申请日 20170929
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 C02F11/147
摘要
本发明提供了一种污泥深度脱水处理方法及污泥脱水反应系统，该处理方法为：污泥和丙烷在低温高压条件下反应生成丙烷水合物，直至丙烷的分压不再下降，污泥深度脱水过程完成；污泥脱水反应系统包括：高压反应器、钢瓶、水浴槽和冷却器。本发明的处理方法具有免调理剂投加、工艺简单、成本低廉等特点，其不仅避免了传统污泥机械脱水工艺前调理药剂投加所造成的二次环境污染风险，而且同时还可以实现污泥含水率的有效降低；另外，污泥脱水过程完成后，丙烷水合物分解的丙烷可重复利用及水可免处理直接排放，均降低了污泥脱水工艺对自然资源的消耗，因此，本发明的处理方法具有较高的经济效益、社会环境效益和较大的市场应用前景。
权利要求书
1.一种污泥深度脱水处理方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将污泥加入高压反应器内；
(2)、向所述高压反应器内通入丙烷；
(3)、使所述污泥与所述丙烷在恒温下发生反应生成丙烷水合物，随着丙烷水合物反应过程的进行，所述丙烷的分压降至相平衡压力；
(4)、重复进行所述步骤(2)和所述步骤(3)的次数为n-1次，直至丙烷水合物反应过程中丙烷的分压不再下降，释放压力，排出脱水污泥；
步骤(1)中，所述污泥为污水处理厂的剩余污泥或河湖的疏浚底泥,所述污泥的含水率为95-99％；所述污泥加入高压反应器后，调节所述高压反应器的温度至1-4℃；
步骤(2)中，通入丙烷后丙烷的分压达至400-500kPa，所述丙烷的纯度＞95％；
步骤(4)中，所述n的取值范围为16-41中的整数。
2.根据权利要求1所述的污泥深度脱水处理方法，其特征在于：步骤(3)中，所述相平衡压力为169-396kPa。
3.根据权利要求1所述的污泥深度脱水处理方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(a)、将污泥通过高压反应器的污泥注入管加入所述高压反应器的反应器本体内，通过冷却器来调节置于支架上的水浴槽的温度，使得位于所述水浴槽内的所述高压反应器的温度降至1-4℃并保持；
(b)、通过所述高压反应器的减压阀，将钢瓶内的丙烷通入所述高压反应器的反应器本体内；
(c)、维持所述步骤(a)和所述步骤(b)的反应体系的温度至1-4h，使所述污泥与所述丙烷发生反应生成丙烷水合物，随着丙烷水合物反应过程的进行，所述丙烷的分压降至相平衡压力；
(d)、重复进行所述步骤(b)和所述步骤(c)的次数为n-1次，直至丙烷水合物反应过程中丙烷的分压不再下降，通过所述高压反应器的释压阀，将所述高压反应器的反应器本体内的压力释放，将脱水污泥通过所述高压反应器的快开阀从所述高压反应器的反应器本体内排出。
说明书
污泥深度脱水处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种污泥深度脱水处理方法及污泥脱水反应系统。
背景技术
污泥是污水生物处理的必然产物，其携带有大量病原菌、重金属及毒害性有机污染物，如不妥善处置，将会造成严重的污染环境的风险。自20世纪90年代以来，随着我国经济建设与城镇化水平的快速发展，污水产生量日益增大，相应地污水收集处理率也逐步提高，进而产生大量污泥。因此，大量产生的污泥对我国环境污染防治及社会资源的可持续利用构成了严峻挑战。
由于技术、资金等因素的限制，我国污水处理行业存在“重水轻泥”的现象，污泥的安全处理处置已成为水污染控制领域的薄弱环节。大约80％的污泥尚未得到安全处理处置，随意堆存成为了污水厂污泥的主要排放出路，由此造成的二次污染不仅严重威胁了污泥堆场附近的环境质量，而且还与当今社会生态文明发展理念相悖，因此，安全、高效、节能、低成本的污泥处理处置技术已成为环境质量提升的必然要求与水污染控制技术主流的发展趋势。
污泥深度脱水可有效实现污泥减容、降低流动性、提高焚烧热值等目的，因此，无论是污泥运输、堆肥、焚烧，还是固化稳定化、填埋，均对污泥的含水率做出了严格的要求，例如《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质(GB/T23485‐2009)》规定卫生填埋污泥含水率必须低于60wt％；而通常认为污泥自持燃烧的含水率上限应为50wt％；对于好氧堆肥，则要求污泥含水率低于60wt％，否则不利于堆体中的气体传质。总之，高含水率特性是制约污泥无害化处置的关键控制因子，因此污泥脱水是实现污泥高效、低成本处理与资源化利用的重要前提。然而，污泥组成的成分极度复杂，有机质含量通常占总固体含量的70‐80wt％，且有机组分具有高度的亲水性和持水性，使得污泥呈胶体状的絮体结构，脱水性能极差。
目前，以聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)为代表的混凝剂、絮凝剂仍是广泛使用的污泥脱水调理剂，其通过电性中和与吸附架桥作用改变污泥固体颗粒的表面电性与聚集状态，可在一定程度上降低污泥的间隙水含量，促进污泥自由水的脱除，但对于表面附着水及结合水的去除并无明显的作用优势，因此采用上述传统调理剂后，再进行机械脱水，污泥含水率只能降至80wt％左右。再者，聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC) 的投加还向污泥中引入大量氯离子，加剧了污泥焚烧工艺中的二噁英生成风险，Fe3+的引入则会造成污泥处理设备的腐蚀，而聚丙烯酰胺(PAM)的投加所不可避免引入的丙烯酰胺单体具有长期的环境赋存特性及潜在生物毒性，上述缺陷严重限制了传统脱水调理剂的可持续推广应用。另外，对于污泥深度脱水工艺而言，生石灰作为脱水固化药剂而得以广泛使用，但投加量通常达污泥湿重的10‐15wt％，投加量高、增容比大、调节污泥pH值至碱性等均成为了传统脱水固化剂制约污泥后续资源化利用与处理效率的主要因素。因此，在兼顾环境、社会和经济效益平衡的前提下，免调理的污泥高效深度脱水技术具有广阔的市场应用前景与社会环境效益。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，首要目的是提供一种污泥深度脱水处理方法，该处理方法具有免调理剂投加、工艺流程简单易行等特点。
本发明的第二个目的是提供一种实现上述处理方法的污泥脱水反应系统。
本发明的第三个目的是利用上述污泥脱水反应系统进行污泥深度脱水的方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种污泥深度脱水处理方法，其包括如下步骤：
(1)、将污泥加入高压反应器内；
(2)、向高压反应器内通入丙烷；
(3)、使污泥与丙烷在恒温下发生反应生成丙烷水合物(C3H8·17H2O)，随着丙烷水合物 (C3H8·17H2O)反应过程的进行，丙烷的分压降至相平衡压力；
(4)、重复进行步骤(2)和步骤(3)的次数为n‐1次，直至丙烷水合物反应过程中丙烷的分压不再下降，释放压力，排出脱水污泥。
优选地，步骤(1)中，污泥为污水处理厂的剩余污泥或河湖的疏浚底泥。
优选地，步骤(1)中，污泥的含水率为95‐99％。
优选地，步骤(1)中，污泥加入高压反应器后，调节高压反应器的温度至1‐4℃。
优选地，步骤(2)中，通入丙烷后丙烷的分压达至400‐500kPa，丙烷为工业丙烷，其纯度＞95％。
优选地，步骤(3)中，相平衡压力为169‐396kPa。
优选地，步骤(4)中，n的取值范围为16‐41中的整数。
一种实现上述的污泥深度脱水处理方法的污泥脱水反应系统，其包括：
高压反应器，用于进行污泥深度脱水过程；
钢瓶，用于提供丙烷，钢瓶与高压反应器连接；钢瓶的材质为不锈钢；
水浴槽，用于调节高压反应器的温度值，高压反应器位于水浴槽内；
冷却器，用于调节水浴槽的温度值，冷却器与水浴槽连接。
进一步，污泥脱水反应系统还包括：支架，用于支撑水浴槽和高压反应器的顶部。支架的材质为不锈钢。
实际上，高压反应器包括：
反应器本体，用于储存污泥；
污泥注入管，用于将污泥注入反应器本体内；
减压阀，用于通入丙烷；
压力表，用于显示反应器本体内的压力值；
释压阀，用于释放反应器本体内的压力；
快开阀，用于排出脱水污泥。
进一步，高压反应器还包括：反应器视窗，用于观察反应器本体内丙烷水合物与污泥的分离情况。
优选地，反应器本体的形状为圆柱体，横截面为圆形；高压反应器的高度为30‐150cm，高压反应器的底面直径为5‐30cm。
优选地，水浴槽为圆柱体形的玻璃缸；水浴槽的高度为45‐180cm，水浴槽的底面直径为 30‐50cm。
一种采用上述的污泥脱水反应系统处理污泥深度脱水的方法，其包括如下步骤：
(a)、将污泥通过高压反应器的污泥注入管加入高压反应器的反应器本体内，通过冷却器来调节置于支架上的水浴槽的温度，使得位于水浴槽内的高压反应器的温度降至1‐4℃并保持；
(b)、通过高压反应器的减压阀，将钢瓶内的丙烷通入高压反应器的反应器本体内；
(c)、维持步骤(a)和步骤(b)的反应体系的温度至1‐4h，使污泥与丙烷发生反应生成丙烷水合物，随着丙烷水合物反应过程的进行，丙烷的分压逐渐降至相平衡压力；
(d)、重复进行步骤(b)和步骤(c)的次数为n‐1次，直至丙烷水合物反应过程中丙烷的分压不再下降，通过高压反应器的释压阀，将高压反应器的反应器本体内的压力释放，将脱水污泥通过高压反应器的快开阀从高压反应器的反应器本体内排出。
其中，排出脱水污泥后将高压反应器的温度升至5‐10℃，丙烷水合物分解为水和丙烷，水直接排放或回用，丙烷收集待重复利用。
优选地，步骤(a)中，高压反应器的反应器本体内的污泥为污水处理厂的剩余污泥或河湖的疏浚底泥。
优选地，步骤(a)中，高压反应器的反应器本体内的污泥的含水率为95‐99％。
优选地，步骤(b)中，高压反应器的反应器本体中通入丙烷后丙烷的分压达至400‐500kPa，丙烷为工业丙烷，纯度＞95％。
优选地，步骤(c)中，丙烷的相平衡压力为169‐396kPa。
优选地，步骤(d)中，n的取值范围为16‐41中的整数。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明的处理方法简单易行，且无需其他污泥工业调理剂投加和污泥预处理工艺过程，可以克服传统污泥机械脱水工艺前药剂投加量高、污泥增容比大、污泥脱水效率低、脱除水仍需进一步处理等缺点，不仅减少污泥调理剂投加可能产生的二次环境污染风险，而且同时还可实现污泥含水率的有效降低；另外，本发明的污泥深度脱水处理过程完成后，丙烷水合物分解后的丙烷可重复利用以及水可免处理直接排放，均降低了自然资源的消耗和工艺运行成本，因此，本发明的处理方法具有较高的经济效益、社会环境效益和较大的市场应用前景。
（发明人：柴晓利;武博然;周焜 ）