CN102173556B - 一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置和方法，设有调节池、搅拌器；设有热水箱、热水泵、热水管，该热水管经换热器通入调节池；设有泥泵、阀门和进泥管，该进泥管经换热器通入所述调节池；设有碱液池、碱液泵、碱液管，通入所述调节池；调节池连通脱水机，脱水机排放的滤液通过换热器排放；调节池有碱浓度、温度传感器和控制器并与泥泵及、水泵、碱液泵、搅拌机电机、脱水机及其阀门控制连接。破壁方法：1进行预测试，2碱液制备；3向调节池排入污泥进行加热预处理；4加碱调节污泥pH值进行混合反应；5启动脱水机和滤液回流装置；6定时检测污泥混合反应结果，达到最佳污泥破壁脱水效果；7重复第3-6步。本发明适用于污泥脱水前的破壁，结构完善，操作简单，效果非常好。

Description

一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种细胞破壁的装置方法，具体是用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置及方法。主要应用于市政污水处理厂污泥预处理。

背景技术

当前，污水处理厂的副产物——生物污泥成为关注的热点。究其原因，主要是生物污泥本身含有大量致病菌、有机质，如果得不到有效处理，将会对环境造成恶劣影响，产生臭气蔓延、蚊蝇滋生、污染地下水等环境问题。目前污泥的厂内处理主要是首先采用“浓缩+机械脱水”的方式进行初步处理，按照国标要求出厂泥饼含水率要达到80％以下，后续处置方式以卫生填埋为主。随着污泥量的增加和人们环保意识的增强，卫生填埋越来越不能满足无害化处置的需要。因此又产生了许多后续污泥处置技术，如热干化、堆肥、焚烧等。但这些技术的正常进行都依赖于污泥的脱水预处理及脱水的效果。

目前，污泥脱水技术存在的主要问题是，泥饼含水率不达标，有毒有害气体蔓延，这既不符合国标要求，又对后续处理处置产生巨大影响。以“污泥浓缩+机械脱水+热干化”为例，一个日产200吨含水率80％污泥的污水厂，如污泥含水率由80％升高到86％，将年增运费150万元，年增热干化处置费用1100万元，经济费用增加的同时，影响热干化工艺的稳定运行。因此，如何降低脱水泥饼含水率是一个关乎经济和环境的重要问题。

污泥中的水主要有毛细水、间隙水、吸附水和内部水，普通的机械脱水能够去除毛细水、间隙水和吸附水，难以去除内部水，脱水后内部水占比例在80％以上。可见脱除内部水是降低泥饼含水率的关键，而对污泥中的细胞进行破壁预处理是脱除污泥内部水，从而降低泥饼含水率的一项重要技术。此外，细胞破壁还有利于污泥消化，提高产气率。对采用“浓缩+消化+机械脱水”的工艺同样具有深远的意义。因此，需要提出一种污泥细胞破壁的方法。

目前，污泥细胞破壁的方法主要有：高压喷射法、珠磨法、超声波法、微波法、加热法、冷冻法、盐法、臭氧氧化法、氯气氧化法、湿式氧化法、碱解法、酸法和生物破解法即酶法等。方法众多，各有特点，分别适用于不同的细胞破壁。但复杂的设备要求、操作和安全隐患的增加使得很多技术难以大规模的工程应用。高压喷射法、珠磨法、超声波法、微波法、冷冻法等都需要一套特殊处理设备，且处理过程需较高能量的输入；运行成本相对低的氯气能与污泥中有机物反应生成三氯甲烷等二次污染物；应用盐法时，需投加较大量的食盐以提供细胞内外的高渗透压；而酸法会腐蚀现有金属设备且污泥细胞破壁率效果不如碱法明显。在细胞破壁技术里，有些破壁技术运行和投资费均非常可观，如臭氧具有超强氧化性，可使污泥矿化、破解，但臭氧氧化法运行成本较高；湿式氧化法在高温高压下进行，对设备质量要求高；污泥的酶法破解虽效果好，但其运行成本极高。污泥细胞破壁的“碱+热”组合破解法相类似的方法也有应用，但此法仍需要进一步降低碱投加量和供热量。因此，需要提出一种更适用于污泥细胞破壁，特别是适用于城市生物污泥破壁的装置及方法，以满足污泥脱水工艺的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置及方法。该装置及方法是一种适合污泥细胞破壁的装置及方法，也叫“碱+热”组合破解法。类似的方法也有应用，但本方法可将碱投加量降到最低，热量提供降至最低，可以满足脱水泥饼含水率降到75％以下的污泥破壁需求，能有效解决泥饼含水率高的问题，同时还能降低破壁预处理的费用，降低综合处置成本。本装置和方法从实际工程的经济可行来考虑，采用合理的PH值、加热温度以及加热时间，以达到预期的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置，其特征是：设有用于对加入碱液后的污泥进行混合搅拌和破壁反应的调节池，在该调节池中设有搅拌器；设有热水箱，该热水箱设有带热水泵和阀门的热水管，该热水管经一个换热器通入所述热水箱；设有带有泥泵和阀门的进泥管，该进泥管通入所述换热器并从换热器通入所述调节池；设有碱液池，该碱液池设有带碱液泵和阀门的碱液管，该碱液管从碱液池通入所述调节池；该调节池连通用于排放破壁后应后的污泥并进行脱水的排泥管、排泥泵、阀门和脱水机；所述脱水机与带有滤液泵和阀门的用于将脱水机排放的滤液排出的滤液排放管，该滤液排放管通过所述换热器；另外在所述调节池中设有碱浓度传感器和温度的温度传感器，两传感器与一个控制器信号连接，该控制器并与所述泥泵及其阀门、热水泵及其阀门、碱液泵及其阀门、搅拌机电机、脱水机及其阀门进行控制连接。

一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁方法，其特征是包括以下步骤：

(1)进行预测试，取当下要进行破壁处理的污泥，进行加热和加碱液，进行混合破壁反应，初步确定污泥加热的温度、加碱浓度即加碱比例和混合反应时间，并将该温度、碱浓度值和反应时间设置在控制器上；

(2)碱液制备：将NaOH片剂与自来水按照重量比8∶100进行溶解，并用搅拌桨搅拌，搅拌30min左右固体完全溶解，调配浓度到2mol/L则制备完毕，放入碱液池；

(3)向调节池排入污泥进行加热预处理：浓缩污泥在进入调节污泥PH值的调节池前进行加热，加热方式采用热水循环管路的热交换，启动热水箱加热并进行热水循环，并且在设备运行中，启动脱水滤液管路回到水处理系统，在回途中流经所述热交换器，与浓缩污泥进行热交换，温度传感器将热交换后在调节池中的浓缩污泥温度反映到控制器，控制器根据设置温度调节热水管路的循环热水量；

(4)加碱调节污泥PH值进行混合反应：将污泥导入调节池，加注第(2)步中制成的碱液，在调节池内与浓缩污泥一同投加，碱液投加量以事先进行的小试结果为依据确定PH值和混合污泥破壁反应时间，预先设置在控制器上，调节池中混合污泥的PH值经碱浓度传感器传给所述控制器，根据实际PH值和设定PH值来自动调整碱液的投放量；

(5)启动脱水机和滤液回流装置：在混合反应时间达到设定时间后，控制器自动控制开启排泥阀门和脱水机，进行污泥脱水程序，并启动滤液排放阀门和滤液泵进行排放滤液程序；

(6)定时检测污泥混合反应结果，调整污泥加热温度、加碱量和反应时间，并对控制器的设定值进行调整，以达到最佳污泥破壁脱水效果。

(7)重复第(3)-(6)步。

本发明与现有技术相比所具有的效果：

1.方法简单易行。本方法采用添加碱及加热的方式，兼顾污泥细胞破壁效果的同时，实现简单易行的操作，热交换和碱液添加都有成熟的技术应用，控制指标简单实用。

2.费用低廉。相对于现有技术，碱投加设备简单，热交换技术也很成熟，增加的设备价格低廉；在运行费上，碱液比酶法、盐法等价格低，热交换用的热水仅作为补充，主要热源利用脱水后滤液，成本也很低。因此，本方案综合考虑各项费用，实现经济运行。

3.破壁效果明显，且可一举多得。经试验研究，本法的污泥细胞破壁明显，能够满足市政污泥脱水的需要，处理后污泥脱水，泥饼含水率达到75％以下；降低泥饼含水率的同时，还能够降低有机质含量，减少臭气产生；如果采用“浓缩+消化+机械脱水”的工艺路线，对浓缩污泥的破壁预处理可以增加消化的产气率，提高消化水平。

说明书附图

图1是本发明的细胞破壁装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，参见附图：实施例：本发明的市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置及方法在某污水处理厂进行具体实施，其装置的设置是：设有用于对加入碱液后的污泥进行混合搅拌和破壁反应的调节池4，在该调节池中设有搅拌器41；设有热水箱1，该热水箱设有带热水泵11和阀门12的热水管13，该热水管经一个换热器7通入所述热水箱；设有带有泥泵31和阀门32的进泥管3，该进泥管通入所述换热器并从换热器通入所述调节池；设有碱液池5，该碱液池设有带碱液泵51和阀门52的碱液管53，该碱液管从碱液池通入所述调节池；该调节池连通用于排放破壁反应后的污泥并进行脱水的排泥管、排泥泵、阀门和脱水机6；所述脱水机与带有滤液泵61和阀门62的用于将脱水机排放的滤液排出的滤液排放管63，该滤液排放管通过所述换热器；另外在所述调节池中设有碱浓度传感器和温度的温度传感器，该两传感器与一个控制器信号连接，该控制器并与所述泥泵及其阀门、热水泵及其阀门、碱液泵及其阀门、搅拌机电机、脱水机及其阀门进行控制连接。

运用上述进行运行的方法是：

(1)进行预测试，取当下要进行破壁处理的污泥，进行加热和加碱液，进行混合破壁反应测试，确定污泥加热的温度为：40°、加碱浓度即加碱比例为：PH值为10，混合反应时间为：30min，并将该温度、碱浓度值和反应时间设置在控制器上；

(2)碱液制备：将NaOH片剂与自来水按照重量比8∶100进行溶解，并用搅拌桨搅拌，搅拌30min左右固体完全溶解，调配浓度到2mol/L则制备完毕，放入碱液池；

(3)向调节池排入污泥进行加热预处理：浓缩污泥在进入调节污泥PH值的调节池前进行加热，加热方式采用热水循环管路的热交换，启动热水箱加热并进行热水循环，并且在设备运行中，启动脱水滤液管路回到水处理系统，在回途中流经所述热交换器，与浓缩污泥进行热交换，温度传感器将热交换后在调节池中的浓缩污泥温度反映到控制器，控制器根据设置温度调节热水管路的循环热水量；浓缩污泥温度控制在40摄氏度左右；

(4)加碱调节污泥PH值进行混合反应：将污泥导入调节池，加注第(2)步中制成的碱液，在调节池内与浓缩污泥一同投加，碱液投加量以事先进行的小试结果为依据确定PH值和混合污泥破壁反应时间，预先设置在控制器上，调节池中混合污泥的PH值经碱浓度传感器传给所述控制器，根据实际PH值和设定PH值来自动调整碱液的投放量；加热后的浓缩污泥和碱液在调节池内进行反应的时间控制在35min，调节污泥PH值到10；

(5)启动脱水机和滤液回流装置：在混合反应时间达到设定时间后，控制器自动控制开启排泥阀门和脱水机，进行污泥脱水程序，并启动滤液排放阀门和滤液泵进行排放滤液程序；

(6)定时检测污泥混合反应结果，调整污泥加热温度、加碱量和反应时间，并对控制器的设定值进行调整，以达到最佳污泥破壁脱水效果。

(7)重复第(3)-(6)步。

本实施例的效果大优于传统的浓缩方法，脱水泥饼含水率仅为72％，比常规方法脱水泥饼的含水率降低了15个百分点，百吨泥饼的处理费用降低了40％，而且大提高了处理效率，减少了对环境的污染。

Claims (2)

1.一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁的装置，其特征是：设有用于对加入碱液后的污泥进行混合搅拌和破壁反应的调节池(4)，在该调节池中设有搅拌器(41)；设有热水箱(1)，该热水箱设有带热水泵(11)和阀门(12)的热水管(13)，该热水管经一个换热器(7)通入所述热水箱；设有带有泥泵(31)和阀门(32)的进泥管(3)，该进泥管通入所述换热器并从换热器通入所述调节池；设有碱液池(5)，该碱液池设有带碱液泵(51)和阀门(52)的碱液管(53)，该碱液管从碱液池通入所述调节池；该调节池连通用于排放破壁反应后的污泥并进行脱水的排泥管、排泥泵、阀门和脱水机(6)；所述脱水机与带有滤液泵(61)和阀门(62)的用于将脱水机排放的滤液排出的滤液排放管(63)，该滤液排放管通过所述换热器；另外在所述调节池中设有碱浓度传感器和温度的温度传感器，该两传感器与一个控制器信号连接，该控制器并与所述泥泵及其阀门、热水泵及其阀门、碱液泵及其阀门、搅拌机电机、脱水机及其阀门进行控制连接。

2.利用权利要求1所述装置的一种适用于市政生物污泥脱水的细胞破壁方法，其特征是包括以下步骤：

(1)进行预测试，取当下要进行破壁处理的污泥，进行加热和加碱液，进行混合破壁反应，初步确定污泥加热的温度、加碱浓度即加碱比例和混合反应时间，并将该温度、碱浓度值和反应时间设置在控制器上；

(2)碱液制备：将NaOH片剂与自来水按照重量比8∶100进行溶解，并用搅拌桨搅拌，搅拌30min左右固体完全溶解，调配浓度到2mol/L则制备完毕，放入碱液池；

(3)向调节池排入污泥进行加热预处理：浓缩污泥在进入调节污泥pH值的调节池前进行加热，加热方式采用热水循环管路的热交换，启动热水箱加热并进行热水循环，并且在设备运行中，启动脱水滤液管路回到水处理系统，在回途中流经所述热交换器，与浓缩污泥进行热交换，温度传感器将热交换后在调节池中的浓缩污泥温度反映到控制器，控制器根据设置温度调节热水管路的循环热水量；

(4)加碱调节污泥pH值进行混合反应：将污泥导入调节池，加注第(2)步中制成的碱液，在调节池内与浓缩污泥一同投加，碱液投加量以事先进行的小试结果为依据确定pH值和混合污泥破壁反应时间，预先设置在控制器上，调节池中混合污泥的pH值经碱浓度传感器传给所述控制器，根据实际pH值和设定pH值来自动调整碱液的投放量；

(5)启动脱水机和滤液回流装置：在混合反应时间达到设定时间后，控制器自动控制开 启排泥阀门和脱水机，进行污泥脱水程序，并启动滤液排放阀门和滤液泵进行排放滤液程序；

(6)定时检测污泥混合反应结果，调整污泥加热温度、加碱量和反应时间，并对控制器的设定值进行调整，以达到最佳污泥破壁脱水效果；

(7)重复第(3)-(6)步。 

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