申请日2015.11.30
公开(公告)日2016.04.06
IPC分类号C02F11/12; C02F11/02
摘要
本发明公开了一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置及其工艺，装置由污泥浓缩池(1)、投泥管道(2)、间种床体处理池(3)、床体防渗层、底部滤层、滤液收集管(4)、滤液储存池(5)构成，滤液收集、导排和存储系统能将脱除的水进行集中收集，输送回污水处理厂处理，该工艺利用污泥减量化和稳定化的装置，并借助植物吸收及蒸发作用达到去除大量水分的目的，植物根系的生长使床体保持透水性，植物和土壤共同作用将污泥进行稳定化转化，将污泥转化成可供植物生长的土壤，本发明设计简便，投资和运行成本低，管理操作简便，能有效的使污泥转化为土壤，达到污泥资源化利用的目标，非常适用于南方小型城镇污水处理厂的污泥资源化处理处置。
权利要求书
1.一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于由污泥浓缩池(1)、投泥管道(2)、间种床体处理池(3)、床体防渗层、底部滤层、滤液收集管(4)、滤液储存池(5)构成，其中：污泥浓缩池(1)通过投泥管道(2)连接至间种床体处理池(3)，床体防渗层置于间种床体处理池(3)的底部及其四周侧壁，底部滤层置于间种床体处理池(3)的底部的床体防渗层上，间种床体中栽种植物，滤液收集管(4)置于底部滤层中，滤液收集管(4)连接滤液储存池(5)，滤液最终汇集至滤液储存池(5)中、输入污水处理厂进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述底部滤层从下往上依次由级配砂石层(6)、排水土工布(7)和植物生长土(8)组成。
3.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述滤液收集管(4)倾斜置入级配砂石层(6)中，所述滤液收集管(4)侧表面及下表面开设有若干收集孔(9)，收集孔(9)之间的距离为每10cm一个孔，孔径为5mm，呈交错式分布。
4.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述滤液收集管(4)的倾斜度为2%的坡度分布于滤层级配砂石层(6)中。
5.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述床体防渗层由HDPE防渗膜(10)和置于HDPE防渗膜(10)上层的土工布保护层(11)构成。
6.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述的投泥管道(2)使用软管，能向间种床体处理池(3)内均匀投泥。
7.根据权利要求1所述的一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，其特征在于所述间种床体中种植的植物采用芦苇和香蒲，种植配比为4～6:1。
8.一种采用如权利要求1～7任意一项所述的利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置的处理工艺，其特征在于包含以下步骤：
a、对间种床体处理池(3)底部和周围的土壤基础进行夯实处理，对底部进行防渗处理，铺设床体防渗层、底部滤层和植物培植母土;
b、在间种床体基底植物培植母土中栽种芦苇和香蒲，种植配比为4～6:1，植物的栽种密度为每平方米5-20株，定期浇水，并投加少量污泥提供生长所需营养;
c、待植株生长至超过55cm，成活率超过75%后，可开始投入来自污泥浓缩池(1)的污泥;
d、投泥保持以间歇方式使用软管投泥管从间种床体处理池(3)四周均匀地投加至间种床体处理池(3);
e、污泥经过植物生长土(8)、排水土工布(7)、级配砂石层(6)和底部滤层的过滤后，滤液进入滤液收集管(4)道，并在滤液收集管(4)道内经重力作用流至低位滤液储存池(5)，滤液储存池(5)内的滤液定期向污水厂输送;
f、连续投加运行一年后，停止投加污泥，床体继续稳定化污泥一至二个月;
g、将床内的植物收割粉碎，将床体内的污泥清空并与植物搅拌后将土壤化后的污泥转运至空地放置熟化，每两周翻堆一次，三个月结束。
9.根据权利要求8所述的利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置的处理工艺，其特征在于步骤d中投泥的间隔时间：在气温较高的春夏季，投泥按照每6～7天一次的方式投加;若在气温较低的冬季但没有结冰，投泥按照每10～14天一次的方式投加;雨季时，降低投泥的频率;并通过投泥管道(2)通过阀门控制流量，通过流量计控制投加量。
说明书
一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置及其工艺
技术领域
本发明涉及污水和污泥处理处置技术领域，特别是涉及一种新型的利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置及其工艺。
背景技术
随着我国社会经济的高速发展，我国城镇化水平持续加快和对环保要求的逐渐提高，我国城镇污水处理厂数量和处理能力逐年增加。截止2013年底，我国城镇污水处理厂处理量达到了近1.5亿m3/d，已建城镇污水处理厂数量达3600座，污泥年产量达3000万吨以上(以80%含水率计)，而且还在以每年约10%以上的速度增长。由于我国污水处理厂一直存在着较为严重的“重水轻泥”现象，污水污泥问题始终没有得到有效处理处置。国外大型污水处理厂污水处理与污泥处理的投资比例大约是1:1.7，而在我国，污水处理和污泥处理的投资比例也只有1:0.4，对污泥处理处置的投资严重短缺。
目前，在国内城市污水处理厂的污泥处置方式中，卫生填埋约占63.0%、污泥好氧发酵和农用约占13.5%、污泥自然干化综合利用占5.4%、污泥焚烧占1.8%、污泥露天堆放和外运各占1.8%和14.4%。事实上，卫生填埋、露天堆放和外运的污泥绝大部分属于随意处置，真正实现安全处置的比例不超过20%。
污泥的土地利用是一种国家政策鼓励的污泥资源化处理处置方法。本发明作为污泥土地利用的一种，符合国家污泥处理处置的方针 政策的要求，总体投资低，运行成本低，操作简便，是一种适用于南方小型城镇污水处理厂的污泥资源化处理处置方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有中小型城市污水厂污泥缺乏合理有效的最终处理处置方案，污泥处理处置的投资和运行成本较高，为解决上述技术问题，本发明提供了一种设计简便，易操作，低运行成本的污泥减量化和稳定化方法——一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化装置及其工艺，一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，由污泥浓缩池(1)、投泥管道(2)、间种床体处理池(3)、床体防渗层、底部滤层、滤液收集管(4)、滤液储存池(5)构成，其中：污泥浓缩池(1)通过投泥管道(2)连接至间种床体处理池(3)，床体防渗层置于间种床体处理池(3)的底部及其四周侧壁，底部滤层置于间种床体处理池(3)的底部的床体防渗层上，间种床体中栽种植物，滤液收集管(4)置于底部滤层中，滤液收集管(4)连接滤液储存池(5)，滤液最终汇集至滤液储存池(5)中。
优选的，所述底部滤层从下往上依次由级配砂石层(6)、排水土工布(7)和植物生长土(8)组成。
优选的，所述滤液收集管(4)倾斜置入级配砂石层(6)中，所述滤液收集管(4)侧表面及下表面开设有若干收集孔(9)，收集孔(9)之间的距离为每10cm一个孔，孔径为5mm，呈交错式分布。
优选的，所述滤液收集管(4)的倾斜度为2%的坡度分布于滤层级配砂石层(6)中。
优选的，所述床体防渗层由HDPE防渗膜(10)和置于HDPE防渗膜(10)上层的土工布保护层(11)构成。
优选的，所述的投泥管道(2)使用软管，能向间种床体处理池(3)均匀投泥。
优选的，所述间种床体中使用的植物采用芦苇和香蒲，芦苇为主，香蒲为辅的种植配比为4～6:1。
利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置的处理工艺，包含以下步骤：
a、对间种床体处理池(3)底部和周围的土壤基础进行夯实处理，对底部进行防渗处理，铺设床体防渗层、底部滤层和植物培植母土;
b、在间种床体基底植物培植母土中栽种芦苇和香蒲，种植配比为4～6:1，植物的栽种密度为每平方米5-20株，定期浇水，并投加少量污泥提供生长所需营养;
c、待植株生长至超过55cm，成活率超过75%后，可开始投入来自污泥浓缩池(1)的污泥;
d、投泥保持以间歇方式使用软管投泥管从间种床体处理池(3)四周均匀地投加至间种床体处理池(3);
e、污泥经过植物生长土(8)、排水土工布(7)、级配砂石层(6)和底部滤层的过滤后，滤液进入滤液收集管(4)道，并在滤液收集管(4)道内经重力作用流至低位滤液储存池(5)，滤液储存池(5)内的滤液定期向污水厂输送;
f、连续投加运行一年后，停止投加污泥，床体继续稳定化污泥一至二个月，
g、将床内的植物收割粉碎，将床体内的污泥清空并与植物搅拌后将土壤化后的污泥转运至空地放置熟化，每两周翻堆一次，三个月结束。
优选的，所述的利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置的处理工艺，其特征在于步骤d中投泥的间隔时间：在气温较高的春夏季，投泥按照每6～7天一次的方式投加;若在气温较低的冬季但没有结冰，投泥按照每10～14天一次的方式投加;雨季时，降低投泥的频率;并通过投泥管道(2)通过阀门控制流量，通过流量计控制投加量。
该工艺借助间种植物叶片的蒸腾作用、根茎的吸收吸附、土壤化作用、土壤微生物作用以及植物和土壤的分层截留作用等达到污泥的减量化、无害化和资源化目标。其主要包括污泥投加及植物生长的防渗单元，滤液的收集、导排和储存系统。污泥通过投加系统进入防渗单元，在此空间内污泥通过渗透、植物吸收及蒸发作用达到去除大量水分的目的，植物根系的生长使床体保持透水性，植物和土壤共同作用将污泥进行稳定化转化，将污泥转化成可供植物生长的土壤。
本发明的工作原理介绍：一种利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的装置，由污泥浓缩池(1)、投泥管道(2)、间种床体处理池(3)、床体防渗层、底部滤层、滤液收集管(4)、滤液储存池(5)构成，其中：污泥浓缩池(1)通过投泥管道(2)连接至间种床体处理池(3)，床体防渗层置于间种床体处理池(3)的底部及其四周侧壁，可以防止高负荷的滤液进入土壤和地下水，底部滤层置于间种床体处理池(3)的底部的床体防渗层上，间种床体中栽种植物，污泥通过投泥管道(2)均匀投泥至间种床体处理池(3)中，滤液收集管(4)置于底部滤层中，滤液收集管(4)连接滤液储存池(5)，通过污泥浓缩池(1)处 理后污泥的含固率达到1-6%，并通过输送泵(14)或重力流两种方式由投泥管道(2)投加至间种床体处理池(3)内，污泥中的污水滤液最终通过滤液收集管(4)汇集至滤液储存池(5)中;并可以防止高负荷的滤液进入土壤和地下水，滤液收集、底部滤层和滤液收集管(4)可以使床体防渗层上的水快速排出，降低含水率，滤液储存池(5)可以调节滤液在污水厂负荷较低时排入，减少冲击。
进一步的，所述底部滤层从下往上依次由级配砂石层(6)、排水土工布(7)和植物生长土(8)组成，滤液收集管(4)倾斜置入级配砂石层(6)中，所述滤液收集管(4)侧表面及下表面开设有若干收集孔(9)，收集孔(9)之间的距离为每10cm一个孔，孔径为5mm，呈交错式分布，可以使床体处理池中的水快速排出，降低含水率，间种床体中栽种植物，滤液收集管(4)置于底部滤层中，滤液收集管(4)连接滤液储存池(5)，滤液最终汇集至滤液储存池(5)中，滤液储存池(5)可以调节滤液在污水厂负荷较低时排入污水处理设备，以避免对高负荷状态下的污水处理设备的冲击;其中，滤液收集管(4)倾斜度为2%的坡度分布于滤层级配砂石层(6)中，能够达到最佳收集效果;
进一步的，所述床体防渗层由HDPE防渗膜(10)和置于HDPE防渗膜(10)上层的土工布保护层(11)构成，间种床体底部及四周采用多层结构的防渗处理，防渗膜下方土壤基础必须进行夯实处理，防止对防渗层造成破坏，有效保护了周边土壤不受影响;
进一步的，所述的投泥管道(2)使用软管，能向间种床体处理池(3)四周均投泥，投加采用软管，投加点位可以移动，以保证污泥投加的均匀，得到最佳的污泥处理效果;
进一步的，所述间种床体中使用的植物采用芦苇和香蒲，以芦苇为主，香蒲为辅，芦苇的根系发达，四季存活，能不断疏松污泥层(15)，防止板结，加快渗透速度，为植物、微生物活动提供氧气;香蒲可以有效的防止病虫害和蚊蝇，且夏季生长迅速，植物的栽种密度根据气候和天气情况，为每平方米5-20株，种植配比为4～6:1，根据种植经验，比例低于4：1，香蒲数量过多，在冬季容易整体枯萎，影响冬季处理效果，若芦苇数量少，则会导致污泥板结，比例高于6：1，香蒲对蚊蝇的影响过小，易产生蚊蝇。污泥中的水分经过床体处理池中的重力分离，经过芦苇和香蒲的蒸发、植物吸收和蒸腾作用使得污泥含固率从1-6%提高至25%以上，植物根系的生长使床体保持透水性，植物和土壤共同作用将污泥进行稳定化转化，将污泥转化成可供植物生长的土壤。
进一步的，本装置还包括滤液收集井(12)和污水泵(13)，所述滤液收集管(4)连接至滤液收集井(12)，滤液收集井(12)通过污水泵(13)连接滤液储存池(5)。滤液通过滤液收集管(4)道重力流至低位滤液收集井(12)，所述滤液收集管(4)连接至滤液收集井(12)，滤液收集井(12)通过污水泵(13)连接滤液储存池(5)，收集井内根据液位启动污水泵(13)，将滤液输送至滤液储存池(5)。储存池内的水在污水处理厂低负荷运行时输入污水厂处理。
利用间种植物进行污泥减量化和稳定化的处理工艺，包含以下步骤：a、对间种床体处理池(3)底部和周围的土壤基础进行夯实处理，对底部进行防渗处理，铺设床体防渗层、底部滤层和植物培植母土;b、在间种床体基底植物培植母土中栽种芦苇和香蒲，种植配比为 4～6:1，植物的栽种密度为每平方米5-20株，定期浇水，并投加少量污泥提供生长所需营养;c、待植株生长至超过55cm，成活率超过75%后，可开始投入来自污泥浓缩池(1)的污泥;d、投泥保持以间歇方式投加污泥，e、污泥经过底部滤层过滤的滤液进入滤液收集管(4)道，经重力作用流至低位滤液储存池(5)，滤液储存池(5)内的滤液定期向污水厂输送;f、连续投加运行一年，一年后，停止投加污泥，床体继续稳定化污泥一至二个月;g、将床内的植物收割粉碎，将床体内的污泥清空并与植物搅拌后放置，污泥与植物搅拌混合的目的是用于生物干化，进一步去除其中的水分，并使得污泥能进一步腐熟，每两周翻堆一次，两周翻堆一次是使内外有混合，能将水分均匀的去除，三个月结束;
进一步的，步骤d中所述投泥间隔时间：若在气温较高的春夏季，投泥可以按照每6～7天一次的方式投加;若在气温较低的冬季，如果没有结冰，投泥可以按照每10～14天一次的方式投加;在遇到雨季时，投泥的频率要适当降低，投泥间隔主要取决于整体床体的含固率，间隔高于6天，处理量会降低，且过干会导致其他杂草生长;冬季低于14天，可能会出现床体过于湿润的情况，水分去除不够，投泥时由投泥管道(2)通过输送泵(14)或重力流两种方式从间种床体处理池(3)四周均匀地投加至间种床体处理池(3)中，投泥管道(2)通过阀门控制流量，通过流量计控制投加量;
在上述工艺中：污泥中的水分经过床体处理池中的底部滤层，经过级配砂石层(6)的重力分离并通过滤液收集管(4)和滤液储存池(5)最终将污水排出，污泥经过间种床体处理池(3)中配比组合栽种的芦苇和香蒲的蒸发、植物吸收和蒸腾作用，使得污泥含固率从1-6%提高至25%以上，体积减少90%，污泥中的COD、氮、磷等污染 物的去除效率达到60%以上，降低了后续处理的负荷，污泥中所含的重金属在此过程中发生了形态改变，不稳定的交换态和碳酸盐态比例降低，稳定的有机结合态和残渣态比例升高，生物稳定性提高，并且间种床体处理池(3)在污泥投加的过程中将其不断稳定化，使得污泥中的大肠杆菌数量大大降低，污泥中腐殖质含量增加，富含N、P等营养元素，其产物满足《GBT23486-2009城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》要求，达到了可进行资源化利用，通过植物的吸收吸附、土壤化作用、土壤微生物作用以及植物和土壤的分层截留作用等达到污泥的减量化、无害化和资源化目标;床体的运行方式与现场季节和天气有较大的关系，因此在气温较高的春夏季，投泥可以按照每周一次的方式投加;在气温较低的冬季，如果没有结冰，投泥可以按照每两周一次的方式投加，在遇到雨季时，投泥的频率要适当降低;通过对季节气候的不同对投泥投加量和时间间隔的有效控制，使得本装置及其工艺的达到最佳的结果和效果，尤其适合在南方温热地区的中小型污水处理厂，投资和运行成本低，效果显著，间种床体处理池(3)的运行一般以3-5年为周期，投加污泥结束后，继续稳定1个月时间，之后将床体中土壤化后的污泥转运至空地，经过放置通风和翻堆，进一步降低含水率，放置熟化的时间为3个月，污泥含水率可以降至60%以下，进一步用作园林利用。
本发明的有益效果：将浓缩污泥投送至种有间种植物的土壤床体中，通过一系列复杂的作用机理，污泥中的水分经过床体处理池中的重力分离、蒸发、植物吸收和蒸腾作用得到降低，同时，将产生的滤液进行导排和储存，降低污染物负荷，回流至污水处理厂处理，可以防止高负荷的滤液进入土壤和地下水，滤液收集、导排系统可以使防渗单元中的水快速排出，降低含水率，滤液储存系统可以调节滤液在 污水厂负荷较低时排入，减少冲击，该工艺能够减少污泥体积90%以上，并使得污泥含固率从1-6%提高至25%以上，能降低滤液中的COD、N、P等浓度，钝化重金属等污染物的去除效率达到60%以上，并通过床体的土壤化作用，最终将污泥稳定化为类似土壤的产物，从而达到污泥最终处理处置的目的，本发明所述技术投资小、运行成本低，运行简便，能实现污泥的资源化利用，符合国家污泥处理处置的方针政策的要求，总体投资低，运行成本低，操作简便，是一种适用于南方小型城镇污水处理厂的污泥资源化处理处置方式。