本發(fā)明涉及污泥處理領(lǐng)域，尤其涉及一種污泥熱水解系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

由于污泥中含有一些難以分解的物質(zhì)，如：水膠物質(zhì)或細胞外多聚物質(zhì)，這些物質(zhì)主要由多糖物質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。通過熱水解可使污泥中的細胞破壁，胞外聚合物發(fā)生水解，以提高可生化性能和有機物的降解率，在增加沼氣產(chǎn)量和改善污泥脫水性能的同時實現(xiàn)污泥的衛(wèi)生化處理。

現(xiàn)有的污泥熱水解技術(shù)通常采用高溫(155～170℃)、高壓蒸汽對污泥進行蒸煮和瞬時卸壓汽爆閃蒸工藝。該方法存在的問題和影響如下：

1.由于是在高溫高壓條件下運行，不僅存在安全風(fēng)險，而且反應(yīng)器內(nèi)容易產(chǎn)生粘底結(jié)蓋問題。

2.污泥在高溫條件下水解時，可能會產(chǎn)生“美拉德反應(yīng)”，產(chǎn)生難以降解的“類黑色素”，不僅影響產(chǎn)沼，而且給后續(xù)的污水處理帶來困難。

3.需要高溫度的熱源。

4.水解后的污泥溫度高，需要冷卻降溫處理后方能進入后續(xù)處理裝置，能量浪費大。

5.廢氣濃度高，產(chǎn)量大。

6.對運行操作人員要求高，日常維護保養(yǎng)工作量大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明有必要提供一種污泥熱水解系統(tǒng)及方法，以至少解決以上技術(shù)問題之一。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種污泥熱水解系統(tǒng)，包括：

混合單元；所述混合單元用于將堿液與污泥混合形成混合物料；

熱水解單元；所述熱水解單元用于將所述混合物料在預(yù)定溫度下進行水解反應(yīng)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述混合單元連接有進料管以及加藥裝置；所述進料管用于向所述混合單元輸入污泥；所述加藥裝置用于向所述混合單元輸入堿液。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述混合單元為管道混合器；所述管道混合器具有第一輸入口、第二輸入口以及輸出口；所述第一輸入口與所述進料管相連通；所述第二輸入口與所述加藥裝置通過管道相連通；所述輸出口通過管道與所述熱水解單元相連通。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述加藥裝置包括用于儲存堿液的存儲罐、以及與所述存儲罐連接的加藥泵。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述存儲罐的容積為0.5至1.5立方米或10至30立方米；所述加藥泵為隔膜計量泵。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述熱水解單元包括加熱組件以及反應(yīng)器；所述加熱組件能將所述混合物料加熱到預(yù)定溫度；所述反應(yīng)器用于使預(yù)定溫度下的所述混合物料進行水解反應(yīng)；

所述加熱組件具有第一進料口以及第一出料口；所述反應(yīng)器具有第二進料口以及第二出料口；

所述第一進料口與所述混合單元相連通；所述第一出料口與所述第二進料口相連通；所述第二出料口用于輸出產(chǎn)物。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述加熱組件具有第一流道以及第二流道；所述第一流道用于混合物料流動；所述第二流道用于能對所述混合物料加熱的加熱介質(zhì)流動。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一流道與所述第二流道的流向相反。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述加熱組件為套管式熱交換器；所述套管式熱交換器包括內(nèi)管以及外管；所述內(nèi)管套設(shè)于所述外管內(nèi)；所述第一流道位于所述內(nèi)管的內(nèi)部；所述內(nèi)管與所述外管之間的環(huán)形空間形成所述第二流道。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述內(nèi)管與所述外管中至少一個的管壁經(jīng)螺旋壓花處理。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述加熱組件為螺旋式熱交換器；所述第一流道與所述第二流道均為螺旋形流道。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)器還設(shè)有回流口；所述回流口與所述第一進料口相連通，以使所述反應(yīng)器內(nèi)的部分物料回流至所述加熱單元內(nèi)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)器具有相通的第一反應(yīng)空間以及第二反應(yīng)空間；所述第一反應(yīng)空間能向所述第二反應(yīng)空間輸入物料；

所述第二進料口與所述回流口設(shè)置于所述第一反應(yīng)空間；所述第二出料口設(shè)置于所述第二反應(yīng)空間。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)器的頂部還設(shè)置有排氣口。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)器包括殼體、以及位于所述殼體內(nèi)的內(nèi)膽；所述第一反應(yīng)空間設(shè)置于所述殼體的內(nèi)側(cè)壁與所述內(nèi)膽的外側(cè)壁之間；所述第二反應(yīng)空間位于所述內(nèi)膽內(nèi)；

所述第一反應(yīng)空間內(nèi)的物料通過溢流進入所述第二反應(yīng)空間。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述殼體及所述內(nèi)膽的橫截面為圓形；所述第二進料口位于所述殼體的側(cè)壁上；所述第二進料口上可拆卸地設(shè)置有切向進料的輸入噴頭。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反應(yīng)器包括第一容器以及位于所述第一容器外的第二容器；所述第一反應(yīng)空間位于所述第一容器內(nèi)，所述第二反應(yīng)空間位于所述第二容器內(nèi)；所述第二進料口、所述回流口位于所述第一容器上；所述第二出料口位于所述第二容器上；所述第一容器的底部通過管道通入所述第二容器的第二反應(yīng)空間內(nèi)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一容器與所述第二容器內(nèi)均設(shè)有攪拌器。

一種污泥熱水解方法，包括：

將堿液與污泥混合形成混合物料；

將所述混合物料在預(yù)定溫度下進行水解反應(yīng)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，還包括：

將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。

作為一種優(yōu)選的實施方式，在所述污泥的含固率小于或等于8％時，采用套管式熱交換器將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。

作為一種優(yōu)選的實施方式，在所述污泥的含固率超過8％且小于或等于12％時，采用螺旋式熱交換器將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。

作為一種優(yōu)選的實施方式，在所述將堿液與污泥混合形成混合物料的步驟中，每立方米的污泥混入1.0升至3.0升堿液；所述堿液的濃度為40％至60％。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述預(yù)定溫度為60℃至70℃。

作為一種優(yōu)選的實施方式，采用80℃至90℃的熱源將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。

可見，本發(fā)明的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解時無須過高的熱解溫度，從而可以降低對熱源的溫度要求，比如來自沼氣發(fā)電機的冷卻熱水(溫度區(qū)域在80℃至90℃之間)、或者城市發(fā)電廠產(chǎn)生的廢熱等等。而在實際生產(chǎn)試驗中發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的污泥熱水解系統(tǒng)在較低溫度下通過向污泥中投加堿液實現(xiàn)熱水解，不僅可以提升污泥的水解程度，還可以有效增加污泥水解后的沼氣產(chǎn)量。

同時，本發(fā)明的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解時無須過高的熱解溫度，可以避免產(chǎn)生“美拉德反應(yīng)”，不易產(chǎn)生難以降解的“類黑色素”，改善產(chǎn)沼效果，且利于后續(xù)的污水處理。

另外，本發(fā)明的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解后可以降低污泥的溫度，無須冷卻或適當(dāng)冷卻降溫后即可進入后續(xù)處理裝置，能量浪費較少。

參照后文的說明和附圖，詳細公開了本發(fā)明的特定實施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種實施方式提供的污泥熱水解系統(tǒng)示意圖；

圖2是圖1中反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明另一種實施方式提供的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一種實施方式提供的污泥熱水解方法流程圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

經(jīng)發(fā)明人在污泥熱解領(lǐng)域多年研究發(fā)現(xiàn)，在污泥中加堿可以實現(xiàn)熱水解，且可以降低水解反應(yīng)的溫度，并在常壓條件下進行?；谠摪l(fā)現(xiàn)，發(fā)明人提出以下發(fā)明創(chuàng)造。

請參考圖1至圖3，為本發(fā)明一種實施方式提供的污泥熱水解系統(tǒng)，包括：混合單元10；所述混合單元10用于將堿液與污泥混合形成混合物料；熱水解單元；所述熱水解單元用于將所述混合物料在預(yù)定溫度下進行水解反應(yīng)。

在本實施方式中，通過混合單元10將堿液加入到污泥中，并在預(yù)定溫度下將污泥與堿液的混合物料進行水解。在預(yù)定溫度下，污泥在堿液的聯(lián)合作用下和無壓(常壓)狀態(tài)下，大約若干小時后細胞就被分解(完成破壁)。此時，水解反應(yīng)中污泥釋放出的有機酸可以中和投加的堿液，從而可以使得水解后的污泥基本呈中性，避免對反應(yīng)容器或后續(xù)容器產(chǎn)生腐蝕。

水解后的污泥與初沉污泥或其它物料混合降溫后與消化池的循環(huán)污泥可以一同進入?yún)捬跸亍Ａ硗?，水解后污泥中的熱能還可以被重新利用。其中，預(yù)定溫度在本實施方式中小于100攝氏度。優(yōu)選的，預(yù)定溫度為60℃至70℃。

可見，本實施方式的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解時無須過高的熱解溫度，從而可以降低對熱源的溫度要求，比如來自沼氣發(fā)電機的冷卻熱水(溫度區(qū)域在80℃至90℃之間)、或者城市發(fā)電廠產(chǎn)生的廢熱等等。而在實際生產(chǎn)試驗中發(fā)現(xiàn)，本實施方式的污泥熱水解系統(tǒng)通過向污泥中投加堿液進行熱水解，不僅可以提升污泥的水解程度，還可以有效增加污泥水解后的沼氣產(chǎn)量。

同時，本實施方式的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解時無須過高的熱解溫度，可以避免產(chǎn)生“美拉德反應(yīng)”，不易產(chǎn)生難以降解的“類黑色素”，改善產(chǎn)沼效果，且利于后續(xù)的污水處理。

另外，本實施方式的污泥熱水解系統(tǒng)在對污泥進行熱水解后可以降低污泥的溫度，無須冷卻或適當(dāng)冷卻降溫后即可進入后續(xù)處理裝置，能量浪費較少。

在本實施方式中，混合單元10可以將堿液混入污泥中。其中，混合單元10的構(gòu)造形式可以有多種，比如混合單元10可以為一盛放污泥的容器，通過人工或器械投加堿液實現(xiàn)堿液與污泥的混合；或者，混合單元10可以為合流的兩根管道，其中一根管道供污泥輸入，另一管道供堿液輸入，并在混合單元10處合流混合形成混合物料，等等?？紤]到混合單元10的構(gòu)造有多種，本實施方式中并不作特別的限制，只需混合單元10能將堿液與污泥混合即可。

在本實施方式中，為實現(xiàn)實時進料并提升污泥熱水解效率，所述混合單元10可以連接有進料管5以及加藥裝置6。所述進料管5用于向所述混合單元10輸入污泥；所述加藥裝置6用于向所述混合單元10輸入堿液。在熱水解過程中，混合單元10可以實時將堿液與污泥混合，進料管5以及加藥裝置6可以不間斷地向混合單元10輸入，混合單元10同時輸出混合物料。

示意性質(zhì)地舉例為，所述混合單元10可以為管道混合器(未示出)。所述管道混合器具有第一輸入口、第二輸入口以及輸出口。所述第一輸入口與所述進料管5相連通；所述第二輸入口與所述加藥裝置6通過管道相連通；所述輸出口通過管道與所述熱水解單元相連通。其中，管道混合器可以包括一直管，該直管的一端為第一輸入口，另一端為輸出口，在該直管的側(cè)壁上可以開設(shè)第二輸入口。在第一輸入口將污泥輸入至該直管內(nèi)時，第二輸入口將堿液同時輸入至直管內(nèi)完成混合，最后由排出口將混合物料排出，進入熱水解單元。

在本實施方式中，污泥由進料管5輸入至混合單元10，污泥整體為液態(tài)。在本實施方式中，污泥的含固率可以為12％以下。具體的，進料管5上可以設(shè)有加壓泵，以將污泥泵入混合單元10中。加藥裝置6與混合單元10之間也可以通過管道連通，該管道上同樣可以設(shè)置有加藥泵，通過加藥泵將堿液泵入混合單元10內(nèi)，從而與污泥混合。

加藥裝置6可以為需借助手工操作的加藥器械，比如通過人工轉(zhuǎn)動、握持、投放等動作完成對堿液的投放，加藥裝置6也可以為自動化加藥器械，比如，加藥裝置6通過加藥板(含加藥泵)(此時人工只需開啟關(guān)閉)向混合單元10中自動泵入堿液。

為維持較好的熱水解效果，加藥裝置6向污泥中堿液的投加量可以為1.0升至3.0升每立方米污泥(也可以計為1.0至3.0L/m³污泥)。其中，所述堿液的濃度可以為40％至60％。優(yōu)選的，堿液的濃度可以為50％，以取得較佳的污泥水解率。在本實施方式中，堿液呈堿性即可，其可以為氫氧化鈉溶液，也可以為氫氧化鈣溶液。作為優(yōu)選的，堿液中的溶質(zhì)為氫氧化鈉。

優(yōu)選的，所述加藥裝置6可以包括用于儲存堿液的存儲罐、以及與所述存儲罐連接的加藥泵。其中，可以根據(jù)污泥的處理規(guī)模大小以及堿液來源和存儲要求，選擇存儲罐的儲量大小。其中，所述存儲罐的容積為0.5至1.5立方米或10至30立方米。在污泥處理規(guī)模較小時，存儲罐的容積可以為0.5至1.5立方米，例如，存儲罐可以為1m³(立方米)的方型結(jié)構(gòu)，該存儲罐的材料可以為HDPE材料。在污泥處理規(guī)模較大時，存儲罐的容積可以為10至30立方米，此時，該大型存儲罐的主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，頂部為大致15°的錐體，該存儲罐的材料可以為PE材料。

在本實施方式中，通過控制加藥泵的運轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)堿液的自動投加。該加藥泵可以連接一控制器，該控制器可以控制加藥泵的運轉(zhuǎn)。該控制器具體的可以為計算機、PLC、控制柜、或者電路板等結(jié)構(gòu)。其中，所述加藥泵可以為隔膜計量泵(也可以稱為隔膜加藥泵)。示意性質(zhì)地舉例為：隔膜計量泵可以根據(jù)流量測試以正比例方式向污泥投加氫氧化鈉溶液。

在本實施方式中，熱水解單元可以使堿液與污泥的混合物料在預(yù)定溫度下進行熱水解。通過加入堿液，熱水解單元在水解污泥時無需提供過高的反應(yīng)溫度。其中，預(yù)定溫度在本實施方式中小于100攝氏度。優(yōu)選的，預(yù)定溫度為60℃至70℃。

其中，熱水解單元可以提供污泥進行熱水解的反應(yīng)場所。熱水解單元可以自身具有加熱單元(或加熱元件)，從而在混合物料進入熱水解單元后將其加熱到預(yù)定溫度；熱水解單元也可以連接有加熱單元，從而熱水解單元直接輸入已被加熱到預(yù)定溫度的混合物料。

優(yōu)選的，所述熱水解單元可以包括加熱組件20以及反應(yīng)器30；所述加熱組件20能將所述混合物料加熱到預(yù)定溫度；所述反應(yīng)器30用于使預(yù)定溫度下的所述混合物料進行水解反應(yīng)。加熱組件20通過熱交換提升混合物料的溫度，混合物料進入反應(yīng)器30中進行水解反應(yīng)。其中，反應(yīng)器30為(熱)水解反應(yīng)的主要場所。

加熱組件20與反應(yīng)器30具有多種連接構(gòu)造，比如加熱組件20為反應(yīng)器30中的加熱棒或者反應(yīng)器30中外纏繞的電熱絲等等，或者，加熱組件20為與反應(yīng)器30相連通的換熱器，加熱組件20通過將混合物料與加熱介質(zhì)(優(yōu)選為流體)換熱后將加熱后的混合物料供應(yīng)至反應(yīng)器30中。

優(yōu)選的，所述加熱組件20具有第一進料口23以及第一出料口24。所述反應(yīng)器30具有第二進料口33以及第二出料口35。所述第一進料口23與所述混合單元10相連通，以便混合單元10將混合物料輸入至加熱組件20中。所述第一出料口24與所述第二進料口33相連通，從而加熱組件20將加熱到預(yù)定溫度的混合物料輸送至反應(yīng)器30中。所述第二出料口35用于輸出產(chǎn)物。具體的，為便于第二出料口35輸出產(chǎn)物，第二出料口35優(yōu)選地位于反應(yīng)器30的最低位置。第一出料口24與第二進料口33之間可以通過管道連通。第一進料口23與混合單元10之間也可以通過管道連通。

在本實施方式中，所述加熱組件20具有第一流道以及第二流道；所述第一流道用于混合物料流動；所述第二流道用于能對所述混合物料加熱的加熱介質(zhì)流動。其中，第二流道內(nèi)的加熱介質(zhì)通過熱交換傳動至第一流道中。優(yōu)選的，第一流道與第二流道之間間隔材料為金屬材質(zhì)，以便具有較佳的熱交換效率。為便于對混合物料均勻加熱，所述第一流道與所述第二流道的流向可以相反。

由于本實施方式通過向污泥中加入堿，從而使得污泥的水解溫度降低，因此，加熱介質(zhì)的溫度無須太高，加熱介質(zhì)(未參與熱交換時)的溫度不超過100℃即可，在本實施方式中采用，具體的，加熱介質(zhì)(熱源)的溫度在80℃至90℃之間即可使用，進而大大降低了對加熱介質(zhì)的要求。比如，加熱介質(zhì)可以利用發(fā)電廠的廢水余熱，或者，沼氣發(fā)電機的冷卻熱水等等。加熱介質(zhì)在本實施方式中優(yōu)選為流體，其中，加熱介質(zhì)可以為液體，比如廢水，也可以為氣體，比如蒸汽、煙氣等等。

加熱組件20的結(jié)構(gòu)形式具有多種，在本實施方式中只需加熱組件20通過第一流道與第二流道進行熱交換來加熱混合物料及回流物料即為本實施方式加熱組件20的保護范圍。以下結(jié)合附圖1詳細描述本發(fā)明中發(fā)熱組件的兩個實施例，以便更好地理解本發(fā)明。

在一實施例中，所述加熱組件20可以為套管式熱交換器。所述套管式熱交換器可以包括內(nèi)管22以及外管21；所述內(nèi)管22套設(shè)于所述外管21內(nèi)。所述第一流道位于所述內(nèi)管22的內(nèi)部；所述內(nèi)管22與所述外管21之間的環(huán)形空間形成所述第二流道。其中，該套管式熱交換器適用于污泥中含固率小于或等于8％的情況。

在該實施例中，外管21與內(nèi)管22形成的套管可以具有多個依次串聯(lián)在一起的平行管段；各個平行管段的端部通過彎曲管段串聯(lián)，從而形成排狀結(jié)構(gòu)的套管式熱交換器。套管式熱交換器可以固定安裝在支架上，平行管段與水平方向平行放置。

優(yōu)選的，所述內(nèi)管22和所述外管21中至少一個的管壁通過螺旋壓花處理。其中，內(nèi)管22與外管21的管壁均通過螺旋壓花處理形成。如此設(shè)置，不僅可以提升加熱組件20(內(nèi)管22及外管21)的機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且加熱組件20內(nèi)的流動介質(zhì)(混合物料以及加熱介質(zhì))會在流動中產(chǎn)生一個扭曲渦流，從而大幅度降低或者阻礙介質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì)沉積在管壁上，同時，如此設(shè)置還可以提高熱交換效率30％以上。

在另一實施例中，所述加熱組件20可以為螺旋式熱交換器(未示出)。在螺旋式熱交換器中，所述第一流道與所述第二流道均為螺旋形流道。其中，第一流道與第二流道可以由兩個螺旋管組成，第一流道與第二流道的螺旋段交錯分布，即，第一流道的螺旋段的兩側(cè)均為第二流道的螺旋段，相應(yīng)的，第二流道的螺旋段的兩側(cè)也均為第一流道。

螺旋式熱交換器的結(jié)構(gòu)可以有多種，比如在套管環(huán)形空間中通過兩個螺旋板將其分割成第一流道以及第二流道；或者，如上所述的通過兩個獨立的螺旋管(每個螺旋管代表一個流道)通過接觸傳熱等等。

螺旋式熱交換器可以固定于支架或框架上，其中，螺旋式熱交換器可以水平安裝(流體整體流向為水平方向)，也可以豎直安裝(流體整體流向為豎直方向)。螺旋式熱交換器中第一流道與第二流道內(nèi)的流向相反，以便為混合物料均勻加熱。在本實施方式中，螺旋式熱交換器通過設(shè)置螺旋結(jié)構(gòu)，使得其換熱面積大、換熱效率高，且流體的壓力損失低，堵塞風(fēng)險相對較小?；诼菪綗峤粨Q器的優(yōu)選考慮，該螺旋式熱交換器適用于污泥中含固率大于8％且小于或等于12％的情況。

在本實施方式中，反應(yīng)器30可以容納加熱組件20排入的混合物料及回流物料，并對污泥進行熱水解反應(yīng)。反應(yīng)器30具有一定的容積，其上設(shè)有第二進料口33以及第二出料口35。其中，混合單元10向熱水解單元的進料速率(或進料量)與第二出料口35的出料速率(或出料量)相同。污泥的水解反應(yīng)時間大致可以為反應(yīng)器30的物料量(或容積)與出料速率(或出料量)的比值。根據(jù)不同性質(zhì)的污泥，可以通過反應(yīng)器30的進料速率(或進料量)以及出料速率(或出料量)來控制污泥的水解反應(yīng)時間。

考慮到污泥中混入堿液會增強腐蝕性，雖然在水解反應(yīng)時污泥會釋放酸來中和所加入的堿液，但需要在反應(yīng)器30中停留一段時間進行水解反應(yīng)，進而容易對反應(yīng)器30產(chǎn)生腐蝕。同時，物料在反應(yīng)器30因流動性不高而容易導(dǎo)致混合、反應(yīng)不完全；另外，物料在反應(yīng)器30中可能會沉積和/或結(jié)塊影響反應(yīng)效果。

基于上述考慮，所述反應(yīng)器30還可以設(shè)有回流口34；所述回流口34與所述第一進料口23相連通，以使所述反應(yīng)器30內(nèi)的部分物料回流至所述加熱單元內(nèi)。通過設(shè)有回流口34使部分反應(yīng)器30內(nèi)的物料形成回流，重新進入加熱組件20進行加熱，增加了系統(tǒng)流動性,降低或避免了反應(yīng)器30中污泥發(fā)生沉淀或結(jié)塊的可能性，同時，改善了熱傳遞效果。

另外，通過設(shè)有回流口34可以促進反應(yīng)器30內(nèi)的物料的流動性，促進污泥的完全水解以及快速水解，進而可以在反應(yīng)器30中快速將堿中和，降低對反應(yīng)器30的腐蝕。其中，回流口34的出料量為混合單元排出的混合物料的2-6倍，且如圖1、圖2、圖3所示，回流口34的位置高度低于第二進料口33的位置高度。

考慮到在污泥熱水解反應(yīng)中會產(chǎn)生(少量的)廢氣，一般廢氣量大約為0.15m³/m³污泥，基于該點考慮，所述反應(yīng)器30的頂部還可以設(shè)置有排氣口36。該排氣口36可以將水解反應(yīng)中產(chǎn)生的廢氣排入大氣環(huán)境中或排入廢氣處理裝置中進行處理。優(yōu)選的，該排氣口36上連接一排氣管將廢氣排至指定位置。

在本實施方式中，為保證污泥的熱水解反應(yīng)時間，避免由第二進料口33輸入的物料直接由第二出料口35排出，所述反應(yīng)器30可以具有相通的第一反應(yīng)空間31以及第二反應(yīng)空間32。所述第一反應(yīng)空間31能向所述第二反應(yīng)空間32輸入物料。所述第二進料口33與所述回流口34設(shè)置于所述第一反應(yīng)空間31；所述第二出料口35設(shè)置于所述第二反應(yīng)空間32。

其中，所述第一反應(yīng)空間31與所述第二反應(yīng)空間32可以通過管道相連通，也可以通過預(yù)定水位的開口或敞口連通。第一反應(yīng)空間31內(nèi)的物料可以通過重力進入第二反應(yīng)空間32，也可以通過泵吸作用泵入第二反應(yīng)空間32。

在如圖2所示的實施例中，所述反應(yīng)器30為內(nèi)膽302式反應(yīng)器30，該內(nèi)膽302式反應(yīng)器30可以適用于污泥處理規(guī)模較小的情況。具體的，該反應(yīng)器30可以包括殼體301、以及位于所述殼體301內(nèi)的內(nèi)膽302。所述第一反應(yīng)空間31設(shè)置于所述殼體301的內(nèi)側(cè)壁與所述內(nèi)膽302的外側(cè)壁之間；所述第二反應(yīng)空間32位于所述內(nèi)膽302內(nèi)；所述第一反應(yīng)空間31內(nèi)的物料通過溢流進入所述第二反應(yīng)空間32。

其中，內(nèi)膽302與殼體301之間的環(huán)形區(qū)域即形成第一反應(yīng)空間31，內(nèi)膽302的內(nèi)部區(qū)域即為第二反應(yīng)空間32。內(nèi)膽302的頂部為敞口設(shè)計，且低于殼體301的頂部。當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)空間31內(nèi)的物料積累至高于內(nèi)膽302的頂部時，物料通過溢流由第一反應(yīng)空間31進入內(nèi)膽302中。

如圖2所示，所述殼體301及所述內(nèi)膽302的橫截面為圓形。所述第二進料口33位于所述殼體301的側(cè)壁上。所示回流口34位于第一反應(yīng)空間31的底部位置。內(nèi)膽302的底部為錐體結(jié)構(gòu)，且在內(nèi)膽302的最低位置(錐體結(jié)構(gòu)的尖端位置)設(shè)置有所示第二出料口35，以便將反應(yīng)完全的污泥排出。另外，第二出料口35可以通過管道連接有排料泵，第二反應(yīng)空間32可以起到緩沖平衡作用。

如圖2所示，在本實施方式中，為了獲得最佳液流裝置，第二進料口33可以進行切向進料，從而確保物料的混合效果，以有利于污泥的水解完全。具體的，所述第二進料口33上可拆卸地設(shè)置有切向進料的輸入噴頭37。該輸入噴頭37可以向殼體301內(nèi)切向進料，同時方便進行拆卸更換。

在如圖3所示的另一實施例中，所述反應(yīng)器30包括第一容器303以及位于所述第一容器303外的第二容器304。所述第一反應(yīng)空間31位于所述第一容器303內(nèi)。所述第二反應(yīng)空間32位于所述第二容器304內(nèi)；所述第二進料口33、所述回流口34位于所述第一容器303上。所述第二出料口35位于所述第二容器304上；所述第一容器303的底部通過管道通入所述第二容器304的第二反應(yīng)空間32內(nèi)。

其中，第一容器303與第二容器304均可以為罐體，第一容器303與第二容器304的下部均可以設(shè)置有支架支撐。第一容器303與第二容器304相通，即為第一反應(yīng)空間31與第二反應(yīng)空間32相通。如圖3所示，第一容器303與第二容器304的底部均為錐體結(jié)構(gòu)，第一容器303的底部(錐體結(jié)構(gòu)的尖端位置)通過管道通入第二容器304內(nèi)。為便于物料的混合均勻，促使污泥水解完全，所述第一容器303與所述第二容器304內(nèi)均可以設(shè)有攪拌器38。

請參閱圖4，本發(fā)明另一種實施方式中還提供一種污泥熱水解方法，所述污泥熱水解方法可以應(yīng)用但不限于上述污泥熱水解系統(tǒng)。其中，該污泥熱水解方法包括以下步驟：

S10、將堿液與污泥混合形成混合物料；

S20、將所述混合物料在預(yù)定溫度下進行水解反應(yīng)。

其中，所述污泥熱水解方法還包括步驟：S15、將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。

在本實施方式中，在所述污泥的含固率小于或等于8％時，采用套管式熱交換器將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。其中，套管式熱交換器的形狀、結(jié)構(gòu)、以及功能均可以參考上述污泥熱水解系統(tǒng)中的套管式熱交換器，本實施方式中不再一一贅述。

在本實施方式中，在所述污泥的含固率超過8％且小于或等于12％時，采用螺旋式熱交換器將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度。其中，螺旋式熱交換器的形狀、結(jié)構(gòu)、以及功能均可以參考上述污泥熱水解系統(tǒng)中的螺旋式熱交換器，本實施方式中不再一一贅述。

在所述將堿液與污泥混合形成混合物料的步驟中，每立方米的污泥混入1.0升至3.0升堿液；所述堿液的濃度為40％至60％。優(yōu)選的，堿液的濃度可以為50％，以取得較佳的污泥的水解率。在本實施方式中，堿液呈堿性即可，其可以為氫氧化鈉溶液，也可以為氫氧化鈣溶液。作為優(yōu)選的，堿液中的溶質(zhì)為氫氧化鈉。

在本實施方式中，該污泥熱水解方法通過使堿液與污泥的混合物料在預(yù)定溫度下進行熱水解。通過加入堿液，在水解污泥時無需提供過高的反應(yīng)溫度。其中，預(yù)定溫度在本實施方式中小于100攝氏度。優(yōu)選的，預(yù)定溫度為60℃至70℃。

由于本實施方式通過向污泥中加入堿，從而使得污泥的水解溫度降低，因此，熱源的溫度無須太高，熱源(未參與熱交換時)的溫度不超過100℃即可在本實施方式中采用，具體的，采用80℃至90℃的熱源將所述混合物料加熱到所述預(yù)定溫度，進而大大降低了對熱源的要求。比如，熱源可以利用發(fā)電廠的廢水余熱，或者，沼氣發(fā)電機的冷卻熱水等等。熱源在本實施方式中優(yōu)選為流體，其中，熱源可以為液體，比如廢水，也可以為氣體，比如蒸汽、煙氣等等。

本文引用的任何數(shù)字值都包括從下限值到上限值之間以一個單位遞增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之間存在至少兩個單位的間隔即可。舉例來說，如果闡述了一個部件的數(shù)量或過程變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是從1到90，優(yōu)選從20到80，更優(yōu)選從30到70，則目的是為了說明該說明書中也明確地列舉了諸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。對于小于1的值，適當(dāng)?shù)卣J為一個單位是0.0001、0.001、0.01、0.1。這些僅僅是想要明確表達的示例，可以認為在最低值和最高值之間列舉的數(shù)值的所有可能組合都是以類似方式在該說明書明確地闡述了的。

除非另有說明，所有范圍都包括端點以及端點之間的所有數(shù)字。與范圍一起使用的“大約”或“近似”適合于該范圍的兩個端點。因而，“大約20到30”旨在覆蓋“大約20到大約30”，至少包括指明的端點。

披露的所有文章和參考資料，包括專利申請和出版物，出于各種目的通過援引結(jié)合于此。描述組合的術(shù)語“基本由…構(gòu)成”應(yīng)該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質(zhì)上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術(shù)語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構(gòu)成的實施方式。這里通過使用術(shù)語“可以”，旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。

多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地，單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。

應(yīng)該理解，以上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的。因此，本教導(dǎo)的范圍不應(yīng)該參照上述描述來確定，而是應(yīng)該參照所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的，所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結(jié)合在本文中。在前述權(quán)利要求中省略這里公開的主題的任何方面并不是為了放棄該主體內(nèi)容，也不應(yīng)該認為發(fā)明人沒有將該主題考慮為所公開的發(fā)明主題的一部分。