消化系统、处理污泥和污水的厌氧消化系统及处理方法与流程

1.本发明涉及一种消化系统、处理污泥和污水的厌氧消化系统及处理方法。


背景技术：

2.传统的污水处理工艺是利用微生物的代谢作用将污水中的碳源物质矿化，不仅需要消耗大量曝气电能，并且不能有效回收污水中的资源与能源物质。面向未来的污水处理厂，需要在满足污水水质净化的基础上，实现对污水中的资源与能源的回收利用。若将能量回收率提高至80％以上，污水处理厂将从能耗型转变为可产能的正能量型厂站。
3.为提高污水厂能源利用效率，通过工艺优化减少水处理工艺的电力消耗是最常见的一种方法。然而，污水处理厂还可以将污水处理产生的污泥进行厌氧消化(ad)，并将产生的沼气通过热电联产(chp)进行发电产热。
4.传统厌氧消化主要存在以下几方面缺陷和问题。(1)普遍存在速率慢的问题。这是阻碍它在有机废物处理领域广泛应用的主要瓶颈。消化速率慢，必须维持较长的水力停留时间，这就导致厌氧消化的运行成本过高。同样，厌氧消化速率慢也造成启动时间较长和受干扰后恢复时间长等问题。(2)厌氧消化后污泥脱水性能可能变差。根据相关研究表明，厌氧消化过程可以显著减小污泥颗粒粒径，超胶体颗粒的数量大幅增加，粒径的减小导致比表面积增加，从而导致消化后污泥脱水性能变差。(3)污泥消毒不足。污泥是污水处理过程污染物及有机物的集合体，其细菌病毒的富集体，因而污泥中病毒的灭活在污水处理厂新冠病毒等灭活阻断方面起着十分重要的作用。在目前新冠疫情背景下，传统厌氧消化模式在污泥病菌灭消毒没有过多关注，此方面仍需强化。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中反应速率慢、反应不充分、消化效率低下的缺陷，提供一种消化系统、处理污泥和污水的厌氧消化系统及处理方法。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种消化系统，所述消化系统包括输入管路、输出管路和消化池，所述输入管路的第一连接端和所述输出管路的第二连接端分别安装在所述消化池上，且所述第一连接端低于所述第二连接端，在所述输入管路上设有预处理设备，所述消化系统还包括外循环子系统，所述外循环子系统包括：
8.循环管路，所述循环管路的输入端靠近所述输出管路的第二连接端并设置在所述消化池上，且所述循环管路的输入端的高度不高于所述输出管路的第二连接端的高度，所述循环管路的输出端靠近所述输入管路的第一连接端并设置在所述消化池上；
9.再处理装置，所述再处理装置设于所述循环管路上，且位于所述输入端和所述输出端之间。
10.在本方案中，在消化系统上设置外循环子系统，并且将该外循环子系统上的循环管路的输入端靠近输出管路的第二连接端并设置在消化池上，且循环管路的输入端的高度
不高于输出管路的第二连接端的高度，循环管路的输出端靠近输入管路的第一连接端并设置在消化池上，同时在外循环子系统上设置再处理装置，该再处理装置用于对流入循环管路的流体进行再处理。采用这种结构形式，设置外循环子系统可以帮助并加强消化池对于流体的处理，采用两条支路的联合作用，可实现联合协同效应，提高消化系统对流体的处理速率，同时提高消化池的处理效率，降低了消化系统的运行成本；另一方面，采用双支路的结合，可以促进流体的充分反应，进一步提高整个消化池内流体的消化性能，提高流体的降解率。
11.较佳地，所述外循环子系统还包括动力组件，所述动力组件设于所述循环管路上，且靠近所述输入端设置，所述动力组件用于抽吸所述消化池内部的流体并使其进入所述循环管路中。
12.在本方案中，采用上述工艺布置形式，可较好地实现发明方案的目的。由于循环管路的输入端设置在靠近输出管路的消化池上，并且其输入端的高度不高于输出管路的高度，所以为了将流体抽入到循环管路中，在靠近输出端的位置上设置动力组件，一方面可充分利用消化池本体的功能，另一方面可提高外循环子系统对消化池内流体处理的针对性。
13.较佳地，所述再处理装置包括第一混合器，所述第一混合器上设有多个投料口，用于投入多种不同的药剂。
14.在本方案中，在循环管路上设置第一混合器，并且在第一混合器上设置多个投料口，在各个投料口内可以投放不同类型的药剂，实现了第一混合器一物多用的功能，充分利用第一混合器，可以同时向其投入多种药剂并同时实现不同的功能。所以设置第一混合器是用于协同再处理装置进行消化，帮助消化系统对混合液进行更充分的处理。
15.较佳地，所述再处理装置包括炼质设备，所述炼质设备采用机械浓缩机或机械脱水机。
16.在本方案中，在循环管路上设置炼质设备，该炼质设备具有双重功能，一方面用于对流体实现机械破壁，降低流体的粘性，提高消化池对于流体的处理效率，同时改善了经消化池消化后流体的脱水性能；另一方面用于对经消化池消化后流体进行脱水处理。
17.较佳地，所述再处理装置还包括过滤设备，所述过滤设备位于所述炼质设备和所述循环管路的输入端之间，所述过滤设备可根据流体材质进行调节。
18.在本方案中，在循环管路上设置过滤设备，该过滤设备具有双重功能，一方面用于对流体实现机械破壁，提高流体消化反应的效率；另一方面，将流体进行固液分离，降低流体中的含水量，减小流体的体积，同步提高消化池内有机负荷和流体的停留时间，可实现消化池对流体的充分消化，对于提高消化池对流体的消化处理有重大意义。
19.较佳地，所述再处理装置包括第一混合器和炼质设备，所述第一混合器和所述炼质设备沿所述输出端到所述输入端的延伸方向依次串联设置。
20.在本方案中，如上所述，第一混合器和炼质设备的功能各不相同，所以将第一混合器和炼质设备同时串联设置在循环管路上，可以同时实现上述功能。而且，将第一混合器设置在炼质设备之前，将流进循环管路的流体按部就班地进行处理，先对流体进行化学药剂的处理再对其进行固液分离，可以更加充分地实现流体的消化处理，大幅度地提高消化系统对流体的消化处理性能。
21.较佳地，所述预处理设备包括第二混合器，所述第二混合器用于向流入所述输入
管路的流体投加有机物。
22.在本方案中，在输入管路上设置预处理设备，可以先对流入输入管路的流体进行预处理。在输入管路上设置第二混合器，通过向第二混合器投入有机物，可以实现双重作用：一方面，利用有机物能源，最大程度地挖掘流体内能源回收利用的潜能；另一方面，解决了流体中有机物的出路问题，实现了流体和有机物的协同消化处理。所以设置第二混合器是用于协同预处理设备进行消化，帮助消化系统对流体进行更充分的处理。
23.较佳地，所述预处理设备包括搅拌均质机，所述搅拌均质机用于对流入所述输入管路的流体进行降解。
24.在本方案中，在输入管路上设置搅拌均质机，可以先对输入进来的流体进行机械强化的预处理，将流体进行破碎和降解，提高后续消化系统对流体的降解性能，有助于提高消化系统的整体反应效率。
25.较佳地，所述预处理设备包括第二混合器和搅拌均质机，且所述第二混合器和所述搅拌均质机沿所述输入管路的输入口到所述消化池的延伸方向依次串联设置在所述输入管路上。
26.在本方案中，如上所述，第二混合器和搅拌均质机的功能各不相同，所以将第二混合器和搅拌均质机同时串联设置在输入管路上，可以同时实现上述功能。而且，将第二混合器设置在搅拌均质机之前，将流进输入管路的流体按部就班地进行处理，先对初始的流体进行有机物的协同处理再对其进行破碎和降解，可以更加充分地实现流体的消化处理，大幅度地提高消化系统对流体的消化处理性能。
27.较佳地，在所述消化池内设有搅拌器，所述搅拌器用于搅拌所述消化池内的流体。
28.在本方案中，在消化池内设置搅拌器，可以帮助消化池对流体进行充分反应，提高消化池的消化效率，避免消化池内流体的堆积和反应不充分等问题。
29.一种处理污泥和污水的厌氧消化系统，所述处理污泥和污水的厌氧消化系统包括如上所述任意一项所述的消化系统。
30.在本方案中，将上述消化系统应用到处理污泥和污水的厌氧消化系统，可以帮助厌氧消化系统对污泥和污水的消化处理，具有外循环子系统的消化系统可以提高污泥和污水在厌氧消化池内停留的时间和污泥固体的负荷，提高厌氧消化池的效率，降低了厌氧消化池的运行成本。同时，改善了厌氧消化池内污泥脱水性能，提高了消化后污泥脱水处理的效能。
31.一种流体的处理方法，所述流体的处理方法包括如上所述任意一项所述的消化系统，具体的处理方法包括以下步骤：
32.s11、将待处理的流体进料在所述输入管路内进行预处理；
33.s12、预处理后的流体输入至所述消化池中；
34.s13、将所述消化池内经处理后的流体一部分从所述输出管路排出，一部分从所述输入端输入至所述外循环子系统的所述循环管路中；
35.s14、进入所述循环管路的流体经所述外循环子系统的所述再处理装置的再处理；
36.s15、再处理后的流体从所述输出端再次输入至所述消化池内；
37.s16、返回步骤s13，直至停止流体的处理。
38.本发明的积极进步效果在于：该消化系统、处理污泥和污水的厌氧消化系统及处
理方法通过设置外循环子系统将流体进行预处理和再处理，帮助并加强消化池对于流体的处理，采用两条支路的联合作用，提高消化系统对流体的处理速率，同时提高消化池的处理效率，降低了消化系统的运行成本；另一方面，采用双支路的结合，进一步促进流体的充分反应，提高流体的降解率。
附图说明
39.图1为本发明较佳实施方式的消化系统的整体结构示意图。
40.图2为本发明较佳实施方式流体的处理方法流程图。
41.附图标记说明：
42.消化系统1
43.输入管路11预处理设备111
44.输入口112
45.第一连接端113第二混合器1111
46.搅拌均质机1112
47.输出管路12
48.第二连接端121消化池13
49.搅拌器131
50.外循环子系统14
51.循环管路141
52.输入端1411
53.输出端1412
54.再处理装置142
55.第一混合器1421
56.炼质设备1422
57.过滤设备1423
58.动力组件143
具体实施方式
59.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
60.如图1所示，为一种消化系统1。
61.消化系统1包括输入管路11、输出管路12和消化池13，输入管路11的第一连接端113和输出管路12的第二连接端121分别安装在消化池13上，且第一连接端113低于第二连接端121，即，第一连接端113在消化池13上的高度低于第二连接端121在消化池13上的高度，二者之间具有高度差，便于流体的一进一出，协调好整个消化系统1的运行，所以输入管路11的第一连接端113和输出管路12的第二连接端121的具体地安装位置不受限制。同时，在输入管路11上设置预处理设备111，该预处理设备111用于对流进输入管路11的流体有限进行一步预处理，经过预处理后的流体再进料至消化池13内进行消化反应处理。
62.消化系统1还包括外循环子系统14，该外循环子系统14与消化池13接通，其主要目
的是用于对流入消化池13内的流体进行进一步的消化作用。
63.其中，外循环子系统14包括循环管路141和再处理装置142。循环管道的输入端1411和输出端1412分别安装在消化池13上，并且输入端1411靠近输出管路12的第二连接端121设置，但其在消化池13上的高度不高于输出管路12的第二连接端121在消化池13上的高度，其具体高度可略低于输出管路12的第二连接端121或与输出管路12的第二连接端121位于同一高度上；输出端1412靠近输入管路11的第一连接端113设置，输出端1412在消化池13上的高度和输入管路11的第一连接端113在消化池13上的高度没有限制，均是用来进料流体。
64.再处理装置142安装在循环管道上，并且位于输入端1411和输出端1412之间，再处理装置142用于对流入循环管路141的流体进行再处理。
65.在本技术中，采用这种结构形式，设置外循环子系统14可以帮助并加强消化池13对于流体的处理，采用两条支路的联合作用，可实现联合协同效应，提高消化系统1对流体的处理速率，同时提高消化池13的处理效率，降低了消化系统1的运行成本；另一方面，采用双支路的结合，可以促进流体的充分反应，进一步提高整个消化池13内流体的消化性能，提高流体的降解率。该联合方案的整体技术经济价值较优。
66.具体地，在消化池13内设置搅拌器131，可以帮助消化池13对流体进行充分反应，提高消化池13的消化效率，避免消化池13内流体的堆积和反应不充分等问题。
67.在本实施方式中，输入管路11安装在消化池13的下端，输出管路12安装在消化池13的上端，消化池13是一个圆柱体，周侧具有多个连接面，所以便于循环管路141输入端1411和输出端1412的安装。
68.具体地，外循环子系统14包括动力组件143，并设置在循环管路141靠近输入端1411的一侧上，该动力组件143用于抽吸消化池13内部的流体并使其进入循环管路141中。采用上述工艺布置形式，可较好地实现发明方案的目的。由于循环管路141的输入端1411设置在靠近输出管路12的消化池13上，并且其输入端1411的高度不高于输出管路12的高度，所以为了将流体抽入到循环管路141中，在靠近输出端1412的位置上设置动力组件143，一方面可充分利用消化池13本体的功能，另一方面可提高外循环子系统14对消化池13内流体处理的针对性。动力组件143具体不做限制，在本实施方式中，该动力组件143具体为循环泵。
69.在本实施例中，再处理装置142包括第一混合器1421、炼质设备1422和过滤设备1423，过滤设备1423设置在第一混合器1421和炼质设备1422之间，并且第一混合器1421、过滤设备1423和炼质设备1422依次沿循环管路141的输入端1411到输出端1412的延伸方向串联设置在循环管路141上。
70.其中，在第一混合器1421上设有多个投料口，用于投入多种不同类型的药剂，实现了第一混合器1421一物多用的功能，充分利用第一混合器1421，可以同时向其投入多种药剂并同时实现不同的功能。可以强化消化过程对于流体中病原菌的灭火性能，阻断包括新冠病毒在内的病原微生物的传播。具体地，在本实施方式中，第一混合器1421上设有两个投料口，第一个投料口用于投加化学破解药剂，如氢氧化钠、双氧水等；投料口2用于投加病原菌灭活药剂，如次氯酸钠、双氧水等。
71.炼质设备1422采用机械浓缩机或机械脱水机，该炼质设备1422具有双重功能，一
方面用于对流体实现机械破壁，降低流体的粘性，提高消化池13对于流体的处理效率，同时改善了经消化池13消化后流体的脱水性能；另一方面用于对经消化池13消化后流体进行脱水处理。
72.过滤设备1423对流体进行过滤处理，该过滤设备1423孔径为毫米级别，孔径范围0.1～1.0mm，过滤设备1423可根据流体材质进行调节。该过滤设备1423具有双重功能，一方面用于对流体实现机械破壁，提高流体消化反应的效率；另一方面，将流体进行固液分离，降低流体中的含水量，减小流体的体积，同步提高消化池13内有机负荷和流体的停留时间，可实现消化池13对流体的充分消化，对于提高消化池13对流体的消化处理有重大意义。
73.再处理装置142包括多种设备，不限于上述三者，可根据流体的处理情况以及要实现的功能对再处理装置142的设备类型进行调节和更改。所以在本实施例中，为了依次实现药剂的处理与固液分离，所以将三者依次串联在一起，可以更加充分地实现流体的消化处理，大幅度地提高消化系统1对流体的消化处理性能。
74.在本实施例中，预处理设备111包括第二混合器1111和搅拌均质机1112，并且将第二混合器1111和搅拌均质机1112沿输入管路11的输入口112到消化池13的延伸方向依次串联设置在输入管路11上，即，搅拌均质机1112设置于第二混合器1111和输入管路11的第一连接端113之间，即，流体由输入管路11的输入口112依次经过第二混合器1111和搅拌均质机1112后，再由输入管路11的第一连接端113进入消化池13。
75.在输入管路11上设置第二混合器1111，通过向第二混合器1111投入有机物，该有机物包括油脂、浮渣副产物，采用此措施可以实现双重作用：一方面，利用有机物能源，最大程度地挖掘流体内能源回收利用的潜能；另一方面，解决了流体中有机物的出路问题，实现了流体和有机物的协同消化处理。
76.在输入管路11上设置搅拌均质机1112，可以先对输入进来的流体进行机械强化的预处理，将流体进行破碎和降解，提高后续消化系统1对流体的降解性能，有助于提高消化系统1的整体反应效率。其中，搅拌均质机1112可以是搅拌球磨机设备、高压均质阀、球磨搅拌设备等，可以按需设置。
77.预处理设备111包括多种设备，不限于上述两者，可根据流体的处理情况以及要实现的功能对预处理设备111的设备类型进行调节和更改。所以在本实施例中，为了依次实现对初始流体进行有机物的协同处理与破碎和降解的作用，所以将二者依次串联在一起，可以更加充分地实现流体的消化处理，大幅度地提高消化系统1对流体的消化处理性能。
78.将上述消化系统1可以应用到处理污泥和污水的厌氧消化系统1，可以帮助厌氧消化系统1对污泥和污水的消化处理，具有外循环子系统14的消化系统1可以提高污泥和污水在厌氧消化池13内停留的时间和污泥固体的负荷，提高厌氧消化池13的效率，降低了厌氧消化池13的运行成本。同时，改善了厌氧消化池13内污泥脱水性能，提高了消化后污泥脱水处理的效能。
79.流体进入外循环子系统14的流量大小与消化池13体积、消化池13未设置外循环子系统14时流体停留时间、消化池13设置外循环子系统14时流体停留时间、消化池13内流体含水率等存在如下关系：
80.81.v0：消化池13体积，单位m3；
82.t0：消化池13未设置外循环子系统14时流体停留时间，单位d；
83.w0：消化池13内流体含水率，单位％；
84.q1：外循环子系统14的流量大小，单位m3/d；
85.t1：消化池13设置外循环子系统14时流体停留时间，单位d；
86.w1：经外循环子系统14后流体含水率，单位％
87.在本方案中，采用上述公式及流体循环流量取值范围。给出了流体外循环子系统14的流量大小与消化池13设置外循环子系统14时流体停留时间等定量关系，把机械处理各参数与厌氧消化系统1参数有机联系起来，对本发明方案的实际应用具有十分重要的指导意义。
88.如图1-2所示，一种流体的处理方法，流体的处理方法包括如上的消化系统1，具体的处理方法包括以下步骤：
89.s11、将待处理的流体进料在输入管路11内进行预处理。
90.作为一种较佳地实施方式，将待处理的流体先在输入管路11内进行预处理，具体预处理所采用的设备按需设置。
91.作为一种较佳地实施方式，将待处理的流体分别经过第二混合器1111和搅拌均质机1112处理。
92.s12、预处理后的流体输入至消化池13中。
93.作为一种较佳地实施方式，流体在消化池13内经搅拌器131的不断搅拌，使其得到充分的消化处理。
94.s13、将消化池13内经处理后的流体一部分从输出管路12排出，一部分从输入端1411输入至外循环子系统14的循环管路141中。
95.s14、进入循环管路141的流体经外循环子系统14的再处理装置142的再处理。
96.作为一种较佳地实施方式，再处理的流体在循环管路141内进行再处理，具体再处理所采用的设备按需设置。
97.作为一种较佳地实施方式，将准备再处理的流体分别经过第一混合器1421、过滤设备1423和炼质设备1422处理。
98.s15、再处理后的流体从输出端1412再次输入至消化池13内。
99.s16、返回步骤s13，直至停止流体的处理。
100.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。