本實用新型涉及環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種市政污泥高效厭氧生物轉(zhuǎn)化裝置，屬于市政污泥污泥減量化、資源化和無害化技術(shù)。

背景技術(shù)：

市政污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥中含有大量氮、磷、多種微量元素和有機質(zhì)等可利用成分也含有毒、有害、難降解的有機物、病原菌、寄生蟲(卵)及重金屬等，且常伴有惡臭，處置不當會對生態(tài)環(huán)境和人類造成很大的危害，因此探討并尋求經(jīng)濟有效的適合我國國情的污泥處置技術(shù)，具有重要意義。

厭氧消化具有可以有效地減少污泥體積、穩(wěn)定污泥的性質(zhì)、減少污泥惡臭、提高污泥的衛(wèi)生質(zhì)量、降低污泥中污染物含量等優(yōu)點。然而，目前研究發(fā)現(xiàn)石化污泥厭氧生化轉(zhuǎn)化效率較低、工藝復雜、且厭氧消化過程對石化污泥中的有機污染物不能有效的降解，核心原因在于缺乏高效的厭氧生物轉(zhuǎn)化裝備。

經(jīng)過對污泥厭氧生物轉(zhuǎn)化相關(guān)的方法和裝備的相關(guān)專利進行檢索，其結(jié)果如下：專利號CN 103508617 A公布了一種石化污泥減量化的方法及其處理裝置，報道將超聲與氧化性氣體聯(lián)合預處理污泥，然后對污泥進行厭氧消化處理，該方法可以一定程度上實現(xiàn)污泥的減量化，但是存在著工藝復雜、投資和運行成本高、反應器傳質(zhì)效率不高、污染物降低幅度低等缺點。另有文獻報道用超聲波預處理，然后厭氧消化進行減量化，該種方法對剩余污泥的處理減量可以達到25％，但石化污泥與普通的城市污泥明顯不同，且該種方法對污泥減量化程度略低，對石化污泥不一定適用。李海濤等(2013)研究了厭氧折流板反應器在厭氧消化處理石化剩余污泥的研究，研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，且生物轉(zhuǎn)化效率低，對有機污染物不能有效的去除。

綜上，這些限制因素嚴重影響了市政污泥的減量化、無害化及資源化利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種市政污泥高效厭氧生物轉(zhuǎn)化裝置，首先采用水熱預處理，然后添加富含微生物菌劑的生物膜組件，接著將污泥泵入污泥厭氧生物反應器，最后進行厭氧消化，實現(xiàn)了市政污泥污泥的無害化、減量化和資源化。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型采用以下的技術(shù)方案：

市政污泥高效厭氧生物轉(zhuǎn)化裝置，包括：

水熱預處理池，用于對部分原始污泥進行預先加熱，所述水熱預處理池底部設置有加熱裝置，所述水熱預處理池內(nèi)設置有預熱攪拌裝置；

預熱換熱器，接收經(jīng)水熱預處理池預先加熱的污泥和其余部分冷污泥，并通過預先加熱的這部分污泥對其余部分冷污泥進行預加熱；

冷卻調(diào)節(jié)池，用于調(diào)節(jié)預加熱后的污泥的溫度和流量；

厭氧反應器，用于對調(diào)節(jié)至合適溫度的污泥進行厭氧反應轉(zhuǎn)化，包括罐體，所述罐體內(nèi)設置有生物膜組件、射流布水裝置和射流攪拌裝置。

作為優(yōu)選，所述加熱裝置為設置于所述水熱預處理池底部且與所述水熱預處理池相連通的蒸汽管，運行時直接利用蒸汽對污泥進行加熱從而達到污泥溫度快速提升。

作為優(yōu)選，所述預熱攪拌裝置為平直葉圓盤渦輪攪拌器，在提高水熱預處理池的傳熱效率同時，能夠?qū)⑿☆w粒的物料塊進行徹底的破碎。

作為優(yōu)選，所述預熱換熱器為套管式換熱器，經(jīng)過水熱預處理池預先加熱后的熱污泥走管程，未經(jīng)過水熱預處理池的冷污泥走殼程，通過預熱換熱器能夠較大限度的利用熱能，降低運行成本及能源消耗。

作為優(yōu)選，所述射流攪拌裝置包括上端大而下端小呈錐形的第一混合室，所述第一混合室內(nèi)設置有與噴射裝置相連接的噴嘴；所述第一混合室的上端設置有第一污液進口，所述第一混合室的下端連接有第一喉管，所述第一喉管連接有上端小而下端大呈錐形的擴散管。

作為優(yōu)選，所述射流布水裝置包括外端大而內(nèi)端小亦呈錐形的第二混合室，所述第二混合室內(nèi)設置有噴射管；所述第二混合室的外端設置有第二污液進口，所述第二混合室的內(nèi)端連接有第二喉管，所述第二喉管連接有渦旋筒。

作為優(yōu)選，所述厭氧反應器為全混合式反應器，所述罐體為圓柱形，能夠適應較高的固形物沖擊，在反應器的內(nèi)部設置熱水盤管以補充反應器的熱量。

作為優(yōu)選，所述污泥沉淀池的底部呈錐形，由于污泥粘度高、流動性差，錐底的錐角最好設計為60°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有至少以下有益效果：

(1)工藝設計合理，主要構(gòu)件是污泥調(diào)節(jié)池、套管式換熱器、水熱預處理池和厭氧反應器，結(jié)構(gòu)相對簡單，成本相對較低；

(2)污泥預處理在低溫70～80℃條件下處理30～40分鐘，無需特殊的高溫高壓的設備，水熱處理的設備為普通的鋼制緩存罐，因此安全性能高；

(3)厭氧反應器中有富含功能菌群的生物膜組件，該生物膜組件固載菌群能力強，使厭氧生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)運行穩(wěn)定，耐有機負荷沖擊能力強，且可提高市政污泥厭氧生物轉(zhuǎn)化的效率及污染物去除的效率；

(4)厭氧反應器中構(gòu)建了射流攪拌裝置和射流布水裝置，混合傳質(zhì)效果好，能耗低，成本低，攪拌效果好；

(5)本工藝污泥停留時間比一般的污泥厭氧工程的停留時間短，產(chǎn)氣效率高，能耗低，利于降低運行成本。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中：

圖1是本實用新型實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是水熱預處理池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是厭氧反應器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是射流攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是射流布水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是污泥沉淀池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

100-水熱預處理池；110-蒸汽管；120-預熱攪拌裝置；

200-預熱換熱器；

300-冷卻調(diào)節(jié)池；

400-厭氧反應器；410-罐體；420-射流布水裝置；421-第二混合室；422-噴射管；423-第二污液進口；424-第二喉管；425-渦旋筒；430-射流攪拌裝置；431-第一混合室；432-噴嘴；433-第一污液進口；434-第一喉管；435-擴散管；

500-污泥沉淀池；510-排放口；

600-壓濾機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，進一步闡述本實用新型。在下面的詳細描述中，只通過說明的方式描述了本實用新型的某些示范性實施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認識到，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護范圍。

如圖1至圖6所示，市政污泥高效厭氧生物轉(zhuǎn)化裝置，包括：

水熱預處理池100，用于對部分原始污泥進行預先加熱，參考圖2，所述水熱預處理池100底部設置有加熱裝置，所述加熱裝置為設置于所述水熱預處理池100底部且與所述水熱預處理池100相連通的蒸汽管110，運行時可以直接利用蒸汽對污泥進行加熱從而達到污泥溫度快速提升；所述水熱預處理池100內(nèi)設置有預熱攪拌裝置120，本實施例中，所述預熱攪拌裝置120采用平直葉圓盤渦輪攪拌器，在提高水熱預處理池的傳熱效率同時，能夠?qū)⑿☆w粒的物料塊進行徹底的破碎；通過對污泥進行水熱預處理，使市政污泥細胞破壁，污泥中水溶性有機物大幅度提高，預處理后污泥的胞外多聚物大量釋放到液體中，主要為多糖和蛋白質(zhì)，污泥的可生化性得到了提高；

預熱換熱器200，接收經(jīng)水熱預處理池100預先加熱的污泥和其余部分冷污泥，并通過預先加熱的這部分污泥對其余部分冷污泥進行預加熱；本實施例中，所述預熱換熱器200為套管式換熱器，且設置有兩臺，經(jīng)過水熱預處理池100預先加熱后的熱污泥走管程，未經(jīng)過水熱預處理池的冷污泥走殼程，通過預熱換熱器200能夠較大限度的利用熱能，從而降低運行成本及能源消耗；

冷卻調(diào)節(jié)池300，用于調(diào)節(jié)預加熱后的污泥的溫度和流量，預熱處理完后的污泥通過套管式換熱器后自流流入冷卻調(diào)節(jié)池300中；

厭氧反應器400，用于對調(diào)節(jié)至合適溫度的污泥進行厭氧反應轉(zhuǎn)化，為全混合式反應器，參考圖3，包括罐體410，所述罐體410為圓柱形，能夠適應較高的固形物沖擊，在反應器的內(nèi)部設置熱水盤管以補充反應器的熱量；所述罐體410內(nèi)設置有生物膜組件(圖中未示出)、射流布水裝置420和射流攪拌裝置430；參考圖4，所述射流攪拌裝置430包括上端大而下端小呈錐形的第一混合室431，所述第一混合室431內(nèi)設置有與噴射裝置相連接的噴嘴432；所述第一混合室431的上端設置有第一污液進口433，所述第一混合室431的下端連接有第一喉管434，所述第一喉管434連接有上端小而下端大呈錐形的擴散管435；噴射泵從罐體410底部抽出消化液，壓入噴射裝置中，從噴嘴432中噴出的液流以15m/s的速度噴入錐形的第一混合室431內(nèi)，使壓力能轉(zhuǎn)換為速度能，在噴嘴出口區(qū)形成真空，從而把罐內(nèi)消化液和液面浮渣一起吸入，兩股不等量的介質(zhì)進入第一混合室431后進行混合，震蕩形成吸壁效應，最后在擴散管435把速度能還原成為壓力能，從擴散管435出口快速噴出，從而在罐體內(nèi)形成上下回流，達到罐內(nèi)液體混合、中和的目的；參考圖5，所述射流布水裝置420包括外端大而內(nèi)端小亦呈錐形的第二混合室421，所述第二混合室421內(nèi)設置有噴射管422；所述第二混合室421的外端設置有第二污液進口423，所述第二混合室421的內(nèi)端連接有第二喉管424，所述第二喉管424連接有渦旋筒425；進水經(jīng)噴射管422進入第二喉管424，同時由于負壓吸入?yún)捬跛突钚晕勰啵旌虾蠼?jīng)渦旋筒425進一步混合形成漩渦，進一步加劇了罐體內(nèi)原水與活性污泥的混合，提高了厭氧反應效率；厭氧反應器400內(nèi)設置了生物膜組件，該組件中含有多孔材料，可大量富集功能微生物菌群，保證厭氧反應器中的微生物數(shù)量穩(wěn)定；

還包括污泥沉淀池500，主要用于厭氧反應轉(zhuǎn)化完后污泥的沉淀，便于后續(xù)進入壓濾機600進行脫水處理；參考圖6，污泥沉淀池500上部設置4個排放口510以排放污泥濃縮后的上清液，由于污泥粘度高、流動性差，污泥沉淀池的錐底的錐角取60°；同時污泥沉淀池也可作為污泥脫水調(diào)理池，加藥的攪拌方式采取污泥循環(huán)攪拌的方式。

本實用新型運行方式如下：

步驟一、污泥熱預處理：部分原始污泥經(jīng)污泥泵泵入預熱換熱器200(套管式換熱器)后流入水熱預處理池100中，污泥在低溫70～80℃條件下處理30～40分鐘，熱預處理過程中，經(jīng)水熱預處理池100預加熱后的熱污泥通過預熱換熱器200對未經(jīng)水熱預處理池的冷污泥進行預加熱；

步驟二、污泥冷卻調(diào)節(jié)：經(jīng)熱預處理后的污泥經(jīng)過另一個套管式換熱器換熱后自流流入冷卻調(diào)節(jié)池300，調(diào)節(jié)污泥的溫度和流量；

步驟三、厭氧反應轉(zhuǎn)化：冷卻至適當溫度的污泥泵入?yún)捬醴磻鲀?nèi)，在射流攪拌裝置作用下，污泥混合液在厭氧反應器內(nèi)形成上下回流，實現(xiàn)罐內(nèi)液體混合、中和；在射流布水裝置作用下，進一步加劇罐體內(nèi)原水與活性污泥的混合；厭氧反應器內(nèi)設置生物膜組件，可大量富集功能微生物菌群，保證厭氧反應器中的微生物數(shù)量穩(wěn)定；厭氧轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的沼氣進行脫水脫硫后進入儲氣罐中儲存，厭氧生物轉(zhuǎn)化后的污泥進入污泥沉淀池沉淀，經(jīng)過脫水后的污泥可作為焚燒、填埋或建筑材料等。

下面根據(jù)上述工藝對南京某污水處理廠的剩余污泥進行處理，該污水處理廠的廢水采用活性污泥法，污泥經(jīng)過沉淀池濃縮后含水約4.5％。取約10噸含固率為4.5％的市政污泥，經(jīng)過測定有機污染物的量嚴重超標，具有臭味，極難脫水。

南京某市政污泥水熱預處理：預處理的溫度為70℃，時間為40分鐘，水熱處理的設備為150L普通的鋼制緩存罐；污泥經(jīng)過水熱處理后，污泥中水溶性有機物大幅度提高，污泥的可生化性得到了提高。

中溫厭氧生物轉(zhuǎn)化：將水熱處理后的石化污泥通過螺桿泵泵入全混合的厭氧反應器中，厭氧反應器的體積為3000L，溫度為50度，發(fā)酵過程中溫度保持恒定，厭氧發(fā)酵的周期為15天。厭氧消化過程中對污泥的相關(guān)理化性質(zhì)進行了分析，發(fā)現(xiàn)厭氧消化過程中污泥中的有機污染物的含量大幅度降低，發(fā)酵結(jié)束后多環(huán)芳烴降解率達到50％以上，總揮發(fā)性固體減量化達50％以上，污泥的脫水性能提高了2.5倍。

沼氣脫水脫硫及存貯：污泥厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過脫水脫硫后存貯雙模儲氣柜中，通過沼氣鍋爐用于反應器的保溫，多余的沼氣用作其他用途。

本實用新型實現(xiàn)了市政污泥減量化的同時，去除了污泥中的污染物，同時獲得了清潔的沼氣，工藝流程簡單，厭氧反應裝備構(gòu)造簡單，能富集功能微生物，實現(xiàn)污泥與待處理污泥完全混合，成本低廉，具有較大的應用價值。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。