專利名稱：一種多循環多級厭氧消化系統及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于污泥資源化處理領域，涉及一種多循環多級厭氧消化系統。
背景技術：
我國興建了大量污水處理廠，截至2009年，全國已建有城鎮污水處理廠1792座， 處理能力達9904萬m3/d，平均運行負荷率為81. 27%。在這些污水處理廠的建設和運行對城市污染負荷的削減起到了重要作用的同時，污水處理過程中副產物城市污泥量也日益增加。目前，全國年產濕污泥已近3000萬噸(含水率80% )，污泥處理處置的中心已從簡單的填埋轉向以資源化為主的土地利用。而在污泥進行土地利用前需要對污泥進行穩定化處理，回收污泥中含有的大量的生物質能，厭氧發酵是污泥穩定化的重要措施之一，不僅過程所需能量較低，還可回收污泥中生物質能，是一種非常有應用前景的污泥資源化技術。本發明從微生物生長特點、有機物溶解規律等方面著手，采用的三級厭氧消化耦合循環回流技術為厭氧消化微生物提供充足底物，增加產氣量，縮短污泥厭氧發酵時間，從而推動污泥厭氧消化技術的廣泛應用，實現污泥資源化利用。

發明內容
本發明的目的在于為克服現有技術中缺陷而提供一種多循環多級厭氧消化系統。 該系統針對我國污泥厭氧消化產氣量少、產氣不穩定，難于應用厭氧穩定工藝對其進行處理等缺陷，能有效提升三級厭氧消化及產氣效率。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種厭氧消化系統，包括一級厭氧消化反應器、第一循環系統、二級厭氧消化反應器、第二循環系統和三級厭氧消化反應器，其中，所述的一級厭氧消化器和二級厭氧消化反應器之間設有第一循環系統，所述的二級厭氧反應器和三級厭氧消化反應器之間設有第二循環系統。所述的一級厭氧消化反應器的下端設有第一出料口，上端設有第一進料口。所述的二級厭氧消化反應器下端設有第二進料口和第三出料口，二級厭氧消化反應器上端設立第二出料口和第三進料口。所述的三級厭氧消化反應器下端設有第四進料口和第五出料口，三級厭氧消化反應器上端設有第四出料口和出氣口。所述的一級厭氧消化反應器上端第一進料口與污泥調配池相連。所述的第一循環系統是指在一級厭氧消化反應器和二級厭氧消化反應器之間通過一級厭氧消化反應器上端的第一進料口和二級厭氧消化反應器上端的第二出料口經污泥泵相連，一級厭氧消化反應器下端的第一出料口和二級厭氧消化反應器下端的第二進料口相連所構成的循環回流體系。所述的第二循環系統是指在二級厭氧消化反應器和三級厭氧消化反應器之間通過二級厭氧消化反應器上端的第三進料口與三級厭氧消化反應器上端的第四出料口經污泥泵相連，二級厭氧消化反應器下端的第三出料口和三級厭氧消化反應器下端的第四進料口相連所構成的循環回流體系。所述的三級厭氧消化反應器的第五出料口與集泥池相連，三級厭氧消化器的出氣口與沼氣池相連。所述的厭氧消化系統還包括預處理裝置。所述的預處理裝置選自堿解強化處理裝置、加熱處理裝置或微波強化裝置。所述的堿解強化處理裝置包括堿解池和靜置池。所述的預處理裝置的下端和上端分別與一級厭氧消化反應器(I)的預處理出料口和預處理進料口相連。一種上述厭氧消化系統用作污泥處理的應用，包含以下步驟(I)將污泥從污泥調配池由第一進料口通過污泥泵泵入一級厭氧消化反應器(I) 中，然后從第一出料口出料至二級厭氧消化池中；(2)從二級厭氧消化反應器第二出料口中出料循環回流至一級厭氧消化反應器中，從二級厭氧消化反應器第三出料口出料至三級厭氧消化池中；(3)然后通過三級厭氧消化反應器第四出料口出料至二級厭氧消化反應器中，并通過三級厭氧消化反應器第五出料口出料至集泥池中。所述的污泥厭氧消化系統中各級每日回流處理量為所在級厭氧消化反應器有效體積的3% 30%。所述的厭氧消化污泥包括初沉污泥和剩余污泥，其揮發性有機固體濃度(VS)占總固體濃度(TS)的比例(VS/TS)的范圍是20% 75%，含水率范圍為88% 98%。所述的一級厭氧消化停留時間為Id 3d，二級厭氧消化停留時間為5d 8d，三級厭氧消化停留時間為IOd 15d。為了保證系統及各級厭氧反應器系統物料的平衡，從污泥調配池通過第一進料口投入一級厭氧消化反應器中的污泥量等于從一級厭氧消化反應器通過第一循環系統凈轉移至二級厭氧消化反應器的污泥量等于從二級厭氧消化反應器通過第二循環系統凈轉移至三級厭氧消化反應器的污泥量等于從三級厭氧消化反應器通過第五出料口出料至集泥池的污泥量。其量為一級厭氧消化反應器體積的I 1/3，二級厭氧消化反應器體積的1/5 1/8，三級厭氧消化反應器體積的1/10 1/15。所述的一級厭氧消化反應器、二級厭氧消化反應器和三級厭氧消化反應器的運行溫度控制在35±2°C或55 ±2 °C，攪拌速度30 250rpm。一種上述厭氧消化系統用作污泥處理的應用，包含以下步驟(I)將污泥從污泥調配池由第一進料口通過污泥泵泵入一級厭氧消化反應器中； 然后將污泥從一級厭氧消化反應器中通過預處理進料口出料至預處理裝置中，經預處理裝置預處理后，再通過預處理出料口(82)循環回流至一級厭氧消化反應器中；(2)從二級厭氧消化反應器第二出料口中出料循環回流至一級厭氧消化反應器中，從二級厭氧消化反應器第三出料口出料至三級厭氧消化池中；(3)然后通過三級厭氧消化反應器第四出料口出料至二級厭氧消化反應器中，并通過三級厭氧消化反應器第五出料口出料至集泥池中。所述的預處理為堿解強化預處理、加熱預處理或微波輻射預處理。所述堿解強化是指堿性物質的投加量為每克有機固體(VS)含量的3% 15%，并攪拌均勻，靜置24h ;所述的堿性物質是指氫氧化鈉、氫氧化鈣或氧化鈣等。所述的加熱預處理裝置是指將污泥投入高溫反應器中并維持污泥溫度90 120°C,穩定 lOmin 60min。所述的微波輻射預處理裝置的微波頻率為2450MHz，微波輻射功率lOOw lOOOw， 福射時間1 20min。本發明的系統將多級厭氧消化、循環回流等技術有機地結合起來，實現了固相物 質的高溶解性，為產酸菌提供豐富底物，進而增加污泥生產沼氣的產量。本發明的有益效果是(1)本發明所提供的系統將三級厭氧消化、循環回流和預處理等技術有機結合起 來，實現了物理強化處理技術和微生物處理技術結合，真正實現了有機底物的高效利用，使 三段內的細菌都能發揮最大的活性，提高整個系統的運行穩定性。(2)本發明所提供的系統通過污泥回流強化裝置在系統中的有機設置，可以保證 厭氧菌在高有機物濃度下的穩定運行，具有很高的有機負荷和有機物去除率，沼氣產量和 產率高，提高了整個系統的處理效率。(3)本發明提供的系統不僅處理效率高，而且結構緊湊、相互配合運作，運行穩定， 適合在大中小污水處理廠中推廣應用。


圖1為本發明實施例厭氧消化系統。圖2為本發明實施例厭氧消化系統，其中預處理裝置為堿解強化處理裝置。圖3為本發明實施例厭氧消化系統，其中預處理裝置為預加熱裝置。圖4為本發明實施例厭氧消化系統，其中預處理裝置為微波強化裝置。附圖標注1 一級厭氧消化反應器，11第一出料口，12第一進料口，2第一循環系統，3 二級厭氧消化反應器，31第二進料口，32第二出料口，33第三出料口，34第三進料口，4第二循環系統，5三級厭氧消化反應器，51第四進料口，52第四出料口，53第五出料口，54出氣口，6沼氣池，7集泥池，8預處理裝置，81預處理進料口，82預處理出料口9污泥調配池，10脫水機。
具體實施例方式下面結合實例對本發明作進一步詳細說明。一種厭氧消化系統(如圖I 4所示)，包括一級厭氧消化反應器I、第一循環系統2、二級厭氧消化反應器3、第二循環系統4、三級厭氧消化系統5。其中一級厭氧消化反應器的下端設有第一出料口 11，上端設有第一回流進料口 12。二級厭氧消化反應器3下端設有第二進料口 31和第三出料口 33，二級厭氧消化反應器3上端設立第二出料口 32和第三進料口 34。三級厭氧消化反應器5下端設有第四進料口 51和第五出料口 53，三級消化反應器上端5設立第四出料口 52和出氣口 54。一級厭氧消化反應器I的下端第一出料口 11和二級厭氧消化反應器3下端的第二進料口 31相連，二級厭氧消化器3第二出料口 32和一級厭氧消化器I第一進料口 12相連。二級厭氧消化反應器3下端第三出料口 33和三級厭氧消化反應器5的下端第四進料口 51相連。三級厭氧消化反應器5第四出料口 52和二級厭氧消化反應器3第三進料口 34相連。一級厭氧消化反應器I和二級厭氧消化反應器3之間設置第一循環系統2，在二級厭氧反應器3和三級厭氧消化反應器5之間設置第二循環系統4。一級厭氧消化反應器I上端第一進料口 12除與二級厭氧消化反應器3上端第二出料口 32相連外，還與污泥調配池9相連。三級厭氧消化器5的第五出料口 53與集泥池7相連，三級厭氧消化器5的出氣口 54與沼氣池6相連。厭氧消化系統還包括預處理裝置8。預處理裝置8為堿解強化處理裝置(如圖2所示)、預加熱裝置(如圖3所示)或微波強化裝置(如圖4所示)。堿解強化處理裝置包括堿解池和靜置池。預處理裝置8的下端和上端分別與一級厭氧消化反應器I的預處理出料口 82和預處理進料口 81相連。第一循環系統2是指在一級厭氧消化反應器I和二級厭氧消化反應器3之間通過一級厭氧消化反應器I上端的第一進料口 12和二級厭氧消化反應器3上端的第二出料口 32相連，一級厭氧消化反應器I下端的第一出料口 11和二級厭氧消化反應器3下端的第二進料口 31相連所構成的循環回流體系；第二循環系統4是指在二級厭氧消化反應器3和三級厭氧消化反應器5之間通過二級厭氧消化反應器3上端的第三進料口 34與三級厭氧消化反應器5上端的第四出料口 52相連，二級厭氧消化反應器3下端的第三出料口 33和三級厭氧消化反應器5下端的第四進料口 51相連所構成的循環回流體系。實施例I取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為
95.44% )在污泥調配池9中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的33. 4%。(I)如圖I所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5L至一級厭氧消化反應器I中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L，由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中；(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化反應器5中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度25011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣49. 3L，甲烷含量
62.55%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高22. 5%。實施例2取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為 96. 23%)在污泥調配池9中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的45. 2%。(I)如圖I所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入4L至一級厭氧消化反應器I中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L，由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中；(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料2L循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料8L至三級厭氧消化反應器5中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料4L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料4L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2. 5d，二級厭氧消化反應器3停留時間為 7. 5d，三級厭氧消化反應器5停留時間為15d，共停留25d。控制消化過程中各反應器溫度在55±2°C，攪拌速度200rpm。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為25d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即50d 75d)后可穩定產氣，實驗組日產氣47. 5L，甲烷含量
63.64%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高18. 2%。實施例3取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 99. 12%)在污泥調配池9中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的60. 2%。(I)如圖I所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5L至一級厭氧消化反應器I中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L，由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中；(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化反應器5中；(3)三級厭氧消化反應器3總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度20011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣23. 5L，甲烷含量 65. 56%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高23. 2%。實施例4取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為
95.44% )在污泥調配池9中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的33. 4%。(I)如圖2所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5L至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至堿解預處理裝置8中，投加堿性物質NaOH，堿性物質的投加量為每克 VS0. 06g，攪拌均勻后靜置24h后，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度25011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣54. 3L，甲烷含量
62.55%，其產氣總量比作為空白的普通單級厭氧消化工藝提高27. 5%。實施例5取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為
96.23%)在污泥調配池9中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的45. 2%。(I)如圖2所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入4. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中， 其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. OL至堿解預處理裝置8中，投加堿性物質氫氧化鈣，堿性物質的投加量為每克VSO. 08g，攪拌均勻后靜置24h，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料2L循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料8L至三級厭氧消化器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料4L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料4L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2. 5d，二級厭氧消化反應器3停留時間為 7. 5d，三級厭氧消化反應器5停留時間為15d，共停留25d。控制消化過程中各反應器溫度在55±2°C，攪拌速度200rpm。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為25d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即50d 75d)后可穩定產氣，實驗組日產氣50. 5L，甲烷含量
63.64%，其產氣總量比作為空白的普通單級厭氧消化工藝提高23. 2%。實施例6取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 99. 12%)在污泥調配池9中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的60. 2%。(I)如圖2所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至堿解預處理裝置8中，投加堿性物質氧化鈣，堿性物質的投加量為每克VSO. 08g，攪拌均勻后靜置24h，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L至循環回流二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度20011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣27. 5L，甲烷含量 65. 56%，其產氣總量比作為空白的普通單級厭氧消化工藝提高27. 2%。實施例7取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為
95.44% )在污泥調配池9中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的33. 4%。(I)如圖3所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5. OL至一
1級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至加熱預處理裝置8中，120度加熱30min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度25011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣58. 3L，甲烷含量
62.55%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高32. 5%。實施例8取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為
96.23%)在污泥調配池9中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的45. 2%。(I)如圖3所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入4. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. OL至加熱預處理裝置8中，100度加熱45min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料2L循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料8L至三級厭氧消化器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料4L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料4L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2. 5d，二級厭氧消化反應器3停留時間為 7. 5d，三級厭氧消化反應器5停留時間為15d，共停留25d。控制消化過程中各反應器溫度在55±2°C，攪拌速度200rpm。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為25d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即50d 75d)后可穩定產氣，實驗組日產氣55. 5L，甲烷含量
63.64%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高29. 2%。實施例9取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 99. 12%)在污泥調配池9中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的60. 2%。
(I)如圖3所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至加熱預處理裝置8中，120度加熱20min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化器5中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度20011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣32. 5L，甲烷含量 65. 56%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高29. 2%。實施例10取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為
95.44% )在污泥調配池9中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的33. 4%。(I)如圖4所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至微波預處理裝置8中，調節微波功率800w，輻射5min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化反應器5中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3停留時間為6d， 三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度25011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣56. 3L，甲烷含量
62.55%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高29. 9%。實施例11取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為
96.23%)在污泥調配池9中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的45. 2%。
(I)如圖4所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入4. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. OL至微波預處理裝置8中，調節微波功率lOOOw，輻射6min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料2L循環回流至一級厭氧消化反應器I中，通過第三出料口 33每日出料8L至三級厭氧消化反應器5中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料4L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料4L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2. 5d，二級厭氧消化反應器3停留時間為 7. 5d，三級厭氧消化反應器5停留時間為15d，共停留25d。控制消化過程中各反應器溫度在55±2°C，攪拌速度200rpm。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為25d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即50d 75d)后可穩定產氣，實驗組日產氣52. 5L，甲烷含量
63.64%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高25. 2%。實施例12取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 99. 12%)在污泥調配池9中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發性有機固體占總固體的60. 2%。(I)如圖4所示，每日由第一進料口 12通過污泥泵從污泥調配池9泵入5. OL至一級厭氧消化反應器I中，同時由第一出料口 11每日出料6L至二級厭氧消化反應器3中，其中一級厭氧消化反應器I總有效體積為10L。然后從一級厭氧消化反應器I中通過預處理進料口 81進料2. 5L至微波預處理裝置8中，調節微波功率600w，輻射7min，再通過預處理出料口 82投入一級厭氧消化反應器I中。(2) 二級厭氧消化反應器3總有效體積為30L，通過第二出料口 32每日出料IL循環回流至一級厭氧反應器I中，通過第三出料口 33每日出料IOL至三級厭氧消化反應器5 中；(3)三級厭氧消化反應器5總有效體積為60L，通過第四出料口 52每日出料5L循環回流至二級厭氧消化反應器3中，并通過第五出料口 53每日出料5L至集泥池7中。故一級厭氧消化反應器I停留時間為2d，二級厭氧消化反應器3池停留時間為 6d，三級厭氧消化反應器5停留時間為12d，共停留20d。控制消化過程中各反應器溫度在 35±21，攪拌速度20011)111。同時進行普通的單級厭氧消化實驗，消化池的總有效體積為 100L，停留時間為20d，并以此作為空白。運行2 3個周期(即40d 60d)后可穩定產氣，實驗組日產氣30. 5L，甲烷含量 65. 56%，其產氣總量比普通的單級厭氧消化工藝提高28. 2%。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例,本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種厭氧消化系統，其特征在于包括一級厭氧消化反應器(I)、第一循環系統(2)、 二級厭氧消化反應器(3)、第二循環系統(4)和三級厭氧消化器(5)，所述的一級厭氧消化器(I)和二級厭氧消化反應器(3)之間設有第一循環系統(2)，所述的二級厭氧反應器(3) 和三級厭氧消化反應器(5)之間設有第二循環系統(4)。
2.根據權利要求I所述的厭氧消化系統，其特征在于所述的一級厭氧消化反應器(I) 的下端設有第一出料口(11)，上端設有第一進料口(12)；或所述的二級厭氧消化反應器(3)下端設有第二進料口(31)和第三出料口(33)，二級厭氧消化反應器(3)上端設立第二出料口(32)和第三進料口(34)；或所述的三級厭氧消化反應器(5)下端設有第四進料口(51)和第五出料口(53)，三級厭氧消化反應器(5)上端設立第四出料口(52)和出氣口(54)。
3.根據權利要求2所述的厭氧消化系統，其特征在于所述的一級厭氧消化反應器(I) 下端的第一出料口(11)和二級厭氧消化反應器(3)下端的第二進料口(31)相連；或所述的二級厭氧消化反應器(3)第二出料口(32)和一級厭氧反應消化器(I)第一進料口(12)經污泥泵相連；或所述的二級厭氧消化反應器(3)下端第三出料口(33)和三級厭氧消化反應器(5) 的下端第四進料口(51)相連；或所述的三級厭氧消化反應器(5)第四出料口(52)和二級厭氧消化反應器(3)第三進料口(34)經污泥泵相連。或所述的一級厭氧消化反應器(I)上端第一進料口(12)還與污泥調配池(9)相連；或所述的三級厭氧消化器(5)的第五出料口(53)與集泥池(7)相連，三級厭氧消化器 (5)的出氣口(54)與沼氣池(6)相連。
4.根據權利要求I所述的厭氧消化系統，其特征在于所述的第一循環系統(2)是指在一級厭氧消化反應器(I)和二級厭氧消化反應器(3)之間通過一級厭氧消化反應器(I) 上端的第一進料口(12)和二級厭氧消化反應器(3)上端的第二出料口(32)經污泥泵相連，一級厭氧消化反應器(I)下端的第一出料口(11)和二級厭氧消化反應器(3)下端的第二進料口(31)相連所構成的循環回流體系；或所述的第二循環系統(4)是指在二級厭氧消化反應器(3)和三級厭氧消化反應器 (5)之間通過二級厭氧消化反應器(3)上端的第三進料口(34)與三級厭氧消化反應器(5) 上端的第四出料口(52)經污泥泵相連，二級厭氧消化反應器(3)下端的第三出料口(33) 和三級厭氧消化反應器(5)下端的第四進料口(51)相連所構成的循環回流體系。
5.根據權利要求I所述的厭氧消化系統，其特征在于所述的厭氧消化系統還包括預處理裝置(8)，優選堿解強化處理裝置、預加熱裝置或微波強化裝置。
6.根據權利要求5所述的厭氧消化系統，其特征在于所述的堿解強化處理裝置包括堿解池和靜置池；或所述的預處理裝置(8)的下端和上端分別與一級厭氧消化反應器(I)的預處理出料口 (82)和預處理進料口 (81)相連。
7.—種權利要求1-4中任一所述的厭氧消化系統用作污泥處理的應用，其特征在于 包含以下步驟(I)將污泥從污泥調配池(9)由第一進料口(12)通過污泥泵泵入一級厭氧消化反應器(I)中，然后從第一出料口(11)出料至二級厭氧消化池(3)中；(2)從二級厭氧消化反應器(3)第二出料口(32)中出料循環回流至一級厭氧消化反應器(I)中，從二級厭氧消化反應器(3)第三出料口(33)出料至三級厭氧消化池(5)中；(3)然后通過三級厭氧消化反應器(5)第四出料口(52)出料至二級厭氧消化反應器 (3)中，并通過三級厭氧消化反應器(5)第五出料口(53)出料至集泥池(7)中。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于所述的污泥發酵系統中各級每日回流處理量為所在級厭氧消化反應器有效體積的3% 30% ；或所述的厭氧消化污泥包括初沉污泥和剩余污泥，其揮發性有機固體濃度占總固體濃度的比例的范圍是20% 75%，其含水率范圍為88% 98% ；或所述的一級厭氧消化停留時間為Id 3d，二級厭氧消化停留時間為5d 8d，三級厭氧消化停留時間為IOd 15d ；或所述的從污泥調配池(9)通過第一進料口(12)投入一級厭氧消化反應器(I)中的污泥量等于從一級厭氧消化反應器(I)通過第一循環系統(2)凈轉移至二級厭氧消化反應器(3)的污泥量等于從二級厭氧消化反應器(3)通過第二循環系統(4)凈轉移至三級厭氧消化反應器(5)的污泥量等于從三級厭氧消化反應器(5)通過第五出料口(53)出料至集泥池(7)的污泥量。其量為一級厭氧消化反應器(I)體積的I 1/3，二級厭氧消化反應器 (3)體積的1/5 1/8，三級厭氧消化反應器(5)體積的1/10 1/15 ；或所述的一級厭氧消化反應器(I)、二級厭氧消化反應器(3)和三級厭氧消化反應器(5)的運行溫度控制在35±2°C或55 ±2 °C，攪拌速度30 250rpm。
9.一種權利要求5-6中任一所述的厭氧消化系統用作污泥處理的應用，其特征在于 包含以下步驟(1)將污泥從污泥調配池(9)由第一進料口(12)通過污泥泵泵入一級厭氧消化反應器(I)中；然后將污泥從一級厭氧消化反應器(I)中通過預處理進料口(81)出料至預處理裝置(8)中，經預處理裝置(8)預處理后，再通過預處理出料口(82)循環回流至一級厭氧消化反應器⑴中；(2)從二級厭氧消化反應器(3)第二出料口(32)中出料循環回流至一級厭氧消化反應器(I)中，從二級厭氧消化反應器(3)第三出料口(33)出料至三級厭氧消化池(5)中；(3)然后通過三級厭氧消化反應器(5)第四出料口(52)出料至二級厭氧消化反應器(3)中，并通過三級厭氧消化反應器(5)第五出料口(53)出料至集泥池(7)中。
10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于所述的預處理為堿解強化預處理、加熱預處理或微波輻射預處理；其中所述堿解強化是指堿性物質的投加量為每克有機固體含量的3% 15%，并攪拌均勻，靜置24h ;所述的堿性物質優選氫氧化鈉、氫氧化鈣或氧化鈣； 所述的加熱預處理裝置是指將污泥投入高溫反應器中并維持污泥溫度90 120°C，穩定 IOmin 60min ;所述的微波輻射預處理裝置的微波頻率為2450MHz，微波輻射功率IOOw IOOOw,福射時間I 20min。
全文摘要
本發明屬于污泥處理領域，涉及一種厭氧消化系統，包括一級厭氧消化反應器(1)、第一循環系統(2)、二級厭氧消化反應器(3)、第二循環系統(4)和三級厭氧消化器(5)，所述的一級厭氧消化器(1)和二級厭氧消化反應器(3)之間設置第一循環系統(2)，在二級厭氧反應器(3)和三級厭氧消化反應器(5)之間設置第二循環系統(4)。本發明提供的系統不僅處理效率高，而且結構緊湊、相互配合運作，運行穩定，適合在大中小污水處理廠中推廣應用。
文檔編號C02F11/04GK102583933SQ20121007331
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者嚴媛媛, 井永萍, 馮雷雨, 王朋, 陳漢龍 申請人:江蘇同鹽環保科技有限公司, 江蘇鹽城環保產業工程研發服務中心, 鹽城同濟環科固體廢物處理處置有限公司