申请日2014.12.31
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号C02F11/14
摘要
一种在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，包括以下步骤：(1)制备助滤剂悬浮液，将助滤剂和水按比例混合，配成助滤剂悬浮液;(2)将步骤(1)制备的助滤剂悬浮液输送至板框压滤机的过滤介质上，形成预涂层;(3)将需要脱水的污泥中预先掺加步骤(1)中所述的助滤剂，助滤剂用量大于需要脱水污泥中绝干污泥质量的20%;(4)将掺加助滤剂的污泥输送至板框压滤机内进行压滤脱水，在压滤脱水后再进行压榨脱水。本发明使污泥深度脱水，能够实现自动化卸料，效率显著提升，运行成本显著降低，为实现污泥能源化利用创造了条件，所得滤饼可作为电厂或其它焚烧炉燃料的原料进行焚烧或作为水泥厂的原料进行协同处置处理。
权利要求书
1.一种在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)制备助滤剂悬浮液，将助滤剂和水按比例搅拌混合，配成质量比1%-6%的助滤剂 悬浮液;
(2)将步骤(1)制备的助滤剂悬浮液输送至板框压滤机的过滤介质上，形成预涂层;
(3)在需要脱水的污泥中预先掺加步骤(1)中所述的助滤剂，助滤剂用量大于需要 脱水的污泥中绝干污泥质量的20%;
(4)将掺加助滤剂的污泥输送至板框压滤机内进行压滤脱水，压滤脱水后再进行压榨 脱水。
2.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，步骤(1)中所述助滤剂是煤粉、炭粉、煤泥粉中的一种或任意两种以上且任意比例的 混合物。
3.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，步骤(1)的助滤剂还可以是煤粉、炭粉、煤泥粉或其组合与其它助滤剂的混合物，煤 粉、炭粉、煤泥粉或其组合占与其它助滤剂混合物的质量百分比30%以上。
4.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(1)中助滤剂的细度至少为10目。
5.根据权利要求1或4所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其 特征是，所述步骤(1)中助滤剂的细度为50目-200目。
6.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(1)中搅拌混合的搅拌转速是40转/分钟-60转/分钟，搅拌时间3分钟-5 分钟。
7.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(2)中助滤剂悬浮液输送压力为0.4MPa-0.8MPa。
8.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(2)中预涂层厚度为1mm-3mm，或者预涂层中助滤剂用量占需要脱水的污泥 中绝干污泥质量的5%-10%。
9.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(3)中助滤剂用量为需要脱水的污泥中绝干污泥质量的21%-50%。
10.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(3)中助滤剂用量为需要脱水的污泥中绝干污泥质量的51%-150%。
11.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(4)中污泥输送压滤脱水压力为0.8MPa-1.2MPa。
12.根据权利要求1所述的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，其特征 是，所述步骤(4)中压榨脱水压力为1.6MPa。
说明书
在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种使用板框压滤机和具有一定热值的助滤剂，实现污泥深度脱水和污泥 处理能源化的方法，属于污泥处理技术领域。
背景技术
污水处理厂污泥处理原则是稳定化、减量化、无害化，进一步实现污泥资源化。当前 我国工业和生活污水污泥多数只采用简单堆存，没有进行规范处理，极易造成二次污染。 填埋、焚烧、做肥、水泥窑协同处置等处理处置方法，也因投资较大、运行费用偏高而举 步维艰。其中一个重要原因，是常规工艺处理后的污泥的含水率多在65%-80%，并且在降低 含水率的过程中花费了较大生产成本。当前国内污泥处理处置建设费用占污水厂总投资的 40%-60%,运行费用占总运行费用的20%-50%。
污泥本身含有一定量的有机成分，具有一定的热值，只是由于含水率高，无法燃烧。 以干基热值为8.11MJ/kg的污泥为例，当含水率为60%时，热值只有2.72MJ/kg，无法燃烧， 当含水率降到40%时，热值达到5.46MJ/kg，可以自持燃烧，但这已超出传统机械脱水工 艺的脱水范围;如果按照传统热干化将含水率降低，成本普遍较高。
污泥成分复杂，相对密度较小，颗粒较细，呈胶状结构，比阻值大,决定了其不易脱水 的特点。污泥水分中颗粒之间的间隙水和毛细水约占90%，属于自由水，颗粒吸附水和内部 水约占10%，属于结合水。自由水可以通过机械方式部分去除，而结合水则不能用机械方式 去除。
国内外目前污泥脱水工艺技术已普遍采用污泥化学调理调质与机械压滤脱水处理相结 合的方式。化学调理剂多选用有机高分子聚合物聚丙烯酰胺(PAM)、铁系絮凝剂(如硫酸 亚铁FeS04、硫酸铁Fe2(S04)3、三氯化铁FeCl3或其聚合物)、铝系絮凝剂(如氯化铝AlCl3或其聚合物)以及钙系助凝剂(生石灰CaO、消石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3)。上述化学调 理剂的主要机理是强化絮凝效果，增大污泥颗粒的比表面积，破坏污泥胶状结构，降低污 泥颗粒与吸附水的亲和力，从而改善污泥的脱水效果。
板框压滤机是常用的污泥机械压力脱水设备。板框压滤机的基本原理是：混合液流经 过滤介质(滤布)，固体截留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼，滤液则渗透过 滤布，成为不含固体的清液，实现固液分离。隔膜板框压滤机还可通过油压泵机械挤压， 使污泥滤饼内的水通过滤布排出，达到进一步脱水目的。板框压滤机适用于不同压缩比性 质的污泥泥浆，与离心脱水机和带式压滤机相比，过滤后的泥饼有更高的含固率和优良的 分离效果。如果从最佳脱水效率和减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机是首选方案。 该设备存在的问题是随板框压滤机操作压力增大，滤饼内部滤液流动通道缩小，滤液的流 动阻力急剧增大，并且污泥颗粒易堵塞滤布。
研究改进污泥脱水功效的思路，当前普遍主要集中在以下两个方面：1、改进板框压滤 机设备，提高过滤压力和过滤面积：一般板框压滤机压力在1.2MPa左右，过滤面积300-600 ㎡左右，而新型高压隔膜板框压滤机机最大鼓膜压力可达到4.0MPa，过滤面积可达2000㎡; 2、研究新的调理剂和调理剂组合。
中国专利文献CN101633549B公开的《一种污泥调理剂及其污泥脱水方法》中调理剂原 料组份及质量百分比含量为生物质颗粒燃料燃烧后的产物30-95%，生石灰粉5-20%，粉 煤灰0-50%。将上述污泥调理剂加入含水污泥中搅拌均匀后进行机械脱水，污泥泥饼含水 量可降至40-60%。该专利所用生物质材料燃烧灰比例大多在60%以上，高者达到95%，实 际应用需采购数量巨大的农作物秸秆，并非价廉易得，不能保障方案应用的经济性。
CN102515465B公开的《一种利用粉煤灰制备的复合絮凝脱水调理剂》，按品质百分比计， 由粉煤灰制得的混合液54%-66%、工业纯Al2(SO4)321%-26%和工业纯MgSO413%-20%。 该专利所用复合絮凝脱水调理剂含有35%-45%的工业纯Al2(SO4)3和MgSO4，成本比较高，并 且缺乏进一步生产实践应用的效果验证。
CN102826733A公开的《一种污泥高效脱水方法》，实施步骤：在重力浓缩池中添加有机 絮凝剂和物理调理剂，在污泥泥浆中先加入钙系助凝剂，再添加铁系絮凝剂，把调质好的 污泥通过气动隔膜泵引入板框压滤机脱水。其中有机絮凝剂为氨甲基聚丙烯酰胺AMPAMS 或二烯丙基二甲基氯化铵PDADMA。物理调质剂是指烟道灰、硅藻土、焚烧后的污泥灰、 粉煤灰、劣质煤粉、或细炉渣惰性物质;铁系絮凝剂为硫酸亚铁FeSO4硫酸铁Fe2(SO4)3、 三氯化铁FeCl3或其聚合物;钙系助凝剂为生石灰CaO，消石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3。
CN103359907A公开的《一种用于污泥深度脱水的高效无机环保调理剂》，质量百分比的 组分：铝矾土5%-15%、聚丙烯酰胺1%-5%、生石灰50%-80%、氧化锌1%-3%、粉煤灰10%-30%， 粉煤灰为热电厂二级粉煤灰。该新型环保调理剂的添加量为污泥干重的5%-10%。将所述新 型环保调理剂按照各组分的配比调配好并混合均匀，然后将调配好的调理剂加入污泥中搅 拌均匀后进行脱水。
CN1059888公开的《印染等污水处理后的污泥脱水方法》，采用泥浆泵将污泥泥浆打入 搅拌器后，向搅拌器中加入污泥泥浆重量的5-20%的裹携剂—煤粉或粉煤灰，并以60-70转 /分转速搅拌10分钟后，送至板框压滤机或真空压滤机进行过滤脱水。该方法所需设备简 单、体积小、造价低，比室内干化法可节约投资70%。这种脱水方法将污泥和裹携剂同时打 到过滤介质上，并且裹携剂的表面也被粘稠的污泥所包裹，这种方法仍然不能解决污泥堵 塞过滤介质的问题。
现有已公开的技术方案仍沿用化学调理剂或化学物理调理剂调理污泥的方法和在污泥 机械脱水前进行预处理的传统思路，主要针对的是与污泥颗粒结合较牢固的吸附水和内部 水，目的是尽可能的将结合水转化为自由水。由于吸附水只占污泥含水量的10%左右，结果 事倍功半，无法有效实现污泥深度脱水。所用化学调理剂，如高分子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM、 铁系絮凝剂、铝系絮凝剂、钙系助凝剂等均是工业级精细化工商品。三氯化铁溶液可蚀刻 铜质金属，甚至不锈钢，对污泥处理设备均能造成腐蚀，工业制取时需要用到盐酸或氯气， 均属于强腐蚀性的物质，生产工艺会产生大量废酸。聚合硫酸铁的直接氧化法生产工艺， 需分离除去使用氧化剂引入的离子，反应中产生的有害气体需专门设备吸收处理;催化氧 化法生产工艺催化剂用量较大，生产过程中有大量氮的氧化物排出，催化剂NaNO2对人体有 毒。其它铝盐也都有类似的环境问题。氧化钙来自石灰石焙烧，属于典型的重污染型、高 能耗工业。这些化工原料均属于高环境代价的产品，目前的价格水平并不能反映其真实成 本。大量添加上述无机絮凝剂和助凝剂，可能导致绝干泥量增加高达20%-40%，污泥增容增 重，有悖于污泥处置减量化要求。如果所增加的这些化工原料全部进行填埋，是严重的资 源浪费和环境问题。
污泥滤饼属于可压缩滤饼，在污泥压滤过程中，随板框压滤机操作压力增大，滤饼内 部滤液流动通道缩小，滤液的流动阻力急剧增大，过滤速度逐步降低，并且由于污泥含有 大量有机质粘性细颗粒，过滤初始就会使过滤介质(滤布)严重堵塞。
以上方法均不能有效解决污泥颗粒堵塞过滤介质(滤布)的问题和过滤过程中由于滤 饼内部滤液流动通道缩小，滤液的流动阻力急剧增大，过滤速度逐步降低的问题，影响板 框压滤机的运行效率和脱水效果。所得污泥滤饼含水率高，热值低，污泥焚烧处置需增加 投资专门的干化设备和焚烧设备，焚烧过程需要大量添加燃油、燃煤等辅助燃料。
发明内容
本发明针对现有污泥脱水和污泥焚烧处置技术存在的不足，通过对污泥脱水过程及影 响因素的深入研究，结合现有成熟的污泥脱水处理设备，提供一种在板框压滤机上实现污 泥深度脱水和能源化利用的方法。该方法成本低、处理效率高、滤饼含水率低、滤饼热值 高，所得滤饼可作为电厂或其它焚烧炉燃料的原料直接进行焚烧或作为水泥厂的原料进行 协同处置。该方法针对降低滤饼含水率和滤饼能源化利用而提出，而不是针对利用滤液而 提出，利用的是滤饼而不是滤液。
本发明的在板框压滤机上实现污泥深度脱水和能源化利用的方法，包括以下步骤：
(1)制备助滤剂悬浮液，将助滤剂和水按比例搅拌混合，配成质量比1%-6%的助滤剂 悬浮液;
所述助滤剂是煤粉、炭粉(如烟道高含碳粉)、煤泥粉中的一种或任意两种以上(两种、 三种)且任意比例的混合物。
所述助滤剂还可以是以上助滤剂或助滤剂组合与其它助滤剂的混合物，煤粉、炭粉、 煤泥粉或其组合占与其它助滤剂混合物质量百分比30%以上。
所述助滤剂的细度至少为10目，较佳为50目-200目。
助滤剂和水搅拌混合的搅拌转速是40转/分钟-60转/分钟，搅拌时间3分钟-5分钟。
污泥中含有大量粘性细颗粒，过滤初始就会使过滤介质(滤布)严重堵塞，在板框压 滤机过滤前将所述助滤剂预涂在过滤介质(滤布)上，能够有效防止污泥颗粒堵塞滤布，提 高过滤速率，降低滤饼含水率。
(2)将步骤(1)制备的助滤剂悬浮液输送至板框压滤机的过滤介质(滤布)上，形 成预涂层;
所述助滤剂悬浮液输送压力为0.4MPa-0.8MPa。
所述预涂层厚度为1mm-3mm，或者预涂层中助滤剂用量占需要脱水的污泥中绝干污泥质 量的5%-10%。
助滤剂用量可根据污泥性质和污泥滤饼含水率要求调整，预涂层可直接起到过滤介质 的作用，防止污泥颗粒堵塞过滤介质(滤布)。
(3)将需要脱水的污泥中预先掺加步骤(1)中所述的助滤剂，助滤剂用量大于需要脱 水的污泥中绝干污泥质量的20%;
所述助滤剂用量如果着重考虑脱水效果较佳为绝干污泥质量的21%-50%。如果着重考虑 能源化利用较佳为绝干污泥质量的51%-150%。
(4)将掺加助滤剂的污泥输送至板框压滤机内进行压滤脱水，在压滤脱水后再进行压 榨脱水。得到含水率20%-45%的污泥滤饼。
所述污泥输送压滤脱水压力为0.8MPa-1.2MPa。
所述压榨脱水压力为1.6MPa。
助滤剂的添加量和种类取决于污泥性质、污泥浓度、要求的滤饼含水率和热值。
本发明具有以下特点：
1.使用煤粉、炭粉(如烟道高含碳粉)、煤泥粉作为助滤剂，简化了污泥处理工艺，简 单易于操作。
2.煤粉、炭粉、煤泥粉价廉易得，替代有机高分子絮凝剂、铁系絮凝剂、铝系絮凝剂 和钙系助凝剂，既降低了处理成本，又避免使用化学调理剂造成二次污染。
3.先用助滤剂悬浮液在板框压滤机过滤介质上预涂，再将含有助滤剂的污泥进行压滤 脱水，显著提高板框压滤机的功效，降低滤饼含水率，含水率可降至20%-45%，突破了板框 压滤机脱水效果在45%-80%的界限。
4.助滤剂不与污泥发生化学反应，其有价成分有机物含量没有降低。
5.显著提高板框压滤机的效率。进料时间缩短约1/3，产量增加0.5-1倍，卸料时间缩 短约1/2。以往进料压滤时间3小时-3.5小时，滤饼厚度1.5cm-2.0cm，应用本发明后进料 压滤时间缩短为2小时左右，滤饼厚度2.5cm-3.5cm。以往卸料时间40-60分钟，应用本 发明后缩短为20-30分钟。
6.过滤介质(滤布)上面基本不挂料，能够实现自动化卸料，劳动强度和人工费用降 低。过滤介质(滤布)的使用周期由2个月延长至6个月以上。
7.高比例使用助滤剂，可以在污泥滤饼内部形成多孔状格网骨架，更加有效改变滤饼 结构，提高滤饼刚性，降低污泥比阻，进一步提高过滤效率，降低滤饼含水率,达到深度脱 水目的。
8.高比例使用助滤剂，改变了污泥易抱团、粘结的问题，污泥结构由粘性胶态软质向 刚性固态硬质转化，该结构转化有利于提高焚烧处置效果。
9.高比例使用助滤剂，有利于根据污泥不同的处置方式对热量的要求不同，调节滤饼 热值。
10.高比例使用助滤剂，虽然用量大，但污泥质量最终并未相应增加，运行成本并未相 应提高。因为助滤剂在后续焚烧等处理过程中已被燃烧，并且在燃烧过程中仍能保持其商 品价值。特别是在燃烧过程中促进了污泥焚烧，既实现了污泥最大限度减量化，又实现了 污泥能源化。
11.高比例使用助滤剂，使滤饼实现深度脱水和能源化。可以省略污泥焚烧处置工艺 中污泥预先干化过程，也可以充分利用现有电厂、垃圾焚烧厂、水泥厂等设备设施进行污 泥最终处置，大大减少焚烧设备投资。
12.干污泥具有很好的可燃性，其发热量大约为煤的30%-50%，因为传统工艺污泥脱水 后的湿污泥中所含水分一般在65%-80%，湿污泥的焚烧处置并不理想。本专利所得滤饼符合 并优于《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》(建城[2009]23号 2009-02-18实施)规定的“污泥含固率在35%-45%时，热值为4.85MJ～6.5MJ/kg，可自持 燃烧”的标准要求，可作为电厂或其它焚烧炉燃料的原料进行焚烧处置或作为水泥厂的原 料进行协同处置。
综上所述，本发明与现有技术具有实质性区别，使污泥深度脱水，效率显著提升，运 行成本显著降低，污泥处置路线严格符合环境标准，同时为污泥最终处置创造有利条件。 通过在工业污水处理厂、造纸企业污水处理厂和城市污水处理厂先后实践应用，技术平稳 可靠，取得很好的经济效益和社会效益。
本发明适用于城镇污水处理厂污泥、工业污水处理厂污泥、造纸污水处理厂污泥、油 泥、城市排污管网污泥等。