一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统，方法包括如下步骤：（1）将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与含Ca

【技术实现步骤摘要】
一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及污泥处理
，尤其涉及一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]当前，城市污泥无害化处置率要求达到90%以上，污泥满足含水率小于60%，处理之后的肥料或土壤改良剂，用于国土绿化、园林建设、废弃矿场及非农用的盐碱地和沙化地，积极采用好氧发酵等堆肥工艺，回收利用污泥中氮磷等营养物质。
[0003]未经处理的污泥含有大量有机物、致病菌及重金属等有毒有害的非均质体。其中，未处理的污泥组成中的胞外聚合物（EPS）对污泥脱水性能影响很大。EPS主要由蛋白质、多糖、腐殖质、核酸及脂类等不同的大分子物质构成，这些物质分布在细胞外和微生物聚集体内部，与细胞黏附形成巨大发网状结构，包括大量水分，使得污泥难以脱水。
[0004]研究人员针对未处理污泥的特点，致力于采用一定的污泥稳定化工艺来使污泥中的有机物达到稳定化状态。但在稳定化工艺之前需要通过污泥预处理技术，破坏污泥的絮体和细胞结构，释放出细胞内物质。
[0005]当前，有采用碱热处理作为污泥的预处理技术。如专利CN112830644A公开了活性污泥生物质分离的方法及系统和应用，其中方法包括：将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。该方法有效地对碱性浓浆和活性污泥进行混合和搅拌，加快活性污泥中的生物质破碎，而且预先混合使得反应物充分混合，从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害；而且本专利技术通过高速剪切的方式对反应物中生物质进行切割，加快生物质破碎，从而释放出大量生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
[0006]但是，现有技术在进行预处理时，处理温度高，也预处理过程中不能进行实时调控，导致能耗较高，且快速降温不易控制。
[0007]因此，满足污泥含水率指标的情况下，如何对污泥预处理的工艺精准调控，提升污泥预处理效率，节省污泥预处理的成本，以实现降低预处理能耗是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统，脱水污泥与含Ca
2+
螯合剂在碱性环境下混合后先进行预加热蓄能，之后进行碱热水解机械分离，污泥的絮体和细胞结构同时破碎，Ca
2+
会与污泥中物质形成沉淀物，释放吸附的游离水，最大程度实现污泥的离心脱水。在满足污泥含水率指标的情况下，在合理区间的pH值、压力及温度下，对碱热机械中搅拌的速度及时间进行精准协同
控制，提升污泥预处理效率，节省污泥预处理的成本，实现降低预处理能耗。
[0009]第一方面，本专利技术提供一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法，包括如下步骤：（1）将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含Ca
2+
螯合剂进行预混，形成pH值为9
‑
9.5的预混污泥；（2）将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；（3）螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，控制碱热机械装置内螯合型复合污泥的转速，螯合型复合污泥在旋转剪切反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃
‑
90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h
‑
1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；其中，碱热机械装置包括立式搅拌釜及温控组件，立式搅拌釜内设置锚搅拌轴及压力变送器，锚搅拌轴的轴向布置多个桨叶片且桨叶片呈楔形；（4）预处理污泥进行换热冷却，并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%。
[0010]在pH为9
‑
9.5的碱性环境中，可以使得污泥的絮体和细胞结构同时破碎，同时结合螯合剂中的Ca
2+
，破裂后污泥中物质会形成沉淀物，且沉淀物之间存在吸附桥架作用，这些都会阻碍游离水的吸附，易于深度处理阶段的离心脱水。
[0011]螯合型复合污泥进入碱热机械装置，不断调整锚搅拌轴的转速，对污泥进行旋转剪切，旋转剪切提供温度能量，污泥的温度会逐渐上升，形成高温污泥，在80℃
‑
90℃的转速下污泥在流体切力和瞬间的冲击力下破坏脱水污泥的菌胶团及微生物，既达到深度处理前预处理的效果，又节约能耗。
[0012]进一步的，含Ca
2+
螯合剂中Ca
2+
占预混污泥的质量百分比为5wt%
‑
10wt%。
[0013]进一步的，预混的压力为0.5MPa
‑
1MPa，二次混合的压力为0.4MPa
‑
0.5MPa，螯合型复合污泥的温度为60℃
‑
70℃，碱热机械装置的运行压力为0.2MPa
‑
0.4MPa。
[0014]进一步的，碱热机械装置中进行旋转剪切反应包括第一阶段、第二阶段及第三阶段；第一阶段中锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速，转速的变化呈线性，其中，临界转速为设定转速变化率下立式搅拌釜内螯合型复合污泥达到预设最大填充率时的锚搅拌轴转速；第二阶段中锚搅拌轴的转速由临界转速达到预设最大转速，转速的变化呈台阶递增，螯合型复合污泥在锚搅拌轴的转速为预设最大转速时形成高温螯合污泥；第三阶段中锚搅拌轴的转速由预设最大转速降至0rpm，转速的变化呈线性。
[0015]进一步的，第三阶段中锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的3
‑
5倍。
[0016]进一步的，螯合型复合污泥的质量以及温度与高温螯合污泥的平均温度、碱热机械装置内总热量之间关系为：
其中，为锚搅拌轴旋转做功，为旋转剪切做功转化为热能的热损失系数，为污泥在碱热机械装置中的所需热量，为螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热，M1为进入碱热机械装置的螯合型复合污泥的质量，T2为高温螯合污泥的平均温度，T1为螯合型复合污泥的进入温度，为预处理污泥与螯合型复合污泥的质量差，为水的比热，T3为旋转剪切反应中工作压力下水汽蒸发的温度，为旋转剪切反应中工作压力下水分汽化潜热。
[0017]进一步的，在碱热机械装置中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的旋转剪切反应形成的热量与时间、锚搅拌轴旋转速度之间的关系为：其中，为锚搅拌轴旋转中的阻力系数，为螯合型复合污泥及高温螯合污泥的密度，为桨叶片的数量，b为单片桨叶片的高度，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片外边缘的距离，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片内边缘的距离，t1为第一阶段的时间，t2为第二阶段的时间，为第二阶段中某个转速台阶值下的时间，为第二阶段中某个转速台阶的转速，t3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含Ca
2+
螯合剂进行预混，形成pH值为9
‑
9.5的预混污泥；（2）将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；（3）螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，控制碱热机械装置内螯合型复合污泥的转速，使得螯合型复合污泥在旋转剪切反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃
‑
90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h
‑
1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；其中，碱热机械装置包括立式搅拌釜及温控组件，立式搅拌釜内设置锚搅拌轴及压力变送器，锚搅拌轴的轴向布置多个桨叶片且桨叶片呈楔形；（4）预处理污泥进行换热冷却，并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%。2.如权利要求1所述的污泥处理的控制方法，其特征在于，含Ca
2+
螯合剂中Ca
2+
占预混污泥的质量百分比为5wt%
‑
10wt%。3.如权利要求1所述的污泥处理的控制方法，其特征在于，预混的压力为0.5MPa
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1MPa，二次混合的压力为0.4MPa
‑
0.5MPa，螯合型复合污泥的温度为60℃
‑
70℃，碱热机械装置的运行压力为0.2MPa
‑
0.4MPa。4.如权利要求3所述的污泥处理的控制方法，其特征在于，碱热机械装置中进行旋转剪切反应包括第一阶段、第二阶段及第三阶段；第一阶段中锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速，转速的变化呈线性，其中，临界转速为设定转速变化率下立式搅拌釜内螯合型复合污泥达到预设最大填充率时的锚搅拌轴转速；第二阶段中锚搅拌轴的转速由临界转速达到预设最大转速，转速的变化呈台阶递增，螯合型复合污泥在锚搅拌轴的转速为预设最大转速时形成高温螯合污泥；第三阶段中锚搅拌轴的转速由预设最大转速降至0rpm，转速的变化呈线性。5.如权利要求4所述的污泥处理的控制方法，其特征在于，第三阶段中锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的3
‑
5倍。6.如权利要求4所述的污泥处理的控制方法，其特征在于，螯合型复合污泥的质量以及温度与高温螯合污泥的平均温度、碱热机械装置内总热量之间关系为：温度与高温螯合污泥的平均温度、碱热机械装置内总热量之间关系为：其中，为锚搅拌轴旋转做功，为旋转剪切做功转化为热能的热损失系数，为污泥在碱热机械装置中的所需热量，为螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热，M1为进入碱热机械装置的螯合型复合污泥的质量，T2为高温螯合污泥的平均温度，T1为螯合型复合污泥的进入温度，为预处理污泥与螯合型复合污泥的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，杨山林，
申请(专利权)人：南通森博机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：