CN102874995B - 一种提高脱水污泥流动性的浆化降粘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属固废处理领域，具体涉及一种提高脱水污泥流动性的浆化降粘方法，步骤为：首先将脱水污泥放入具有剪切搅拌功能的容器中，关闭加料口使容器密闭，使脱水污泥在容器中处于缺氧或厌氧环境；设置搅拌器转速为10-40r/min；对脱水污泥进行连续搅拌，并投加无机盐类或(和)碱性物质进行催化，该阶段搅拌时间与所设转速呈反比，最低搅拌时间为2.5h；物料粘度降低40%以上时，可降低搅拌转速至10-30r/min，设置搅拌器“搅拌/停止”时间比例为1/5~1/1，搅拌时间与所设转速呈反比，15~30h后，物料可实现浆化。本发明通过控制搅拌速度、缺氧环境和搅拌方式，使物理浆化作用和生物浆化作用协同发挥作用，提高脱水污泥浆化效率，能够在20~35小时内使脱水污泥的粘度下降70~80%，高效低耗，装置和操作简单，适合工程上放大推广。
Description
技术领域
本发明属固废处理领域，具体涉及一种提高脱水污泥流动性的浆化降粘方法。
背景技术
城市污水处理厂因净化生活污水而产生的初沉污泥和剩余污泥经浓缩脱水后，形成含水率约75~80%的脱水污泥。脱水污泥是一种半塑性非流态物料，粘度范围为2,000,000~8,000,000cp，在工程化处理过程中，对高含固污泥进行管道输送存在难度高、能耗大、易堵塞等问题，脱水污泥的输送常常成为污泥处理工艺和设备设计的限制性因素之一。另外，近年来，将脱水污泥进行厌氧消化的污泥干法厌氧消化工艺已被证实是污泥处理的一种可行途径(ZL 201010288462.X；ZL 201010288896.X)。然而，由于脱水污泥是一种半塑性非流态物料，且其粘度是传统浓缩污泥的1000~2000倍，这给污泥的后续消化工艺带来一系列问题。脱水污泥厌氧消化工程实践中发现的几大弊端主要包括：(1)无法进行高效地管道输送、能耗大、易堵塞；(2) 大大增加物料输送和干法厌氧主反应器进料系统的设计难度；(2) 增加了后续厌氧消化工艺中系统内的传质阻力，影响厌氧消化效率。因此，使脱水污泥浆化，降低其粘度，提高脱水污泥的流动性可以有效解决以上难点。
目前，浆化降粘技术针对的物料大多为金属、冶炼废弃物(CN200910044094.1；CN201120200536.X)和化工原料如石灰、木质素等(CN200810134953.1；CN200910154861.4)。这些技术普遍采用高温加热的方式对物料进行浆化(CN201110446980.4；CN200910035959.8；CN200810134953.1)，或者所针对的浆化装置构造、操作复杂(CN201120200536.X；CN200910044094.1；CN200910154861.4)。
针对污泥浆化降粘技术的专利主要有两个，分别为(1)一种污泥水热干化处理装置及其浆化反应器(CN201110446980.4)，该技术通过水热反应和闪蒸技术使粘性有机物分解、并破坏污泥的胶体结构来提高物料流动性；(2)含水生物质的干燥浆化方法(CN200910035959.8)，该方法采用130~170℃的锅炉烟气对物料进行加热处理降低含水率，再将物料在150~250℃条件下进行高压加热处理降低物料粘度。这两种针对脱水污泥的浆化方法采用传统的加热方式，缺点在于浆化能耗较高、设备构造复杂、浆化操作繁琐。
本发明将公开一种低能耗、操作简单、并易于实现设备化的脱水污泥浆化降粘的方法。
发明内容
本发明的目的在于提高脱水污泥的流动性，降低其粘度，提供一种脱水污泥浆化降粘的方法。
本发明提出的提高脱水污泥流动性的浆化降粘方法，采用脱水污泥浆化装置实现，将脱水污泥放置在具有剪切搅拌功能的脱水污泥浆化装置中，控制搅拌速度和静置时间使物料在机械作用和生物作用的共同作用下快速浆化降粘，所述脱水污泥浆化装置由轴承及轴承支座1、搅拌器、盐溶液进药口4、碱溶液进药口5、主罐体6、联轴器8、变速器9、电机10、支架11、出料口12和进料口13组成，其中：搅拌器由搅拌器内螺带2、搅拌器外螺带3和转轴7组成，搅拌器内螺带2和搅拌器外螺带3套于转轴7外，搅拌器位于主罐体6内，且搅拌器转轴7的两端分别伸出主罐体6外，转轴7与主罐体6交界处采用填料密封或机械密封，转轴7位于轴承及轴承支座1上，转轴7一端通过联轴器8连接变速器9，变速器9连接电机10，轴承及轴承支座1、主罐体6及电机10分别固定于支架11上，主罐体6顶部设有盐溶液进药口4、碱溶液进药口5和进料口13，底部设有出料口12，所述电机10连接时间继电器，搅拌器连接变频器。具体步骤如下：
(1) 加料
将脱水污泥通过加料口放入具有剪切搅拌功能的主罐体中，关闭加料口使主罐体密闭，使脱水污泥在主罐体中处于缺氧或厌氧环境；
(2) 高强度均质化搅拌进行物理浆化降粘
设置搅拌器转速为10-40 r/min；对脱水污泥进行连续搅拌，同时添加溶解性无机盐或(和)碱性物质，搅拌时间与所设转速呈反比，搅拌时间为2.5h以上，控制脱水污泥的粘度降低40%~50%为宜，溶解性无机盐为NaCl或CaCl2，碱性物质为CaO或Ca(OH)2，投加量以控制脱水污泥pH不大于9为宜，NaCl 投加量为1~6gNaCl/kg脱水污泥，CaCl2投加量为1~8gCaCl2/kg脱水污泥；该步骤的连续搅拌剪切作用为：第一，使固体颗粒分布均质化；第二，使固体颗粒与液相物质间产生相对运动从而减弱固液相分子间的结合力；第三，促进脱水污泥中具有化学絮凝作用(如聚丙烯酰胺PAM)和生物絮凝作用(如污泥胞外聚合物EPS)的高分子聚合物发生分子链状态的弯曲或进一步断裂，降低分子链的空间延展性。以上几方面协同作用可使脱水污泥粘度快速下降，有利于后续阶段充分发挥生物浆化作用。
该阶段浆化过程中，添加无机盐可加速脱水污泥中的聚丙烯酰胺或生物絮凝物质发生长分子链的收缩卷曲，使其分子流体力学尺寸迅速减小，破坏高分子絮凝剂的电力平衡使其发生形态变化从而粘度下降。添加碱性物质可改变脱水污泥中阳离子聚丙烯酰胺的水解度，使絮凝剂溶解度下降。
(3) 间歇搅拌促进生物浆化
当连续高强度均质化搅拌使脱水污泥粘度降低40%~50%时，高强度连续搅拌已较充分地发挥了对脱水污泥的降粘作用，继续高强度搅拌将不利于生物降粘作用的发挥。此时，采用间歇搅拌方式使物料进行生物浆化。维持(也可适当降低)搅拌器工作时的转速，以10-30 r/min为宜，设置搅拌器“搅拌/停止”时间比例为1/5~1/1，搅拌时间与所设转速呈反比。如此交替运行共15~30h后，相比脱水污泥的初始粘度，此时污泥粘度可降低80%以上，物料可实现浆化，可使用适用于高含固率液体的泵进行后续输送及进一步处理。
本发明中，步骤(2)中同时投加溶解性无盐和碱性物质时，控制总金属元素投加量在6g金属元素/kg脱水污泥以下。
本发明中，所述脱水污泥的加入量应控制在不高于搅拌器外螺带3的上缘。
该步骤采用低搅拌强度，可避免持续高强度搅拌影响微生物的活性，降低生物浆化作用的效率；该步骤交替运行搅拌器的方式，有利于微生物分泌的水解酶与物料中的颗粒有机物进行充分接触，使颗粒有机物快速分解并溶解，进一步降低物料粘度。
本发明具有如下优点：
1. 该方法能够在20~35小时内使脱水污泥的粘度下降70~80%，高效低耗，装置和操作简单，适合工程上放大推广。
2. 该方法可方便地借助螺带式变频搅拌器和时间继电器实现自动控制，用于脱水污泥厌氧消化的前端预处理，预处理后的物料通过泥浆泵等进行高效输送，实现污泥预浆化-厌氧消化工艺的连续运行。
3. 该浆化工艺相对于其他通过加热或加药等方式进行浆化的工艺具有高效、低耗、环保等优点。
附图说明
图1为本发明脱水污泥浆化装置的结构图示。
图2为a-a断面图示。
图3为本发明脱水污泥浆化装置的俯视图。
图中标号：1轴承及轴承支座，2搅拌器内螺带，3搅拌器外螺带，4盐溶液进药口，5碱溶液进药口，6主罐体，7转轴，8联轴器，9变速器，10电机，11支架，12出料口，13进料口。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
如图1-3所示，脱水污泥浆化装置组成为：1轴承及轴承支座，2搅拌器内螺带，3搅拌器外螺带，4盐溶液进药口，5碱溶液进药口，6主罐体，7转轴，8联轴器，9变速器，10电机，11支架，12出料口，13进料口。其中，进料口13用于一次性放入初始物料，主罐体6中所容纳的物料体积应控制在不高于搅拌器外螺带3的上缘。加药时可以将粉末状无机盐和碱性物质从进料口13投入主罐体6，也可在外置的容器中配制成浓溶液由蠕动泵连接至盐溶液进药口4和碱溶液进药口5进行连续进药。搅拌器由搅拌转轴7、搅拌器内螺带2和搅拌器外螺带3组成，采用双螺带有助于实现充分混合和高效剪切。电机10的开停时间可采用时间继电器进行控制，搅拌转速可采用变频器调节。浆化后的物料通过出料口12流出，或者连接泥浆泵等进行快速输送。
取污水厂A脱水污泥，由进料口13放入浆化装置内，填充率为75%，此时脱水污泥呈半塑性非流态，测得其含固率为19.6%，粘度为3,000,000 cp。从进料口13以每kg脱水污泥投加3g NaCl和4g CaO的剂量投加催化物质，关闭进料口。设置搅拌转速为40 r/min，搅拌时间为3h。开启搅拌后，每隔1小时取样测物料粘度，运行3 h后，测得物料粘度已降低至1,200,000 cp。设置搅拌转速为20 r/min，“搅拌/停止”时间为“10 min / 50 min”，运行20 h后，测得物料粘度为420,000 cp，此时物料基本呈流动状态，可直接打开底部排空阀12使浆化的物料流出。
Claims (3)
1.一种提高脱水污泥流动性的浆化降粘方法，其特征在于采用脱水污泥浆化装置实现，将脱水污泥放置在具有剪切搅拌功能的脱水污泥浆化装置中，控制搅拌速度和静置时间使物料在机械作用和生物作用的共同作用下快速浆化降粘，所述脱水污泥浆化装置由轴承及轴承支座(1)、搅拌器、盐溶液进药口(4)、碱溶液进药口(5)、主罐体(6)、联轴器(8)、变速器(9)、电机(10)、支架(11)、出料口(12)和进料口(13)组成，其中：搅拌器由搅拌器内螺带(2)、搅拌器外螺带(3)和转轴(7)组成，搅拌器内螺带(2)和搅拌器外螺带(3)套于转轴(7)外，搅拌器位于主罐体(6)内，且搅拌器转轴(7)的两端分别伸出主罐体(6)外，转轴(7)与主罐体(6)交界处采用填料密封或机械密封，转轴(7)位于轴承及轴承支座(1)上，转轴(7)一端通过联轴器(8)连接变速器(9)，变速器(9)连接电机(10)，轴承及轴承支座(1)、主罐体(6)及电机(10)分别固定于支架(11)上，主罐体(6)顶部设有盐溶液进药口(4)、碱溶液进药口(5)和进料口(13)，底部设有出料口(12)，所述电机(10)连接时间继电器，搅拌器连接变频器；具体步骤如下：
(1) 加料
将脱水污泥通过加料口放入具有剪切搅拌功能的主罐体中，关闭加料口使主罐体密闭，使脱水污泥在主罐体中处于缺氧或厌氧环境；
(2) 高强度均质化搅拌进行物理浆化降粘
设置搅拌器转速为10-40 r/min；对脱水污泥进行连续搅拌，同时添加溶解性无机盐或/和碱性物质，搅拌时间与所设转速呈反比，搅拌时间为2.5h以上，控制脱水污泥的粘度降低40%~50%为宜，溶解性无机盐为NaCl或CaCl2，碱性物质为CaO或Ca(OH)2，投加量以控制脱水污泥pH不大于9为宜，NaCl 投加量为1~6gNaCl/kg脱水污泥，CaCl2投加量为1~8gCaCl2/kg脱水污泥；
(3) 间歇搅拌促进生物浆化
当连续高强度均质化搅拌使脱水污泥粘度降低40%~50%时，高强度连续搅拌已较充分地发挥了对脱水污泥的降粘作用，继续高强度搅拌将不利于生物降粘作用的发挥；控制搅拌器工作时的转速为10-30 r/min，设置搅拌器的搅拌与停止的时间比例为1/5~1/1，搅拌时间与所设转速呈反比；如此交替运行共15~30h后，相比脱水污泥的初始粘度，此时污泥粘度可降低80%以上，物料可实现浆化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中同时投加溶解性无机盐和碱性物质时，控制总金属元素投加量在6g金属元素/kg脱水污泥以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述脱水污泥的加入量应控制在不高于搅拌器外螺带(3)的上缘。
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