一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置及方法技术领域:
本发明属于环境保护技术领域,具体涉及一种用于污泥减量稳定化的装置及方
法。
背景技术:
至2015年全国污水处理能力约1.62亿立方米/日,产泥量极大,经二沉池流出剩余
污泥初始含水率达到99.9%,且污泥减量脱水困难。
污泥经过浓缩后直接机械脱水,使得污泥中有机物等没有得到稳定,对环境有较
大的危害性。
污泥通过厌氧发酵,污泥消毒等过程后,污泥得到一定的稳定,能减少对环境危
害。
实验研究发现:剩余污泥经过慢速冷冻,融化后污泥沉降性能得到提升,冻融过程
产生的冰针使污泥中絮体结构得到一定破坏。
目前许多研究证实:冻融处理可以降低污泥结合水含量、改善污泥脱水效果、杀灭
污泥病原菌、从含油污泥中分离油等。
通过氯气或次氯酸钠消毒后,污泥中微生物被氧化破坏,胞体结构也被破坏,使污
泥脱水更容易、且污泥毒害性降低。
我国北方寒冷地区,因冬季气候特征,适合污泥冻融处理,能降低污泥处理成本,
但夏季时候因气温原因,导致冻融处理不能常年进行,从而导致污泥冻融处理设备难以推
广。
目前,涉及污泥脱水稳定的设备较多,但大多功能单一,且较大比例采用序批示反
应器,在一定程度上限制了污泥脱水、稳定化的工艺和处理效果。
基于以上,集成一种能兼顾污泥消毒,污泥冻融,污泥发酵的工艺设备和方法具有
较大的工程实用价值。
发明内容:
本发明的目的是,针对现有技术中污泥脱水、污泥稳定化等污水厂工艺缺陷,提供
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置及方法,该装置集成污泥消毒,污泥冻融与污泥
发酵功能于一体,实现污泥的减量化和稳定化处理,适用于外界不同气候温度的变化。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置,该装置包括罐体,所述罐体顶部外侧
设有加压装置、抽真空装置、气压表、通气阀门和安全阀门;所述的罐体底部内侧设有分散
管道,底部外侧设有消毒装置和排泥阀门;所述的罐体侧壁设有进泥阀门;
其中:
所述的加压装置设有加压阀门,所述的加压装置通过加压阀门和罐体连接;
所述的抽真空装置设有抽真空阀门,所述的抽真空装置通过抽真空阀门和罐体连
接;
所述的消毒装置设有消毒阀门,所述的消毒装置通过消毒阀门和罐体底部内侧的
分散管道连接。
所述装置的所有阀门均可控制开闭,阀门打开能使罐体与外界或相应装置连接,
阀门闭合能切断连接,所有阀门闭合能密闭罐体。
所述的罐体能安全承受压力±5×102kpa。
所述的分散管道用于使由消毒装置投加的消毒药剂均匀分散进入罐体内,提高消
毒药物与污泥接触面积,提升消毒效果。
所述的消毒装置为曝气装置,或药剂投加装置。
所述的药剂为次氯酸钠、漂白粉或生石灰中的一种。
所述的曝气装置用于向污泥中曝入氯气。
所述的加压装置为打气机或气体发生器,所述的加压充入气体为空气或氮气中的
一种或几种。
所述的气压表,用于指示罐体气压值。
所述的安全阀门,用于保护罐体因气压过大或过低而破裂。
采用所述的用于污泥减量化和稳定化处理的装置,对污泥进行减量化和稳定化处
理的方法,根据气温的不同,当气温≤0℃时,采用方法(一);当气温>0℃时,采用方法
(二);具体操作步骤如下:
方法(一):
步骤1,污泥入罐:
开启进泥阀门,将污泥投入罐体;其中污泥投入量为罐体体积的1/2~4/5;
步骤2,污泥消毒:
(1)开启消毒阀门,通过消毒装置,向污泥中投入污泥消毒药剂;
(2)关闭装置所有阀门,使罐体处于密封状态,完成消毒,形成消毒后的污泥;
步骤3,变压冷冻:
根据气温情况,调整罐体内压力,使罐体内消毒后的污泥冰点降至气温以下,进行
冷冻;
步骤4,相对真空溶解;
溶解冷冻的污泥,并在溶解过程中,通过抽真空装置使罐体内保持相对真空状态,
形成溶解后的污泥,静置5~50min,溶解后的污泥沉降,实现泥水分离,形成底部浓缩污泥
与上部水分;
步骤5,回压及排泥排水
(1)开启罐体上部通气阀门,使罐体气压恢复至正常气压;
(2)开启排泥阀门,在重力作用下,底部浓缩污泥与上部水分先后排出,完成污泥
的减量化和稳定化处理;
方法(二):
步骤1,罐体接种:
向罐体中接种适宜污泥厌氧发酵的菌体;
步骤2,污泥入罐:
开启进泥阀门,将污泥投入罐体;其中,所述污泥投入量为罐体体积的1/2~4/5;
步骤3,抽真空与厌氧发酵
关闭进泥阀门,通过抽真空装置使罐体内保持负压状态,并达到厌氧环境,关闭抽
真空阀门,接种进入的厌氧发酵菌体使污泥发酵,形成发酵后的污泥;
步骤4,回压及排泥排水:
(1)当气温在0~15℃时,进行(1-1)的操作;当气温>15℃时,进行(1-2)的操作;
(1-1)静沉处理:
发酵后的污泥静止5~50min,发酵后的污泥沉降,实现泥水分离,形成底部浓缩污
泥与上部水分,开启罐体上部通气阀门,使罐体气压恢复至正常气压;
(1-2)消毒后静沉处理:
开启罐体上部通气阀门,使罐体气压恢复至正常气压后,开启消毒阀门,通过消毒
装置,向发酵后的污泥中投入污泥消毒药剂,完成消毒,形成消毒后的污泥,静置5~50min,
消毒后的污泥沉降,实现泥水分离,形成底部浓缩污泥与上部水分;
(2)开启罐体排泥阀门,在重力作用下,浓缩污泥与水分先后排出,完成污泥的减
量化和稳定化处理。
所述的方法(一)步骤1中,在开启进泥阀门之前,装置所有阀门处于关闭状态。
所述的方法(一)步骤2(1)中,在开启消毒阀门之前,装置所有阀门处于关闭状态。
所述的方法(一)步骤2(1)中,污泥消毒药剂为氯气、次氯酸钠、漂白粉或石灰中的
一种或几种。
所述的方法(一)步骤3中,根据气温情况,调整罐体内压力的方法为:
当气温低于罐体内压力下消毒后的污泥冰点,加大罐体内压力,使罐体内压力为
1.2×102~5×102Kpa,使消毒后的污泥在气温低于污泥冰点条件下冷冻;
当气温高于罐体内压力下消毒后的污泥冰点,封闭罐体0.5~3h后,降低罐体内压
力,使罐体压力降为-5×102~0.8×102Kpa,使消毒后的污泥在气温低于污泥冰点条件下冷
冻;
所述的方法(一)步骤3中,加大罐体内压力通过加压装置进行;降低罐体内压力通
过抽真空装置进行。
所述的方法(一)步骤3中,调整罐体内压力的同时,能够促进消毒后的污泥中消毒
药剂的溶解度。
所述的方法(一)步骤3中,污泥冷冻方式为自然冷冻或人工冻库冷冻。
所述的方法(一)步骤4中,在溶解过程中利用抽真空装置,使罐体气压达到相对真
空状态后,关闭所有阀门,使罐体封闭;当罐体内气压回升后,再次抽真空使罐体持续保持
相对真空状态。
所述的方法(一)步骤4中,溶解的方式为,利用气温回升溶解或者外加热源溶解。
所述的方法(一)步骤4中,使罐体内保持相对真空状态的目的在于,降低罐体内气
压,降低气体溶解度,排出污泥中的毛细水,罐体内压力范围为-3×102~0.5×102Kpa。
所述的方法(一)步骤4中,溶解后的污泥,生物活性降低、毒害性减弱,污泥得到一
定稳定,污泥中絮体结构得到破坏,溶解后的污泥能在几分钟内实现沉降,沉降性能加强,
且冻融使污泥中细胞破碎,有助重金属的溶出,经过机械脱水后,污泥中的重金属含量减
少。
所述的方法(一)步骤5(1)中,通气阀门开启后,罐体与大气连通,使罐体气压恢复
至正常气压。
所述的方法(一)步骤5(2)中,底部浓缩污泥送往机械脱水,上部水分回流至水厂
进水口。
所述的方法(一)和方法(二)中,所述的污泥来源于污水处理厂,所述污泥的含水
率为90~99.99%。
所述的方法(一)和方法(二)中,所述的污泥消毒,目的在于降低污泥中病源微生
物的危害性。
所述的方法(二)步骤1中,菌体接种方式为,投加来自污泥厌氧发酵坏境的污泥。
所述的方法(二)步骤3中,污泥发酵过程中,接种进入的厌氧发酵菌体利用污泥中
的有机物迅速繁殖并发酵污泥。
所述的方法(二)步骤3中,污泥发酵过程中,产生沼气,沼气通过排气阀门排出,并
进行资源化利用。
所述的方法(二)步骤3中,通过抽真空装置使罐体内保持负压状态的同时,罐体内
的氧气及液体水分中的溶解氧同时减少,使罐体内达到厌氧环境。
所述的方法(二)步骤3中,产生沼气的同时,罐体内由负压变为正压;所述沼气的
主要成分为甲烷。
所述的方法(二)步骤3中,污泥经过厌氧发酵后,生物活性、毒害性减弱,污泥得到
一定稳定,污泥中絮体结构得到破坏,脱水性能加强。
所述的方法(二)步骤4(1-1)中,通气阀门开启后,罐体与大气连通,使罐体气压恢
复至正常气压。
所述的方法(二)步骤4(1-2)中,在开启消毒阀门之前,装置所有阀门处于关闭状
态。
所述的方法(二)步骤4(1-2)中,污泥消毒药剂为氯气、次氯酸钠、漂白粉或石灰中
的一种或几种。
所述的方法(二)步骤4(1-2)中,污泥经发酵与消毒后,毒害性减少,沉降性能得极
大的提升,静置沉淀后,实现污泥的泥水分离。
所述的方法(二)步骤(1-1)和(1-2)中,底部浓缩污泥送往机械脱水,上部水分回
流至水厂进水口。
本发明的有益效果:
(1)本发明的用于污泥减量化和稳定化处理的装置操作灵活性大,适用于一般浓
缩池污泥,二沉池剩余污泥等高含水率污泥。
(2)本发明的用于污泥减量化和稳定化处理的装置适用于污泥浓缩、污泥消毒、污
泥冻融、污泥变压冻融、污泥沉淀等多种工艺。
(3)本发明的用于污泥减量化和稳定化处理的装置适用于多种地区和多种气候,
且可随着外界气温条件的变化调节处理工艺。
(4)本发明的污泥减量化和稳定化处理方法结合外界气候气温特点,加强污泥的
稳定和脱水。
附图说明:
图1为本发明用于污泥减量化和稳定化处理的装置结构示意图;
其中,1-进泥阀门,2-罐体,3-分散管道,4-消毒阀门,5-排泥阀门,6-安全阀门,7-
通气阀门,8-抽真空阀门,9-加压阀门,10-打气机或气体发生器,11-抽真空装置,12-气压
表,13-曝气机或药剂投加装置。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置,结构示意图如图1所示,包括罐体2,罐
体2顶部外侧设有打气机10、抽真空装置11、气压表12、通气阀门7和安全阀门6;罐体2底部
内侧设有分散管道3,;罐体2底部外侧设有曝气机13和排泥阀门5;罐体2侧壁设有进泥阀门
1;其中:
打气机10设有加压阀门9,打气机10通过加压阀门9和罐体2连接;
抽真空装置11设有抽真空阀门8,抽真空装置11通过抽真空阀门8和罐体2连接;
曝气机13设有消毒阀门4,曝气机13通过消毒阀门4和罐体2底部内侧的分散管道3
连接;
气压表12用于指示罐体2气压值;
安全阀门6用于保护罐体2因气压过大或过低而破裂。
采用所述的用于污泥减量化和稳定化处理的装置,对污泥进行减量化和稳定化处
理的方法,温度≤0℃,采用方法(一),具体操作步骤如下:
步骤1,污泥入罐:
使装置所有阀门处于关闭状态,开启进泥阀门1,将来源于污水处理厂,含水率为
99%的污泥投入罐体2;其中污泥投入量为罐体2体积的2/3;
步骤2,污泥消毒:
(1)使装置所有阀门处于关闭状态,开启消毒阀门4,通过曝气机13,向污泥中曝入
氯气,氯气由分散管道3均匀分散进入污泥中;
(2)关闭装置所有阀门,使罐体2处于密封状态,完成消毒,形成消毒后的污泥;
步骤3,变压冷冻:
经测得外界温度低于罐体2内压力下消毒后的污泥冰点,通过打气机10,充入空
气,加大罐体2内压力,使罐体2内压力保持在1.2×102~5×102Kpa,使消毒后的污泥在温度
低于该污泥冰点条件下,进行自然冷冻;
步骤4,负压真空溶解;
利用自然温度回升溶解冷冻的污泥,并在溶解过程中,通过抽真空装置11,使罐体
2气压达到相对真空状态后,关闭所有阀门,使罐体2封闭;当罐体2内气压回升后,再次抽真
空使罐体2持续保持相对真空状态,使罐体2内的压力保持在-3×102Kpa,形成溶解后的污
泥,溶解后的污泥生物活性降低、毒害性减弱,污泥得到一定稳定,污泥中絮体结构得到破
坏,沉降性能加强,静置5min,溶解后的污泥实现沉降,泥水分离,形成底部浓缩污泥与上部
水分;
步骤5,回压及排泥排水
(1)开启罐体2上部通气阀门7,罐体2与大气连通,使罐体2气压恢复至正常气压;
(2)开启排泥阀门5,在重力作用下,底部浓缩污泥与上部水分先后排出,底部浓缩
污泥送往机械脱水,因污泥经过冻融处理,污泥的脱水性能增强,污泥中微生物细胞得到一
定破碎作用,有助重金属的溶出,经过机械脱水后,污泥中的重金属含量减少,上部水分回
流至水厂进水口,完成污泥的减量化和稳定化处理。
实施例2
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置,结构示意图如图1所示,包括罐体2,罐
体2顶部外侧设有打气机10、抽真空装置11、气压表12、通气阀门7和安全阀门6;罐体2底部
内侧设有分散管道3,;罐体2底部外侧设有曝气机13和排泥阀门5;罐体2侧壁设有进泥阀门
1;其中:
打气机10设有加压阀门9,打气机10通过加压阀门9和罐体2连接;
抽真空装置11设有抽真空阀门8,抽真空装置11通过抽真空阀门8和罐体2连接;
曝气机13设有消毒阀门4,曝气机13通过消毒阀门4和罐体2底部内侧的分散管道3
连接;
气压表12用于指示罐体2气压值;
安全阀门6用于保护罐体2因气压过大或过低而破裂。
采用所述的用于污泥减量化和稳定化处理的装置,对污泥进行减量化和稳定化处
理的方法,温度≤0℃,采用方法(一),具体操作步骤如下:
步骤1,污泥入罐:
使装置所有阀门处于关闭状态,开启进泥阀门1,将来源于污水处理厂,含水率为
97%的污泥投入罐体2;其中污泥投入量为罐体2体积的4/5;
步骤2,污泥消毒:
(1)使装置所有阀门处于关闭状态,开启消毒阀门4,通过曝气机13,向污泥中曝入
氯气,氯气由分散管道3均匀分散进入污泥中;
(2)关闭装置所有阀门,使罐体2处于密封状态,完成消毒,形成消毒后的污泥;
步骤3,变压冷冻:
经测得外界温度高于罐体2内压力下消毒后的污泥冰点,对罐体2进行封闭0.5~
3h后,通过抽真空装置11,降低罐体2内压力,使罐体2压力降至-5×102~0.8×102Kpa,使消
毒后的污泥冰点降至温度以下,进行人工冻库冷冻;
步骤4,负压真空溶解;
利用外加热源溶解冷冻的污泥,并在溶解过程中,通过抽真空装置11,使罐体2气
压达到相对真空状态后,关闭所有阀门,使罐体2封闭;当罐体2内气压回升后,再次抽真空
使罐体2持续保持相对真空状态,使罐体2内的压力保持在0.5×102Kpa,形成溶解后的污
泥,溶解后的污泥生物活性降低、毒害性减弱,污泥得到一定稳定,污泥中絮体结构得到破
坏,沉降性能加强,静置10min,溶解后的污泥实现沉降,泥水分离,形成底部浓缩污泥与上
部水分;
步骤5,回压及排泥排水
(1)开启罐体2上部通气阀门7,罐体2与大气连通,使罐体2气压恢复至正常气压;
(2)开启排泥阀门5,在重力作用下,底部浓缩污泥与上部水分先后排出,底部浓缩
污泥送往机械脱水,因污泥经过冻融处理,污泥的脱水性能增强,污泥中微生物细胞得到一
定破碎作用,有助重金属的溶出,经过机械脱水后,污泥中的重金属含量减少,上部水分回
流至水厂进水口,完成污泥的减量化和稳定化处理。
实施例3
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置,结构示意图如图1所示,包括罐体2,罐
体2顶部外侧设有打气机10、抽真空装置11、气压表12、通气阀门7和安全阀门6;罐体2底部
内侧设有分散管道3,;罐体2底部外侧设有药剂投加装置13和排泥阀门5;罐体2侧壁设有进
泥阀门1;其中:
打气机10设有加压阀门9,打气机10通过加压阀门9和罐体2连接;
抽真空装置11设有抽真空阀门8,抽真空装置11通过抽真空阀门8和罐体2连接;
药剂投加装置13设有消毒阀门4,药剂投加装置13通过消毒阀门4和罐体2底部内
侧的分散管道3连接;
气压表12用于指示罐体2气压值;
安全阀门6用于保护罐体2因气压过大或过低而破裂。
采用所述的用于污泥减量化和稳定化处理的装置,对污泥进行减量化和稳定化处
理的方法,温度在0~15℃,采用方法(二),具体操作步骤如下:
步骤1,罐体接种:
向罐体2中投加来自污泥厌氧发酵坏境的污泥;
步骤2,污泥入罐:
开启进泥阀门1,将来源于污水处理厂,含水率为90%的污泥投入罐体2;其中,所
述污泥投入量为罐体2体积的1/2;
步骤3,抽真空与厌氧发酵
关闭进泥阀门1,通过抽真空装置11使罐体2内保持负压状态,通过抽真空装置11
使罐体2内保持负压状态的同时,罐体2内的氧气及液体水分中的溶解氧同时减少,使罐体2
内达到厌氧环境,关闭抽真空阀门8,接种进入的厌氧发酵菌体利用污泥中的有机物迅速繁
殖并发酵污泥,产生主要成分为甲烷的沼气,沼气通过排气阀门排出,并进行资源化利用,
产生沼气的同时,罐体2内由负压变为正压,发酵完成,形成发酵后的污泥;
污泥经过厌氧发酵后,生物活性、毒害性减弱,污泥得到一定稳定,污泥中絮体结
构得到破坏,脱水性能加强;
步骤4,回压及排泥排水:
(1)静沉处理:
发酵后的污泥静置5min,发酵后的污泥沉降,实现泥水分离,形成底部浓缩污泥与
上部水分,开启罐体2上部通气阀门7,罐体2与大气连通,使罐体2气压恢复至正常气压;
(2)开启罐体2排泥阀门5,在重力作用下,浓缩污泥与水分先后排出,浓缩污泥送
往机械脱水,水分回流至水厂进水口,完成污泥的减量化和稳定化处理。
实施例4
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置,结构示意图如图1所示,包括罐体2,罐
体2顶部外侧设有气体发生器10、抽真空装置11、气压表12、通气阀门7和安全阀门6;罐体2
底部内侧设有分散管道3,;罐体2底部外侧设有排泥阀门5,底部外侧设有药剂投加装置13;
罐体2侧壁设有进泥阀门1;其中:
气体发生器10设有加压阀门9,气体发生器10通过加压阀门9和罐体2连接;
抽真空装置11设有抽真空阀门8,抽真空装置11通过抽真空阀门8和罐体2连接;
药剂投加装置13设有消毒阀门4,药剂投加装置13通过消毒阀门4和罐体2底部内
侧的分散管道3连接;
气压表12用于指示罐体2气压值;
安全阀门6用于保护罐体2因气压过大或过低而破裂。
采用所述的用于污泥减量化和稳定化处理的装置,对污泥进行减量化和稳定化处
理的方法,温度>15℃,采用方法(二),具体操作步骤如下:
步骤1,罐体接种:
向罐体2中投加来自污泥厌氧发酵坏境的污泥;
步骤2,污泥入罐:
开启进泥阀门1,将来源于污水处理厂,含水率为99.99%的污泥投入罐体2;其中,
所述污泥投入量为罐体2体积的4/5;
步骤3,抽真空与厌氧发酵
关闭进泥阀门1,通过抽真空装置11使罐体2内保持负压状态,通过抽真空装置11
使罐体2内保持负压状态的同时,罐体2内的氧气及液体水分中的溶解氧同时减少,使罐体2
内达到厌氧环境,关闭抽真空阀门8,接种进入的厌氧发酵菌体利用污泥中的有机物迅速繁
殖并发酵污泥,产生主要成分为甲烷的沼气,沼气通过排气阀门排出,并进行资源化利用,
产生沼气的同时,罐体2内由负压变为正压,发酵完成,形成发酵后的污泥;
污泥经过厌氧发酵后,生物活性、毒害性减弱,污泥得到一定稳定,污泥中絮体结
构得到破坏,脱水性能加强;
步骤4,回压及排泥排水:
(1)消毒后静沉处理:
开启罐体2上部通气阀门7,使罐体2气压恢复至正常气压后,使装置所有阀门处于
关闭状态,开启消毒阀门4,通过药剂投加装置13,向发酵后的污泥中,按2~10mg/g SS投入
次氯酸钠,由分散管道3均匀分散进入污泥中,完成消毒,形成消毒后的污泥,污泥经发酵与
消毒后,毒害性减少,沉降性能得极大的提升,静置50min,消毒后的污泥沉降,实现泥水分
离,形成底部浓缩污泥与上部水分;
(2)开启罐体2排泥阀门5,在重力作用下,浓缩污泥与水分先后排出,浓缩污泥送
往机械脱水,水分回流至水厂进水口,完成污泥的减量化和稳定化处理。