸反应器的蒸汽出口端与预处理罐连接。

作为优选的，所述多级旋流分离系统的后端设置有有机污泥缓冲池和无机污泥缓冲池。

作为优选的，有机污泥缓冲池后端依次设置有厌氧反应器、沼渣缓冲池和有机污泥脱水机；所述厌氧反应器与沼气锅炉进行连接；所述无机污泥缓冲池后端设置有无机污泥脱水机，无机污泥脱水机与滤液缓冲池连接。

作为优选的，有机污泥缓冲池后端依次设置有有机污泥脱水机、有机滤液缓冲池和厌氧反应器，所述厌氧反应器的沼气锅炉进行连接；厌氧反应器的出水端与滤液缓冲池进行连接；所述无机污泥缓冲池后端设置有无机污泥脱水机。本方案还提供一种基于水热技术的生物质分质利用方法，包括以下步骤：

步骤一：将污泥通入到预处理罐，污泥被来自闪蒸反应器的闪蒸蒸汽进行预热；然后泵送到水热反应器内，污泥通过压力差自流入到闪蒸反应器内，获得闪蒸蒸汽；

步骤二：闪蒸污泥通过重力自流至水热污泥缓冲池；污泥在水热污泥缓冲池内进行稀释，调整污泥的浓度、粘度后进入到一级旋流分离器；

步骤三：控制一级分离泵的流量，控制一级旋流分离器的旋流速度；使水热污泥在通过至少二级的轻泥旋流分离器和重泥旋流分离器后；出料分别进入到无机污泥缓冲池和有机污泥缓冲池中。

作为优选的，本方法还包括：

步骤四：分别对有机污泥缓冲池和无机污泥缓冲池中有机污泥和无机污泥进行有脱水、厌氧消化等过程处理，对滤渣进行综合利用；

步骤五：脱水滤液部分用于系统内的稀释、洗涤，剩余部分外排至污水处理厂或厂内污水处理设施。

作为优选的，在步骤四中，所述有机污泥采用先厌氧消化，再对厌氧沼渣进行脱水的工艺路线。

作为优选的，在步骤四中，有机污泥采用先脱水，再对脱水滤液进行厌氧消化的工艺路线。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)污泥中的有机物和无机物有效分离后，可以提高其资源化利用价值。有机污泥更容易进行厌氧产沼；无机污泥脱水性能优异，可以获得高含固率的泥饼，便于后续的建材利用，或作为填埋覆土。

(2)结合厌氧消化工艺。因为将污泥中的无机组分进行了分离，因此可防止污泥中的砂在消化罐内沉积、结块而导致消化罐的有效池容的降低、管道堵塞等问题。

(3)污泥的有机物和无机物分离后，最终泥饼的处理工艺选择更具有针对性，相应的投资更节约、运行更可靠。

(4)污泥中有机物的密度低于无机物，因此，本工艺采用多级旋流分离技术，对污泥中的有机物和无机物进行高效精准分离，提升产物资源化利用效率。

(5)本系统中设置有多级旋流分离系统，进入到一级旋流分离器的污泥浓度为5％－10％，仍比较粘稠，因此，只能将污泥中的大颗粒无机砂类去除，并且一级重泥中夹带一定量的有机污泥，一级轻泥中夹带一定量的无机污泥；针对上述问题，设置了二级洗涤、旋流分离工序；一级重泥经过洗涤、稀释，浓度、粘度均显著降低，有利于进一步纯化其无机组分；同样的，一级轻泥更有利于纯化其有机组分。

附图说明

图1是本发明实施例1整体处理系统示意图；

图2是本发明实施例2整体处理系统示意图

图中标记：1、浆化反应器；2、水热反应器；3、闪蒸反应器；4、水热污泥缓冲池；5、沼气锅炉；6、滤液缓冲池；7、多级旋流分离系统；8、有机污泥缓冲池；9、无机污泥缓冲池；81、一级旋流分离器；82、一级轻泥洗涤罐；83、二级轻泥旋流分离器；84、一级重泥洗涤罐；85、二级重泥旋流分离器；91、厌氧反应器；92、沼渣缓冲池；93、有机污泥脱水机；94、有机滤液缓冲池；95、无机污泥脱水机。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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设备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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1所示，一种基于水热技术的生物质分质利用系统，包括预处理罐、水热反应器2、闪蒸反应器3、水热污泥缓冲池4、沼气锅炉5、滤液缓冲池6和多级旋流分离系统7；本系统中所述预处理罐可为浆化反应器1；所述浆化反应器1通过水热供料泵与水热反应器2连接，所述水热反应器2与闪蒸反应器3通过管道连接，所述闪蒸反应器3的蒸汽出口端与浆化反应器1连接，所述闪蒸反应器3与水热污泥缓冲池4通过管道连接；所述沼气锅炉5的蒸汽出气端与水热反应进行连接；水热污泥缓冲池4与多级旋流分离系统7通过一级分离泵进行连接；所述滤液缓冲池6分别与水热污泥缓冲池4和多级旋流分离系统7通过管道连接。

通过上述结构，将原料污泥通入到浆化反应器1，原料被来自闪蒸反应器3的闪蒸蒸汽预热到95－100℃；然后通过水热供料泵泵送到水热反应器2内，在水热反应器2中的污泥被沼气锅炉5产生的蒸汽加热到160－185℃；然后通过压力差自流进入到闪蒸反应器3内，污泥闪蒸反应器3降温降压的同时，获得闪蒸蒸汽，回用至浆化反应器1内，闪蒸污泥温度95－105℃；闪蒸污泥通过重力自流至水热污泥缓冲池4，水热污泥的含固量为12％～18％，动力粘度为100－500mpa·s。需要在水热污泥缓冲池4内进行稀释，调整污泥的浓度、粘度，控制进入到一级旋流分离器81的污泥浓度在5％－10％，动力粘度为50－100mpa·s

本系统中通过闪蒸反应器3的闪蒸蒸汽的回流使用，不仅提前对原料污泥进行加热，加快了后续的反应，而且对闪蒸蒸汽中的热量进行回收，节约了能源，优化了效能。

所述多级旋流分离系统7包括一级旋流分离器81、一级轻泥洗涤罐82、二级轻泥旋流分离器83、一级重泥洗涤罐84、二级重泥旋流分离器85；所述一级旋流分离器81的轻泥出口端与一级轻泥洗涤罐82的进料口连接，一级旋流分离器81的重泥出口端与一级重泥洗涤罐84的进料口连接；所述一级轻泥洗涤罐82的进料口还与滤液缓冲池6连接，所述一级轻泥洗涤罐82的出料口通过二级轻泥分离泵与二级轻泥旋流分离器83的入料口贯通连接；

所述二级轻泥旋流分离器83的将轻泥再次进行分离，二级轻泥旋流分离器83顶端分理处轻质有机污泥、底端分离出重质无机污泥。

所述一级重泥洗涤罐84的进料口还与滤液缓冲池6连接，一级重泥洗涤罐84的出料口通过二级重泥分离泵与二级重泥旋流分离器85的入料口贯通连接；所述二级重泥旋流分离器85的将重泥再次进行分离，二级重泥旋流分离器85顶端分离出轻质有机污泥、底端分离出重质无机污泥。

在本方案中因为污泥中有机物的密度低于无机物，因此，本方案采用多级旋流分离技术，对污泥中的有机物和无机物进行分离；所分离出的轻质污泥即为有机污泥，所分离的重质污泥即为无机污泥；

进入到一级旋流分离器的污泥浓度为5％－10％，仍比较粘稠，因此，只能将污泥中的大颗粒无机砂类去除，并且一级重泥中夹带一定量的有机污泥，一级轻泥中夹带一定量的无机污泥；

针对上述问题，设置了二级洗涤、旋流分离工序。一级重泥经过洗涤、稀释，浓度、粘度均显著降低，有利于进一步纯化其无机组分；同样的，一级轻泥更有利于纯化其有机组分；分流比(轻泥：重泥)、稀释比(水：污泥)需要根据污泥有机物含量的不同进行适当调整。

基于上述结构，通过控制一级分离泵的流量，控制一级旋流分离器81的旋流速度；控制分流比为2：1～10：1(一级轻质污泥：一级重质污泥)；一级轻质污泥自流至一级轻泥洗涤罐82中，控制滤液缓冲池6的通入清洗水与一级轻质污泥流量比为1：1～5：1，通过一级轻泥洗涤罐82中的搅拌器强烈扰动使清洗水和轻质污泥混合，使有机物和无机物实现有效的剥离；然后泵送到二级轻泥旋流分离器83，控制分流比2：1～4：1(轻质污泥：重质污泥)；所分离出的轻泥进入到有机污泥缓冲池8，所分离出的重泥进入到无机污泥缓冲池9；

基于上述结构，一级重质污泥自流至一级重泥洗涤罐84，控制滤液缓冲池6的通入清洗水与一级重质污泥流量比为1：1～5：1，通过一级重泥洗涤罐84中搅拌器强烈扰动使清洗水和重质污泥混合，使有机物和无机物实现有效的剥离；然后泵送到二级重泥旋流分离器85，控制分流比2：1～4：1(轻质污泥：重质污泥)；所分离出的轻泥进入到有机污泥缓冲池8，所分离出的重泥进入到无机污泥缓冲池9。

所述多级旋流分离系统7的后端设置有有机污泥缓冲池8和无机污泥缓冲池9；有机污泥缓冲池8与多级旋流分离系统7的有机污泥出口端连接，无机污泥缓冲池9与多级旋流分离系统7的无机污泥出口端连接；即是二级轻泥旋流分离器83和二级重泥旋流分离器85的轻泥出料端与有机污泥缓冲池8连接，二级轻泥旋流分离器83和二级重泥旋流分离器85的重泥出料端与无机污泥缓冲池9连接。

所述有机污泥缓冲池8后端设置有厌氧反应器91，所述有机污泥缓冲池8通过有机污泥厌氧供料泵与厌氧反应器91连接，所述厌氧反应器91的出气端与沼气锅炉5进行连接，所述厌氧反应器91后侧设置有沼渣缓冲池92和有机污泥脱水机93，从厌氧反应器91与沼渣缓冲池92连接，沼渣缓冲池92通过有机污泥脱水供料泵与有机污泥脱水机93连接，有机污泥脱水机93的出水口与滤液缓冲池6连接，对脱水的液体进行回收利用，从有机污泥脱水机93出渣口的有机杂质，可以制成泥饼土地肥料进行使用；

所述无机污泥缓冲池9后端设置有无机污泥脱水机95，无机污泥缓冲池9通过无机污泥脱水机95供料泵与无机污泥脱水机95连接，无机污泥脱水机95的出水口与滤液缓冲池6连接，对脱水的液体进行回收利用，从无机污泥脱水机95出渣口的无机杂质，可以制成泥饼作为建材和填埋附土使用。

所述滤液缓冲池6设置有滤液外排泵，当滤液缓冲池6中液体过多，可以将滤液缓冲池6中的液体排放到污水处理系统进行处理。

通过上述结构，有机污泥泵送厌氧消化罐(带一体式储气柜)进行厌氧产沼；产生的沼气通过沼气锅炉5转化为水热单元所需的饱和蒸汽；厌氧反应器91排放的沼渣进入到沼渣缓冲池92；沼渣被泵送到有机污泥脱水机93；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；有机污泥脱水泥饼可以进一步进行堆肥，以便进行土地利用(农用、林用、土壤改良)，或者进一步干化后进行焚烧或热解处理，回收泥饼中剩余的热量，无机污泥直接泵送到无机污泥脱水机95进行高干度脱水；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；获得含水低于40％脱水泥饼，可以进行建材利用(制砖、水泥熟料)，或作为填埋附土。

实施例2

如图2所述，实施例2与实施例1类似，其不同之处在于，所述有机污泥缓冲池8后端设置有有机污泥脱水机93、有机滤液缓冲池947和厌氧反应器91；有机污泥缓冲池8通过有机污泥脱水机93供料泵与有机污泥脱水机93连接，所述有机污泥脱水机93的出液口与有机滤液缓冲池947连接，有机滤液缓冲池947收集脱水的滤液，然后有机滤液缓冲池947通过有机滤液厌氧供料泵与厌氧反应器91进行连接，有机滤液厌氧供料泵将有机滤液输送入厌氧反应器91进行反应，所述厌氧反应器91的出气端与沼气锅炉5进行连接，厌氧反应器91的出水端与滤液缓冲池6进行连接；从有机污泥脱水机93出渣口的有机杂质，可以制成泥饼土地肥料进行使用

所述无机污泥缓冲池9后端设置有无机污泥脱水机95，无机污泥缓冲池9通过无机污泥脱水机95供料泵与无机污泥脱水机95连接，无机污泥脱水机95的出水口与滤液缓冲池6连接，对脱水的液体进行回收利用，从无机污泥脱水机95出渣口的无机杂质，可以制成泥饼作为建材和填埋附土使用。

所述滤液缓冲池6设置有滤液外排泵，当滤液缓冲池6中液体过多，可以将滤液缓冲池6中的液体排放到污水处理系统进行处理。

通过本装置，对有机污泥先脱水；脱水滤液进行厌氧消化；产生的沼气通过沼气锅炉5转化为水热单元所需的饱和蒸汽；厌氧反应器91出水进入到滤液缓冲池6；脱水泥饼可以进一步进行堆肥，以便进行土地利用(农用、林用、土壤改良)，或者进一步干化后进行焚烧或热解处理，回收泥饼中剩余的热量，无机污泥直接泵送到无机污泥脱水机95进行高干度脱水；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；获得含水低于40％脱水泥饼，可以进行建材利用(制砖、水泥熟料)，或作为填埋附土。

本系统中脱水滤液部分用于系统内的稀释、洗涤，剩余部分外排至污水处理厂或厂内污水处理设施。整体上更加的节能环保。

为了保证更好的对各个装置流量进行控制，所述一级旋流分离器81两端、一级轻泥洗涤罐82进水口、一级重泥洗涤罐84进水口、二级轻泥旋流分离器83两端和二级重泥旋流分离器85两端均设置有流量计。

为了保证搅拌效果，所述浆化反应器1、水热反应器2、水热污泥缓冲池4、一级重泥洗涤罐84、一级轻泥洗涤罐82、有机污泥缓冲池8、沼渣缓冲池92、无机污泥缓冲池9内均设置有搅拌装置；水热系统、多级旋流分离系统、厌氧系统的设备和管道，因其操作温度较高，均需要设置保温层；

洗砂罐采用机械搅拌的方式，实现强烈扰动和混合，使有机物和无机物实现有效的剥离。

实施例3

本方案提供一种基于水热技术的生物质分质利用方法，其具体包括以下步骤：

步骤一：将污泥通入到浆化反应器1，被来自闪蒸反应器3的闪蒸蒸汽预热到95－100℃；然后通过水热供料泵泵送到水热反应器2内，被沼气锅炉5产生的蒸汽加热到160－185℃；然后通过压力差自流进入到闪蒸反应器3内，降温降压的同时，获得闪蒸蒸汽，回用至浆化反应器1内，闪蒸污泥温度95－105℃；

步骤二：闪蒸污泥通过重力自流至水热污泥缓冲池4，水热污泥的含固量为12％～18％，动力粘度为100－500mpa·s；需要在水热污泥缓冲池4内进行稀释，调整污泥的浓度、粘度，控制进入到一级旋流分离器81的污泥浓度在5％－10％，动力粘度为50－100mpa·s；

步骤三：通过控制一级分离泵的流量，控制一级旋流分离器81的旋流速度；控制分流比为2：1～10：1(一级轻质污泥：一级重质污泥)；一级轻质污泥自流至一级轻泥洗涤罐82，控制清洗水与一级轻质污泥流量比为1：1～5：1，通过搅拌器的强烈扰动和混合，使有机物和无机物实现有效的剥离；然后泵送到二级轻泥旋流分离器83，控制分流比2：1～4：1；所分离出的轻泥进入到有机污泥缓冲池8，所分离出的重泥进入到无机污泥缓冲池9；

一级重质污泥自流至一级重泥洗涤罐84，控制清洗水与一级重质污泥流量比为1：1～5：1，通过搅拌器的强烈扰动和混合，使有机物和无机物实现有效的剥离；然后泵送到二级重泥旋流分离器85，控制分流比2：1～4：1；所分离出的轻泥进入到有机污泥缓冲池8，所分离出的重泥进入到无机污泥缓冲池9；

步骤四：分别对有机污泥缓冲池8和无机污泥缓冲池9中有机污泥和无机污泥进行有脱水处理，对有机滤液和滤渣进行回收利用。

步骤五：脱水滤液部分用于系统内的稀释、洗涤，剩余部分外排至污水处理厂或厂内污水处理设施。

在步骤四中，有机污泥泵送厌氧消化罐(带一体式储气柜)进行厌氧产沼；产生的沼气通过沼气锅炉5转化为水热单元所需的饱和蒸汽；厌氧反应器91排放的沼渣进入到沼渣缓冲池92；沼渣被泵送到有机污泥脱水机93；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；有机污泥脱水泥饼可以进一步进行堆肥，以便进行土地利用(农用、林用、土壤改良)，或者进一步干化后进行焚烧或热解处理，回收泥饼中剩余的热量，无机污泥直接泵送到无机污泥脱水机95进行高干度脱水；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；获得含水低于40％脱水泥饼，可以进行建材利用(制砖、水泥熟料)，或作为填埋附土。

在另一个实施例中，步骤四中，将有机污泥先脱水；脱水滤液进行厌氧消化；产生的沼气通过沼气锅炉5转化为水热单元所需的饱和蒸汽；厌氧反应器91出水进入到滤液缓冲池6；脱水泥饼可以进一步进行堆肥，以便进行土地利用(农用、林用、土壤改良)，或者进一步干化后进行焚烧或热解处理，回收泥饼中剩余的热量，无机污泥直接泵送到无机污泥脱水机95进行高干度脱水；脱水滤液进入到滤液缓冲池6；获得含水低于40％脱水泥饼，可以进行建材利用(制砖、水泥熟料)，或作为填埋附土。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。