申请日2015.10.15
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F11/18; C02F11/12; C02F11/14
摘要
本发明公开了一种污泥热预处理破壁装置，其沿污泥的流动方向依次贯通设置有：进料单元，其设有进料口;破壁单元，其连接于所述进料单元，所述破壁单元包括设有加热介质进出口的壳体和内置于所述壳体的破壁管道;出料单元，其连接于所述破壁单元，设有一出料口;支座，其支撑于所述破壁单元底部;其中，所述进料单元与所述破壁单元、所述破壁单元与所述出料单元之间还分别固接于连接板;所述连接板上开设有贯通孔，所破壁管道延伸并固定于所述贯通孔。本发明还公开了一种应用所述破壁装置进行污泥处理的方法，可有效的破坏污泥微生物的细胞壁及微生物胞外物质与水的结合键，促进污泥的后续机械脱水效率，大幅度降低污泥最终干化步骤的能耗。
权利要求书
1.一种污泥热预处理破壁装置，其特征在于，沿污泥的流动方向依次贯 通设置有：
进料单元，其设有进料口，
破壁单元，其连接于所述进料单元，所述破壁单元包括设有加热介质进 出口的壳体和内置于所述壳体的破壁管道，
出料单元，其连接于所述破壁单元，所述出料单元设有一出料口;
其中，所述进料单元与所述破壁单元、所述破壁单元与所述出料单元之 间还分别固接于连接板;
其中，所述连接板上开设有与所述破壁管道相对应的贯通孔，所述破壁 管道延伸并固定于所述贯通孔。
2.如权利要求1所述的污泥热预处理破壁装置，其特征在于，还包括：
输送单元，其贯通连接于所述进料单元，所述输送单元具有输料口、与 所述输料口垂直贯通连接的筒体、以及可在所述筒体内往复运动的活塞送料 杆，
其中，所述活塞送料杆前端还依次固接一锥形压榨锤和凸柱，所述凸柱 上安装一开设有挤压孔的圆形挡板;
所述筒体内壁设有与所述锥形压榨锤相对应的压榨腔，当所述锥形压榨 锤与所述压榨腔相抵顶时，所述锥形压榨锤、所述压榨腔及所述圆形挡板形 成一仅供污泥从所述挤压孔挤出的内部空腔。
3.如权利要求1所述的污泥热预处理破壁装置，其特征在于，所述破壁 管道的外直径为50～60mm，壁厚为2～3mm。
4.如权利要求1所述的污泥热预处理破壁装置，其特征在于，所述破壁 管道为串联或并联设置。
5.如权利要求1所述的污泥热预处理破壁装置，其特征在于，所述破壁 管道为并联设置，所述破壁管道依据所述加热介质的流动方向，在所述连接 板上呈正三角形排列设置，所述破壁管道的中心距为所述破壁管道外径的1.3 倍。
6.一种应用如权利要求1所述破壁装置进行污泥处理的方法，其特征在 于，包括如下步骤：
步骤一：将经聚丙烯酰胺絮凝浓缩后的污泥使用孔径为10～20mm的滤 网进行过滤，其中所述浓缩后污泥的含水量为80～90wt%;
步骤二：将步骤一得到的污泥使用所述破壁装置在80～100℃下热预处 理40～60min;
步骤三：将步骤二得到的污泥经机械脱水至含水量至40～45wt%;
步骤四：将步骤三得到的污泥经污泥干燥机干化至含水量为8～15wt%。
7.如权利要求6所述污泥处理的方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为 阳离子聚丙烯酰胺，所述阳离子聚丙烯酰胺的阳离子度为45～50%。
8.如权利要求6所述污泥处理的方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的 数均分子量为550～800万，所述聚丙烯酰胺的加入量为0.2～0.35wt%。
9.如权利要求6所述污泥处理的方法，其特征在于，所述热处理的能量 来源于蒸汽发生装置、工业余热、导热油中的一种或几种。
10.如权利要求9所述污泥处理的方法，其特征在于，所述工业余热选 自蒸汽余热、废气余热、烟气余热、冷却基质余热、油田伴生气、炼油气中 的一种或几种。
说明书
一种污泥热预处理破壁装置及污泥处理方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，特别涉及一种污泥热预处理破壁装置及污泥 处理方法。
背景技术
在污水的处理工程中，一般会通过添加各种助凝剂或混凝剂，使污水中 的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚形成絮凝体，随着絮凝体体积的进 一步增大，在重力作用下脱离水相沉淀形成大量污泥。其中，聚丙烯酰胺由 于原料易得，具有优良的吸附架桥作用和电中和作用，污泥颗粒絮凝效果好， 得到了广泛的应用。
污泥处理最重要的步骤就是分离污泥中的水分，减少污泥的体积，从而 减轻后续处理环节的污泥体积负荷。但由于污泥中的有机物大部分是微生物 的细胞物质，为细胞壁和细胞壁所包裹，此外，聚丙烯酰胺与污泥中亲水性 物质形成复合胶体网状结构的同时，聚丙烯酰胺长链条也把大量的水也卷裹 了起来，从而导致污泥絮体颗粒内部水和结合水的量增多，对后期过滤脱水 阻力大，使用压滤、离心等机械装置脱水后，污泥的含水量仍高达70～80wt%， 这造成了污泥干化步骤所需温度高，耗费时间长，增加了污泥干燥脱水的能 耗成本。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种污泥热预处理破壁装置，其能够对絮凝 浓缩得到的污泥进行热破壁处理，破坏结合水与污泥絮凝颗粒之间的联系， 并使污泥中的微生物细胞体受热膨胀破裂，释放胞内水分，改善污泥的脱水 性能。
本发明还有一个目的是通过应用所述破壁设备对污泥进行处理，通过选 择合适的絮凝剂进行絮凝，改善污泥絮凝体的内外层结构及稳定性，在保证 污泥沉降效果的同时，提高了污泥的热预处理破壁效果，从而进一步提高了 污泥的脱水性能。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种污泥热预处理 破壁装置，其沿污泥的流动方向依次贯通设置有：
进料单元，其设有进料口，
破壁单元，其连接于所述进料单元，所述破壁单元包括设有加热介质进 出口的壳体和内置于所述壳体的破壁管道，
出料单元，其连接于所述破壁单元，所述出料单元设有一出料口;
其中，所述进料单元与所述破壁单元、所述破壁单元与所述出料单元之 间还分别固接于连接板;
其中，所述连接板上开设有与所述破壁管道相对应的贯通孔，所述破壁 管道延伸并固定于所述贯通孔。
优选的是，其中，还包括：
输送单元，其贯通连接于所述进料口，所述输送单元具有输料口、与所 述输料口垂直贯通连接的筒体、以及可在所述筒体内往复运动的活塞送料杆，
其中，所述活塞送料杆前端还依次固接一锥形压榨锤和凸柱，所述凸柱 上安装一开设有挤压孔的圆形挡板;
所述筒体内壁设有与所述锥形压榨锤相对应的压榨腔，当所述锥形压榨 锤与所述压榨腔相抵顶时，所述锥形压榨锤、所述压榨腔及所述圆形挡板形 成一仅供污泥从所述挤压孔挤出的内部空腔。
絮凝后稠厚的污泥从输料口进入输送筒体内，在活塞送料杆的推动下向 前运行，当锥形压榨锤推动污泥进入压榨腔时，随着压榨腔内部直径的逐渐 缩小，污泥受到极大的压榨压力，然后污泥继续前行进入由锥形压榨锤、压 榨腔及圆形挡板组成的内部空腔内，污泥受到的压力瞬间降低;
接着，活塞送料杆向远离破壁单元的方向做回复运动，圆形挡板向内挤 压内部空腔内的污泥，污泥经挤压孔的挤压剪切力形成污泥条，进入输送筒 体的末端，压力瞬时突降，最终随活塞送料杆的往复运动被推向破壁单元。
由此，污泥进入输送筒体内，依次经压榨锤和压榨腔的压榨压力→锥形 压榨锤、压榨腔及圆形挡板组成的内部空腔内压力的瞬时降低→圆形挡板的 挤压压力及挤压孔的挤压剪切力→输送筒体尾端压力的再次突降，污泥经过 两次因压力突降而产生的急剧扩张，污泥的结构遭到破坏，污泥变疏松，部 分结合键发生断裂;
此外，污泥分别在压榨腔和挤压孔受到压榨、挤压和剪切力，污泥絮凝 团内大部分的间隙水及部分污泥颗粒内的毛细管水被释放出来形成游离水， 污泥实现固液分离，污泥的流动性及均一性明显增强，此外污泥颗粒与其表 面吸附的结合水之间的结合能力也在一定程度上被破坏。
优选的是，其中，所述破壁管道的外直径为50～60mm，壁厚为2～3mm， 以保证污泥的热破壁效果及加热介质的利用效率。
优选的是，其中，所述破壁管道为串联或并联设置。
优选的是，其中，所述破壁管道为并联设置，以减小破壁装置的外观体 积尺寸及提高热利用效率，所述破壁管道依据所述加热介质的流动方向，在 所述连接板上呈正三角形排列设置，使传热介质在流动时易产生湍流，提高 传热效率，从而提高污泥的热预处理破壁效果，所述破壁管道的中心距为所 述破壁管道外径的1.3倍，通过在连接板上对破壁管道进行合理排布，既保 证可排列更多的管道，又保证连接板足够的强度。
本发明的目的还可以进一步由应用所述破壁装置进行污泥处理的方法来 实现，该方法包括如下步骤：
步骤一：将经聚丙烯酰胺絮凝浓缩后的污泥使用孔径为10～20mm的滤 网进行过滤，其中所述浓缩后污泥的含水量为80～90wt%;
步骤二：将步骤一得到的污泥使用所述破壁装置在80～100℃下热预处 理40～60min;
步骤三：将步骤二得到的污泥经机械脱水至含水量至40～45wt%，在实 际生产中破壁处理后的污泥经机械脱水可至含水量为35wt%左右，但综合考 虑到机械脱水设备的工作负荷及后续高温干化所消耗的能量，将破壁污泥经 机械脱水至含水量为40～45wt%即可;
步骤四：将步骤三得到的污泥经污泥干燥机干化至含水量为8～15wt%。
优选的是，其中，所述聚丙烯酰胺为阳离子聚丙烯酰胺，所述阳离子聚 丙烯酰胺的阳离子度为45～50%，一般城镇生活污泥多是带负电的胶态物质， 选择阳离子聚丙烯酰胺得到的絮凝效果更好，合适阳离子度的选择可保证污 泥絮团的稳定性，进一步提高后续破壁及机械脱水效果。
优选的是，其中，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为550～800万，污泥本 身含有大量的微生物细胞，胞内水比例较高，此外污泥表面存在的胞外聚合 物中的蛋白质也带有很多高度亲水的基团，絮凝剂聚丙烯酰胺加入后，可包 裹污泥颗粒，改变了污泥微粒之间的接触表面，污泥絮凝沉降，但聚丙烯酰 胺的分子量不能过高，否则污泥微粒表面被全部覆盖，不但由于排斥作用絮 凝效果变差，也会影响热预处理过程中对污泥微生物细胞的破壁处理及对胞 外结合水的去除效果。
优选的是，其中，所述聚丙烯酰胺的加入量为0.2～0.35wt%，污泥中的 胞外聚合物(EPS)是微生物用于自我保护和相互粘附的天然有机物，EPS 是活性污泥絮体中仅次于微生物和水的主要组成之一，EPS可以和污泥中的 水分结合形成氢键，从而结合大量的水，絮凝剂的加入可破坏EPS的内外层 结构，降低其表面游离EPS层的持水性，内部紧密结合的EPS层再通过热破 壁处理，与水之间的氢键被破坏，但聚丙烯酰胺的加入量也不能过高，否则 易造成污泥颗粒间的电荷排斥，污泥颗粒被聚丙烯酰胺大量包裹，也不利于 后续的热预处理的破壁效果。
优选的是，其中，所述热处理的能量来源于蒸汽发生装置、工业余热、 导热油中的一种或几种。
优选的是，其中，所述工业余热选自蒸汽余热、废气余热、烟气余热、 冷却基质余热、油田伴生气、炼油气中的一种或几种，由于应用本发明的污 泥热预处理破壁方法仅需在80～100℃下进行操作，因此在实际应用过程中， 可根据现有工艺及设备情况，选择不同的工业余热应用方式。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明提供的污泥热预处理破壁装置实用性强，操作简单，工作稳 定，可有效破坏污泥微生物的细胞壁及微生物胞外物质与水的结合键，显著 降低污泥的比阻值，有助于下一步的机械脱水步骤及降低后续干化步骤的能 耗;
(2)由于输送筒体内锥形压榨锤、压榨腔以及带有挤压孔的圆形挡板的 设置，污泥在进入破壁单元前先后受到两次挤压压榨压力及两次压力的瞬时 突降，污泥的结构遭到破坏，污泥变得疏松，部分结合键发生断裂，且污泥 絮凝团内大部分的间隙水及部分污泥颗粒内的毛细管水释放出来形成游离 水，污泥颗粒与其表面吸附的结合水之间的结合能力也在一定程度上被破坏， 污泥初步固液分离，污泥的流动性及均一性明显增加，这都进一步提高了污 泥在破壁管道的破壁效果;
(3)本发明还提供了应用所述破壁装置进行污泥处理的方法，通过选择 合适类型、分子量、电荷密度等的聚丙烯酰胺与污泥进行适当吸附交联，在 保证污泥良好絮凝浓缩的基础上，提高污泥絮团的稳定性，以及污泥EPS和 微生物细胞与加热介质的接触面，进一步提高了污泥的破壁破解效果。
本发明的其他优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将 通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
