申请日2003.05.27
公开(公告)日2005.08.17
IPC分类号C02F1/52; B01D61/00; C02F11/18; C02F11/04; C02F11/12
摘要
一种处理来自自来水厂和废水处理厂的污泥的方法和装置。该方法处理来自自来水厂或废水处理厂(W/WTP)的、含有沉积的无机化学絮凝剂和沉积的有机物质的污泥(C1)，该方法包括以一定的方式向所述污泥(C1)中加入酸(F)，从而得到具有低pH值的第一污泥混合物(G)。所述第一污泥混合物(G)包含溶解的无机化学絮凝剂和所述有机物质。将所述污泥混合物(G)通过换热器(VVX1)和(VVX2)泵送入压力罐(T7)。将所得到的第一浓缩物(H)进料至至少一个膜过滤过程(F1)，在其中得到浓缩物(I)和(J)。
権利要求書
1.一种处理来自自来水厂或废水处理厂(W/WTP)的污泥(C1)的方 法，所述污泥包含沉积的无机化学絮凝剂和沉积的有机物质，所述方法包 括以一定方式向所述污泥(C1)中加入酸(F)，从而得到具有低pH值的第一 污泥混合物(G)，所述第一污泥混合物包含溶解的无机化学絮凝剂和所述 有机物质，其特征在于：
向压力罐(T7)中泵送所述污泥混合物(G);和
向至少一个膜过滤过程(F1)中进料所得到的第一浓缩物(H)，在其中 得到浓缩物(I)和渗透物(J)。
2.权利要求1的方法，其特征在于通过泵(P2)泵送所述污泥混合 物(G);和向所述压力罐(T7)加入热量(VVX 1 & VVX 2)。
3.权利要求1的方法，其特征在于将所述污泥混合物(G)与来自至 少一个膜过滤过程(F1)的再循环浓缩物(I)混合。
4.权利要求1的方法，其特征在于用第一浓缩物(I)作为第一污泥 混合物(G)重复所述第一膜过滤过程(F1)。
5.权利要求1的方法，其特征在于在所述第一渗透物(J)和所述污 泥混合物(G)之间进行换热。
6.权利要求1的方法，其特征在于通过升压驱动所述第一膜过滤 过程(F1)和第二膜过滤过程(F2)。
7.权利要求1的方法，其特征在于以与所述第一渗透物(J)相同的 流量泵送所述第一污泥混合物(G)。
8.权利要求1的方法，其特征在于压力罐(T7)中的温度超过100 ℃。
9.权利要求1的方法，其特征在于所述第一膜过滤过程(F1)为超 滤和/或微滤。
10.权利要求1的方法，其特征在于向第二膜过滤过程(F2)进料所 述第一渗透物(J)，从而得到第二浓缩物(K)和第二渗透物(L)，其中所述 第二浓缩物(K)主要含有溶解的无机化学絮凝剂。
11.权利要求10的方法，其特征在于所述第二膜过滤过程(F2)为纳 米过滤和/或反渗透。
12.权利要求10的方法，其特征在于在中和罐(T8)中向所述第二渗 透物(L)中加入碱(P)。
13.权利要求1的方法，其特征在于溶解的无机化学絮凝剂为三价 铝和/或铁离子。
14.权利要求1的方法，其特征在于向从压力罐(T7)中放出的浓缩 物(M)中加入碱(N)，从而得到至少为中性pH值的第二污泥混合物(O)。
15.权利要求14的方法，其特征在于所述碱(M)为氧化钙或氢氧化 钙。
16.权利要求14的方法，其特征在于向消化过程中进料所述污泥混 合物(O);或通过从加热的污泥混合物(O)中蒸发水而干燥所述污泥混合物 (O)。
17.权利要求1的方法，其特征在于使所述第二污泥混合物(O)与污 泥混合物(G)进行换热。
18.权利要求1的方法，其特征在于所述浓缩物(I)包含水解的有机 物并且是无菌的。
19.权利要求1的方法，其特征在于所述渗透物(J)包含溶解的无机 化学絮凝剂。
20.权利要求1的方法，其特征在于向所述压力罐(T7)中加入纯水， 从而进一步回收所述无机化学絮凝剂。
21.与自来水厂或废水处理厂(1)相关的污泥处理装置(CTS)，其特 征在于至少一个压力罐(T7)装置与至少一个膜过滤装置(F1)串联。
22.权利要求21的装置，其特征在于在与至少一个膜过滤过程(F1) 串联的所述压力罐装置(T7)前面设置用于加酸的第一溶解罐(T6)。
23.权利要求21的装置，其特征在于在所述第一溶解罐(T6)的出口 部分设置换热器，从而在所述污泥混合物(G)与所述渗透物(I)和/或所述 污泥混合物(O)之间进行换热。
24.权利要求21的装置，其特征在于所述膜过滤装置(F1)为超滤装 置和/或微滤装置。
25.权利要求21的装置，其特征在于所述装置包括至少一个第一膜 过滤装置(F1)和至少一个第二膜过滤装置(F2)，二者串联设置。
26.权利要求25的装置，其特征在于中和罐(T8)设置在所述第二膜 过滤装置(F2)之后。
27.权利要求25的装置，其特征在于所述第二膜过滤装置(F2)为纳 米过滤装置和/或反渗透装置。
说明书
来自自来水厂和废水处理厂的污泥的处理方法
技术领域
本发明涉及对来自自来水厂和废水处理厂的污泥的处理。更具体地， 本发明涉及与用来净化水的自来水厂和废水处理厂相关的污泥的处理方 法和装置，从而一方面从污泥中回收化学絮凝剂，该化学絮凝剂随后进行 进一步处理和重新应用，另一方面同时进行水解。
背景技术
当由地表水得到纯水时，在大多数情况下必须分离悬浮物和有机物。 有机物不容易分离，也被称为腐殖物质，是一种棕色物质，其在死亡植物 的不完全降解过程中产生。它们以不同的量天然存在于湖和河道中。在几 种情况下，当这种腐殖物质存在于自来水厂中待净化的水中时，在不加入 化学絮凝剂的情况下，不能得到足够纯的水。
悬浮物质的分离降低了水的浊度，而有机物质的分离也可以改善水的 味道。在废水处理的过程中，需要分离悬浮物质和有机杂质。另外，还需 要分离磷。
为了进行这种分离，通常加入无机化学絮凝剂，如铁或铝的三价金属 盐。从而在缓慢搅拌条件下形成金属离子、羟基絮凝物，这些物质能够包 围和吸收悬浮物质和溶解在水中的有机物质。另外，溶解于水的磷可以与 铁或铝一起形成可分离的难溶化合物。
絮凝终止后，所形成的絮凝物以不同的方式进行分离，如通过浮选/ 砂滤、沉降/砂滤或仅通过砂滤而进行分离，此时形成污泥。在自来水厂 中，通常是将所分离的污泥直接从装置泵送回接收器，作为稀污泥送至污 泥池。另外，可以对污泥脱水，例如在离心机中脱水，然后进行沉积。在 废水处理厂中，污泥可以在离心机中脱水或在消化池中进行处理。在比较 暖和的国家，可以将污泥放置在干燥床中然后进行沉积。
来自废水处理厂的污泥有时被用作土壤改良剂，但这种方法通常受到 批评，这是因为污泥经常含有不想要的物质如重金属。
由自来水厂返回至污泥池的污泥接收器或贮罐的污泥对环境可能有 负面影响。另外，沉积后的污泥的输送和贮存费用是很高的，并且对环境 具有负面影响。环境组织和部门已经意识到这一点，并且目前已经有许多 地方禁令。另外，有些国家要求如果可能的话则循环利用，因此预期未来 会有更广的禁令。对于这一问题，目前还没有任何有效的解决方案。
在E.Ernest Lindsey等人的文章：″通过超滤由水过滤装置的污泥 中回收和再利用铝(Recovery and reuse of alum from water filtration plant sludge by ultrafiltration)″，Water 1975(AIChe symposium， serie 151)，New York 1975中，描述了一种方法，在其中酸化污泥、使 剩余的悬浮物质沉降、然后在超滤装置中处理澄清水。这种方法具有明显 的缺点。1975年，当该文章发表时，还没有可以在不会很快产生膜的不 可逆堵塞而处理含有并非很少量悬浮物质的溶液的膜和膜系统。在酸化的 污泥中，存在有悬浮的有机和无机物质，这些物质一方面可以作为密度等 于或低于水的颗粒存在，另一方面可以作为不能通过沉降而分离的胶体存 在。即使酸化的污泥通过经沉降来分离污泥的过程，剩余的悬浮物质的量 也会明显降低1975年所能得到的各种类型的膜的寿命周期，这意味着这 种方法是很不经济的。而现今，存在有陶瓷超滤膜，其可以解决具有非常 高的悬浮物质含量的溶液过滤问题。这意味着现今的膜过滤可以用于整个 的酸化污泥量，即使对于其中悬浮物质的量明显高于来自自来水厂的污泥 的源自废水处理厂的污泥也可使用。在酸化污泥的沉降过程中所形成的污 泥量含有非常低的悬浮物质的量，并且会构成整个酸化污泥量的大部分。 按照该文章，在必须与清水分离的污泥中，同时发现溶解的铝离子，因而 这些铝离子不能被回收。另外，要用化学物质来中和在污泥中存在的残余 酸和那些铝离子。如果需要同时进行水解，则在污泥中还发现大量的有机 物质作为溶解和悬浮的物质存在。
US 5,304,309公开了一种选择性回收来自自来水厂的污泥中的无机 化学絮凝剂的方法，其中首先向第一个罐中的污泥中加入酸，将封存有离 子交换剂的膜浸在酸性污泥中以吸收金属离子，并将所述膜转移至第二个 罐中以脱附金属离子。这种方法比较复杂，并且在处理大量稀污泥时效率 非常低。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种处理来自自来水厂或废水处理厂的 污泥的方法，从而得到比现有方法更少量的更加净化的残余污泥，减少或 消除其对环境的不利影响。
本发明的第二个目的提供一种可以由自来水厂和废水处理厂回收和 再利用化学絮凝剂的方法，从而明显减少化学絮凝剂的需要量。
本发明的第三个目的是提供一种能减少絮凝剂需要量的方法。
本发明的第四个目的是提供一种增加污泥中干物质的含量并降低干 物质总量的方法，从而使需要输送和沉积的物质更少。
本发明的第五个目的是提供一种产生可以用作土壤改良剂的污泥的 方法。
本发明的第六个目的是提供一种同时应用加压和酸化污泥的方法，这 在污泥的水解中用于回收铝和铁离子的膜过程中是必须的。
本发明的第七个目的是通过与水解组合，得到更容易在消化池中处理 而进行生物降解的污泥，从而得到更高的甲烷(沼气)产率。
本发明的第八个目的是通过组合膜过滤和水解来降低总的能耗，所述 的降低是与膜过滤和水解分别运行的方法而言的。
本发明的第九个目的是通过降低粘度而在微滤/超滤装置中得到升高 的流率，而从加热污泥的角度看，这降低了投资费用。
本发明的第十个目的是对随后的消化过程贡献热量，或者通过从加热 的浓缩物中蒸发水分而得到更多的干物质含量，或通过预热来自微滤/超 滤装置的加热浓缩物而从酸化但未处理的污泥中蒸发水分。
本发明的第十一个目的是在升高的压力和温度下，通过保存含有分离 的有机物质的微滤/超滤浓缩物尽可能长的时间而使其尽可能好地水解。
本发明的第十二个目的是实现铝和铁离子尽可能低的存留量和污染 物尽可能高的存留量。
本发明的第十三个目的是应用已经添加的用于酸化污泥的酸，一方面 溶解铝和铁的氢氧化物，另一方面水解污泥。
本发明的第十四个目的是应用由用来升压和循环的泵得到的热量来 加热酸化的污泥，从而降低能耗。
本发明的第十五个目的是以推荐的方法替换常规的在离心机等中进 行的污泥脱水方法。
本发明的第十六个目的是应用过压来将污泥加热至温度超过100℃， 从而使水解更加迅速。
本发明的第十七个目的是由加热得到无菌污泥。
本发明的第十八个目的是通过使其经历高温而使金属氢氧化物特别 是氢氧化铁达到完全和迅速的溶解。
本发明的第十九个目的是通过向加压贮罐中而不是酸化污泥中加入 纯水，从而当在加压贮罐中达到合适的浓度时，从浓缩物中滤去可能少量 的剩余铁、铝和其它溶解金属，从而进一步从该过程中回收化学絮凝剂。
为了实现这些目的，本发明方法具有权利要求1所述的特征。为了能 够实现本发明的方法，权利要求20中给出了用于处理来自用于净化水的 自来水厂或废水处理厂的污泥的装置。
