污泥高度脱水干化的方法

　　申请日2011.06.02

　　公开(公告)日2013.03.27

　　IPC分类号C02F11/14

　　摘要

　　本发明是一种配方及处理方法，特别涉及一种用于污泥高度脱水干化的配方及其制备方法。配方包括有机高分子絮凝剂0.000002～0.00001份、混凝改性剂0.00025～0.0025份、杀菌除臭剂0.0005～0.00375份和成核转化剂0.00025～0.0025份。经过污泥重力浓缩初步脱水→污泥调理→机械压滤→滤出液回流步骤。一种用于污泥高度脱水干化的配方及其制备方法连续化处理，提高处理效率，降低能耗，可控性高，循环利用。

　　权利要求书 [支持框选翻译]

　　1.一种污泥高度脱水干化的方法，其特征在于按以下工艺步骤：

　　(1)、污泥重力浓缩初步脱水：

　　将经污水处理厂处理后，形成含水率为95%～99%的污泥进入到重力浓缩池，在输送管道中加入阳离子聚丙烯酰胺，经管道混合后抽升送入重力浓缩池，阳离子聚丙烯酰胺的离子度为5%～40%，阳离子聚丙烯酰胺的加入量以重量百分比计 0.0002～0.001%，污泥在重力浓缩池中进行初步固液分离，浓缩后污泥的含水率为92%～96%，实现初步污泥减量化，被分离出来的上清液回流至污水处理系统;

　　(2)、污泥调理：

　　①经步骤(1)后，在污泥中加入聚合硫酸铁，聚合硫酸铁由加药泵投加到重力浓缩池中，使用电磁流量计来计量，聚合硫酸铁的加入量以重量百分比计 0.1%～1.0%;

　　②经步骤①后在重力浓缩池中加入生石灰，生石灰由石灰罐中配有的电子称计量后进行自动投加，生石灰的加入量以重量百分比计 0.2%～1.5%，污泥中的pH值逐步提高到12～13;

　　③经步骤②后在重力浓缩池中加入页岩矿粉，页岩矿粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，页岩矿粉的加入量以重量百分比计 0.1%～1.0%;

　　④经步骤③后的污泥引入到搅拌池中进行充分搅拌，使污泥与阳离子聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、生石灰充分混合均匀;

　　(3)、机械压滤：

　　①经步骤(2)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥用进料泵打入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.60MPa～0.80MPa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，当进泥压力为0.85MPa～1.0MPa时，停止进泥，此时污泥形成污泥滤饼;

　　②经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使污泥滤饼进一步干化，压滤时间为10～20min，压力保持在2～15MPa，此时污泥滤饼含水率为40%～60%;

　　③经步骤②后，卸除压力，打开高压隔膜压滤机，通过高压隔膜压滤机中的吹脱系统使污泥滤饼脱落，并通过卸泥系统输送到后续工场，使污泥滤饼在自然状态下水分继续蒸发，污泥滤饼自然堆放在室内，堆放厚度在0.5～1.0米，静置2～5天，此时污泥滤饼的含水率为20%～40%，污泥滤饼泥饼自然碎裂成颗粒状;

　　(4)、滤出液回流：

　　将压滤中的滤出液全部回流至步骤(1)中。

　　2.根据权利要求1所述的一种污泥高度脱水干化的方法，其特征在于按以下工艺步骤：

　　(1)、污泥重力浓缩初步脱水：

　　将经污水处理厂处理后，形成含水率为95.5%～98.5%的污泥进入到重力浓缩池，在输送管道中加入阳离子聚丙烯酰胺，经管道混合后抽升送入重力浓缩池，阳离子聚丙烯酰胺的离子度为5%～40%，阳离子聚丙烯酰胺的加入量以重量百分比计 0.00025～0.0008%，污泥在重力浓缩池中进行初步固液分离，浓缩后污泥的含水率为92.5%～95.5%，实现初步污泥减量化，被分离出来的上清液回流至污水处理系统;

　　(2)、污泥调理：

　　①经步骤(1)后，在污泥中加入聚合硫酸铁，聚合硫酸铁由加药泵投加到重力浓缩池中，使用电磁流量计来计量，聚合硫酸铁的加入量以重量百分比计 0.11%～0.99%;

　　②经步骤①后在重力浓缩池中加入生石灰，生石灰由石灰罐中配有的电子称计量后进行自动投加，生石灰的加入量以重量百分比计 0.21%～1.48%，污泥中的pH值逐步提高到12～13;

　　③经步骤②后在重力浓缩池中加入页岩矿粉，页岩矿粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，页岩矿粉的加入量以重量百分比计 0.11%～0.99%;

　　④经步骤③后的污泥引入到搅拌池中进行充分搅拌，使污泥与阳离子聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、生石灰充分混合均匀;

　　(3)、机械压滤：

　　①经步骤(2)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥用进料泵打入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.61MPa～0.79MPa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，当进泥压力为0.86MPa～0.99MPa时，停止进泥，此时污泥形成污泥滤饼;

　　②经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使污泥滤饼进一步干化，压滤时间为10～20min，压力保持在2.1～14.9MPa，此时污泥滤饼含水率为41%～59%;

　　③经步骤②后，卸除压力，打开高压隔膜压滤机，通过高压隔膜压滤机中的吹脱系统使污泥滤饼脱落，并通过卸泥系统输送到后续工场，使污泥滤饼在自然状态下水分继续蒸发，污泥滤饼自然堆放在室内，堆放厚度在0.55～0.95米，静置2.5～4.5天，此时污泥滤饼的含水率为21%～39%，污泥滤饼泥饼自然碎裂成颗粒状;

　　(4)、滤出液回流：

　　将压滤中的滤出液全部回流至步骤(1)中。

　　说明书 [支持框选翻译]

　　一种污泥高度脱水干化的方法

　　技术领域

　　本发明是一种配方及处理方法，特别涉及一种用于污泥高度脱水干化的配方及其制备方法。

　　背景技术

　　所谓污泥是指污水处理厂的终端废弃物，这些污泥含有大量的微生物、病原体，散发着恶臭，有的还含有重金属，我国对污泥处理处置的总方针是“减量、安全、资源化”。要合理处理处置污泥问题，首要是把水分降下来。如果把污泥水分从97%降至40%，其减容率可达0.05。对于焚烧处理的污泥，由于每一公斤水进炉气化焚烧约需内耗800～1000大卡热量，不管何种炉型这是硬指标，若炉前降低水分就可大大降低助燃热耗。而污泥用于制砖、制陶粒作为建材，水分也需降至40%～60%，才可实施后道工序，总之，污泥的高度脱水是关键。对于如何降低污泥中的水分，这是当前业内一直困惑的问题，污泥的脱水，有一个基本要求就是既要降低水分，但又不能破坏污泥中的原生物，它不是一般意义上的“烘干”而是干化。所谓“干化”，是指介质含氧量不能大于4%，温度不能高于180℃。我国目前行业中常用污泥干化、脱水大致有如下几种类型：

　　1、热力干化：目前市上所见方式诸多，例如回转套筒干化、园盘干化机、低温流化床、浆叶干燥机、烟气余热干化等。但不管用何种形式，都是以热能去除水分且不破坏污泥中原赋热值，因此是以能量置换，是“以热换热”，而且是“以大置小”，但这在技术理念上是不允许的。在现实应用中的结果是效率低、投资大，运行成本高。目前市场上虽有应用，但此是无奈之举。

　　2、机械脱水：目前市上常见的机械脱水有板框压滤、离心脱水、带式压滤脱水、螺旋压榨等。凡此种类型，脱水后的污泥终水分均在75%—90%左右，减容不彻底，水分下降不显著，终端资源化利用仍是困难重重。同样的弊病是投资大，运行成本高，效果不理想，对后道的资源化利用未具可能。

　　3、热力机械叠加组合脱：如机械成球、热力干化，市场上也可看到。但此法仅是在原有基础的某一环节中提高了一点效率，没有解决根本性的问题。虽然有的在特定条件下有余热可用，但这种对热的依赖局限性很大，因为目前各行各业都在节能减排，可依赖的余热越来越少。另一方面，如自备热源，投资更为惊人。因此市场上出现一些个别例子仅为特例，要说普遍推广是难以实现的。

　　发明内容

　　本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种低能耗、能有效降低污泥水分的用于污泥高度脱水干化的配方及其制备方法。

　　本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

　　一种用于污泥高度脱水干化的配方，包括以下配料：有机高分子絮凝剂 0.000002～0.00001份、混凝改性剂 0.00025～0.0025份、杀菌除臭剂 0.0005～0.00375份和成核转化剂 0.00025～0.0025份。

　　作为优选，所述的有机高分子絮凝剂 0.0000025～0.000008份、混凝改性剂 0.0003～0.002份、杀菌除臭剂 0.00055～0.0035份和成核转化剂 0.0003～0.002份。

　　作为优选，所述的有机高分子絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺;所述的混凝改性剂为聚合硫酸铁;所述的杀菌除臭剂为生石灰;所述的成核转化剂为页岩矿粉。

　　一种污泥高度脱水干化的制备方法，按以下工艺步骤：

　　(1)、污泥重力浓缩初步脱水：

　　将经污水处理厂处理后，形成含水率为95%～99%的污泥进入到重力浓缩池，在输送管道中加入阳离子聚丙烯酰胺，经管道混合后抽升送入重力浓缩池，阳离子聚丙烯酰胺的离子度为5%～40%，可根据污泥絮凝沉淀小试情况确定选用适合的阳离子聚丙烯酰胺型号，阳离子聚丙烯酰胺的加入量为0.0002～0.001%，污泥在重力浓缩池中进行初步固液分离，浓缩后污泥的含水率为92%～96%，实现初步污泥减量化，被分离出来的上清液回流至污水处理系统;

　　将经污水处理厂处理后，含水95%～99%的污泥，利用重力浓缩脱去部分自由水，使污泥含水率达到92%～96%，减少污泥体积，实现初步污泥减量化，以减轻后续工序的工作压力，又能满足机械输送和搅拌的要求。有机高分子絮凝剂——阳离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺的离子度要求在5%～40%，根据污泥性质确定采用的阳离子聚丙烯酰胺型号，在重力浓缩池中进行初步固液分离，减少污泥体积，提高污泥固体物浓度，浓缩后污泥的含水率为92%～96%，实现初步污泥减量化。

　　(2)、污泥调理：

　　①经步骤(1)后，在污泥中加入聚合硫酸铁，聚合硫酸铁由加药泵投加到重力浓缩池中，使用电磁流量计来计量，聚合硫酸铁的加入量为污泥量的0.1%～1.0%，聚合硫酸铁中的Fe3+水解后，能破坏污泥胶团中的电荷平衡，其水解产物会与污泥中有机物和重金属离子聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀。

　　②经步骤①后在重力浓缩池中加入生石灰，生石灰由石灰罐中配有的电子称计量后进行自动投加，生石灰的加入量为污泥量的0.2%～1.5%;

　　③经步骤②后在重力浓缩池中页岩矿粉，页岩矿粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，页岩矿粉的加入量为污泥量的0.1%～1.0%;

　　先加聚合硫酸铁可以破坏污泥的电荷平衡，然后随生石灰的加入，PH逐步提高到12～13，聚合硫酸铁中的Fe3+进一步水解后，能破坏污泥胶团中的电荷平衡，其水解产物会与污泥中有机物和重金属离子聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀。生石灰主要是杀菌除臭和提高PH，最后加入页岩矿粉提供骨架作用，使污泥成核。

　　④经步骤③后的污泥引入到搅拌池中进行充分搅拌，使污泥与混凝改性剂、杀菌除臭剂、成核转化剂充分混合均匀;

　　通过化学改性的方法对脱水非常困难的污泥进行预处理，破除污泥中微生物的细胞壁，减小污泥水与污泥固体颗粒的结合力，释放结合水、吸附水和细胞内水，改善污泥的脱水性能，加速污泥脱水过程。

　　污泥中的束缚水是被固体颗粒吸附或被包裹在细胞内部，所谓“束缚”的水分子其外围被十分强大的负电荷紧固着，它与水核内的正电荷取得平衡，使得脱水困难，而聚合硫酸铁水解后可产生多种高阶和多核络合离子，以比表面大很多、具有足够的阳离子能与其置换，对污泥胶体颗粒进行电性中和，降低电位，破坏了原水核的正负平衡而导致介脱束缚形成“自由”，使机械压滤出水成为可能。而且聚合硫酸铁中的Fe3+水解能力强，随着Ph的提高，其水解产物就会聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀。沉淀出来的氢氧化铁(Fe(OH)3)能吸附水中细分散的固体物质和胶体物质，如粘土和腐殖酸等，它可以把还原性气体硫化氢氧化，有效的控制臭气，因此具有脱色、除菌除放射性、除臭等功能。与后面的CaO联合使用，能钝化重金属，起到脱除重金属的作用。

　　生石灰主要成分是CaO，并含有with small quantities of calcium carbonate, magnesia and some trace elements.少量的碳酸钙、氧化镁和一些微量元素。It has a relatiCaO可与污泥中的水分发生放热反应，生成碱性物质Ca(OH)2，通过提高污泥的pH值和水解放热，能破坏以蛋白质为基础的细胞壁和酶、酸性RNA、碳水化合物的细胞组织和油脂，从而达到杀菌的作用，杀死污泥中大量的微生物和大肠杆菌、沙门氏菌等细菌，污泥温度提高有利微生物自身水解。加入的CaO除了可以起到杀菌除臭的效果外，还可以使污泥中水分子受到的“束缚力”减小，使机械压滤出水成为可能。CaO和前面所加的聚合硫酸铁联合作用，可以结合污泥中的部分金属离子形成无害的化合物达到钝化重金属离子的效果，可显著减少脱水泥饼中重金属含量。

　　页岩是一种自然矿石，污泥中含有大量有机微生物，通过前面的化学药剂调理，改变污泥特性，使得污泥高度脱水成为可能，但污泥中的水分不可能自然分离，必须借助机械进行压滤，利用增高压对污泥压榨，进一步破坏污泥结构，使污泥高度脱水成为现实，达到污泥减容、干化的目的。而污泥固有粘稠、高弹性等物理特性，不利于机械直接压滤，必须考虑污泥压滤承载力的要求，国外的实践证明，只有在污泥内形成骨架才能使机械压滤顺利进行。加页岩矿物粉，不但能起到吸附、助凝、除臭等作用，还能成核起骨架作用，有助于提高压滤效率，进一步降低污泥脱水泥饼中的水分，改善脱水泥饼性能，为后道顺序的彻底处置或资源化利用创造条件。

　　在搅拌罐充分搅拌，使污泥与阳离子聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、生石灰混合均匀，发挥各组成的作用，提高脱水效率。

　　(3)、机械压滤：

　　①经步骤(2)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥用进料泵打入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.60Mpa～0.80Mpa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，当进泥压力为0.85MPa～1.0Mpa时，停止进泥，此时污泥形成污泥滤饼;

　　②经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使污泥滤饼进一步干化，压滤时间为10～20min，压力保持在2～15Mpa，此时污泥滤饼含水率为40%～60%;

　　③经步骤②后，卸除压力，打开高压隔膜压滤机，通过高压隔膜压滤机中的吹脱系统使污泥滤饼脱落，并通过卸泥系统输送到后续工场，污泥滤饼自然堆放在室内，堆放厚度在0.5～1.0米，使污泥滤饼在自然状态下水分继续蒸发，静置2～5天，此时污泥滤饼的含水率为20%～40%，污泥滤饼泥饼自然碎裂成颗粒状;污泥滤饼不需要阳光暴晒，但不能让滤饼淋湿。

　　(4)、滤出液回流：

　　将压滤中的滤出液全部回流至步骤(1)中。

　　本发明的基本技术原理依据：

　　污泥中的水分是呈菌胶团和悬浮固体形成胶体结构，其赋存水分可分为裂隙水和束缚水。由于污泥颗粒表面特性和污泥团的结构所决定，污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水性。这些污泥颗粒组成了污泥团，形成许许多多的毛细孔道，因此，污泥除了裂隙水外，另有相当一部分水分都是由污泥颗粒表面所持的水和毛细孔道中的水组成，这些都为结合水，一般污泥裂隙水约占70%左右，其余约为30%，由于污泥具有高亲水性，不但这种束缚的结合水是不能用单纯的机械法除掉的，就是大部分的裂隙水也不能简单地用机械压榨可以脱水的。因此，要使污泥高度脱水，一是要提高裂隙水的出水率，二是要解放束缚水。遵循这个指导思想，本发明利用“化学改性+高压压滤”的技术路线，采取化学+物理的综合处理方法，将含水75%～99%的污泥脱水得到含水40%的半干污泥，为后道顺序的彻底处置或资源化利用创造条件。

　　通过机械增压，对经过化学调理的污泥进行高压压榨，在高压作用下，进一步破坏污泥中微生物细胞，使污泥中的水分脱出，实现固液分离，达到污泥高度脱水、干化目的。

　　采用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，进一步破坏污泥中微生物细胞，改变污泥结构，使污泥中的水分高度脱除，实现固液分离，达到污泥干化目的。

　　脱水后污泥滤饼较硬，呈块状，不需另外干化处理，显著减少污泥堆放场地。滤饼遇水不再还原，具有疏水性，并在自然状态下水分继续蒸发，泥饼自然碎裂成颗粒状，在实现“减量化”的同时，污泥中的有害物质也得以“稳定化”。

　　压滤中的滤出液中含有丰富的碳源，出水COD值在1200mg/L，BOD5在800mg/L左右，有机物含量高，可生化性好。出水滤液的Ph值在12左右，为进行污水的生物处理提供碱度，有利于污水生物处理的进行。出水滤液含有Fe3+，可以提高除磷效率。此外，滤液回流至重力浓缩池可显著提高污泥的浓缩效果。

　　机械脱水后的污泥，由于含水在75%—90%左右，不需进行浓缩处理，直接进行污泥调理和高压压滤操作。为了提高污泥的输送性能，在进行浓缩处理时，应加入部分水,生产线入使用后，可将压滤后的部分滤液引入,暂时提高污泥含水率至92%～96%。

　　本发明的效果和优点：①、本发明利用“化学改性+高压压滤”，采取化学+物理的综合处理方法，用化学药剂和天然矿物对污泥进行改性，使污泥中残留高分子絮凝剂等有机物分解失去效用，并杀死污泥中的多种细菌和微生物，分解细胞壁，解放束缚水，在高压作用下顺利脱除水分，将含水75%～99%的污泥高度脱水，得到含水40%～60%的半干污泥，真正实现污泥处理减量要求，为后道顺序的彻底处置或资源化利用创造条件。②、整个处理过程冷态操作，无噪音，无焚烧加热造成的尾气排放，不依赖任何外界条件，不需要热源，更不消耗一次能源，有效降低了能耗。仅有压滤水回流污水厂处理，工作条件和环境界面极其良好，符合满足安全、文明操作要求。③、脱水污泥遇水不再还原。具有疏水性，并在自然状态下水分继续蒸发，泥饼自然碎裂成颗粒状，在实现“减量化”的同时，污泥中的有害物质也得以“稳定化”。④ 是不影响污泥原有元素构成。污泥固体不增量，也不损失热值。

　　作为优选，按以下工艺步骤：

　　(1)、污泥重力浓缩初步脱水：

　　将经污水处理厂处理后，形成含水率为95.5%～98.5%的污泥进入到重力浓缩池，在输送管道中加入阳离子聚丙烯酰胺，经管道混合后抽升送入重力浓缩池，阳离子聚丙烯酰胺的离子度为5%～40%，阳离子聚丙烯酰胺的加入量为0.00025～0.0008%，污泥在重力浓缩池中进行初步固液分离，浓缩后污泥的含水率为92.5%～95.5%，实现初步污泥减量化，被分离出来的上清液回流至污水处理系统;

　　(2)、污泥调理：

　　①经步骤(1)后，在污泥中加入聚合硫酸铁，聚合硫酸铁由加药泵投加到重力浓缩池中，使用电磁流量计来计量，聚合硫酸铁的加入量为污泥量的0.11%～0.99%;

　　②经步骤①后在重力浓缩池中加入生石灰，生石灰由石灰罐中配有的电子称计量后进行自动投加，生石灰的加入量为污泥量的0.21%～1.48%，污染中的Ph值逐步提高到12～13;

　　③经步骤②后在重力浓缩池中页岩矿粉，页岩矿粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，页岩矿粉的加入量为污泥量的0.11%～0.99%;

　　④经步骤③后的污泥引入到搅拌池中进行充分搅拌，使污泥与阳离子聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、生石灰充分混合均匀;

　　(3)、机械压滤：

　　①经步骤(2)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥用进料泵打入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.61Mpa～0.79Mpa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，当进泥压力为0.86MPa～0.99Mpa时，停止进泥，此时污泥形成污泥滤饼;

　　②经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使污泥滤饼进一步干化，压滤时间为10～20min，压力保持在2.1～14.9Mpa，此时污泥滤饼含水率为41%～59%;

　　(4)、滤出液回流：

　　将压滤中的滤出液全部回流至步骤(1)中。