專利名稱：污泥脫水工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污泥脫水工藝及裝置，屬于污水處理和固體廢棄物處理領(lǐng)域的污泥處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與城市化進程的加快，城鎮(zhèn)污水及其污泥數(shù)量快速增加。我國年產(chǎn)濕污泥已高達1200萬噸，年增長速度為10-15％之間。由于污泥處理成本占污水處理廠處理成本的50％左右，成本很高，因此我國許多污水處理廠往往只處理到污水而避開了污泥處理，以填埋和堆放為主，引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題。因此，在積極進行污水處理的同時對污泥進行科學(xué)合理的處理處置已是勢在必行。
污水廠污泥是一種不均勻的、復(fù)雜的分散系，含水率高達95-99％，體積和數(shù)量龐大，易發(fā)臭，因此，必須進行及時處理，進行脫水減量，以利于后繼處理與處置。污泥中水分的存在形式通常劃分四類自由水分，間隙水，表面吸附水，細胞水和化學(xué)結(jié)合水。自由水分可以通過重力沉降除去；間隙水可以通過強機械力去除；而細胞水及化學(xué)結(jié)合水難于用機械方法去除。另外，污泥中含有大量的有機成分，蘊藏著大量的資源。但是，無論是進一步的處理還是資源化，都需要降低含水率，因此，降低含水率是污泥處理的必須工序和過程。其方法可分為加熱和非加熱，一般而言，加熱法比非加熱法的成本要高得多，因此，在高含水率段，應(yīng)采用非加熱方式。但是污泥呈膠體特性，很難脫水，即使加入絮凝劑，并經(jīng)機械壓濾，也很難脫到75％以下，而且，當含水率低于80％時，壓濾脫水的難度增大，效率下降，成本大幅增加。
污泥處理處置是污水處理領(lǐng)域的難題之一，國內(nèi)尚未形成有效的處理工藝，而發(fā)達國家雖已形成完整的工藝和技術(shù)體系，但成本很高，且在非燃煤國家，污泥的資源化難度大，一般以焚燒為主。在這種情況下，許多科技工作者也探索減少污泥產(chǎn)生量的方法，及零排放的技術(shù)，但是在成本方面存在著巨大的障礙，難于實際應(yīng)用，而且完全零排放在技術(shù)上也難于做到。因此，無害化和減量化仍然是污泥處理的主要途徑。因此，針對產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥，探索低成本處理處置，使其減量化、無害化、高效率資源化的方法，已成為我國乃至全世界環(huán)境界共同關(guān)注的課題。由于經(jīng)機械壓濾的污泥含水率仍然很高，因此進一步的脫水是必不可少的工序。而在脫水方法中，加熱干化由于耗能多，難于普及使用。因此，污泥在高含水率段的非加熱脫水(以下簡稱物理脫水)技術(shù)及其裝置的開發(fā)對于污泥處理和資源化的具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種污水污泥脫水處理工藝和裝置，該工藝過程成本低，脫水效率高，速度快，可大大降低脫水污泥的含水率，有利于實現(xiàn)污泥處理工藝的低成本目標。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)路線加以實現(xiàn)的，本發(fā)明的污泥脫水處理裝置，包括機械壓濾裝置，超聲波調(diào)質(zhì)裝置和壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，以及吸附脫水材料裝置，其中壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中的陰極置于污泥的脫水裝置一方，陽極置于污泥的另一方；超聲波調(diào)質(zhì)裝置主要包括超聲波發(fā)生器，超聲波轉(zhuǎn)換器以及超聲觸頭三部分組成。
污水廠濃縮污泥送入機械壓濾裝置進行壓濾，當污泥含水量達到80-85％，啟動壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，當壓力協(xié)同電滲透進行污泥脫水的脫水速率變慢為其初始壓力協(xié)同電滲透脫水速率的60％以下時，停止壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，啟動超聲波調(diào)質(zhì)裝置對脫水污泥進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的污泥再采用壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，壓力協(xié)同電滲透脫水直流電場梯度范圍0.1-3V/mm，超聲波頻率范圍為16-100kHz，超聲波比能耗輸入為10-300kW.h/T干固體，污泥濾餅厚度范圍2-50mm。
采用包括機械壓濾裝置，超聲波調(diào)質(zhì)裝置和壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，以及吸附脫水材料裝置進行污水廠污泥的脫水處理，其特征在于包括以下過程污水廠濃縮污泥送入機械壓濾裝置進行壓濾，當污泥脫水較為困難時(對應(yīng)的污泥含水量達到80-85％)，啟動壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，當壓力協(xié)同電滲透進行污泥脫水的脫水速率變慢為其初始壓力協(xié)同電滲透脫水速率的60％時，停止壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，啟動超聲波調(diào)質(zhì)裝置對脫水污泥進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的污泥再采用壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水。根據(jù)脫水污泥不同的目標含水率需要，可以重復(fù)上述超聲波調(diào)質(zhì)、壓力協(xié)同電滲透脫水工序以及吸附脫水過程1-5次。
本發(fā)明所提供的污水廠污泥脫水裝置及工藝主要包括污水廠污泥的常溫條件下的超聲波調(diào)質(zhì)過程，機械壓濾脫水過程，直流電場作用下的壓力協(xié)同電滲透脫水過程和吸水材料的吸附脫水過程。
本工藝中的超聲波調(diào)質(zhì)過程，機械壓濾脫水過程，直流電場作用下的壓力協(xié)同電滲透脫水過程和吸水材料的吸附脫水過程可以采用各工序順序排列的方法進行連續(xù)污泥脫水，也可以采用各工序集中在一起使超聲波調(diào)質(zhì)過程，機械壓濾脫水過程，直流電場作用下的壓力協(xié)同電滲透脫水過程和吸水材料的吸附脫水過程重疊交叉作用進行間歇污泥脫水。
機械壓力協(xié)同電滲透脫水過程中或結(jié)束后在污泥出水處水分聚集區(qū)域采用吸水材料進行污泥吸附脫水處理，加快污泥脫水速率。本工藝中各個工序根據(jù)需要可以選擇在污泥被加熱條件下進行操作，溫度范圍30-50℃。污泥加熱方法可以采用蒸汽或熱風加熱，還可以采用夾套內(nèi)通熱溶液進行加熱。
機械壓濾機可以是帶式壓濾機也可以是離心式的，優(yōu)選帶式壓濾機。壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中的壓力裝置可以有帶式和板框式等。帶式壓力有利于連續(xù)操作，且陰極置于帶式的下方，陽極置于上方，吸附脫水裝置布置在陰極側(cè)的下后方污泥脫除水分聚集區(qū)域。板框適合于間歇操作，直流電場水平施加，陰極布置在脫水裝置的后方，吸附脫水裝置布置在陰極側(cè)污泥脫除水分聚集區(qū)域。吸附脫水材料為海綿狀材料，其材質(zhì)可以是如聚乙烯醇，聚氨酯等具有吸水性能的材質(zhì)。
本污泥脫水工藝中的壓力協(xié)同電滲透脫水直流電場梯度范圍0.1-3V/mm，污泥濾餅厚度范圍2-50mm。由于脫水過程中，泥餅厚度在不斷變薄，因此在本發(fā)明中的壓力協(xié)同電滲透脫水工序中的直流電壓數(shù)值以壓力協(xié)同電滲透脫水操作起初的泥餅厚度為計算依據(jù)。超聲波調(diào)質(zhì)系統(tǒng)中的超聲波頻率范圍為16-100kHz，超聲波比能耗輸入為10-300kW.h/T干固體。本污泥脫水工藝中的污水廠污泥脫水目標可根據(jù)具體情況設(shè)定如使污泥含水率小于70％等。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一在于污水廠污泥的超聲波調(diào)質(zhì)，通過超聲波的特殊高溫、高壓和射流等物理化學(xué)效應(yīng)改變污泥固體粒子屬性，改變污泥中各種水分的比例，從而更加有利于污泥脫水，降低純粹機械脫水過程中后期脫水存在的困難。調(diào)質(zhì)污泥在壓力協(xié)同電滲透脫水作用下，污泥主體中的水分在電場作用下使水分子快速從污泥的陽極區(qū)移向污泥陰極區(qū)，在機械壓力作用下使得陰極區(qū)污泥中水分脫除。壓力協(xié)同電滲透脫水技術(shù)使污泥脫水過程中污泥主體中水分含量梯度較為一致，有利于充分發(fā)揮電場作用，加速脫水速率，更好的降低污泥含水率。當壓力協(xié)同電滲透脫水速率較慢時，再經(jīng)過超聲波調(diào)質(zhì)改變污泥中各種水分的比例后，再進行壓力協(xié)同電滲透脫水進一步使污泥含水率降低。如此交互作用達到高效率，低成本地充分降低污泥含水率的目的。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之二在于污水廠污泥在壓力協(xié)同電滲透脫水過程中或者結(jié)束后在脫水裝置污泥出水處水分聚集區(qū)域采用吸水材料進行吸附脫水，從而加快污泥脫水速率，而且容易使污泥脫水更為充分。
本發(fā)明通過污泥的超聲波調(diào)質(zhì)過程與機械壓力協(xié)同電滲透脫水過程的交互進行的工藝即其裝置，低成本，高效率，快速的進行污泥脫水，實現(xiàn)污泥的低含水率，為后續(xù)的污泥低成本處理奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明實施例1-4的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例5-8的流程示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例1-2中帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例3-4中超聲波、帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例5-6中板框壓力協(xié)同電滲透脫水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例7-8中超聲波、板框壓力協(xié)同電滲透脫水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明實施例1-8中超聲波調(diào)質(zhì)裝置構(gòu)成示意圖。
圖中1-污泥；2-機械壓濾裝置；3-壓力協(xié)同電滲透脫水裝置；4-超聲波調(diào)質(zhì)裝置；5-陽極金屬碾壓帶；6-帶孔的陰極金屬碾壓帶；7-吸水材料；8-直流電源；9-輥軸；10-板框壓濾機；11-污泥出水孔板；12-陽極板；13-帶孔陰極板；14-超聲波發(fā)生器；15-超聲波轉(zhuǎn)換器；16-超聲觸頭具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明實施例1.
如圖1所示，將含水率為95％的絮凝濃縮的污水廠污泥1送入帶式壓濾機2中進行機械壓濾脫水，當污泥機械壓濾脫水較為困難，脫水速率變慢(污泥含水率為82％)后，進入自制的帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置3進行快速脫水。裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，脫水污泥1從裝置3的一端進入，通過輥軸9的轉(zhuǎn)動作用，在陽極金屬碾壓帶5和帶孔的陰極金屬碾壓帶6的帶動下污泥向裝置3的末端進行，并且通過陽極金屬碾壓帶5和帶孔的陰極金屬碾壓帶6的擠壓作用對污泥脫水，而且在啟動直流電源8時陽極金屬碾壓帶5和帶孔的陰極金屬碾壓帶6之間形成直流電場，從而實現(xiàn)對污泥的加速脫水作用，其中直流電場強度為0.1V/mm。通過調(diào)節(jié)傳送帶的傳送速度，控制污泥離開時其脫水速度約為剛進入帶式壓力協(xié)同電滲透脫水速率的60％，污泥離開自制的帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置后通過傳送帶進入超聲波調(diào)質(zhì)裝置4中進行污泥調(diào)質(zhì)。超聲波調(diào)質(zhì)裝置主要由超聲波發(fā)生器14，超聲波轉(zhuǎn)換器15以及超聲觸頭16所構(gòu)成(結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示)。污泥調(diào)質(zhì)時超聲觸頭16進入污泥中進行調(diào)質(zhì)作用，超聲波頻率為16kHz，比功率輸入為300kWh/T干固體，調(diào)質(zhì)后的污泥從超聲波調(diào)質(zhì)裝置被再次送入自制的機械帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置3進行機械壓力協(xié)同電滲透脫水，直至污泥脫水速率較困難時停止污泥脫水，此時污泥含水率為69.5％，濾餅厚度50mm。脫水污泥通過傳送裝置放入污泥存放池中，污泥脫除水分收集到污水存放池中。
實施例2.
工藝流程及裝置如實施例1，所不同的是自制的帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置3的陰極側(cè)的下后部污泥水分聚集區(qū)域采用聚氨酯吸水材料7進行吸附脫水處理(如圖3所示)，壓力協(xié)同電滲透脫水處理以及超聲波污泥調(diào)質(zhì)處理工序中的污泥采用熱風加熱，溫度為50℃，壓力協(xié)同電滲透脫水處理中的直流電壓梯度為3V/mm，超聲波頻率為100kHz，比功率輸入為20kWh/T干固體，超聲波調(diào)質(zhì)即壓力協(xié)同電滲透脫水工序重復(fù)5次，污泥脫水結(jié)束后的污泥含水率為61.9％，濾餅厚度2mm。
實施例3.
工藝流程如實施例2，所不同的是與實施例1和實施例2中的壓力協(xié)同電滲透脫水裝置相比本工藝中壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中結(jié)合了超聲觸頭16，超聲觸頭16從污泥陽極側(cè)進入污泥進行超聲調(diào)質(zhì)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。該裝置實現(xiàn)了超聲波改質(zhì)、壓慮與直流電場電滲透三方面作用的疊加。污泥用熱風加熱，加熱溫度為40℃，直流電壓梯度為1.5V/mm，超聲波頻率為60kHz，比功率輸入為30kWh/T干固體，超聲波調(diào)質(zhì)與超聲波、壓力協(xié)同電滲透脫水工序重復(fù)3次，污泥脫水結(jié)束后的污泥含水率為65.9％，濾餅厚度6mm。
實施例4.
工藝流程如實施例3，所不同的是超聲波、帶式壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中超聲觸頭16從污泥陰極側(cè)進入污泥進行調(diào)質(zhì)操作，污泥加熱溫度為30℃，超聲波、壓力協(xié)同電滲透脫水處理中的直流電場梯度為2V/mm，超聲波頻率為40kHz，比功率輸入為200kWh/T干固體，超聲波調(diào)質(zhì)與超聲波、壓力協(xié)同電滲透脫水工序只進行1次，污泥脫水結(jié)束后的污泥含水率為67.6％，濾餅厚度10mm。
實施例5.
如圖2所示，將含水率為97.5％的濃縮污水廠污泥送入板框式壓濾裝置2中進行壓濾，當污泥含水率為83％時停止機械壓濾脫水，污泥送入下一工序進行板框式機械壓力協(xié)同電滲透脫水裝置3中進行污泥脫水操作。壓力協(xié)同電滲透裝置3結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，10為板框壓濾設(shè)備，11為下部污泥出水孔板，12為陽極板，13為帶孔的陰極板。脫水污泥進入該裝置后在機械壓慮10的作用下進行機械脫水，接通直流電源8后，在陽極板12和陰極板13之間形成直流電場，對污泥進行電滲透脫水，污泥脫水水分從裝置下部的帶孔板11和陰極板13處漏出，當污泥壓力協(xié)同電滲透脫水速率為其初始脫水速率的60％時停止該工序，用聚氨酯吸水材料7對陰極側(cè)水分聚集區(qū)域進行吸附脫水操作，直至污泥表面水分充分吸附后污泥離開吸附脫水工序進入超聲波調(diào)質(zhì)工序4。超聲波調(diào)質(zhì)裝置構(gòu)成同實施例1-4。污泥調(diào)質(zhì)后進入壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中進行污泥脫水，脫水結(jié)束后再進行污泥吸附脫水，吸附脫水操作后再次進行超聲波調(diào)質(zhì)、機械壓力協(xié)同電滲透脫水工序。該工藝中污泥在熱風作用下加熱到30℃，結(jié)束時的脫水污泥含水率為65.4％。該工藝中直流電場強度為2.0V/mm，超聲波頻率為40kHz，比功率輸入為30kW.h/T干固體，濾餅厚度8mm。
實施例6.
裝置與流程同實施例5。不同的地方如下直流電場強度為1.5V/mm，超聲波頻率為60kHz，超聲波比功率輸入為100kW.h/T干固體，重復(fù)超聲波調(diào)質(zhì)和壓力協(xié)同電滲透脫水2次，污泥溫度35℃，脫水污泥最終含水率為66.5％，濾餅厚度15mm。
實施例7.
工藝流程如實施例5。不同之處如下在壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中加入超聲波調(diào)質(zhì)功能，實現(xiàn)了超聲波改質(zhì)、壓慮與直流電場電滲透三方面作用的疊加；其結(jié)構(gòu)如圖6所示，超聲觸頭16從污泥陰極側(cè)進入污泥進行調(diào)質(zhì)；直流電場強度為2.5V/mm，超聲波頻率為60kHz，超聲波比功率輸入為150kW.h/T干固體，不進行重復(fù)超聲波調(diào)質(zhì)和超聲波、壓力協(xié)同電滲透脫水工序，污泥溫度40℃，脫水污泥最終含水率為66.9％，濾餅厚度25mm。
實施例8.
工藝流程如實施例7。不同之處在于該工藝中超聲波、壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中超聲波發(fā)觸頭16從污泥的陽極側(cè)而不是從陰極側(cè)進入污泥進行污泥改質(zhì)，直流電場強度為3V/mm，濾餅厚度20mm，污泥含水率為66.4％。
本發(fā)明公開和提出的污泥脫水工藝，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變工藝路線和參數(shù)等環(huán)節(jié)實現(xiàn)。本發(fā)明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種污泥脫水處理裝置，包括機械壓濾裝置，超聲波調(diào)質(zhì)裝置和壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，以及吸附脫水材料裝置，其特征在于壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中的陰極置于污泥的脫水裝置一方，陽極置于污泥的另一方；超聲波調(diào)質(zhì)裝置主要包括超聲波發(fā)生器，超聲波轉(zhuǎn)換器以及超聲觸頭三部分組成。
2.如權(quán)利要求1所述的污泥脫水處理裝置的處理工藝，其特征是，污水廠濃縮污泥送入機械壓濾裝置進行壓濾，當污泥含水量達到80-85％，啟動壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，當壓力協(xié)同電滲透進行污泥脫水的脫水速率變慢為其初始壓力協(xié)同電滲透脫水速率的60％以下時，停止壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，啟動超聲波調(diào)質(zhì)裝置對脫水污泥進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的污泥再采用壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，壓力協(xié)同電滲透脫水直流電場梯度范圍0.1-3V/mm，超聲波頻率范圍為16-100kHz，超聲波比能耗輸入為10-300kW.h/T干固體，污泥濾餅厚度范圍2-50mm。
3.如權(quán)利要求2所述的污水污泥脫水處理工藝，其特征是，所述的超聲波調(diào)質(zhì)、壓力協(xié)同電滲透脫水工序以及吸附脫水過程重復(fù)1-5次。
4.如權(quán)利要求2所述的污水污泥脫水處理工藝，其特征是，所述的超聲波調(diào)質(zhì)過程，機械壓濾脫水過程，直流電場作用下的壓力協(xié)同電滲透脫水過程和吸水材料的吸附脫水過程采用各工序順序排列的方法進行連續(xù)污泥脫水，或采用各工序集中在一起使超聲波調(diào)質(zhì)過程，機械壓濾脫水過程，直流電場作用下的壓力協(xié)同電滲透脫水過程和吸水材料的吸附脫水過程重疊交叉作用進行間歇污泥脫水。
5.如權(quán)利要求2所述的污水污泥脫水處理工藝，其特征是，所述的污泥被加熱條件下進行操作，溫度范圍30-50℃。
6.如權(quán)利要求2所述的污水污泥脫水處理工藝，其特征是，所述的污水污泥脫水處理工藝中，污泥在壓力協(xié)同電滲透脫水過程中或者結(jié)束后在脫水裝置污泥出水處水分聚集區(qū)域采用吸水材料進行吸附脫水，從而加快污泥脫水速率，而且容易使污泥脫水更為充分。
全文摘要
本發(fā)明涉及污泥脫水工藝及裝置，包括機械壓濾裝置，超聲波調(diào)質(zhì)裝置和壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，以及吸附脫水材料裝置，壓力協(xié)同電滲透脫水裝置中的陰極置于污泥的脫水裝置一方，陽極置于污泥的另一方；超聲波調(diào)質(zhì)裝置主要包括超聲波發(fā)生器，超聲波轉(zhuǎn)換器以及超聲觸頭三部分組成。污水廠濃縮污泥送入機械壓濾裝置進行壓濾，當污泥含水量達到80－85％，啟動壓力協(xié)同電滲透脫水裝置進行污泥脫水，當壓力協(xié)同電滲透進行污泥脫水的脫水速率變慢為其初始壓力協(xié)同電滲透脫水速率的60％以下時，停止壓力協(xié)同電滲透脫水裝置，啟動超聲波調(diào)質(zhì)裝置對脫水污泥進行調(diào)質(zhì)。本發(fā)明低成本，高效率，為后續(xù)的污泥低成本處理奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號C02F11/12GK1948192SQ200610016350
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者張書廷, 劉勇 申請人:天津大學(xué)