申请日2018.03.28
公开(公告)日2018.08.10
IPC分类号C02F11/02; C02F11/12; C02F11/14; C02F1/62; C02F3/00; C04B20/02
摘要
本发明公开了一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置和方法，该装置包括依次连接的污泥初级调质改性单元、强化调质改性单元、强化压滤脱水单元和资源化利用单元。该方法先对污泥进行生物基型调质改性剂调理，然后强化脱水，再对含水量<50%的污泥造粒加工成污水处理构筑物人工湿地用填料。本发明利用生物基型调质改性剂应用于污泥的调质改性，其调质改性效果好;本发明强化脱水处理后污泥含水率低于50%，为污泥的资源化利用奠定了良好的基础;经强化脱水处理后的污泥加工成污水处理构筑物人工湿地用填料，资源化产品附加值高。
权利要求书
1.一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置，包括依次连接的污泥初级调质改性单元、强化调质改性单元、强化压滤脱水单元和资源化利用单元;所述污泥初级调质改性单元包括依次连接的污泥中转泵(2)、卧式污泥混合反应罐(5)和螺旋脱水浓缩机(6)，所述卧式污泥混合反应罐(5)上连接有初级调质改性剂加药装置;所述强化调质改性单元包括依次连接的强化调质改性反应罐(7)和调节均质罐(10)，所述强化调质改性反应罐(7)上连接有强化调质改性剂加药装置，所述调节均质罐(10)上连接有增稠剂加药装置;所述强化压滤脱水单元包括依次连接的隔膜泵(13)、隔膜板框压滤机(14)、滤液重金属处理池(15)，所述滤液重金属处理池(15)上连接有重金属处理药剂添加装置;所述资源化利用单元是将强化压滤脱水单元处理后的干污泥造粒加工成污水处理构筑物人工湿地用填料的单元。
2.根据权利要求1所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置，其特征是所述初级调质改性剂加药装置包括依次连接的初级调质改性剂溶药桶(3)和初级调质改性剂加药桶(4)。
3.根据权利要求1所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置，其特征是，所述强化调质改性剂加药装置包括强化调质改性剂溶药桶(8)和强化调质改性剂加药桶(9);所述增稠剂加药装置包括增稠剂溶药桶(11)、增稠剂加药桶(12)。
4.根据权利要求1所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置，其特征是，所述资源化利用单元包括依次连接的皮带输送机(17)、双螺杆破碎机(18)、双螺旋输送机(19)、造粒机(20)、螺旋单斗称(21)、包装及缝包机(22)、倒袋平台(23)、叉车入库装置(24)。
5.一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)将原污水处理厂的污泥进行初级调质改性处理，加入初级调质改性剂，所述初级调质改性剂为生物基型，配方包括以下材料，其质量百分比为：①以活性污泥中选取嗜酸性硫杆菌株经分离、驯化后的优势菌种在培养基中培养分离，离心沉淀干燥后制备的生物絮凝材料占40～50%;②有机高分子絮凝材料聚丙稀铣胺占8～12%;③无机高分子阴离子型絮凝材料聚合硫酸铁占40～50%;所述初级调质改性剂投加量为80～100g/m3;处理时间为30min～40min;此步骤控制污泥含水量低于90%;
(2)将初级调质改性处理后的污泥进行强化调质改性处理，加入强化调质改性剂，所述强化调质改性剂为生物基型，配方包括以下材料，其质量百分比为：①以啤酒废水沉淀污泥中选取红平红球菌株经分离、驯化后的优势菌种在培养基中培养分离，离心沉淀干燥后制备的生物黏合材料占35～45%，;②矿物类改性硅藻土黏合材料占35～45%;③无机高分子阴离子黏合材料聚合氯化铝占15～25%;所述强化调质改性剂投加量为100～120g/m3，处理时间为30min～40min;
(3)将强化调质改性处理后的污泥通过低压过滤和高压压榨，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液中投加重金属处理剂溶液，以对重金属进行沉淀吸附处理后，滤液重金属处理池上清液达标排放;滤液重金属处理剂配方包括以下材料，其质量百分比为：①聚合态碱式氯化铝占35～45%;②聚合态碱式硫酸铁占30～40%;③氯化铁占15～25%;④硅酸钠占3～8%;滤液重金属处理剂投加量为120～140g/m3;
(4)将强化脱水至50%以下的污泥进行造粒加工成污水处理构筑物人工湿地用填料。
6.权利要求5所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，其特征是，通过权利要求1-4之一所述装置来实现，包括以下步骤：
(1)所述初级调质改性单元
由污泥中转泵将原污水处理厂含水率为98%的污泥抽取输送至卧式污泥混合反应罐，同时向初级调质改性剂溶药桶内投加初级调质改性剂，初级调质改性剂投加于溶药桶内后，加水并开启初级调质改性剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为10min-20min，药剂配好后直流进入初级调节改性剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入卧式污泥反应罐内，并开启卧式污泥混合反应罐搅拌机，使初级调质改性剂和污泥进行充分混合反应，并为混凝和聚合电解质的分配提供所需的能量;经过卧式污泥混合反应罐初级调质改性后污泥由高往低直流进入螺旋脱水浓缩机，污泥浓缩脱水后含水率由原来的98%降低至90%;
(2)所述强化调质改性单元
经过螺旋脱水浓缩机初步脱水后的污泥由高往低直流进入强化调质改性反应罐，同时向强化调质改性剂溶药桶内投加强化调质改性剂，强化调质改性剂投加于溶药桶内后，加水并开启强化调质改性剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为5min-10min，药剂配好后直流进入强化调质改性剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入强化调质改性反应罐内，并开启强化调质改性反应罐搅拌机，使强化调质改性剂和初步脱水后的污泥进行充分混合，以便强化污泥的调质改性;强化调质改性罐出泥进入调节均质罐，同时向增稠剂溶药桶内投加增稠剂，增稠剂投加于溶药桶内后，加水并开启增稠剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为8min-15min，药剂配好后直流进入增稠剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入调节均质罐内，并开启调节均质罐搅拌机，使之进行增稠反应;
(3)所述强化压滤脱水单元
调节均质罐内污泥由隔膜泵抽取进入隔膜板框压滤机，通过低压过滤和高压压榨，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液进入滤液重金属处理池，再经过滤液重金属处理剂加药桶向滤液重金属处理池投加重金属处理剂溶液，以对重金属进行沉淀吸附处理后，滤液重金属处理池上清液达标排放;经沉淀吸附后的底泥由滤液重金属处理池底泥排泥管排出，由有资质的单位进行处理或重金属回收;
(4)所述资源化利用单元
经隔膜板框压滤机压滤后含水率50%以下干污泥由皮带输送机输送至双螺杆破碎机，泥饼被粉碎至40目左右后由双螺旋输送机送至造粒机加工成污水处理构筑物人工湿地用填料，填料粒径为4～8mm;并通过气流干燥系统对造粒机内的湿式颗粒进行干燥;经造粒机造粒并干燥后的人工湿地用填料进入螺旋单斗称称重后进入包装及缝包机，包装后的产品通过倒袋平台由机器人码垛、自动托盘系统进入叉车入库。
7.权利要求5所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，步骤(1)中所述生物絮凝材料的制备方法为：采集污水处理厂的回流污泥，经实验室分离筛选得到嗜酸性硫杆菌株，再将嗜酸性硫杆菌接种在培养基中，在25～35℃的条件下培养30～48h，培养基的主要成分为葡萄糖10～15g，牛肉膏2～6g，蛋白胨6～10g，(NH4)2SO4 0.1～0.2g，KH2PO4 2～6g,K2HPO4 3～7g，MgSO4·7H2O 0.2～0.6g，尿素0.2～0.6g，NaCl 0.02～0.05g，蒸馏水900～1100mL;然后将接种有嗜酸性硫杆菌的液体培养基进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min。除去底部沉淀，向离心后的上清液中加入1.5～2.5倍上清液体积的乙醇，将其混合均匀并使其出现沉淀，将沉淀再次进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min，得到沉淀并用乙醇充分水洗，最后将沉淀置于真空干燥箱内干燥至含水量小于10%即得。
8.权利要求5所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，步骤(2)中所述生物黏合材料的制备方法为：采集啤酒废水沉淀污泥，经实验室分离筛选得到红平红球菌株，再将红平红球菌接种在培养基中，在25～35℃的条件下培养30～48h，培养基的主要成分为葡萄糖10～15g，牛肉膏2～6g，蛋白胨6～10g，(NH4)2SO4 0.1～0.2g，KH2PO4 2～6g,K2HPO43～7g，MgSO4·7H2O 0.2～0.6g，尿素0.2～0.6g，NaCl 0.02～0.05g，蒸馏水900～1100mL;然后将接种有红平红球菌的液体培养基进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min。第一次离心完之后除去底部沉淀，向离心之后的上清液中加入1.5～2.5倍上清液体积的乙醇，将其混合均匀并使其出现沉淀，将沉淀再次进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min，得到沉淀并用乙醇充分水洗，最后将沉淀置于真空干燥箱内干燥至含水量小于10%即得。
说明书
一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置和方法
技术领域
本发明属于城镇污泥处理处置领域，进一步是指一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置和方法。
背景技术
城镇污水处理厂剩余污泥是污水处理后的必然产物。目前，这些污泥大部分经简单的压滤后就地运往垃圾填埋厂进行填埋，处理方式简单，污泥含水率高且富含氮、磷营养物质以及重金属、难降解的有机物、盐类、致病菌、寄生虫等有害成分，若处理处置不当，将会引发二次环境污染，严重威胁人们的健康和生态环境。
城镇污水处理厂剩余污泥处理以降低含水率为主要目标。我国当前污水处理厂普遍采用机械压滤脱水工艺，该工艺只能将污泥含水率从98%降低至80%左右，然后外运集中处置。含水率80%的污泥由于含水率高、体积大、稳定性差，大大增加了后续的储运和处置过程的难度，提高了污泥处置费用，且容易造成二次污染。国内污泥的处置先后经过了土地利用、卫生填埋、堆肥、污泥焚烧及建材利用等多种处置方法。
由于卫生填埋对前期的污泥处理技术要求较低，一般进行简单的灭菌处理或消化减容即可。污泥卫生填埋的优点是投资少、处理容量大、见效快，因此得到了较广泛的应用。但是卫生填埋需要大量的转运费用和大面积的场地，大面积的场地是城镇采用卫生填埋工艺面临的最大问题之一。
卫生填埋有很多优点，但在实际应用中也遇到了很多困扰，主要问题是脱水污泥含水率高，不利于填埋。我国发布的城镇污水处理厂污泥混合填埋用泥质标准要求含水率低于50%。但由于国内普遍采用的带式压滤的方式对浓缩污泥进行脱水，只能将污泥的含水率降低至80%。由于用这种方法脱水后污泥体积较大，将占用填埋场大量空间，且污泥强、硬度都不够。因此，在填埋场填埋前只能对入场污泥加入石灰和煤矸石等矿物质使含水率降低至50%左右，以增加其稳定性和固化性，避免填埋场塌陷，但也增加了污泥体积处理成本，占用了填埋场更多的面积和空间，缩短了填埋场使用年限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置和方法。本发明采用“生物基型调质改性剂调理+强化脱水+资源化利用”的技术和工艺，实现了污泥处置的彻底减量化、无害化以及资源化利用。
为了解决上述技术问题，本发明提供的方案是：
一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用装置，包括依次连接的污泥初级调质改性单元、强化调质改性单元、强化压滤脱水单元和资源化利用单元;所述污泥初级调质改性单元包括依次连接的污泥中转泵、卧式污泥混合反应罐和螺旋脱水浓缩机，所述卧式污泥混合反应罐上连接有初级调质改性剂加药装置;所述强化调质改性单元包括依次连接的强化调质改性反应罐和调节均质罐，所述强化调质改性反应罐上连接有强化调质改性剂加药装置，所述调节均质罐上连接有增稠剂加药装置;所述强化压滤脱水单元包括依次连接的隔膜泵、隔膜板框压滤机、滤液重金属处理池，所述滤液重金属处理池上连接有重金属处理药剂添加装置;所述资源化利用单元是将强化压滤脱水单元处理后的干污泥造粒加工成污水处理构筑物人工湿地用填料的单元。
优选方案，所述初级调质改性剂加药装置包括依次连接的初级调质改性剂溶药桶和初级调质改性剂加药桶。
优选方案，所述强化调质改性剂加药装置包括强化调质改性剂溶药桶和强化调质改性剂加药桶;所述增稠剂加药装置包括增稠剂溶药桶、增稠剂加药桶。
优选方案，所述资源化利用单元包括依次连接的皮带输送机、双螺杆破碎机、双螺旋输送机、造粒机、螺旋单斗称、包装及缝包机、倒袋平台、叉车入库装置。
一种城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，包括以下步骤：(1)将原污水处理厂的污泥进行初级调质改性处理，加入初级调质改性剂，所述初级调质改性剂为生物基型，配方包括以下材料，其质量百分比为：①以活性污泥中选取嗜酸性硫杆菌株经分离、驯化后的优势菌种在培养基中培养分离，离心沉淀干燥后制备的生物絮凝材料(BFI)占40～50%;②有机高分子絮凝材料聚丙稀铣胺(PAM)占8～12%;③无机高分子阴离子型絮凝材料聚合硫酸铁(PFS)占40～50%;所述初级调质改性剂投加量为80～100g/m3;处理时间为30min～40min;此步骤控制污泥含水量低于90%;
(2)将初级调质改性处理后的污泥进行强化调质改性处理，加入强化调质改性剂，所述强化调质改性剂为生物基型，配方包括以下材料，其质量百分比为：①以啤酒废水沉淀污泥中选取红平红球菌株经分离、驯化后的优势菌种在培养基中培养分离，离心沉淀干燥后制备的生物黏合材料(BFⅡ)占35～45%，;②矿物类改性硅藻土黏合材料占35～45%;③无机高分子阴离子黏合材料聚合氯化铝(PAC)占15～25%;所述强化调质改性剂投加量为100～120g/m3，处理时间为30min～40min;
(3)将强化调质改性处理后的污泥通过低压过滤和高压压榨，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液中投加重金属处理剂溶液，以对重金属进行沉淀吸附处理后，滤液重金属处理池上清液达标排放;滤液重金属处理剂配方包括以下材料，其质量百分比为：①聚合态碱式氯化铝占35～45%;②聚合态碱式硫酸铁占30～40%;③氯化铁占15～25%;④硅酸钠占3～8%;滤液重金属处理剂投加量为120～140g/m3;
(4)将强化脱水至50%以下的污泥进行造粒加工成污水处理构筑物人工湿地用填料。
优选方案，所述城镇污水处理厂污泥强化处理及资源化利用方法，通过上述装置来实现，包括以下步骤：
(1)所述初级调质改性单元
由污泥中转泵将原污水处理厂含水率为98%的污泥抽取输送至卧式污泥混合反应罐，同时向初级调质改性剂溶药桶内投加初级调质改性剂，初级调质改性剂投加于溶药桶内后，加水并开启初级调质改性剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为10min-20min，药剂配好后直流进入初级调节改性剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入卧式污泥反应罐内，并开启卧式污泥混合反应罐搅拌机，使初级调质改性剂和污泥进行充分混合反应，并为混凝和聚合电解质的分配提供所需的能量;经过卧式污泥混合反应罐初级调质改性后污泥由高往低直流进入螺旋脱水浓缩机，污泥浓缩脱水后含水率由原来的98%降低至90%;
(2)所述强化调质改性单元
经过螺旋脱水浓缩机初步脱水后的污泥由高往低直流进入强化调质改性反应罐，同时向强化调质改性剂溶药桶内投加强化调质改性剂，强化调质改性剂投加于溶药桶内后，加水并开启强化调质改性剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为5min-10min，药剂配好后直流进入强化调质改性剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入强化调质改性反应罐内，并开启强化调质改性反应罐搅拌机，使强化调质改性剂和初步脱水后的污泥进行充分混合，以便强化污泥的调质改性;强化调质改性罐出泥进入调节均质罐，同时向增稠剂溶药桶内投加增稠剂，增稠剂投加于溶药桶内后，加水并开启增稠剂溶药桶搅拌机，搅拌反应时间为8min-15min，药剂配好后直流进入增稠剂加药桶，再由加药桶配套的柱塞式计量泵泵入调节均质罐内，并开启调节均质罐搅拌机，使之进行增稠反应;
(3)所述强化压滤脱水单元
调节均质罐内污泥由隔膜泵抽取进入隔膜板框压滤机，通过低压过滤和高压压榨，将污泥强化脱水至50%以下，压滤脱水后的滤液进入滤液重金属处理池，再经过滤液重金属处理剂加药桶向滤液重金属处理池投加重金属处理剂溶液，以对重金属进行沉淀吸附处理后，滤液重金属处理池上清液达标排放;经沉淀吸附后的底泥由滤液重金属处理池底泥排泥管排出，由有资质的单位进行处理或重金属回收;
(4)所述资源化利用单元
经隔膜板框压滤机压滤后含水率50%以下干污泥由皮带输送机输送至双螺杆破碎机，泥饼被粉碎至40目左右后由双螺旋输送机送至造粒机加工成污水处理构筑物人工湿地用填料，填料粒径为4～8mm;并通过气流干燥系统对造粒机内的湿式颗粒进行干燥;经造粒机造粒并干燥后的人工湿地用填料进入螺旋单斗称称重后进入包装及缝包机，包装后的产品通过倒袋平台由机器人码垛、自动托盘系统进入叉车入库。
进一步优选方案，步骤(1)中所述生物絮凝材料(BFI)的制备方法为：采集污水处理厂的回流污泥，经实验室分离筛选得到嗜酸性硫杆菌株，再将嗜酸性硫杆菌接种在培养基中，在25～35℃的条件下培养30～48h，培养基的主要成分为葡萄糖10～15g，牛肉膏2～6g，蛋白胨6～10g，(NH4)2SO40.1～0.2g，KH2PO42～6g,K2HPO43～7g，MgSO4·7H2O 0.2～0.6g，尿素0.2～0.6g，NaCl 0.02～0.05g，蒸馏水900～1100mL;然后将接种有嗜酸性硫杆菌的液体培养基进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min。除去底部沉淀，向离心后的上清液中加入1.5～2.5倍上清液体积的乙醇，将其混合均匀并使其出现沉淀，将沉淀再次进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min，得到沉淀并用乙醇充分水洗，最后将沉淀置于真空干燥箱内干燥至含水量小于10%即得。
进一步优选方案，步骤(2)中所述生物黏合材料(BFⅡ)的制备方法为：采集啤酒废水沉淀污泥，经实验室分离筛选得到红平红球菌株，再将红平红球菌接种在培养基中，在25～35℃的条件下培养30～48h，培养基的主要成分为葡萄糖10～15g，牛肉膏2～6g，蛋白胨6～10g，(NH4)2SO40.1～0.2g，KH2PO42～6g,K2HPO43～7g，MgSO4·7H2O 0.2～0.6g，尿素0.2～0.6g，NaCl0.02～0.05g，蒸馏水900～1100mL;然后将接种有红平红球菌的液体培养基进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min。第一次离心完之后除去底部沉淀，向离心之后的上清液中加入1.5～2.5倍上清液体积的乙醇，将其混合均匀并使其出现沉淀，将沉淀再次进行离心，转速为4000～4500r/min，时间为12～15min，得到沉淀并用乙醇充分水洗，最后将沉淀置于真空干燥箱内干燥至含水量小于10%即得。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
①利用生物基型调质改性剂应用于污泥的调质改性，其调质改性效果好。
②本发明强化脱水处理后污泥含水率低于50%，为污泥的资源化利用奠定了良好的基础。
③经强化脱水处理后的污泥加工成污水处理构筑物人工湿地用填料，资源化产品附加值高。