一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统的制作方法

本实用新型属于城镇生活污泥资源化利用和土壤肥料技术领域，更具体地，涉及一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统。

背景技术：

随着污水处理要求提标升级，污泥量与日俱增，城镇生活污泥含有大量的有机质、氮磷等营养成分，若经处理并达到一定标准后开展土地利用，可以获取其肥效成分用作肥料，从而发挥污泥的资源属性，这也是实现养分循环利用的重要形式。目前，国内外用来开展土地利用的污泥处理产物，主要通过厌氧消化和好氧发酵两种工艺方式生产。但传统的厌氧消化，由于受到污泥中有机物生物可获得性差的影响，降解率相对较低，腐熟化程度难以保障稳定达标，经处理得到的产物直接开展土地利用效果不理想，同时该方式因产气率低导致能量回收有限，能源效益不高，系统集成度低，生产过程的运行稳定性难以达到令人满意的程度；好氧发酵工艺因需要大量通风供氧，氨挥发、臭味等气体副产物逸散严重，环境友好度差，腐熟过程受碳氮比、温度、时间等因素影响大，腐熟时间也无法有效量化，腐熟过程中大量辅料的使用和人工投入导致综合运行成本提高，同时发酵过程需要较大占地面积。上述两种工艺在传统模式下自动化水平低、工业化运行程度不高，受运行人员的管理水平、操作水平的影响大，难以对处理产物品质形成有效管控，品质特性波动较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统，通过技术单元的高度集成和整体系统的全自动化运行，对生产过程形成集中有效管控，保证产物品质特性稳定。以工业化生产的方式解决城市生活污泥体量大、处置难、环境不友好、生产场地紧张、腐熟化与杀菌效果不稳定、能量回收率低等问题，实现城镇生活污泥的安全稳定处理和土地资源化利用。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统，该系统包括：

预处理单元、高温高压反应单元、腐熟化与能量回收单元、有机营养土提取单元、有机营养土整形单元和用于控制各个单元运行的中央监测调控单元；

所述预处理单元包括除渣除砂装置、离心浓缩装置和预脱水装置：

除渣除砂装置用于去除城镇生活污水处理厂的初沉污泥中的大部分杂质；

离心浓缩装置用于对城镇污水处理厂的剩余活性污泥离心脱水；

预脱水装置用于对除渣除砂装置和离心浓缩装置所得物料的混合物进行预脱水，得到预脱水后的污泥；

所述高温高压反应单元包括调理容器、高温高压反应容器、缓存容器：

调理容器用于接收高温高压反应容器和缓存容器分别供给的第一闪蒸蒸汽和第二闪蒸蒸汽，以对预脱水后的污泥进行预热和浆化；

高温高压反应容器用于对从调理容器接收来的物料进行热水解并产生供给调理容器的第一闪蒸蒸汽；

缓存容器用于接收高温高压反应容器中热水解后的物料并提供供给调理容器的第二闪蒸蒸汽；

高温高压反应容器和缓存容器顶部分别设有第一释压阀和第二释压阀，用于控制高温高压反应容器和缓存容器的压力；

第一释压阀、第二释压阀分别通过密闭管道与调理容器的中下部连接；

所述腐熟化与能量回收单元包括厌氧反应容器和沼气存储容器：

厌氧反应容器用于对来自缓存容器的污泥原料进行厌氧腐熟；

沼气存储容器用于对厌氧反应容器得到的沼气进行储存；

所述有机营养土提取单元包括挤压脱水设备，用于对厌氧腐熟得到的产物进行挤压脱水，得到碎块状的有机营养土和脱水溶液；

所述有机营养土整形单元包括破碎装置，用于对碎块状的有机营养土进行破碎，得到颗粒状的有机营养土。

本实用新型的有益效果：

1、系统自动化程度高：污泥的处理过程可以通过自动化设备进行，中央监测调控单元通过人机界面监测和调控各单元的运行参数，运行人员与污泥无直接接触，运行工况方便查检和调整。解决了在传统模式下自动化水平低、工业化运行程度不高，受运行人员的管理水平、操作水平的影响大，难以对处理产物品质形成有效管控，品质特性波动较大等问题。

2、基于系统性能最优的调控策略：该系统能够通过对各技术运行单元的集中管控，综合各单元运行情况，制定整体系统的综合运行参数系，优化不同运行单元之间的性能匹配和参数衔接，以应对系统进口原料性质的季节性波动，从而达到最佳的系统运行效果，使最终产物品质长期稳定达标。

3、采用上述系统得到的有机营养土产品腐熟度高：处理后的污泥有机物降解率可达到45％-60％，腐熟度(种子发芽指数)可达到70％以上，可很好的满足《城镇污水处理厂污泥处理稳定标准》cj/t510-2017。

4、采用上述系统得到的有机营养土产品卫生化程度高：污泥经过高温高压反应单元，经过充分的水解反应和闪蒸爆破，病原微生物消杀率99.99％，并且主要处理系统完全密闭，无接触外来病原菌的可能。

5、采用上述系统得到的有机营养土产品有机质与养分含量高：产品有机质稳定≥35％，总养分(n+p2o5+k2o)≥5％。

6、采用上述系统得到的有机营养土产品质量能很好地满足下列标准：《农用污泥污染物控制标准》(gb4284-2018)、《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(gb/t23486-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(gb/t24600-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(cj/t362-2011)、《污泥高级厌氧消化制有机营养土》(q/bdg45045-2017)。

7、上述系统综合运行成本低：以沼气形式回收的能量，可完全满足整套系统的热量和电能需求，整个生产过程无需外部能量输入，大量减少了运行成本，且多数情况下还可以实现能量净输出；系统所生产的有机营养土，相对于未经处理的原污泥(含水率80％)，运输费用可减少约60％-70％；有机营养土进行土地利用可有效实现资源化，产品销售能获得可观的收益。

8、上述系统的生产过程环境友好：生产环境中臭味全收集、全处理，工作环境接受度高；脱水过程产生的滤液经过高效脱氮处理，无次生污染。

9、上述系统解决了传统的厌氧消化，由于受到污泥中有机物生物可获得性差的影响，降解率相对较低，腐熟化程度难以保障稳定达标，经处理得到的产物直接开展土地利用效果不理想，同时该方式因产气率低导致能量回收有限，能源效益不高，系统集成度低，生产过程的运行稳定性难以达到令人满意的程度的问题。

10、上述系统解决了传统的好氧发酵工艺因需要大量通风供氧，氨挥发、臭味等气体副产物逸散严重，环境友好度差，腐熟过程受碳氮比、温度、时间等因素影响大，腐熟时间也无法有效量化，腐熟过程中大量辅料的使用和人工投入导致综合运行成本提高，同时发酵过程需要较大占地面积的问题。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本实用新型一个实施例的城镇生活污泥制备有机营养土的系统的示意图。

附图标记说明：

1-除渣除砂装置、2-离心浓缩装置、3-预脱水装置、4-调理容器、5-高温高压反应容器、6-缓存容器、7-厌氧反应容器、8-沼气存储容器、9-挤压脱水设备、10-破碎装置、11-蒸汽锅炉、12-发电设备、13-脱氮反应设施、14-中央监测调控单元、91-脱水溶液、92-碎块状的有机营养土、93-颗粒状的有机营养土、101-城镇污水处理厂的初沉污泥、111-高温蒸汽、121-电能、201-城镇污水处理厂的剩余活性污泥、131-污水处理系统、1211-系统自用、1212-电力外供。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本实用新型的提供一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统，该系统包括：

预处理单元、高温高压反应单元、腐熟化与能量回收单元、有机营养土提取单元、有机营养土整形单元和用于控制各个单元运行的中央监测调控单元；

预处理单元包括除渣除砂装置、离心浓缩装置和预脱水装置：

除渣除砂装置用于去除城镇生活污水处理厂的初沉污泥中的大部分杂质；

离心浓缩装置用于对城镇污水处理厂的剩余活性污泥离心脱水；

预脱水装置用于对除渣除砂装置和离心浓缩装置所得物料的混合物进行预脱水，得到预脱水后的污泥；

高温高压反应单元包括调理容器、高温高压反应容器、缓存容器：

调理容器用于接收高温高压反应容器和缓存容器分别供给的第一闪蒸蒸汽和第二闪蒸蒸汽，以对预脱水后的污泥进行预热和浆化；

高温高压反应容器用于对从调理容器接收来的物料进行热水解并产生供给调理容器的第一闪蒸蒸汽；

缓存容器用于接收高温高压反应容器中热水解后的物料并提供供给调理容器的第二闪蒸蒸汽；

高温高压反应容器和缓存容器顶部分别设有第一释压阀和第二释压阀，用于控制高温高压反应容器和缓存容器的压力；

第一释压阀、第二释压阀分别通过密闭管道与调理容器的中下部连接；

腐熟化与能量回收单元包括厌氧反应容器和沼气存储容器：

厌氧反应容器用于对来自缓存容器的污泥原料进行厌氧腐熟；

沼气存储容器用于对厌氧反应容器得到的沼气进行储存；

有机营养土提取单元包括挤压脱水设备，用于对厌氧腐熟得到的产物进行挤压脱水，得到碎块状的有机营养土和脱水溶液；

有机营养土整形单元包括破碎装置，用于对碎块状的有机营养土进行破碎，得到颗粒状的有机营养土。

根据本实用新型，上述城镇生活污泥专指城镇生活污水处理过程中产生的污泥。

根据本实用新型，中央监测调控单元通过其人机界面、plc控制单元等的常规设置对相应设备(单元)进行控制为常规技术手段。具体地，相应设备(单元)设置传感器，plc控制单元与各传感器通信连接和/或电连接，对相应设备(单元)进行控制，各个单元通过人机界面集中进行监控和/或预警和/或调整运行参数。

在本申请中，作为优选方案，中央监测调控单元通过人机界面，对除渣除砂定时清理控制，对离心的转速进行控制。

在本申请中，作为优选方案，调理容器设置有液位传感器、温度传感器。

在本申请中，作为优选方案，高温高压反应容器设置有压力传感器、温度传感器、液位传感器。

在本申请中，作为优选方案，缓存容器设置有液位传感器、压力传感器、温度传感器。

在本申请中，作为优选方案，厌氧反应容器设置有液位传感器、温度传感器、流量传感器、ph传感器。

在本申请中，作为优选方案，沼气存储容器设置有高度传感器(液位传感器)，以反馈沼气储气柜内气体量。

在本申请中，作为优选方案，人机界面可对有机营养土提取单元的物料输送进行控制。

在本申请中，作为优选方案，挤压脱水设备设置有压力传感器。

作为优选方案，腐熟化与能量回收单元还包括：

蒸汽锅炉，与沼气存储容器通过密闭管道连接；沼气存储容器中的沼气为蒸汽锅炉提供能量，由蒸汽锅炉得到的高温饱和蒸汽作为高温高压反应容器内物料升温的热源，蒸汽锅炉与高温高压反应容器通过密闭管道连接。

作为优选方案，腐熟化与能量回收单元还包括：

发电设备，发电设备利用沼气存储容器中的沼气产生电能，电能用于系统自用和/或进行电力外供。

作为优选方案，有机营养土提取单元还包括脱氮反应设备，用于对脱水溶液进行脱氮处理，处理后的脱水溶液可选地进入污水处理系统进行进一步处理。

作为优选方案，上述脱氮反应设备用于对脱水溶液进行脱氮处理的步骤包括：基于厌氧氨氧化工艺将脱水溶液中的氨氮转化为氮气。

作为优选方案，除渣除砂装置与离心浓缩装置分别通过管道与预脱水装置连接。

作为优选方案，预脱水装置、调理容器、高温高压反应容器、缓存容器、厌氧反应容器和沼气存储容器依次通过密闭管道连接。

作为优选方案，厌氧反应容器和挤压脱水设备通过密闭管道连接。

作为优选方案，挤压脱水设备和破碎装置与通过螺旋输送装置连接。

根据本实用新型，除渣除砂装置具体可以采用格栅除渣机和旋流除砂机；离心浓缩装置具体可以采用离心机；预脱水装置具体可以采用离心机；调理容器具体可以采用立式柱形浆化罐；高温高压反应容器具体可以采用立式柱形高温高压反应釜；缓存容器具体可以采用立式柱形闪蒸缓存罐；厌氧反应容器具体可以采用带机械搅拌的柱形厌氧反应罐；沼气存储容器具体可以采用双膜球形沼气柜；挤压脱水设备具体可以采用高压板框压滤机；破碎装置具体可以采用锤式破碎机；脱氮反应设施具体可以采用一段式厌氧氨氧化反应池。

实施例1：

本实施例提供一种城镇生活污泥制备有机营养土的系统。

图1示出了本实用新型一个实施例的城镇生活污泥制备有机营养土的系统的示意图。如图1所示，该系统包括：

预处理单元、高温高压反应单元、腐熟化与能量回收单元、有机营养土提取单元、有机营养土整形单元和用于控制各个单元运行的中央监测调控单元；

预处理单元包括除渣除砂装置1、离心浓缩装置2和预脱水装置3：

除渣除砂装置1用于去除城镇生活污水处理厂的初沉污泥101中的大部分杂质；

离心浓缩装置2用于对城镇污水处理厂的剩余活性污泥201离心脱水；

预脱水装置3用于对除渣除砂装置1和离心浓缩装置2所得物料的混合物进行预脱水，得到预脱水后的污泥；

高温高压反应单元包括调理容器4、高温高压反应容器5、缓存容器6：

调理容器4用于接收高温高压反应容器5和缓存容器6分别供给的第一闪蒸蒸汽和第二闪蒸蒸汽，以对预脱水后的污泥进行预热和浆化；

高温高压反应容器5用于对从调理容器4接收来的物料进行热水解并产生供给调理容器4的第一闪蒸蒸汽；

缓存容器6用于接收高温高压反应容器5中热水解后的物料并提供供给调理容器4的第二闪蒸蒸汽；

高温高压反应容器5和缓存容器6顶部分别设有第一释压阀和第二释压阀，用于控制高温高压反应容器5和缓存容器6的压力；

第一释压阀、第二释压阀分别通过密闭管道与调理容器4的中下部连接；

腐熟化与能量回收单元包括厌氧反应容器7和沼气存储容器8：

厌氧反应容器7用于对来自缓存容器6的污泥原料进行厌氧腐熟；

沼气存储容器8用于对厌氧反应容器7得到的沼气进行储存；

有机营养土提取单元包括挤压脱水设备9，用于对厌氧腐熟得到的产物进行挤压脱水，得到碎块状的有机营养土92和脱水溶液91；

有机营养土整形单元包括破碎装置10，用于对碎块状的有机营养土进行破碎，得到颗粒状的有机营养土。

上述城镇生活污泥专指城镇生活污水处理过程中产生的污泥。

其中，中央监测调控单元14通过其人机界面、plc控制单元等的常规设置对相应设备(单元)进行控制为常规技术手段。具体地，相应设备(单元)设置传感器，plc控制单元与各传感器通信连接和/或电连接，对相应设备(单元)进行控制，各个单元通过人机界面集中进行监控和/或预警和/或调整运行参数。中央监测调控单元14通过人机界面，对除渣除砂定时清理控制，对离心的转速进行控制。调理容器4设置有液位传感器、温度传感器。高温高压反应容器5设置有压力传感器、温度传感器、液位传感器。缓存容器6设置有液位传感器、压力传感器、温度传感器。厌氧反应容器7设置有液位传感器、温度传感器、流量传感器、ph传感器。沼气存储容器8设置有高度传感器，以反馈沼气储气柜内气体量。人机界面可对有机营养土提取单元的物料输送进行控制。挤压脱水设备9设置有压力传感器。

其中，腐熟化与能量回收单元还包括：蒸汽锅炉11，与沼气存储容器8通过密闭管道连接；沼气存储容器8中的沼气为蒸汽锅炉11提供能量，由蒸汽锅炉11得到的高温饱和蒸汽111作为高温高压反应容器5内物料升温的热源，蒸汽锅炉11与高温高压反应容器5通过密闭管道连接。

其中，腐熟化与能量回收单元还包括：发电设备12，发电设备12利用沼气存储容器8中的沼气产生电能121，电能121用于系统自用1211和/或进行电力外供1212。

其中，有机营养土提取单元还包括脱氮反应设备13，用于对脱水溶液91进行脱氮处理，处理后的脱水溶液91可选地进入污水处理系统131进行进一步处理。脱氮处理的步骤包括：基于厌氧氨氧化工艺将脱水溶液91中的氨氮转化为氮气。

其中，除渣除砂装置1与离心浓缩装置2分别通过管道与预脱水装置连接。预脱水装置3、调理容器4、高温高压反应容器5、缓存容器6、厌氧反应容器7和沼气存储容器8依次通过密闭管道连接。厌氧反应容器7和挤压脱水设备9通过密闭管道连接。挤压脱水设备9和破碎装置10与通过螺旋输送装置连接。

其中，除渣除砂装置具体采用格栅除渣机和旋流除砂机；离心浓缩装置2具体采用离心机；预脱水装置具体采用离心机；调理容器具体采用立式柱形浆化罐；高温高压反应容器具体采用立式柱形高温高压反应釜；缓存容器具体采用立式柱形闪蒸缓存罐；厌氧反应容器具体采用带机械搅拌的柱形厌氧反应罐；沼气存储容器具体采用双膜球形沼气柜；挤压脱水设备具体采用高压板框压滤机；破碎装置具体采用锤式破碎机；脱氮反应设施具体采用一段式厌氧氨氧化反应池。

利用上述的系统提供一种城镇生活污泥制备有机营养土的方法，污泥来自北京市朝阳区高碑店再生水厂，该方法包括：

1)采用除渣除砂装置1去除城镇污水处理厂的初沉污泥101中的大部分杂质，采用离心浓缩装置2对城镇污水处理厂的剩余活性污泥201离心脱水，然后将除渣除砂装置1和离心浓缩装置2所得物料的混合物进行预脱水，得到预脱水后的污泥；

2)通过调理容器4接收第一闪蒸蒸汽和第二闪蒸蒸汽对预脱水后的污泥进行预热和浆化，使预脱水后的污泥的温度保持在90℃-97℃，含固率保持在12％-14％，控制调理容器4内物料液位保持在60％-70％高度；第一闪蒸蒸汽的初始压力为0.6mpa-0.28mpa，第二闪蒸蒸汽的初始压力为0.28mpa-0.1mpa；

3)采用高温高压反应容器5对预热和浆化后的物料进行热水解，控制热水解的压力为0.6mpa，热水解的温度为160℃，热水解的时间为30min，反应完成后，先通过高温高压反应容器5顶部的第一释压阀进行压力释放，将第一闪蒸蒸汽经管道进入调理容器4的中下部，当高温高压反应容器5内压力小于0.28mpa时，中央监测调控单元14控制第一释压阀自动关闭，高温高压反应容器5底部的排泥阀自动打开，高温高压反应容器5内物料在自身压力下由缓存容器6的中上部接口喷射至容器内；

4)缓存容器6顶部产生的第二闪蒸蒸汽经第二释压阀通过管道由调理容器4的中下部接口进入容器内，缓存容器6内的物料按需泵送至厌氧反应容器7中进行厌氧腐熟，厌氧腐熟过程的温度为40±0.5℃，反应获得的沼气于沼气存储容器8储存；

5)通过挤压脱水设备9对厌氧腐熟产物进行挤压脱水，控制挤压脱水的压力为2mpa，挤压脱水的时间为40min，得到碎块状的有机营养土92和脱水溶液91；其中，挤压脱水时投加有机无机复混脱水药剂辅助脱水，投加比例为厌氧腐熟产物的干基重量的6％，脱水至含水率≤60％；

6)对碎块状的有机营养土92进行破碎整形，得到粒径≤10mm的颗粒状的有机营养土101。

其中，当高温高压反应容器5需要进料时，通常从调理容器4的底部向高温高压反应容器5中上部泵入物料。

其中，高温高压反应容器5序批式运行。

其中，步骤1)中，离心脱水过程投加第一药剂辅助进行脱水，药剂为pam，离心脱水使得剩余活性污泥的含水率降低至97％-97.5％，第一药剂的投加量为剩余活性污泥的干基重量的1.5‰。

其中，步骤1)中，预脱水过程投加第二药剂辅助进行脱水，药剂为pam，预脱水使得预处理后的污泥含水率降低至83.5％，第二药剂的投加量为除渣除砂装置1和离心浓缩装置2所得物料的混合物的污泥干基重量的4‰。

其中，厌氧反应容器，有机物被厌氧微生物转化利用，停留时间为18天，降解率可达到50％-60％，产气率可达到350-400m³/t干泥。产生的沼气输送至沼气柜，沼气经脱硫处理后首先进入蒸汽锅炉，生产1.25mpa的饱和蒸汽供给高温高压反应单元，剩余沼气进入发电设备生产电能，用于有机营养土生产系统，多余电能外供。

采用上述系统及方法得到的有机营养土经测试，该有机营养土有机质≥35％，总养分(n+p2o5+k2o)≥5％，腐熟度(种子发芽指数)70％以上。脱水后，有机营养土呈固态状，便于存储和运输，相对于未经处理的原污泥(含水率80％)，运输费用可减少约65％。经挤压得到的滤液通过管道运送至脱氮反应设施进行脱氮处理，处理后的滤液回流至污水处理区，无次生污染。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

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