申请日2006.10.30
公开(公告)日2007.04.18
IPC分类号C02F11/12
摘要
本发明涉及污泥脱水工艺及装置，包括机械压滤装置，超声波调质装置和压力协同电渗透脱水装置，以及吸附脱水材料装置，压力协同电渗透脱水装置中的阴极置于污泥的脱水装置一方，阳极置于污泥的另一方;超声波调质装置主要包括超声波发生器，超声波转换器以及超声触头三部分组成。污水厂浓缩污泥送入机械压滤装置进行压滤，当污泥含水量达到80-85%，启动压力协同电渗透脱水装置进行污泥脱水，当压力协同电渗透进行污泥脱水的脱水速率变慢为其初始压力协同电渗透脱水速率的60%以下时，停止压力协同电渗透脱水装置，启动超声波调质装置对脱水污泥进行调质。本发明低成本，高效率，为后续的污泥低成本处理奠定了基础。
权利要求书
1.一种污泥脱水处理装置，包括机械压滤装置，超声波调质装置和压力协同电渗透 脱水装置，以及吸附脱水材料装置，其特征在于：压力协同电渗透脱水装置中的 阴极置于污泥的脱水装置一方，阳极置于污泥的另一方;超声波调质装置主要包 括超声波发生器，超声波转换器以及超声触头三部分组成。
2.如权利要求1所述的污泥脱水处理装置的处理工艺，其特征是，污水厂浓缩污泥 送入机械压滤装置进行压滤，当污泥含水量达到80-85%，启动压力协同电渗透脱 水装置进行污泥脱水，当压力协同电渗透进行污泥脱水的脱水速率变慢为其初始 压力协同电渗透脱水速率的60%以下时，停止压力协同电渗透脱水装置，启动超 声波调质装置对脱水污泥进行调质，调质后的污泥再采用压力协同电渗透脱水装 置进行污泥脱水，压力协同电渗透脱水直流电场梯度范围0.1-3V/mm，超声波频 率范围为16-100kHz，超声波比能耗输入为10-300kW.h/T干固体，污泥滤饼厚度 范围2-50mm。
3.如权利要求2所述的A style="TEXT-DECORATION: none" href="http://www.dowater.com/">污水污泥脱水处理工艺，其特征是，所述的超声波调质、压 力协同电渗透脱水工序以及吸附脱水过程重复1-5次。
4.如权利要求2所述的污水污泥脱水处理工艺，其特征是，所述的超声波调质过程， 机械压滤脱水过程，直流电场作用下的压力协同电渗透脱水过程和吸水材料的吸 附脱水过程采用各工序顺序排列的方法进行连续污泥脱水，或采用各工序集中在 一起使超声波调质过程，机械压滤脱水过程，直流电场作用下的压力协同电渗透 脱水过程和吸水材料的吸附脱水过程重叠交叉作用进行间歇污泥脱水。
5.如权利要求2所述的污水污泥脱水处理工艺，其特征是，所述的污泥被加热条件 下进行操作，温度范围30-50℃。
6.如权利要求2所述的污水污泥脱水处理工艺，其特征是，所述的污水污泥脱水处 理工艺中，污泥在压力协同电渗透脱水过程中或者结束后在脱水装置污泥出水处 水分聚集区域采用吸水材料进行吸附脱水，从而加快污泥脱水速率，而且容易使 污泥脱水更为充分。
说明书
污泥脱水工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种污泥脱水工艺及装置，属于污水处理和固体废弃物处理领域的污泥处理 技术。
背景技术
随着社会经济的发展与城市化进程的加快，城镇污水及其污泥数量快速增加。我国年产 湿污泥已高达1200万吨，年增长速度为10-15%之间。由于污泥处理成本占污水处理厂处理 成本的50%左右，成本很高，因此我国许多污水处理厂往往只处理到污水而避开了污泥处理， 以填埋和堆放为主，引发严重的环境污染问题。因此，在积极进行污水处理的同时对污泥进 行科学合理的处理处置已是势在必行。
污水厂污泥是一种不均匀的、复杂的分散系，含水率高达95-99%，体积和数量庞大，易 发臭，因此，必须进行及时处理，进行脱水减量，以利于后继处理与处置。污泥中水分的存 在形式通常划分四类：自由水分，间隙水，表面吸附水，细胞水和化学结合水。自由水分可 以通过重力沉降除去;间隙水可以通过强机械力去除;而细胞水及化学结合水难于用机械方 法去除。另外，污泥中含有大量的有机成分，蕴藏着大量的资源。但是，无论是进一步的处 理还是资源化，都需要降低含水率，因此，降低含水率是污泥处理的必须工序和过程。其方 法可分为加热和非加热，一般而言，加热法比非加热法的成本要高得多，因此，在高含水率 段，应采用非加热方式。但是污泥呈胶体特性，很难脱水，即使加入絮凝剂，并经机械压滤， 也很难脱到75%以下，而且，当含水率低于80%时，压滤脱水的难度增大，效率下降，成本 大幅增加。
污泥处理处置是污水处理领域的难题之一，国内尚未形成有效的处理工艺，而发达国家 虽已形成完整的工艺和技术体系，但成本很高，且在非燃煤国家，污泥的资源化难度大，一 般以焚烧为主。在这种情况下，许多科技工作者也探索减少污泥产生量的方法，及零排放的 技术，但是在成本方面存在着巨大的障碍，难于实际应用，而且完全零排放在技术上也难于 做到。因此，无害化和减量化仍然是污泥处理的主要途径。因此，针对产量巨大、成分复杂 的污泥，探索低成本处理处置，使其减量化、无害化、高效率资源化的方法，已成为我国乃 至全世界环境界共同关注的课题。由于经机械压滤的污泥含水率仍然很高，因此进一步的脱 水是必不可少的工序。而在脱水方法中，加热干化由于耗能多，难于普及使用。因此，污泥 在高含水率段的非加热脱水(以下简称物理脱水)技术及其装置的开发对于污泥处理和资源 化的具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水污泥脱水处理工艺和装置，该工艺过程成本低，脱水效率 高，速度快，可大大降低脱水污泥的含水率，有利于实现污泥处理工艺的低成本目标。
本发明是通过下述技术路线加以实现的，
本发明的污泥脱水处理装置，包括机械压滤装置，超声波调质装置和压力协同电渗透脱 水装置，以及吸附脱水材料装置，其中压力协同电渗透脱水装置中的阴极置于污泥的脱水装 置一方，阳极置于污泥的另一方;超声波调质装置主要包括超声波发生器，超声波转换器以 及超声触头三部分组成。
污水厂浓缩污泥送入机械压滤装置进行压滤，当污泥含水量达到80-85%，启动压力协同 电渗透脱水装置进行污泥脱水，当压力协同电渗透进行污泥脱水的脱水速率变慢为其初始压 力协同电渗透脱水速率的60%以下时，停止压力协同电渗透脱水装置，启动超声波调质装置 对脱水污泥进行调质，调质后的污泥再采用压力协同电渗透脱水装置进行污泥脱水，压力协 同电渗透脱水直流电场梯度范围0.1-3V/mm，超声波频率范围为16-100kHz，超声波比能耗输 入为10-300kW.h/T干固体，污泥滤饼厚度范围2-50mm。
采用包括机械压滤装置，超声波调质装置和压力协同电渗透脱水装置，以及吸附脱水材 料装置进行污水厂污泥的脱水处理，其特征在于包括以下过程：
污水厂浓缩污泥送入机械压滤装置进行压滤，当污泥脱水较为困难时(对应的污泥含水 量达到80-85%)，启动压力协同电渗透脱水装置进行污泥脱水，当压力协同电渗透进行污泥 脱水的脱水速率变慢为其初始压力协同电渗透脱水速率的60%时，停止压力协同电渗透脱水 装置，启动超声波调质装置对脱水污泥进行调质，调质后的污泥再采用压力协同电渗透脱水 装置进行污泥脱水。根据脱水污泥不同的目标含水率需要，可以重复上述超声波调质、压力 协同电渗透脱水工序以及吸附脱水过程1-5次。
本发明所提供的污水厂污泥脱水装置及工艺主要包括污水厂污泥的常温条件下的超声波 调质过程，机械压滤脱水过程，直流电场作用下的压力协同电渗透脱水过程和吸水材料的吸 附脱水过程。
本工艺中的超声波调质过程，机械压滤脱水过程，直流电场作用下的压力协同电渗透脱 水过程和吸水材料的吸附脱水过程可以采用各工序顺序排列的方法进行连续污泥脱水，也可 以采用各工序集中在一起使超声波调质过程，机械压滤脱水过程，直流电场作用下的压力协 同电渗透脱水过程和吸水材料的吸附脱水过程重叠交叉作用进行间歇污泥脱水。
机械压力协同电渗透脱水过程中或结束后在污泥出水处水分聚集区域采用吸水材料进行 污泥吸附脱水处理，加快污泥脱水速率。本工艺中各个工序根据需要可以选择在污泥被加热 条件下进行操作，温度范围30-50℃。污泥加热方法可以采用蒸汽或热风加热，还可以采用夹 套内通热溶液进行加热。
机械压滤机可以是带式压滤机也可以是离心式的，优选带式压滤机。压力协同电渗透脱 水装置中的压力装置可以有带式和板框式等。带式压力有利于连续操作，且阴极置于带式的 下方，阳极置于上方，吸附脱水装置布置在阴极侧的下后方污泥脱除水分聚集区域。板框适 合于间歇操作，直流电场水平施加，阴极布置在脱水装置的后方，吸附脱水装置布置在阴极 侧污泥脱除水分聚集区域。吸附脱水材料为海绵状材料，其材质可以是如聚乙烯醇，聚氨酯 等具有吸水性能的材质。
本污泥脱水工艺中的压力协同电渗透脱水直流电场梯度范围0.1-3V/mm，污泥滤饼厚度 范围2-50mm。由于脱水过程中，泥饼厚度在不断变薄，因此在本发明中的压力协同电渗透脱 水工序中的直流电压数值以压力协同电渗透脱水操作起初的泥饼厚度为计算依据。超声波调 质系统中的超声波频率范围为16-100kHz，超声波比能耗输入为10-300kW.h/T干固体。本污 泥脱水工艺中的污水厂污泥脱水目标可根据具体情况设定如使污泥含水率小于70%等。
本发明的关键技术之一在于污水厂污泥的超声波调质，通过超声波的特殊高温、高压和 射流等物理化学效应改变污泥固体粒子属性，改变污泥中各种水分的比例，从而更加有利于 污泥脱水，降低纯粹机械脱水过程中后期脱水存在的困难。调质污泥在压力协同电渗透脱水 作用下，污泥主体中的水分在电场作用下使水分子快速从污泥的阳极区移向污泥阴极区，在 机械压力作用下使得阴极区污泥中水分脱除。压力协同电渗透脱水技术使污泥脱水过程中污 泥主体中水分含量梯度较为一致，有利于充分发挥电场作用，加速脱水速率，更好的降低污 泥含水率。当压力协同电渗透脱水速率较慢时，再经过超声波调质改变污泥中各种水分的比 例后，再进行压力协同电渗透脱水进一步使污泥含水率降低。如此交互作用达到高效率，低 成本地充分降低污泥含水率的目的。
本发明的关键技术之二在于污水厂污泥在压力协同电渗透脱水过程中或者结束后在脱水 装置污泥出水处水分聚集区域采用吸水材料进行吸附脱水，从而加快污泥脱水速率，而且容 易使污泥脱水更为充分。
本发明通过污泥的超声波调质过程与机械压力协同电渗透脱水过程的交互进行的工艺即 其装置，低成本，高效率，快速的进行污泥脱水，实现污泥的低含水率，为后续的污泥低成 本处理奠定了基础。