本发明属于污泥厌氧消化处理，具体涉及一种污泥厌氧消化处理系统及处理方法。
背景技术：
1、当前，聚焦于降低厌氧消化过程中游离氨浓度的研究主要采用的方法有生物接种、罐体内厌氧氨氧化、吸附、沉降、超声降解、微波降解、膜分离等。生物接种法存在不易挑选到适应现有系统环境微生物的问题。另外接种微生物与原生微生物存在潜在的竞争关系，接种的成功率也相对较低。罐内厌氧氨氧化的缺点为厌氧氨氧化菌生长极为缓慢，且对环境条件变化十分敏感，对控制精度要求极高。吸附和沉降法存在的问题是需要外加药剂，且最终形成的结晶容易在罐内沉底，造成清理困难。超声及微波会造成污泥中的细菌灭活解体，且能耗过高，因此该技术手段并未在真实的生产过程中应用。
2、高含固率厌氧消化原料在膜处理前需要先进行固液分离，含有高浓度氨的泥水经过膜处理后再和固相结合，过程较为繁琐，耗时较长。现有研究中使用的膜分离技术是利用中空纤维膜内外两种液相中游离氨的分压差作为驱动力，使游离氨自发地从消化罐有机质中转移至膜内侧的稀酸中。因此相比于其他方法，膜分离技术具有能耗低、控制便利、游离氨去除效果好等特点，是一种具有优异商业价值和大规模工业应用前景的技术。
3、然而，中空纤维膜分离技术也存在一些先天劣势，比如细菌在膜表面形成的生物膜，以及污泥中的一些杂质容易造成膜堵塞，进而影响游离氨处理效率。因此，在现有的研究中，该技术一般用于降低污水等含固率较低（＜3 %）的介质中游离氨的浓度。在一些将中空纤维膜直接置于厌氧消化罐内部降低游离氨浓度的研究中，其厌氧消化的有机质一般为畜禽粪便，含固率通常低于3 %。中空纤维膜在处理含固率较高的介质时极容易堵塞，造成系统运行困难。现有研究利用膜技术降低高含固率有机质中游离氨的浓度，通常需要对有机质进行预处理，即先对污泥进行固液分离，液体在经过游离氨去除后再和固体混合。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、操作简单、能耗低、运行稳定性高的污泥厌氧消化处理系统及处理方法。
2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
3、一种污泥厌氧消化处理系统，包括依次连通的污泥浆化罐、稀释冷却罐和厌氧消化罐，所述污泥浆化罐用于对污泥原料进行浆化处理，所述稀释冷却罐用于对浆化污泥进行稀释冷却，所述厌氧消化罐用于对冷却污泥进行厌氧消化处理；所述厌氧消化罐内部设有多组膜组件，所述膜组件与外置的酸液池通过循环泵进行连接，利用稀酸在膜组件内循环，并通过膜组件内外的游离氨分压差促使游离氨自发地由厌氧消化罐内的污泥中转移到膜组件的酸液中，以降低污泥中游离氨的浓度，促进污泥进行有机碳转化及厌氧消化；所述厌氧消化罐底部与污泥脱水机连接，污泥脱水机用于对厌氧消化后的污泥进行脱水处理，以实现污泥再利用；所述厌氧消化罐顶部设有沼气收集管道，且其中一部分沼气通过压缩机再循环进入厌氧消化罐进行膜表面冲刷和污泥搅拌，另一部分沼气输出系统外部以进行资源化利用。
4、作为本发明的进一步改进，所述膜组件包括支撑架和隔水透气膜，多块所述隔水透气膜沿竖直方向平行设置在支撑架中。
5、作为本发明的进一步改进，相邻隔水透气膜之间的间距大于10 cm，且每个膜组件中所有隔水透气膜的总表面积大于12 m2。
6、作为本发明的进一步改进，所述隔水透气膜采用膨胀聚四氟乙烯材质，单块隔水透气膜的外部尺寸大于100 cm 50 cm 1 cm，过滤孔径为1nm～5nm，孔隙率为85 %～90%，拉伸强度大于80 n，透气率大于7.0×102cm3/cm2/s/cm hg，ph耐受范围为0～14。
7、作为本发明的进一步改进，所述膜组件布设于消化污泥中的密度范围为：膜面积∶污泥量=1∶1～10（m2/m3）。
8、作为本发明的进一步改进，所述厌氧消化罐内还设有多个曝气圆盘，每组膜组件的周边均布设有曝气圆盘，所述曝气圆盘通过管道与压缩机连通，所述压缩机将增压沼气输送至曝气圆盘中，增压沼气通过曝气圆盘上环形布置的喷嘴为膜组件提供连续的表面冲刷。
9、作为本发明的进一步改进，所述曝气圆盘的直径为50 cm～100 cm，每个曝气圆盘上均匀环形布置10～20个喷嘴，且每个喷嘴与曝气圆盘呈40o～50o夹角并朝向曝气圆盘的中心。
10、作为本发明的进一步改进，所述厌氧消化罐底部还设有搅拌支管，所述搅拌支管通过管道与压缩机连通，所述压缩机将增压沼气输送至搅拌支管中，增压沼气通过搅拌支管在厌氧消化罐底部均匀喷洒，以实现污泥循环搅拌。
11、作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述的污泥厌氧消化处理系统的污泥厌氧消化处理方法，包括以下步骤：
12、步骤s1：将来自市政污水处理厂含固率为15 %～25 %的剩余污泥在污泥浆化罐中进行浆化处理，浆化温度为70℃～90 ℃；浆化后的污泥在稀释冷却罐中降温至56℃～58℃，并稀释至含固率为10 %～12 %，再输送至厌氧消化罐中进行厌氧消化处理；厌氧消化过程中，污泥在厌氧消化罐内的停留时间为20天～25天，温度保持在55℃～57℃；
13、步骤s2：将带有隔水透气膜的膜组件布设于厌氧消化罐内的消化污泥中，膜内侧的循环液采用浓度为10～130 mmol/l的稀硫酸，控制稀硫酸的流速为2～5 m/s；利用膜内外游离氨的分压差实现污泥中的游离氨交换至酸液中；
14、步骤s3：将厌氧消化罐内产生的沼气分为第一沼气和第二沼气，其中，第一沼气由压缩机增压后分为第一增压沼气和第二增压沼气，第一增压沼气进入厌氧消化罐底部的搅拌支管，以实现污泥循环搅拌，第二增压沼气进入膜组件周边的曝气圆盘，通过曝气圆盘上环形布置的喷嘴为膜组件提供连续的表面冲刷；所述第二沼气排出罐体进行资源化利用；
15、步骤s4：厌氧消化后的污泥输送至污泥脱水机进行脱水处理，脱水得到的污泥和滤液均进行资源化利用。
16、作为本发明的进一步改进，所述步骤s2中，当酸液的ph值大于6时，排出含有氨的部分稀硫酸，同时补充部分新鲜的稀硫酸；向废弃的含有氨的稀硫酸溶液中加入氧化镁和磷酸钠，并添加氢氧化钠调节溶液ph值至大于8，获得肥料磷酸铵镁结晶。
17、与现有技术相比，本发明的优点在于：
18、1、本发明的污泥厌氧消化处理系统，通过将污泥浆化罐、稀释冷却罐和厌氧消化罐依次连通，利用污泥浆化罐对市政污泥原料进行浆化处理，利用稀释冷却罐对浆化污泥进行稀释冷却，最后再厌氧消化罐用于对冷却污泥进行厌氧消化处理，无需对厌氧发酵原料进行固液分离即可实现高含固率有机固废厌氧消化罐内脱氨，系统运行操作简便，维护成本低。进一步地，在厌氧消化罐内部设有多组膜组件，并且将膜组件与外置的酸液池通过循环泵进行连接，利用稀酸在膜组件内循环，并通过膜组件内外的游离氨分压差促使游离氨自发地由厌氧消化罐内的污泥中转移到膜组件的酸液中，以降低污泥中游离氨的浓度，，提升了污泥有机碳转化率及厌氧消化产气率。与此同时，厌氧消化罐底部与污泥脱水机连接，利用污泥脱水机对厌氧消化后的污泥进行脱水处理，脱水后的污泥用作园林绿化、焚烧、建材等，实现了污泥再利用。通过在厌氧消化罐顶部设有沼气收集管道，且其中一部分沼气通过压缩机再循环进入厌氧消化罐进行膜表面冲刷和污泥搅拌，另一部分沼气输出系统外部以进行资源化利用，厌氧消化产生的沼气可用于膜组件的表面冲刷，减缓了膜堵塞速率，延长了膜清洗和更换的周期，节约了运行成本，而且沼气也对厌氧消化罐内物料进行搅拌，使罐体内物料混合更加均匀，有利于提升厌氧消化中沼气产气率。
19、2、本发明的污泥厌氧消化处理方法，利用稀酸在隔水透气膜内循环，将隔水透气膜直接安装在厌氧消化罐内部，利用稀酸在隔水透气膜内侧循环，通过游离氨在膜内外的分压差达到降低消化罐体污泥中游离氨的浓度，达到了在反应器连续运行的条件下增加污泥有机碳转化率和厌氧消化产气量的目的。与此同时，通过产生的沼气对隔水透气膜表面进行冲刷，以减缓膜组件污堵速率，实现了工艺稳定运行。产生的含氨废水在调节至碱性后，通过添加镁盐和磷酸盐，可以形成磷酸铵镁结晶，作为优良氮磷肥料资源化利用，提升了系统整体经济效益。
1.一种污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，包括依次连通的污泥浆化罐（1）、稀释冷却罐（2）和厌氧消化罐（3），所述污泥浆化罐（1）用于对污泥原料进行浆化处理，所述稀释冷却罐（2）用于对浆化污泥进行稀释冷却，所述厌氧消化罐（3）用于对冷却污泥进行厌氧消化处理；所述厌氧消化罐（3）内部设有多组膜组件（6），所述膜组件（6）与外置的酸液池（4）通过循环泵（5）进行连接，利用稀酸在膜组件（6）内循环，并通过膜组件（6）内外的游离氨分压差促使游离氨自发地由厌氧消化罐（3）内的污泥中转移到膜组件（6）的酸液中，从而降低厌氧消化罐（3）内污泥中游离氨的浓度，促进污泥进行有机碳转化及厌氧消化；所述厌氧消化罐（3）底部与污泥脱水机（10）连接，污泥脱水机（10）用于对厌氧消化后的污泥进行脱水处理，以实现污泥再利用；所述厌氧消化罐（3）顶部设有沼气收集管道，且其中一部分沼气通过压缩机（7）再循环进入厌氧消化罐（3）中，以用于膜组件（6）表面冲刷和污泥搅拌，另一部分沼气输出系统外部以进行资源化利用。
2.根据权利要求1所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述膜组件（6）包括支撑架（61）和隔水透气膜（62），多块所述隔水透气膜（62）沿竖直方向平行设置在支撑架（61）中。
3. 根据权利要求2所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，相邻隔水透气膜（62）之间的间距大于10 cm，且每个膜组件（6）中所有隔水透气膜（62）的总表面积大于12 m2 。
4. 根据权利要求2所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述隔水透气膜（62）采用膨胀聚四氟乙烯材质，单块隔水透气膜（62）的外部尺寸大于100 cm 50 cm 1 cm，过滤孔径为1nm～5nm，孔隙率为85 %～90 %，拉伸强度大于80 n，透气率大于7.0×102 cm3/cm2/s/cm hg，ph耐受范围为0～14。
5.根据权利要求2所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述膜组件（6）布设于消化污泥中的密度范围为：膜面积∶污泥量=1∶1～10（m2/m3）。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述厌氧消化罐（3）内还设有多个曝气圆盘（9），每组膜组件（6）的周边均布设有曝气圆盘（9），所述曝气圆盘（9）通过管道与压缩机（7）连通，所述压缩机（7）将增压沼气输送至曝气圆盘（9）中，增压沼气通过曝气圆盘（9）上环形布置的喷嘴为膜组件（6）提供连续的表面冲刷。
7. 根据权利要求6所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述曝气圆盘（9）的直径为50 cm～100 cm，每个曝气圆盘（9）上均匀环形布置10～20个喷嘴，且每个喷嘴与曝气圆盘（9）呈40o～50o夹角并朝向曝气圆盘（9）的中心。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的污泥厌氧消化处理系统，其特征在于，所述厌氧消化罐（3）底部还设有搅拌支管（8），所述搅拌支管（8）通过管道与压缩机（7）连通，所述压缩机（7）将增压沼气输送至搅拌支管（8）中，增压沼气通过搅拌支管（8）在厌氧消化罐（3）底部均匀喷洒，以实现污泥循环搅拌。
9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的污泥厌氧消化处理系统的污泥厌氧消化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的污泥厌氧消化处理方法，其特征在于，所述步骤s2中，当酸液的ph值大于6时，排出含有氨的部分稀硫酸，同时补充部分新鲜的稀硫酸；向废弃的含有氨的稀硫酸溶液中加入氧化镁和磷酸钠，并添加氢氧化钠调节溶液ph值至大于8，获得肥料磷酸铵镁结晶。
