CN101500952A - 在干燥前调节污泥的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及调节由城市和/或工业废水处理产生的液体污泥的方法，该方法使该污泥经过机械脱水步骤，然后是热干燥步骤。在脱水步骤之后且在干燥步骤之前或在干燥步骤入口处，将氯化铁和/或生石灰或熟石灰注射到泥浆中。

Description

在干燥前调节污泥的方法和设备
技术领域
本发明涉及调节由城市和/或工业废水处理产生的液体污泥的方法，该方法使该污泥经过机械脱水步骤，然后是热干燥步骤。
背景技术
城市和/或工业废水的净化产生的污泥的处理程序已随着时间发生了变化。
十多年前，污泥的处理在机械脱水使干燥度为大约20％之后停止。由此增稠的污泥可用在农业中或排放到填埋场。
在机械脱水之前在液体污泥中广泛使用氯化铁作为凝结剂。
同样已知并广泛使用的是为使脱水污泥稳定化和结构化的后石灰处理，以便其排放或农业利用。
近年来，来自城市和/或工业水净化站的污泥的最终目的地经历显著的变化。污泥的排放不再是优先的途径，因为填埋场最终只能接收所谓的最终废料(1999年4月26日的directive européenne(欧洲指令)1999/31/EC)。由于与重金属和/或会造成健康危害的有机分子的存在相关的污染风险，液体或脱水的污泥在农业中的利用必须面对更加严格的标准。直接焚烧的发展既未抵消污泥产量的增加，也未解决对排放和农业利用的限制。
出于这些原因，应用于脱水污泥的热干燥技术已发生显著的工业化，并且要么直接在净化站要么在专用处理和收集中心中已经建立了大量的干燥装置。
通过热干燥完成的污泥处理程序可以使水在干燥器中蒸发并获得高干燥度，优选高于90％。
热干燥能够限制体积和产生更适合能量利用(更高热值)和农业利用(产品完全灭菌)的干燥污泥。
热干燥导致能量消耗，但由此产生显著优点。干燥后的污泥为体积降低的颗粒形式。致病菌已被杀灭。由此处理的污泥可被认为是合格产品，特别有利于农业。
在脱水步骤后包含干燥步骤的这种处理程序中，污泥的稳定化和结构化由干燥本身引起，因此再无理由像以脱水终止该处理且之后没有干燥时的情况那样使用石灰。
但是，出自热干燥装置的许多反馈凸显出各种性质的困难，特别是，随着水处理线的设计而变的水蒸发能力，以及脱水后的高粘度问题。
干燥器的蒸发能力是其每小时可蒸发的水的量；其取决于干燥器的装机功率和特性。对于间接干燥器(热流体不与污泥直接接触)，习惯将这种蒸发能力表示为每小时每平米干燥面积蒸发的水的千克数；对于容易干燥的污泥(例如延长曝气的有机污泥)，其为大约20Kg/m2.h，对于更难干燥的污泥(例如初始污泥)，其仅为15Kg/m2.h，对于来自城市和工业排放物的混合物的粘稠污泥，甚至为13Kg/m2.h。蒸发能力的降低当然会影响干燥器的热收率和能量消耗，在正常条件下蒸发1kg水的能量消耗为大约1kWh。
例如，已经表明，通过延长曝气产生的完全生物污泥表现得与重载活性污泥不同，这种重载活性污泥本身也根据其龄期具有不同性质。
这种蒸发能力与干燥器特性和用于补偿蒸发反应吸热所需的能量消耗直接相关。除了应用于通过再利用生成的生物气消化的污泥以外，反应的吸热通过使用造成常见的可持续发展问题的贵燃料补偿。
更特别地，在将城市排放物与显著比例的工业排放物混合时，已经表现出通过这些排放物的处理所产生的污泥的蒸发能力的显著变化。
这种变化根据所存在的来自于工业排放物的某些复合矿物或有机分子而是或多或少显著的。这些分子覆盖从脂族碳基结构到多酚和苯类芳族衍生物的极宽范围，包括所有羧酸衍生物。工业排放物中矿物填料的存在也可强烈影响污泥的游离水/结合水分布。
除了引起贵能源的更大消耗以及更长干燥时间外，蒸发能力的这种变化也对干燥工艺的机械性能具有影响。
此外已知的是，在可从20％到90％的干燥度范围内热干燥的有机污泥经过不同的流变步骤，特别包括以堵塞性质和高剪切强度为特征的所谓塑化的相。通常，在干燥度在45和55％之间时，出现塑化相。
工业应用的干燥技术要么采用直接应用于脱水污泥的干燥，在这种情况下干燥器必须机械耐受塑化相的出现，要么采用应用于重构污泥的干燥。这种重构污泥是脱水污泥和干燥污泥的混合物，这能使该重构污泥具有超出塑性流变的干燥度。在这种情况下，干燥器上游的设备必须确保重构污泥的合适调节并因此确保干燥器的最佳运行。
由于这些各种原因，尤其处理城市和工业污泥混合物的干燥装置具有应用困难，这些困难引起贵能源的过度消耗、由遇到的机械问题引起的较低可靠度和因此可造成处理线合理性(bien fondé)问题的运行成本。
发明内容
本发明的目的尤其是提供以在机械脱水后进行热干燥为目的的污泥调节(conditionnement)方法，其不再具有或在较低程度上具有上述缺陷。特别希望避免进入干燥器的污泥的蒸发能力的降低，并优选也避免污泥粘度的升高。
令人惊讶地，已经发现，在包括脱水步骤然后是干燥器中的热干燥步骤的处理程序中，在脱水之后且在干燥之前在污泥中加入氯化铁和/或生石灰或熟石灰产生与这些产品的已知结果不同的两种意外的结果，即：
-消除或至少降低污泥在干燥器中的粘结问题，同时保持污泥粘度，不显著提高；
-保持甚至提高蒸发能力。
本发明的主题因此在于，在位于污泥机械脱水和其热干燥之间的位置注射反应物。反应物的这些受控注射能够抑制可能一方面引起污泥流变性的不适当的和有害的变化且另一方面降低污泥的水蒸发能力的任何反应。
根据本发明，涉及一种调节由城市和/或工业废水处理产生的液体污泥的方法，根据该方法，使污泥进行机械脱水步骤然后是热干燥步骤，该方法的特征在于，在脱水步骤和干燥步骤之间和/或在干燥步骤的入口处将氯化铁和/或生石灰或熟石灰注射到污泥中，从而降低干燥步骤过程中污泥的粘结(collage)并改善蒸发能力。
氯化铁的注射剂量相对于污泥固含量有利地为1至10质量％。氯化铁的最佳注射剂量可以通过观察所得脱水污泥来确定，该脱水污泥不应该是致密的(compacte)且应该在本说明书最后给出的在“过滤织物介质”上的粘结试验中产生令人满意的结果。
优选地，生石灰或熟石灰的注射剂量相对于污泥固含量为5至30质量％。
石灰的注射有利地以粉末形式进行以形成污泥饼的涂层，而不过度混合以防止任何触变反应。可以在干燥步骤开始时或者在干燥步骤之前即刻注射石灰粉末。
本发明也涉及用于实施上述方法的用于调节液体污泥的设备，其包括机械脱水装置，然后是热干燥器，并且特征在于，该设备在机械脱水装置和热干燥器之间和/或在热干燥器的入口处包括用于注射氯化铁的装置，和/或用于向污泥上注射生石灰或熟石灰的装置。
优选地，提供用于注射生石灰或熟石灰的装置以确保将生石灰或熟石灰喷洒在污泥上。
进行石灰的注射以在污泥饼上由石灰粉末形成涂层。
附图说明
除上述布置外，本发明包括下面用参照附图描述的示例性实施方案更明确描述但决非限制性的某些其它布置。在附图中：
图1是本发明的调节污泥的方法的示意图；和
图2示意性显示了脱水和干燥设备。
具体实施方式
参照附图的图1，可以看出，要处理的液体污泥从该图的左边到达机械脱水步骤。可以在脱水之前将聚合物注射到污泥中。
可以使用各种装置，如带式过滤器、压滤机、离心机进行机械脱水。根据图2中所示，为该步骤提供离心机1。
在离开脱水步骤时，污泥形成一种糊料，其干燥度可以为大约20％。然后将脱水的污泥经由输送装置2(图2)送往干燥器3以在其中进行热干燥，这可以使干燥度达到90％及以上。
已经观察到，某些污泥，尤其是由城市和/或工业废水的混合物产生的污泥，具有高粘度，这造成干燥器中粘结问题增加。此外，这种粘度升高伴随着蒸发能力的降低。
其结果是，对于这种特别难处理的污泥，干燥能力降低，有时甚至造成干燥器的完全堵塞。
令人惊讶地，已经发现，在脱水之后且在干燥之前，和/或在干燥器3的入口处，在污泥中加入氯化铁和/或生石灰或熟石灰产生与这些产品的已知结果不同的两种意外的结果，即：
-消除或至少降低污泥在干燥器中的粘结问题，同时保持污泥粘度，不显著提高；
-保持蒸发能力，不显著降低，甚至提高这种蒸发能力。
根据本发明，在脱水步骤之后且在干燥步骤之前和/或在干燥步骤入口处，将溶液形式的氯化铁(FeCl3)和/或粉末形式的生石灰(CaO)或熟石灰(Ca(OH)2)注射到污泥中。
在机械脱水后在污泥中的氯化铁溶液第一注射在一些情况下经证实是必要的。氯化铁的注射装置4在图1中示意性显示在脱水步骤的出口处。FeCl3的剂量相对于污泥中所含固体为1至10质量％。最佳剂量通过观察所得脱水污泥来确定。该脱水污泥不应当致密且应当在本说明书最后给出的在“过滤织物介质”上的粘结试验中产生令人满意的结果。氯化铁溶液的注射也可以在干燥器3的入口处进行。
该步骤不必符合对通过机械脱水可获得的最佳干燥度的研究。其也要求适当采用对于实现有利的“过滤织物介质”试验所必须的氯化铁剂量而言合适的聚合物。
第二注射在于，根据所用干燥技术，在将脱水污泥引入干燥装置中之前即刻，将一定比例的生石灰或熟石灰添加到脱水污泥中，甚至添加到干燥器本身中。这种引入因此必须在按如上解释调节的脱水污泥的任何中间储存操作之后进行。石灰的注射装置5、6分别示意性显示在将污泥引入干燥装置中之前，和在干燥装置中。
此外，这种注射不应当使用强制机械搅拌以避免在将石灰添加到有机污泥的过程中引起已知的液化现象。
该注射方式在于获得污泥饼的涂层，而不试图获得紧密混合物。因此，其通过将石灰粉引入向干燥器进料的混合器/输送器2(图2)如螺杆7中，或通过直接添加到干燥器3(图2)中(例如盘式或桨式间接干燥器的情况)，或在进料泵的强制进料斗中(例如薄层干燥器的情况)，或在确保生成重构污泥的混合器/输送器中(例如鼓式干燥器和带式干燥器的情况)来进行。
注射的石灰剂量取决于要处理的污泥类型，其特别随原水中存在的工业排放物的量而变。其相对于污泥中所含固体处于5至30质量％的范围内。
在脱水和干燥之间或在干燥的入口处，通过经由喷撒涂布污泥，以粉末形式进行石灰的添加。污泥饼的表面被石灰粉涂布。
绝对避免石灰和污泥的混合，这会破坏污泥并带来触变现象。
可以在将粉末送往干燥步骤的螺杆7(图2)处，经由该螺杆的入口8处的石灰粉末的喷淋，或经由热干燥器的入口9(图2)处的石灰粉末的喷淋，进行该粉末对污泥的涂布。螺杆7确保将离开机械脱水装置1的污泥一直输送到干燥器3的入口9。在干燥器的出口，污泥在经过通常在105℃下大约2小时的热处理后被灭菌；此外，它们被生物稳定化且没有发酵。
在用于开发该方法的中试试验中观察到，如上所述进行的两次注射的组合同时引起蒸发能力的显著提高(40至60％)以及污泥流变性的完全改进，从而完全抑制粘结和结块现象的出现。
这些令人惊讶的效果看来同时与由FeCl3的使用引起的脱水污泥的崩解(调节过的污泥颗粒的平均尺寸降低)、干燥时在干燥器内由生石灰与污泥表面处的游离水反应引起的放热反应，以及使用生石灰或熟石灰时pH值的升高相关联。
总而言之，化学反应物的这些添加基于下列现象：
-某些有机化合物的分解的抑制；
-与干燥器热壁和/或与可用作传热流体的热空气接触的污泥表面状态的改变；
-污泥pH值的改变，该改变抑制某些化学反应；
-石灰颗粒的流化性质的利用。
如上所述，氯化铁最佳剂量的确定通过观察所得脱水污泥来进行，该脱水污泥不应当是致密的且应当在下文给出的在“过滤织物介质”上的粘结试验中产生令人满意的结果。
在“过滤织物介质”上的粘结试验
适用于所有污泥的这种实验室方法能够观察在布上的污泥饼的剥离：污泥饼的“非致密”外观和污泥饼在布上的少附着代表“非粘结”饼。“非粘结”饼是对于干燥装置的良好运行来说表征污泥所需的参数之一。
A)测量原理
-首先通过最合适的反应物，即产生极强颗粒絮凝物同时释放出最多隙间液体且使用剂量最小的反应物，使污泥絮凝；
-然后将絮凝的污泥沥水；
-使已沥水并因此增稠的污泥致密，以：
a)尽可能多地排除游离空气；
b)观察致密的污泥在过滤介质上的附着(堵塞因而粘结的倾向)；
-将由此致密的污泥置于“抹布”上并包在抹布中以用手挤干5分钟。在挤干过程中，必须揉捏该“包裹”以除去尽可能多的水。
B)装置
-用于沥水
600微米实验室筛子(不锈钢筛
Figure A200780029181D0010191118QIETU
：200毫米，高：50毫米，具有带有正方形网孔的金属丝网)；
刮刀(长：100mm×宽：50mm)；
-用于致密
1升塑料烧杯；
-用于“揉捏
Figure A200780029181D0010133553QIETU
挤干”
矩形棉布(厚且强韧的“手巾”类型)(长：100cm×宽：25cm)。
C)程序
1.要处理的样品
-最少10升污泥
-表征污泥：
MES(g/l)-固含量(％)-pH
热失重(105-550℃)＝％/MS
2.“过滤织物介质”试验或“抹布”试验
-对于各试验，在已经选择最适当的反应物后，采用的污泥样品为500ml；
在絮凝后必须相继：
a)将所有絮凝污泥倒入筛子中心。
观察和记录沥水速率：隙间液体应当在絮凝物中迅速迁移。
b)使用金属刮刀，“碾压”在丝网或在筛子上沥干的污泥堆以尽可能多地挤干污泥。
观察絮凝物的外观：絮凝物应当是颗粒状的。
应当避免大的“油脂状”絮凝物和太细的絮凝物。
c)使用1升塑料烧杯，压榨筛子上存在的所有沥干的污泥。观察污泥的侧向蠕变幅度：蠕变幅度应当小并取决于絮凝物在压力下的机械抗性。此外，所形成的“致密的污泥饼”在该步骤结束时应当留在过滤介质上，或留在塑料烧杯底部上(该污泥饼不应当一分为二)；
d)使用刮刀，将“致密的污泥饼”从其载体上剥离。观察致密的污泥在筛子上的附着(堵塞倾向)：堵塞应当低；
e)将所产生的致密污泥的一半体积倒在“抹布”上；
-将“抹布”的边缘折在污泥上，以得到不漏的“包裹”以防止“揉捏
Figure A200780029181D0011191209QIETU
挤干”阶段过程中可能的泄漏；
-同时揉捏和挤干该“包裹”5分钟；
f)打开该“包裹”并观察最终得到的污泥饼与所用棉布的剥离；具有“非致密”外观的污泥饼应当在其自重下与布剥离而少附着到布上；“在其自重下剥离”应该理解为布放置成垂直面时污泥饼与布剥离；
g)计算污泥饼的干燥度。
D)结果解读
“非粘结”饼是干燥装置良好运行所必须的参数之一。根据最终污泥饼在过滤介质上的物理状态、外观和性能，该试验能够：
-确定反应物；
-优化反应物的剂量；
以用在污泥中，从而获得“非粘结”饼。

Claims (9)

1.调节由城市和/或工业废水处理产生的液体污泥的方法，根据该方法，使污泥进行机械脱水步骤然后是热干燥步骤，该方法的特征在于，在脱水步骤和干燥步骤之间和/或在干燥步骤的入口处将氯化铁和/或生石灰或熟石灰注射到污泥中，从而降低干燥步骤过程中污泥的粘结并改善蒸发能力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于氯化铁的注射剂量相对于污泥固含量为1至10质量％。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于氯化铁的最佳注射剂量通过观察所得脱水污泥来确定，该脱水污泥不应该是致密的且应该在“过滤织物介质”上的粘结试验中产生令人满意的结果。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于生石灰或熟石灰的注射剂量相对于污泥固含量为5至30质量％。
5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于石灰的注射以粉末形式进行以形成污泥饼的涂层，而不过度混合以防止任何触变反应。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于就在干燥步骤之前即刻注射石灰粉末。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于在干燥步骤开始时注射石灰粉末。
8.用于实施如权利要求1至7任一项所述的方法的用于调节液体污泥的设备，其包括机械脱水装置，然后是热干燥器，其特征在于，该设备在机械脱水装置(1)和热干燥器(3)之间，和/或在热干燥器(3)的入口处包括用于注射氯化铁的装置(4)，和/或用于向污泥上注射生石灰或熟石灰的装置(8，9)。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于提供用于向污泥上注射生石灰或熟石灰的装置(8，9)以确保将生石灰或熟石灰喷洒在污泥上。
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