CN102765862B - 污泥微泡扩增器、污泥微泡连续扩增系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥微泡扩增器，包括罐体和设于罐体中的搅拌组件，罐体的下端设有污泥进料口和压缩空气通入口，罐体的上端设有微泡污泥输出口。本发明还公开了一种污泥微泡连续扩增系统及其应用，该污泥微泡连续扩增系统包括依次连接的搅拌装置、杂质筛除装置、污泥输送装置和上述的污泥微泡扩增器；该应用包括污泥调质匀浆、去除杂质、微泡扩增和常温干化的过程。本发明具有微泡扩增速度高、处理能力强、连续性好、运行稳定可靠、不易堵塞、使用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环保污泥处理领域，具体涉及一种污泥微泡扩增器、污泥微泡连续扩增系统及其应用。
背景技术
近年来，随着我国人口增长和城镇化水平的不断提高，城市污水处理厂的建设步伐日益加快，污水处理能力也得到了大幅提升。而另一方面，污水处理过程中产生的“污泥”的产量也急剧增加。污泥成分十分复杂，含有大量病原菌、重金属和有机污染物等有毒有害物质，极易对地下水、土壤等造成二次污染，降低了污水处理系统的有效处理能力，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。
在污泥处理处置过程中，含水率一直是衡量污泥性质的重要指标。由于污泥是通过水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成，结构松散，形状不规则，比表面积与孔隙率高，因此其含水率极高，脱水难度较大。目前污水处理厂常用的脱水方法是将污泥浓缩并经过调理后进行机械脱水。此种方法能在一定程度上实现污泥的减量化，但通过国内外的应用实践表明污泥含水率很难降到65%以下，要实现对污泥的深度脱水，比较可行的方法是引入污泥干化技术，其主要是通过污泥与热媒之间的传热作用进一步脱除污泥中的水分。
申请人在前期申请的相关发明中提出了一种污泥干化方法。该方法基于污泥中表面活性物质丰富的特点，通过污泥匀浆除杂、表面活性物质促溶、微泡骨架构建、高速搅拌扩增等步骤形成微泡污泥，以此改变污泥表面性质和持水性能，实现污泥在常温条件下的快速干化。此种方法具有脱水性能好、干化效率高、产品易压缩、产品热值高等优点。但是，在微泡污泥的制备过程中，由于污泥粘度较高且成分复杂，仅以机械搅拌形式向污泥中引入空气的速度较慢。同时，在面对大规模的污泥处理时，此类间歇式的操作方式也严重制约了污泥处理效率的进一步提升。
借鉴目前国内外建筑、材料、食品等相关行业的机械发泡方式，利用压力向含表面活性物质的液体中引入气体最为普遍，无论从泡沫量、泡沫化速度、泡沫均匀度等方面都较传统的机械搅拌方式有明显改善。其中，在泡沫化罐体中通常设置密集的固定金属网格，以尽可能增加液体和气体的接触面积。但是，这一设计仅适用于制备两相泡沫或固料细腻、粒度均匀的三相泡沫，当其面对成分复杂且粒度不均的污泥，固定金属网格极易被堵塞，致使系统无法正常运行，因此，并不直接适用于污泥微泡扩增操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术存在的不足，提供一种微泡扩增速度高、处理能力强、连续性好、运行稳定可靠、不易堵塞、使用范围广的污泥微泡扩增器、污泥微泡连续扩增系统及其应用。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种污泥微泡扩增器，包括罐体和设于罐体中的搅拌组件，所述罐体的下端设有污泥进料口和压缩空气通入口，所述罐体的上端设有微泡污泥输出口。
上述技术方案中，优选的，所述污泥进料口和压缩空气通入口均设有单向阀。
上述技术方案中，优选的，所述搅拌组件包括带轴封的搅拌轴和沿轴向依次连接于搅拌轴上的两个以上可拆卸式的搅拌桨，所述搅拌桨包括与搅拌轴连接的骨架和连接于所述骨架上的多根搅拌杆。
上述技术方案中，优选的，所述罐体中于微泡污泥输出口的下方设有一层以上滤网。
上述技术方案中，优选的，所述污泥进料口和压缩空气通入口相对于搅拌组件的旋转轴线呈中心对称布置，以使污泥和压缩空气进入罐体后同向旋转。
上述技术方案中，优选的，所述罐体上端设有带单向阀的反冲洗入口，所述罐体的底部设有带通断阀的反冲洗出口，所述微泡污泥输出口设有通断阀。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种污泥微泡连续扩增系统，包括依次连接的搅拌装置、杂质筛除装置、污泥输送装置和上述的污泥微泡扩增器。
上述污泥微泡连续扩增系统中，优选的，所述杂质筛除装置为旋振筛，所述污泥输送装置为螺杆泵。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述污泥微泡连续扩增系统进行污泥干化预处理的应用，所述应用包括以下步骤：
（1）污泥调质匀浆：将污泥置于所述搅拌装置中搅拌至泥浆状，再向搅拌装置中投加生石灰及木质纤维素，搅拌均匀后静置；所述生石灰的加入量优选为污泥湿重的5%～10%，所述木质纤维素的投加量优选为所述污泥湿重的2‰～10‰；
（2）去除杂质：采用所述杂质筛除装置将步骤（1）得到的污泥中的长纤维及大颗粒杂质去除；
（3）微泡扩增：将微泡污泥输出口的通断阀打开，反冲洗出口的通断阀关闭，通过所述污泥输送装置将步骤（2）得到的污泥输送至罐体中，同时从压缩空气通入口将压缩空气通入罐体中，启动污泥微泡扩增器的搅拌组件进行搅拌形成微泡污泥（微泡污泥的密度降至待处理污泥密度的40%～60%），微泡污泥最终从微泡污泥输出口流出；搅拌时的搅拌速度优选为300rpm～600rpm，每次连续搅拌的时间优选为30min～90min；
（4）常温干化：将微泡污泥摊堆于干化温室中，配合适当的翻堆处理，实现污泥常温条件下的快速干化。
上述应用中，优选的，所述污泥微泡扩增器每连续运行一段时间后进行一次反冲洗，反冲洗时，污泥输送装置停止泵送污泥，反冲洗出口的通断阀打开，微泡污泥输出口的通断阀关闭，从反冲洗入口将水通入罐体，同时使污泥微泡扩增器的搅拌组件反转，冲洗残渣最终随水流从反冲洗出口流出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的污泥微泡扩增器进行污泥微泡扩增时，采用搅拌与压缩空气相结合的方式将空气引入污泥中，能大幅提升污泥微泡扩增的速度，较单独的搅拌引气方式大大缩减了运行的时间，其微泡污泥的处理能力显著提升，极具应用价值和现实意义；本发明的污泥微泡连续扩增系统可对污泥进行搅拌、除杂、泵送、微泡扩增等一系列操作，实现了污泥干化过程中污泥预处理的连续操作，为应对大规模的污泥处理奠定了基础，其可进行大规模的污泥处理，处理能力强，且运行稳定可靠。该污泥微泡连续扩增系统可对高粘度、多杂质、粒度不均的污泥进行处理，其使用范围广。
附图说明
图1为本发明污泥微泡扩增器的结构示意图。
图2为本发明污泥微泡连续扩增系统的示意图。
图例说明：
1、污泥微泡扩增器；11、罐体；111、污泥进料口；112、压缩空气通入口；113、微泡污泥输出口；114、反冲洗入口；115、反冲洗出口；116、固定槽；12、搅拌组件；121、搅拌轴；122、搅拌桨；123、轴封；124、十字形支架；125、变速电机；126、联轴器；2、高压气源装置；3、污泥输送装置；4、搅拌装置；5、杂质筛除装置；6、单向阀；7、通断阀。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1示出了本发明污泥微泡扩增器的一种实施例，包括罐体11和设于罐体11中的搅拌组件12，罐体11的下端侧壁上设有一个污泥进料口111和一个压缩空气通入口112，罐体11的上端侧壁上设有一个微泡污泥输出口113。采用该污泥微泡扩增器进行污泥微泡扩增时，将污泥自污泥进料口111送入罐体11中，同时将压缩空气自压缩空气通入口112通入罐体11中，启动搅拌组件12进行搅拌可形成微泡污泥，搅拌组件12在搅拌的过程中能加速压缩空气与污泥的混合，并产生剪切作用使污泥中的空气分散更加均匀。本发明的污泥微泡扩增器采用搅拌与压缩空气相结合的方式将空气引入污泥中，能大幅提升污泥微泡扩增的速度，较单独的搅拌引气方式大大缩减了运行的时间，其微泡污泥的处理能力显著提升，极具应用价值和现实意义。
如图2所示，本实施例中，污泥进料口111和压缩空气通入口112均设有一个单向阀6。
本实施例中，污泥进料口111和压缩空气通入口112相对于搅拌组件的旋转轴线呈中心对称布置，并使污泥和压缩空气进入罐体11后同向旋转，即两者沿搅拌组件12旋转圆周的切向设置，且两者的切向相反。
本实施例中，罐体11中于微泡污泥输出口113的下方设有一层滤网（图中未示），该滤网的网孔大小为50mm2～100mm2，其通过设置在罐体11内壁上的固定槽116可拆卸的安装，微泡污泥形成后通过滤网再运动至微泡污泥输出口113的过程中，滤网使微泡污泥的泡沫变得更加均匀、细腻、稳定。在其他实施例中，滤网也可以设置多层。
本实施例中，搅拌组件12包括搅拌轴121和多个可拆卸的搅拌桨122，多个搅拌桨122沿轴向依次串联在搅拌轴121上，在实际操作中，搅拌桨122的数量视具体情况设定（一般为1～4个）。参见图1，各搅拌桨122包括与搅拌轴121连接的骨架以及连接于骨架上的多根搅拌杆，搅拌杆沿搅拌轴121的轴向设置，其搅拌效果和剪切作用好。搅拌轴121通过设置在罐体11顶部的轴封123和设置在罐体11内腔下端的十字形支架124固定支撑，搅拌轴121采用变速电机125驱动，变速电机125通过联轴器126与搅拌轴121相连并提供旋转驱动力，其最高转速可达600rpm。
本实施例中，罐体11上端设有带单向阀6的反冲洗入口114，反冲洗入口114可使水沿罐体11顺时针切向注入。罐体11的底部设有反冲洗出口115，反冲洗出口115设有一个通断阀7（球阀），通断阀7可控制反冲洗出口115的通断。微泡污泥输出口113上设有通断阀7（球阀），用于控制微泡污泥输出口113的通断。当污泥微泡连续扩增系统工作一段时间后，关闭微泡污泥输出口113的通断阀7，通过反冲洗入口114可将水注入到罐体11中进行冲洗，冲洗后的残渣再由通过反冲洗出口115排出，可降低堵塞的风险，保障系统的正常运行。
图2示出了本发明污泥微泡连续扩增系统的一种实施例，该污泥微泡连续扩增系统包括本实施例上述的污泥微泡扩增器1、高压气源装置2、污泥输送装置3、搅拌装置4以及与搅拌装置4相连的杂质筛除装置5。其中，污泥微泡扩增器1为污泥微泡连续扩增的核心；搅拌装置4采用搅拌机，其用于将团块状脱水污泥搅拌成泥浆状，并将泥浆状污泥与相关药剂混合均匀；杂质筛除装置5采用旋振筛，其可将污泥中的长纤维及大颗粒杂质筛除；污泥输送装置3采用螺杆泵，螺杆泵连接于杂质筛除装置5和污泥进料口111之间，其输出口通过污泥进料口111的单向阀6与污泥进料口111相连，污泥输送装置3根据需要将经杂质筛除装置5筛除杂质后的污泥输送至罐体11，同时污泥输送装置3还起到推进污泥在罐体11中流动的作用；高压气源装置2为空气压缩机，其出气口通过压缩空气通入口112的单向阀6与压缩空气通入口112相连，高压气源装置2根据需要将压缩空气通入罐体11中，并维持一定的压力以将轻质的微泡污泥排出。工作时，先将反冲洗出口115的通断阀7关闭，微泡污泥输出口113的通断阀7打开。污泥经搅拌装置4搅拌成泥浆状后，通过杂质筛除装置5筛除泥浆状污泥中的长纤维及大颗粒杂质，再由污泥输送装置3输送至罐体11中。与此同时，高压气源装置2将压缩空气通入罐体11中，启动搅拌组件12进行搅拌形成微泡污泥，微泡污泥在压缩空气的压力和污泥输送装置3的推进力作用下由微泡污泥输出口113排出。
本发明污泥微泡连续扩增系统可对污泥进行搅拌、除杂、泵送、微泡扩增等一系列操作，实现了污泥干化过程中污泥预处理的连续操作，为应对大规模的污泥处理奠定了基础，其可进行大规模的污泥处理，处理能力强，且运行稳定可靠。该污泥微泡连续扩增系统可对高粘度、多杂质、粒度不均的污泥进行处理，其使用范围广。
用上述本实施例的污泥微泡连续扩增系统进行污泥干化预处理的应用，具体包括以下步骤：
（1）污泥调质匀浆：城市污水处理厂中经重力浓缩和机械脱水后的污泥（一般含水率为85%）置于搅拌装置4中以150rpm的速度匀速搅拌20min，使污泥由团块状变成泥浆状，再向搅拌装置4中投加污泥湿重5%～10%的生石灰及污泥湿重2‰～5‰的木质纤维素，继续搅拌10min以达到匀质效果，然后将匀浆污泥静置4h～8h；
（2）去除杂质：将步骤（1）中静置后的匀浆污泥通入杂质筛除装置5，去除污泥中较长纤维及大颗粒杂质；
（3）微泡扩增：将污泥微泡扩增器1的反冲洗出口115的通断阀7关闭，微泡污泥输出口113的通断阀7打开，通过污泥输送装置3将脱除杂质后的污泥以5m3/h的流量输送入罐体11，同时启动高压气源装置2将0.6MPa压力的压缩空气以12m3/h的流量通入压缩罐体11，启动搅拌组件12使搅拌轴121带动搅拌桨122以400rpm的速度逆时针旋转，形成微泡污泥，微泡污泥形成后在压缩空气和污泥输送装置3的推动下穿过滤网，并最终以原污泥2倍左右的体积从微泡污泥输出口113流出；
（4）常温干化：将微泡污泥以一定的厚度摊堆于干化温室中，配合适当的翻堆处理，实现污泥常温条件下的快速干化。
连续进行污泥干化预处理时，污泥微泡扩增器1每连续运行1h左右进行一次反冲洗，反冲洗时，污泥输送装置3停止输送污泥，将反冲洗出口115的通断阀7打开，微泡污泥输出口113的通断阀7关闭，反冲洗水以一定的流量经反冲洗入口114进入罐体11，同时搅拌轴121带动搅拌桨122以400rpm的速度顺时针旋转，反冲洗残渣最终随水流从反冲洗出口115流出。此过程中，高压气源装置2可继续输入压缩空气以增加反冲洗水流扰动。
在实际操作过程中，污泥微泡扩增器1中的污泥流量、压缩气体的流量、搅拌的转速、搅拌桨122的形状及个数、滤网的孔径及个数等参数均可根据实际情况进行调整，这样，对于不同类型污泥的微泡扩增处理都具有较好的适用性，同时对于不同污泥干化条件所需的微泡污泥形式也有较好的调整和优化空间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种污泥微泡扩增器，其特征在于：包括罐体和设于罐体中的搅拌组件，所述罐体的下端设有污泥进料口和压缩空气通入口，所述罐体的上端设有微泡污泥输出口；所述搅拌组件包括带轴封的搅拌轴和沿轴向依次连接于搅拌轴上的两个以上可拆卸式的搅拌桨，所述搅拌桨包括与搅拌轴连接的骨架和连接于所述骨架上的多根搅拌杆；所述污泥进料口和压缩空气通入口相对于搅拌组件的旋转轴线呈中心对称布置，以使污泥和压缩空气进入罐体后同向旋转；所述罐体上端设有带单向阀的反冲洗入口，所述罐体的底部设有带通断阀的反冲洗出口，所述微泡污泥输出口设有通断阀。
2.根据权利要求1所述的污泥微泡扩增器，其特征在于：所述污泥进料口和压缩空气通入口均设有单向阀。
3.根据权利要求1所述的污泥微泡扩增器，其特征在于：所述罐体中于微泡污泥输出口的下方设有一层以上滤网。
4.一种污泥微泡连续扩增系统，其特征在于：包括依次连接的搅拌装置、杂质筛除装置、输送装置和上述权利要求1所述的污泥微泡扩增器。
5.根据权利要求4所述的污泥微泡连续扩增系统，其特征在于：所述杂质筛除装置为旋振筛，所述输送装置为螺杆泵。
6.一种用上述权利要求4或5所述的污泥微泡连续扩增系统进行污泥干化预处理的应用，所述应用包括以下步骤：
（1）污泥调质匀浆：将污泥置于所述搅拌装置中搅拌至泥浆状，再向搅拌装置中投加生石灰及木质纤维素，搅拌均匀后静置；
（2）去除杂质：采用所述杂质筛除装置将步骤（1）得到的污泥中的长纤维及大颗粒杂质去除；
（3）微泡扩增：将微泡污泥输出口的通断阀打开，反冲洗出口的通断阀关闭，通过所述输送装置将步骤（2）得到的污泥输送至罐体中，同时从压缩空气通入口将压缩空气通入罐体中，启动污泥微泡扩增器的搅拌组件进行搅拌形成微泡污泥，微泡污泥最终从微泡污泥输出口流出；
（4）常温干化：将微泡污泥摊堆于干化温室中，配合适当的翻堆处理，实现污泥常温条件下的快速干化。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述污泥微泡扩增器每连续运行一段时间后进行一次反冲洗，反冲洗时，输送装置停止泵送污泥，反冲洗出口的通断阀打开，微泡污泥输出口的通断阀关闭，从反冲洗入口将水通入罐体，同时使污泥微泡扩增器的搅拌组件反转，冲洗残渣最终随水流从反冲洗出口流出。
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