申请日2017.01.04
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C02F11/12
摘要
一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置和方法，该装置包括罐体，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;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;罐体侧壁设有进泥阀门。处理方法根据气温不同，当气温≤0℃，通过污泥入罐、污泥消毒、变压冷冻、相对真空溶解与回压及排泥排水完成污泥稳定化和减量化;当气温>0℃，通过罐体接种、污泥入罐、抽真空与厌氧发酵，并根据气温的不同，选择进行静沉或消毒后静沉后，排泥排水完成污泥稳定化和减量化。本发明装置及方法兼顾污泥浓缩、污泥消毒、污泥变压冻融、污泥沉淀等工艺，操作灵活性极大，适用于多种环境，且处理效果较好。
权利要求书
1.一种用于污泥减量化和稳定化处理的装置，其特征在于，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。
2.采用权利要求1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，其特征在于，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，负压真空溶解;
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。
3.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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罐体冰点条件下冷冻;
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罐体冰点条件下冷冻。
4.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，所述的方法(一)步骤4中，罐体内的压力范围为-3×102～0.5×102Kpa。
6.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
7.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求2所述的污泥进行减量化和稳定化处理的方法，其特征在于，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。
说明书
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。
