[发明专利]基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置，其特征在于，该装置包括污泥缓存仓(1)、浆化罐(2)、热水解反应罐(3)、闪蒸罐(4)、厌氧序批式反应罐(5)、错流过滤膜组件(6)、膜组件产水隔膜泵(7)、消化上清液循环隔膜泵(8)、矿化污泥脱水系统(9)、沼气柜(10)、厌氧消化进泥螺杆泵(11)、热水解污泥换热系统(12)、沼气锅炉(13)、热水解进泥螺杆泵(14)、浆化进泥柱塞泵(15)、中控系统(16)；其中，污泥缓存仓通过浆化进泥柱塞泵连接浆化罐上部侧面的预脱水污泥进口；所述浆化罐顶部设有与厌氧序批式反应罐连接的热水解工艺气出口，底部侧面设热水解工艺气进口，所述热水解工艺气进口分别与热水解反应罐和闪蒸罐连接；所述浆化罐底部还设浆化污泥出口，该浆化污泥出口通过热水解进泥螺杆泵组与热水解反应罐连接，所述热水解反应罐与闪蒸罐相连接；所述热水解反应罐底部设有与沼气锅炉连接的饱和蒸汽进口，所述沼气锅炉的沼气进口与沼气柜沼气出口连接；所述沼气柜设有与厌氧序批式反应罐顶部侧面沼气出口连接的沼气进口；所述闪蒸罐底部设有与热水解污泥换热系统连接的闪蒸污泥出口，热水解污泥换热系统设有换热系统热水解污泥出口，该换热系统热水解污泥出口与厌氧消化进泥螺杆泵的进泥螺杆泵热水解污泥进口连接；所述厌氧消化进泥螺杆泵设有进泥螺杆泵热水解污泥出口，该进泥螺杆泵热水解污泥出口与厌氧序批式反应罐底部侧面的反应罐热水解污泥进口连接；所述厌氧序批式反应罐侧面设有不同高度的消化污泥或清液出口，该消化污泥或清液出口分别与错流过滤膜组件和消化上清液循环隔膜泵组连接；所述厌氧序批式反应罐底部设有与矿化污泥脱水系统连接的矿化污泥出口；所述矿化污泥脱水系统的底部还设有脱水滤液出口；所述消化上清液循环隔膜泵的出口与错流过滤膜组件的膜管体的上清液进口连接；所述膜组件产水隔膜泵的进口与错流过滤膜组件底部的膜出水出口连接，所述膜组件产水隔膜泵还设置有膜过滤液出口；所述中控系统分别与污泥缓存仓、浆化罐、热水解反应罐、闪蒸罐、厌氧序批式反应罐、错流过滤膜组件、膜组件产水隔膜泵、消化上清液循环隔膜泵、矿化污泥脱水系统、沼气柜、厌氧消化进泥螺杆泵、热水解污泥换热系统、沼气锅炉、热水解进泥螺杆泵、浆化进泥柱塞泵控制连接；

所述中控系统包括控制器、设置在污泥缓存仓内的第一液位传感器、设置在浆化罐内的第二液位传感器和第一气体压力传感器、设置在闪蒸罐内的第三液位传感器和第二气体压力传感器、设置在厌氧序批式反应罐内的第四液位传感器和第三气体压力传感器、设置在错流过滤膜组件内的自动加药控制单元和自动水洗单元、设置在沼气柜内的第五液位传感器和第四气体压力传感器；所述第一液位传感器、第二液位传感器和第一气体压力传感器、第三液位传感器和第二气体压力传感器、第四液位传感器和第三气体压力传感器、第五液位传感器和第四气体压力传感器均与控制器数据信号连接，用于实时检测待安装部位的液位和气体压力信号，并将检测的液位和气体压力信号发送至控制器；控制器将接收到的实时液位和气体压力信号经数据转换后存储于控制器的存储单元内；所述控制器还与自动加药控制单元和自动水洗单元控制连接；

所述的一种基于热水解和膜分离的序批式厌氧消化装置的使用方法包括如下步骤：

1)污水处理厂的污泥经过预脱水至含水率为80-90％后，泵送入污泥缓存料仓，确保料仓底部的手动阀门处于开启状态，当浆化罐内的污泥液位低于进泥液位时，中控系统发出指令，浆化进泥柱塞泵启动，将污泥缓存仓内的预脱水污泥泵送进浆化罐内，当罐内污泥液位高于进泥终止液位时，中控系统发出指令，浆化进泥柱塞泵停止；

2)位于浆化罐内的预脱水泥饼吸收从热水解反应罐和闪蒸罐释放的高温蒸汽和工艺气，从而被升温和稀释；

3)当热水解反应罐的操作状态为进泥时，确保浆化罐底部的手动阀门处于开启状态，中控系统发出指令，浆化罐底部的气动阀门开启，热水解进泥螺杆泵启动，将浆化罐内的浆化污泥泵送进热水解反应罐内，当罐内液位高于进泥终止液位时，中控系统发出指令，热水解进泥螺杆泵停止，浆化罐底部的气动阀门关闭；热水解反应罐的操作状态转换为升温，确保热水解反应罐底部的手动阀门处于开启状态，中控系统发出指令，热水解反应罐底部的气动阀门开启，沼气锅炉向热水解反应罐输入饱和蒸汽，压强在1.2MPa-1.6MPa范围内选择，当热水解反应罐内的压力达到设定值，为0.6MPa-1.0MPa，对应温度为160℃-180℃，中控系统发出指令，热水解反应罐底部的气动阀门关闭，沼气锅炉停止向热水解反应罐输入饱和蒸汽；热水解反应罐的操作状态转换为保温，并持续时间一定时间，在30min-60min范围内设定，热水解反应罐的操作状态转换为压力释放，确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态，中控系统发出指令，热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门开启，热水解反应罐内部上端的高温蒸汽和工艺气释放至浆化罐，当热水解反应罐的压力降低至设定值，在0.2MPa-0.5MPa范围内设定，中控系统发出指令，热水解反应罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭；热水解反应罐的操作状态转换为排泥，确保热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的手动阀门处于开启状态，确保浆化罐底部侧面工艺气进口的手动阀门处于开启状态，中控系统发出指令，热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门开启，闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门开启，热水解反应罐内的热水解污泥在罐内压力作用下进入闪蒸罐，当热水解反应罐的压力降低至0.01MPa后，中控系统发出指令，热水解反应罐底部的热水解污泥闪蒸出口的气动阀门关闭，闪蒸罐顶部工艺气出口的气动阀门关闭；热水解反应罐的操作状态转换为进泥，进入下一个操作循环；

4)确保闪蒸罐底部的手动阀门、厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的手动阀门、厌氧消化进泥螺杆泵的热水解污泥进口的手动阀门和热水解污泥换热系统的冷却水源的手动阀门处于开启状态，当厌氧序批式反应罐的操作状态为进出料时，中控系统发出指令，闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门开启，厌氧消化进泥螺杆泵启动，闪蒸罐内的热水解污泥经过热水解污泥换热系统冷却至设定温度，在40℃-60℃范围内选择，然后被厌氧消化进泥螺杆泵泵送进入厌氧序批式反应罐；当进泥量达到设定值后，中控系统发出指令，厌氧消化进泥螺杆泵停止，闪蒸罐底部的气动阀门和厌氧序批式反应罐底部侧面的热水解污泥进口的气动阀门关闭；

5)厌氧序批式反应罐的工艺时序为“搅拌停止-污泥沉降-同步进出料-搅拌启动”，反应罐每个水力停留时间会从底部的矿化污泥出口排出设定量的矿化污泥；当厌氧消化反应达到设定的时间，厌氧序批式反应罐的搅拌系统停止运行，厌氧序批式反应罐的操作状态转换为沉降，当沉降时间达到设定值后，厌氧序批式反应罐的操作状态转换为进出料，进料操作如前文所述；出料时，应确保厌氧序批式反应罐与错流过滤膜组件之间的手动阀门处于开启状态，应确保厌氧序批式反应罐与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态，应确保错流过滤膜组件的膜出水出口与膜组件产水隔膜泵之间的手动阀门处于开启状态，应确保错流过滤膜组件的膜管体与消化上清液循环隔膜泵组之间的手动阀门处于开启状态，中控系统发出指令，在厌氧消化进泥螺杆泵启动的同时，依次启动消化上清液循环隔膜泵和膜组件产水隔膜泵，当产水量达到设定值后，中控系统发出指令，依次关闭膜组件产水隔膜泵和消化上清液循环隔膜泵；产生的过滤液进入后续工艺单元；

6)厌氧消化过程产生的沼气通过厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口进入沼气柜，应确保厌氧序批式反应罐顶部侧面的沼气出口的手动阀门处于开启状态，沼气产量通过在线流量计计量，信号传送至中控系统，可查看实时流量和累积产量；沼气柜中的沼气根据热水解反应罐和沼气锅炉的操作状态进入沼气锅炉的燃烧室燃烧放热，应确保沼气柜与沼气锅炉之间的手动阀门处于开启状态；

7)确保厌氧序批式反应罐底部的手动阀门处于开启状态，当厌氧消化过程持续一个水力停留时间后，中控系统发出指令，厌氧序批式反应罐底部的气动阀门开启，矿化污泥脱水系统启动对厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥进行脱水，当厌氧序批式反应罐排出的矿化污泥达到设定量后，中控系统发出指令，厌氧序批式反应罐底部的气动阀门关闭，矿化污泥脱水系统停止；矿化污泥脱水系统产生的滤液和滤饼进入后续工艺单元。