申请日2019.08.20
公开(公告)日2019.11.22
IPC分类号C02F11/15; C02F11/125; C02F11/143
摘要
本发明提供了一种磁场强化污泥浓缩的方法和装置，即污泥在排入反应池后，在驱动搅拌装置的同时施加磁场，污泥在磁场的作用下先破坏污泥的絮体结构，使污泥胶体脱稳;反应一段时间后添加辅料，进而使污泥颗粒凝聚成粒径更大的颗粒，又在磁场力的作用下促进污泥颗粒沉降凝聚、压缩双电子层，之后将处理的污泥排入螺旋式脱水机进行脱水，最终得到含水率低的污泥，高效地实现污泥的减量化。
权利要求书
1.一种磁场强化污泥浓缩的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)磁场处理过程
将含水率为99%以上的污泥排入反应池，在搅拌条件下，对污泥施加磁场，使污泥胶体脱稳，施加磁场一段时间后在污泥中添加磁性絮凝剂，使污泥颗粒凝聚成粒径更大的颗粒，同时在磁场力的作用下污泥颗粒沉降凝聚、压缩双电子层，磁场施加10~60min后静置，实现污泥与水分层，污泥通过管道进入螺旋脱水机，水排入集水槽，处理后污泥的含水率为40%~50%;
(2)脱水过程
污泥进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，使污泥中的液体被挤出，脱水后的污泥排出，脱除的水分排入集水槽，完成磁场强化污泥浓缩。
2.根据权利要求1所述的磁场强化污泥浓缩的方法，其特征在于：磁性絮凝剂为Fe3O4/PAM磁性絮凝剂、Fe3O4/壳聚糖磁性絮凝剂、阳离子型磁性絮凝剂、阴离子型磁性絮凝剂或两性型磁性絮凝剂。
3.根据权利要求2所述的磁场强化污泥浓缩的方法，其特征在于：阳离子型磁性絮凝剂为CMF1、CMF2或CMF3;阴离子型磁性絮凝剂为AMF1、AMF2或AMF3;两性型磁性絮凝剂为ACMF1、ACMF2或ACMF3。
4.根据权利要求1所述的磁场强化污泥浓缩的方法，其特征在于：磁性絮凝剂添加量为污泥质量的5%~15%，其质量浓度为20~80mg/L。
5.根据权利要求1所述的磁场强化污泥浓缩的方法，其特征在于：磁场由磁感线圈产生，向磁感线圈中施加的电压为1~60V，线圈为铜线，磁感线圈匝数为6~30，电感量为1~15μH。
6.完成权利要求1~5中任一项所述的磁场强化污泥浓缩的方法的装置，其特征在于：包括反应池和螺旋式脱水机(12)，其中反应池包括进料口(1)、搅拌装置、磁感发生器(5)、电源(6)、出水口(8)、出泥口(9)、污泥泵(10)、池体(11)，进料口(1)设置在池体(11)顶部一侧，搅拌装置设置在池体内，池体上部设置有溢流堰，溢流堰与出水口(8)相连，磁场发生器(5)设置在池体外侧，电源(6)设置在磁感发生器外侧且与磁场发生器连接，磁场发生器产生的磁场覆盖池体内腔，池体底部开有出泥口(9)，出泥口(9)通过管道与污泥泵(10)连接，污泥泵(10)与螺旋式脱水机(12)的入口连接，搅拌装置与电源连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于： 搅拌器包括电机(2)、螺旋杆(3)、螺桨(4)，电机(2)设置在池体(11)顶部，电机(2)的输出轴与螺旋杆一端连接，螺旋杆设置在池体内，螺桨(4)固定在螺旋杆(3)另一端上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：出水口(8)的孔径2cm~4cm。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于： 磁场发生器是磁感线圈，电压为1~60V，线圈为铜线，磁感线圈匝数为6~30，电感量为1~15μH。
说明书
一种磁场强化污泥浓缩的方法和装置
技术领域
本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种磁场强化污泥浓缩的方法和装置。
背景技术
随着工业和城市化的发展，大量的污水(包括生活污水和工业废水)排入水体造成了巨大的污染，为了遏制水污染的进一步加剧，我国大中城市陆续建造了污水处理厂，其中大多利用活性污泥工艺处理污水，在对污水进行处理的同时，会产生大量的剩余污泥。污泥是活性污泥工艺的主要产物，它的产量占进水量的0.5~1%。一般情况下，污泥的处理费用占整个污水处理费用的65%左右。
污水生化处理的本质是以污水中的呈胶体和溶解状态的有机物作为微生物的营养来源，将其转化为二氧化碳、水和生物物质，而过量的生物物质构成了生化处理产生的剩余污泥。污泥中含有有机物、重金属、无机盐、微生物虫卵等物质，如果任意堆放不加以处理处置，必将占用大量土地资源，而且易腐变臭、产生渗滤液易污染土壤和地下水及河流、湖泊、海洋等地表水体给环境造成严重的二次污染。
传统的污泥处理处置方法主要有堆肥农用、填埋、焚烧，这三类污泥处理处置方法都有其自身的缺陷。污泥处理处置方法由于各自存在的问题给污水处理带来了沉重的负担，污泥处理处置已从过去仅仅作为污水处理的一个单元发展成了令污水处理厂不得不优先考虑的重要环节，稳定化、无害化、资源化和减量化成为污泥处理的重要原则。
在经过了稳定化、无害化和资源化阶段后，减量化成为污泥处理的首要原则。减量化是在现有的活性污泥处理系统的基础上，通过物理、化学、生物等手段降低污泥的产率，减少整个活性污泥系统向外排放的污泥量。污泥的减量化可用体积和质量两个标准来衡量，及减少污泥的含水率、污泥产量。目前主要采用的污泥减量方法有：解耦联技术、高浓度溶解氧法、溶解细胞法、微型动物减少生物污泥量等，其污泥减量效果较好，为20%~65%;这些方法存在各自的优缺点，其存在运行成本较高、对水质要求苛刻、环境安全性问题、投药量大、微生物的种类和数量难以控制等问题。目前污泥浓缩脱水技术包括重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。经处理后污泥含水率为75%~98%，含水率较高，即污泥体积较大。虽然重力浓缩工艺技术、构造和运行管理方式较简单，但存在停留时间较长、浓缩效率较低等问题。
因此，需要一种在重力浓缩基础上能够强化污泥浓缩的方法和装置，实现污泥浓缩的高效减量化处理。
发明内容
针对现有技术处理污泥的局限性，即现有污泥产量大、体积大的问题，本发明提供了一种磁场强化污泥浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)磁场处理过程
将含水率为99%以上的污泥排入反应池，在搅拌条件下，对污泥施加磁场，使污泥胶体脱稳，施加磁场一段时间后在污泥中添加磁性絮凝剂，使污泥颗粒凝聚成粒径更大的颗粒，同时在磁场力的作用下污泥颗粒沉降凝聚、压缩双电子层，磁场施加10~60min后静置，实现污泥与水分层，污泥通过管道进入螺旋脱水机，水排入集水槽，处理后污泥的含水率为40%~50%;
(2)脱水过程
污泥进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，使污泥中的液体被挤出，脱水后的污泥排出，脱除的水分排入集水槽，完成磁场强化污泥浓缩。
所述磁性絮凝剂为高分子磁性絮凝剂，高分子磁性絮凝剂为Fe3O4/PAM磁性絮凝剂、Fe3O4/壳聚糖磁性絮凝剂、阳离子型磁性絮凝剂(CMF1、CMF2、CMF3等)、阴离子型磁性絮凝剂(AMF1、AMF2、AMF3等)、两性型磁性絮凝剂(ACMF1、ACMF2、ACMF3等)等;其改善污泥脱水性能的效果极佳，尤其是在对污泥比阻降低、污泥颗粒表面电极电位降低上贡献非常大;添加量为污泥质量的5%~15%，其质量浓度为20~80mg/L。
所述Fe3O4/壳聚糖磁性絮凝剂参照“原位沉析法制备壳聚糖磁性絮凝剂及其性能研究”文献制得，Fe3O4/PAM磁性絮凝剂参照“磁性絮凝剂的原位共沉淀合成及其在煤泥水处理中的应用”文献制得，阳离子型磁性絮凝剂、阴离子型磁性絮凝剂和两性型磁性絮凝剂参照“新型磁性复合絮凝剂的合成及应用研究”文献制得。
所述磁场由磁感线圈产生，向磁感线圈中施加的电压为1~60V，线圈为铜线，磁感线圈匝数为6~30，电感量为1~15μH。
所述磁场的磁化处理基本原理是破坏污泥的絮体结构，使污泥胶体脱稳，从而改善污泥的沉降性能;但磁化时间过长将破坏污泥的细胞结构，使微生物体发生溶胞现象，导致污泥溶液黏度增加，污泥沉降性能变差。
所述磁场的磁场力效应，磁力线方向与污泥颗粒重力沉降方向一致，从磁场力效应角度来看更有利于污泥颗粒沉降凝聚、压缩双电子层，从而更有利于污泥颗粒聚集并释放出间隙水，污泥比阻较低。
所述螺旋式脱水机螺旋为变距螺旋，螺距逐渐缩小，在出水口处螺距最小。
所述脱水过程中，污泥进入螺旋脱水机后由转轴推动污泥在螺旋腔内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，进而使污泥中的液体从脱水孔挤出。在绕转轴旋转的过程中螺距逐渐变小，靠近末端部分在背压板的阻挡作用下，产生极大的压力挤压污泥，进一步挤出水分。滤筒底部设有小孔，将脱除的水收集到排水槽中排出;最终处理后的污泥从连接背压板的排料口排入集料槽。
本发明另一目的是提供实现上述方法的装置，其包括反应池和螺旋式脱水机;反应池包括进料口、搅拌装置、磁感发生器、电源、出水口、出泥口、污泥泵、池体，进料口设置在池体顶部一侧，搅拌装置设置在池体内，池体上部设置有溢流堰，溢流堰与出水口相连，磁场发生器设置在池体外侧，电源设置在磁感发生器外侧且与磁场发生器连接，磁场发生器产生的磁场覆盖池体内腔，池体底部开有出泥口，出泥口通过管道与污泥泵连接，污泥泵与螺旋式脱水机的入口连接，搅拌装置与电源连接。
所述搅拌器包括螺旋杆、电机、螺桨，电机设置在池体顶部，电机的输出轴与螺旋杆一端连接，螺旋杆设置在池体内，螺桨固定在螺旋杆另一端上。
所述出水孔的孔径2cm~4cm。
所述磁场发生器是磁感线圈，电压为1~60V，线圈为铜线，磁感线圈匝数为6~30，电感量为1~15μH。
使用时，将污泥从进料口进入反应池池体中，驱动搅拌装置，同时施加磁场，先破坏污泥的絮体结构，使污泥胶体脱稳;施加磁场一段时间后在污泥中添加配置好的辅料磁性絮凝剂，使污泥颗粒凝聚成粒径更大的颗粒，然后又在磁场力的作用下促进污泥颗粒沉降凝聚、压缩双电子层;停止搅拌及关闭磁场后静置30min，实现污泥与水分层，水通过溢流堰流出再通过出水口排出，处理后含水率较低的污泥通过出泥口及污泥泵的作用进入螺旋式脱水机;污泥进入螺旋式脱水机后由转轴推动污泥在螺旋腔内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，进而使污泥中的液体从螺旋式脱水机的脱水孔挤出。在绕转轴旋转的过程中螺距逐渐变小，靠近末端部分在背压板的阻挡作用下，产生极大的压力挤压污泥，进一步挤出水分。脱水完成后，排料，最终含水率为5%~20%的污泥排出。
本发明方法及装置的优点与效果如下：
(1)本发明采用的辅料能改善污泥脱水性能的效果极佳，尤其是在对污泥比阻降低、污泥颗粒表面电极电位降低上贡献非常大，有较好的絮凝作用;
(2)本发明施加磁场的方式为线圈，而非传统的两极磁铁，易控易调节，结构简单且灵活。具体实施时，处理时间短、二次污染风险小，不产生任何有害因素;
(3)本发明减少了污泥的后续处理工艺，大大降低了处理成本，且操作简单，便于推广应用;
(4)本发明原理清晰、结构简单、各处理过程作用分明、反应条件可控，制造适宜的反应条件，解决传统污泥处理方式中含水率高的问题;显著增加了反应的可控性，处理后可实现污泥的减量化排放。（发明人瞿广飞;李江松;徐艺碧;任南琪;宁平）
