申请日2014.06.11
公开(公告)日2014.10.22
IPC分类号C02F11/14; C02F11/12
摘要
一种污泥脱水的方法及其设备，该方法处理污泥的各步骤如下：将污泥置于反应装置中进行搅拌，同时加入磁性材料进行反应处理，然后将该反应装置接通水平电场电源并施加水平压力，使其中的污泥发生脱水。磁性材料的加入可以增加污泥絮体尺寸、破坏污泥胞外聚合物结构，从而改善污泥的脱水性能;另外，磁性材料的微磁场和导电等性能对电场脱水产生辅助作用，最终脱除污泥中的自由水和部分束缚水。该污泥脱水设备包括反应装置、搅拌器、电源、加压装置等，操作过程简单，性能稳定。该污泥处理方法可以有效降低污泥含水率，减小污泥体积，提升污泥资源化潜力经应用表明，本发明创造可以使脱水污泥含水率达到10%-50%。
摘要附图
权利要求书
1.一种污泥脱水的方法及其设备，其特征是包括如下顺序进行的步骤：将污泥置于反应装置中进行搅拌，同时加入磁性材料进行定时反应处理;处理结束后，移开搅拌装置，接通电源、施加压力，在水平电场和压力场联合作用下进行定时脱水。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征是步骤中所述的反应装置为方形池，一侧为活塞式阳极，可以加压移动，另一侧为阴极，两极之间为污泥腔;阴极外侧有滤出液腔，腔底有滤出液收集口。
3. 如权利要求1所述的处理方法，其特征是步骤中所述的污泥为城市污水处理厂产生的污泥，包括活性污泥，消化污泥以及浓缩污泥等。
4. 如权利要求1所述的处理方法，其特征是步骤中所述的磁性材料包括铁的氧化物(如磁铁矿和磁赤铁矿等)、纯金属(如Fe、Co等)、合金(如CoPt3、FePt等)以及尖晶石型铁磁体(如MFe2O4等)等中一种或多种，磁性材料的粒径为10nm-100μm。
5. 如权利要求1和4所述的磁性材料，特征是步骤中的加入量为50-500g/kg干污泥。
6. 如权利要求1所述的处理方法，其特征是步骤中所述的搅拌装置可选择桨板式、螺旋桨式、透平式等形式，实行快慢两阶段搅拌方式，相应的搅拌强度和时间分别为100-1000rpm/min、0.5-5min和20-200rpm/min、15-30min。
7. 如权利要求1所述的处理方法，其特征是步骤中所述的水平电场电压为10-700V，水平压力为10-1000kPa，脱水时间为0.5-5.5h。
8. 一种污泥脱水的方法及其设备，包括污泥的预处理以及污泥的水平电场与压力场联合脱水过程，其特征如下：
污泥预处理设备：搅拌装置(10)，使用时安装在反应装置内，用于依据权利要求6所述搅拌程序对污泥进行磁性材料反应处理;
污泥水平电场-压力场联合脱水设备：直流电源(1)，用于提供电场脱水所需驱动动力;反应装置(2)，用于污泥压力电脱水;反应装置(2)中污泥腔(3)用于盛放待脱水污泥，当污泥与磁性材料反应处理完成后，移开搅拌装置(10)，将水平密封板(9)装在污泥腔(3)上方，使污泥腔(3)呈密封状态;将阳极(6)和阴极(7)分别接上电源(1)的对应端口;开启电源开关的同时接通压力动力带动活塞阳极向污泥施加压力，启动脱水;脱水过程中被脱除的水分通过滤布(8)进入滤出液腔(4)，最后由收集口(5)流出。
9. 如权利要求8所述的处理设备，特征是经过脱水之后的污泥含水率可达10%-50%。
说明书
一种污泥脱水的方法及其设备
技术领域
本发明属于污泥处理处置技术领域，特别涉及一种污泥脱水以致减量化的方法。
背景技术
市政污泥是城市污水处理厂中污水处理单元所产生的固体废弃物，据有关部门预测，我国城市污水量在未来的20年还会有较大增长(2020年污水排放量将达到540亿t/年)，随之而来的污泥量也将会增加(5.4~21.6亿t/年)。因此，污泥的处置问题已成为各国市政行业面临的重要问题。污水处理单元中产生的活性污泥水分含量可达99%以上，消化污泥水分含量可达96%以上。目前，污泥处理方面存在的主要问题是污泥的脱水效果差、含水率较高，从而给污泥的后续处理以及运输带来了很大困难，严重制约了污泥的处理处置工作的开展。因此，合理高效的污泥脱水技术显得越来越重要。
现有的污泥脱水方法大致可分为自然干燥、热干化、机械脱水、电脱水四类，上述方法也有结合使用的情况。自然干燥法方法简单，但占地面积大，处理周期长，卫生条件差，并且受气候因素影响。热干化能脱除污泥内部难以去除的表面水和水合态水，可以使污泥最大化减量，但工艺设备复杂，操作要求及能耗高。机械脱水如压缩过滤、重力沉降、离心作用等可有效去除污泥的自由水，但间隙水、表面水、水合态水却难以去除。在脱水过程中，随着自由水的脱除，颗粒会堆积在过滤介质上导致介质的堵塞，影响脱水的进一步进行;机械压力的施加，也会对过滤介质造成破坏。机械脱水后污泥的含水率一般为80%至85%左右。电脱水是利用外加电场增强污泥脱水性能的方法，水的脱除发生在每一个絮凝体颗粒的内、外表面，间隙水和自由水同时被脱除，颗粒密度均匀地增大。
污泥电脱水技术尤其是与压力联合作用下具有脱水效果好、操作稳定、运行及设备成本低等优势，为污水处理厂污泥的处理处置提供了一个安全、经济的实施方案，也为污泥的减量化、无害化处理及资源化应用提供了一个广阔的市场。
公开号为CN200610016350.2的中国专利申请公开了一种污水污泥脱水处理工艺和装置。该工艺是通过以下的技术路线实现的：首先通过机械压滤装置对污泥进行压滤，当污泥含水率达到80%-85%，启动压力协同电渗透装置进行污泥脱水，当压力协同电渗透进行污泥脱水的脱水速率变慢为其初始压力协同电渗透脱水速率的60%以下时，停止此装置，启动超声波调质装置对脱水污泥进行调质，调质后的污泥再采用压力协同电渗透装置进行污泥脱水。此方法过程繁琐，环节多有反复，操作不便。虽然效果可观，但不论是机械压力装置，还是压力协同电渗透装置，或是超声波调质装置，动力需求都较高，相对而言所耗总成本较高，不够经济。
公开号为CN103482846A的中国专利申请公开了一种污泥脱水方法与装置。此专利是采用污泥预脱水，控制其含固率在8%以上。然后将其与调制药品在混合反应器中高速搅拌使其发生混合反应，经管道反应器控制药品继续反应时间，最后对污泥进行强脱水。此专利装置针对含固率为8%左右的污泥，适用范围太小，且装置结构和操作均较为复杂，占地面积大，维护不易。另外此方法初始时需要预脱水，最后需要强脱水，中间环节的调质对脱水效果具体所起作用有待进一步研究，经济耗费大，成本高。
据此，本发明旨在针对现有技术存在的问题提供一种流程简短、装置简单、操作方便、效果优良且经济成本低的脱水方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种污泥脱水处理的方法及其设备，本污泥脱水方法是在压力水平电场反应器内，利用磁性材料对污泥进行前期预处理并接着使用压力水平电场对污泥中水分进行脱除。该污泥处理方法在降低污泥含水率，减小污泥体积，降低污泥运输及后续处置费用等方面效果好，且具有操作简单，材料可回收使用等优点。
为实现本发明的目的，本发明提供一种污泥脱水处理的方法，包括以下顺序进行的步骤：将污泥置于反应装置中进行搅拌，同时加入磁性材料进行定时反应处理;处理结束后，移开搅拌装置，接通电源、施加压力，在水平电场和压力场联合作用下进行定时脱水。
其中，步骤中所述的待脱水污泥为市政生活污水处理厂产生的污泥，优选为好氧活性污泥与厌氧消化污泥。
尤其是，水平加压电场反应器如图1所示。
其中，步骤中所述的磁性材料的种类为铁的氧化物(如磁铁矿和磁赤铁矿等)、纯金属(如Fe、Co等)、合金(如CoPt3、FePt等)以及尖晶石型铁磁体(如MFe2O4等)中的一种或几种，优选为铁氧体磁性材料。磁性材料粒径在微米或纳米级别，所述粒径为10nm-100μm为宜。
尤其是，搅拌装置为桨板式、螺旋桨式、透平式等几种中的一种或几种。
特别是，预处理时设置的搅拌强度分两个阶段，分别是快速搅拌和慢速搅拌。快速搅拌强度设置为100-1000rpm/min，优选为550-900rpm/min;时间设置为0.5-5min，优选为0.5-2.5min。慢速搅拌强度设置为20-200rpm/min，优选为50-150rpm/min，时间设置为15-30min，优选为20-25min。
尤其是，污泥预处理过程中，磁性材料作为处理材料，特征是在搅拌过程中需与污泥充分且均匀混合。
其中，步骤中压力水平电场电脱水装置提供电场为水平电场，提供压力为水平压力。
特别是，电场为恒压电场，在整个脱水过程中，电压保持稳定，且在10-700V，优选为25-500V。水平压力由自动装置控制，压力设置为10-1000kPa，优选为100-700kPa。
尤其是，污泥脱水时间设置在0.5-5.5小时为宜，优选为1-4小时。
本发明的污泥脱水方法及其设备具有如下优点：
1、本发明的污泥脱水方法结合了污泥预处理和压力电场联合脱水，充分发挥了两者的优势。首先，用磁性材料作为污泥预处理材料，基于其本身存在的微磁场效应，能有效地破坏污泥中胞外聚合物结构，使部分束缚水释放。其次，此材料具有很高的表面能，共价键和分子键的亲和作用使得磁性材料表面带电，在其等电点下，污泥中的物质如蛋白质、胶体物质以及溶解性有机物等可直接被吸附在磁性材料上;其表面所带的正电荷能中和污泥表面所带的负电荷，使得污泥Zeta电位降低，污泥絮体增大，从而很好地改善污泥脱水性能。另外，用磁性材料处理后的污泥在电场中进行脱水时，磁性材料产生的微磁场与外加电场产生感应，能加快污泥脱水速率，提高污泥脱水效率。在施加水平压力的条件下，能大大加快脱水速率，提高脱水效果。磁性材料预处理方法与压力电场脱水方法的结合是优势互补的体现。
2、本发明的污泥脱水方法主要包括污泥预处理和压力电场脱水两个部分，进行一次完整的过程所需时间短，而且操作方便，时间及人力成本低。
3、本发明的污泥预处理部分所用材料为磁性材料，可通过药品制备，某些种类也可通过矿山开发所得。此外，由于磁性材料具有磁性特征，在经过脱水之后，还可对其进行回收重复利用。因此，此方法药剂成本低。另外，磁性材料不会如PAM随着滤出液进入液体体系中改变液体体系的性能，对脱水后续液体体系的处理处置操作没有任何影响。
4、本发明的污泥预处理部分所用药剂为磁性材料，投加时直接投入固体粉末即可，无需配成溶液，简单方便。
5、本发明污泥脱水部分所用反应器如附图所示，结构简单，操作方便，可长期使用且维护成本低。无需高电压、高压力即可高效工作。
6、本发明的污泥脱水方法脱水效果好，污泥最终含水率下降50%以上，污泥体积大大减小，很大程度上降低了交通运输的难度以及存放的占地面积。
7、本发明的脱水方法设备结构紧凑、占地面积小、运行成本低、操作简便，缩短了污泥脱水时间，提高了污泥脱水效率。并且清洁、安全、高效，药剂可回收，是一种绿色环保的污泥脱水方法。
