CN108101340A - 机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，包括三级机械压榨，第一级压榨为进料压榨，通过污泥进泥泵将污水污泥泵入压滤腔室，利用污泥进泥泵的压力对污泥进行压榨脱水；第二级压榨为高压油缸压榨，通过高压油缸施力于压滤腔室，对污泥进行第二级压榨；第三级压榨为超高压压榨，利用高压油缸及力学放大机构协同对污泥进行超高压压榨；至少一级压榨过程中，向压滤腔室通入高压气体。本发明通过机械压力将主要水分压榨出，然后再与高压气体结合，通过高压气体进入到污泥内部，将机械压榨不能脱除的水分带出，形成水蒸气形式排出，同时通过高压气体使得泥饼与滤布之间形成一个微小的间隙，降低污泥水分排出阻力，提高脱水效果。

Description

机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法

技术领域

本发明涉及污水污泥处理领域，具体地说是一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法。

背景技术

污水污泥是污水经过物理法、化学法、物理化学法和生物法等方法处理后的副产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，悬浮物浓度一般为1％-10％，并呈介于液体和固体两种形态之间的胶体状态。污水污泥具有含水率高，有机物含量高，易腐烂等特点。污水污泥高含水率是制约着污泥处理处置的瓶颈，含水率高的污泥不仅体积庞大，而且所含的大量有机质、重金属和有害微生物也容易腐化或释放到环境中，引起二次污染，对于污泥后续的填埋、焚烧、资源化利用等都会造成不利的影响。因此，污泥深度脱水减量化是污泥处理首要目的，减量化是实现污泥其它“三化”的基础，污泥越干，后续处理处置越有利。

污水污泥中所含的水分可分为以下四种：(1)间隙水，不与固体直接结合而是存在于污泥颗粒之间的称为间隙水，其作用力弱，因而很容易分离，这部分水是污泥浓缩的主要对象。间隙水约占污泥水分总量的70％；(2)毛细结合水，在细小污泥固体颗粒周围的水,由于产生毛细现象,既可以构成在固体颗粒的接触面上由于毛细压力的作用而形成楔形毛细结合水,又可以构成充满于固体本身裂隙中的毛细结合水。各类毛细结合水约占污泥中水分总量的20％；(3)表面吸附水，指吸附在污泥颗粒表面的水分,约占污泥水分的7％。污泥常处于胶体状态，故表面张力作用吸附水分较多,且去除较难，(4)内部(结合)水，被包围在污泥颗粒内部或者微生物的细胞膜中的水分,约占污泥水分的3％，这部分水用机械方法不能脱除,但可用生物作用使细胞进行生化分解,或采用其他方法进行去除。

早期污泥常用的脱水设备有板框压滤机、转鼓离心机和带式过滤压滤机，经这些设备脱水后污泥含水率一般在75％-80％，这些污泥因含水率过高，造成运输不便且成本较高，而且无法在填埋场直接处置致使干化时间长，污泥中含有的大量有机物及丰富的氮磷钾等营养物，易腐烂产生恶臭造成环境污染。目前应用最广的隔膜板框压滤机，在机械压榨之前通过添加绝干泥量30％左右的石灰和氯化铁(氯化铝)等对污泥进行改性，通过改变污泥的水分特性，市政污泥压榨之后含水率为60％左右；超高压弹性压榨机也是通过添加大量的石灰铁盐铝盐来对污泥进行改性，压榨压力明显高于隔膜板框压滤机，市政污泥脱水后含水率一般在50％左右。以上两种方法都需要添加大量的石灰和铁盐(铝盐)来对污泥改性，这种方法增加了污泥绝干量，违背了污泥减量化原则，而且添加的氯离子对后续的比如焚烧、干化设备带来不利的影响，添加的石灰对后续的资源化利用也带来不利影响。

当前技术也有一种低温脱水真空干化技术，该技术将物料的脱水与干化工序合成一体，在同一设备上连续完成。该技术主要针对难处理的细粒级物料及要求含固率高的物料进行固液分离；利用低温(<100℃)真空干化原理，达到传统热力干化的脱水效果；既节省了传统热力干化设备的占地面积，避免了脱水设备和干化设备的转换时间和劳动力，减轻了环保、安全上的压力，又将滤饼水分降至用户要求，最大限度地实现污泥的减量化，并在一定程度上起到了杀菌灭活和无害化的作用，是污泥脱水干化的新一代节能降耗设备。污泥高干度脱水技术也有采用电渗透，通过利用污泥颗粒和水分所带不同电荷，通过电极板正负极来实现对污泥脱水。根据研究，机械压榨脱水能耗是干化能耗的五十分之一。上述两种方法从能耗上来考虑，则纯机械压榨能耗比其他方式能耗要低得多，所以，优先考虑通过机械压榨方式来脱水。

通过以上分析，可以看出，要实现污泥的高干度脱水，单独的机械压榨方式只能达到其脱水极限，要想再继续降低水分，必须与其他方法结合。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述现有技术存在的添加药剂量多、能耗高、脱水后污泥含水率仍较高的技术问题，提出一种添加较少量药剂、能耗低，脱水后污泥含水率低的机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下步骤的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，包括三级机械压榨，第一级压榨为进料压榨，通过污泥进泥泵将污水污泥泵入压滤腔室，利用污泥进泥泵的压力对污泥进行压榨脱水；第二级压榨为高压油缸压榨，通过高压油缸施力于压滤腔室，对污泥进行第二级压榨；第三级压榨为超高压压榨，利用高压油缸及力学放大机构协同对污泥进行超高压压榨；至少一级压榨过程中，向压滤腔室通入高压气体。

作为改进，所述第一级的压榨为中压压榨，污泥所受到的压榨压力为1.0-2.0MPa；所述第二级的压榨为高压压榨，污泥所受到的压榨压力为3-5MPa；所述第三极压榨为超高压压榨，污泥所受到的压榨压力为8-10MPa。

作为改进，所述向压滤腔室通入高压气体与所述机械压榨交替进行，通过机械压力将主要水分压榨出，通过高压气体进入到污泥内部，将机械压榨不能脱除的水分以水蒸气形式排出，同时通过高压气体使得泥饼与滤布之间形成一个微小的间隙，以降低污泥水分排出阻力。

作为改进，在进入第一级压榨前，添加阳离子高分子有机絮凝剂对污泥进行调理，使污泥絮团，增大污泥颗粒直径；第一级进料压榨阶段，先进料压榨脱水一段时间后，则暂停进料，再将高压气体通入压滤腔室一段时间后，停止高压气体通入，继续进料压榨；在第二级高压压榨阶段，先进行机械高压压榨脱水，停止机械加压，机械高压压榨停止，压滤腔室体积变大，通入高压气体一段，所述高压气体带出污泥内部及滤布上的水分，高压气体停止注入，机械高压继续压榨一段时间；第三级超高压压榨阶段，超高压压榨一段时间后，超高压泄压，暂时停止供压，高压气体开始注入一段时间，高压气体带出污泥内部及滤布上的水分，所述高压气体停止注入，超高压压榨一段时间。

作为改进，在第三级超高压压榨阶段，超高压压榨与高压气体注入交替进行，在最后一次交替后，则开始卸泥，将所述压滤腔室内的污泥排出，所述最后一次交替是指先进行超高压压榨，然后超高压泄压并停止供压，高压气体注入1-2分钟，结束最后一次交替。

作为改进，所述的进泥浓度为含水率85％-90％，污泥脱水后泥饼最终厚度在3-5mm。

作为改进，所述的高压气体为高压空气或臭氧，压力为0.6-1.0MPa，高压气体每次工作时间为2-3分钟。

作为改进，所述力学放大机构包括前端板和后端板，所述高压油缸作用于所述前端板的外侧，所述前端板的内侧安装有第二级油缸，所述第二级油缸的活塞端通过驱动块与至少一对第一铰杆连接，第二铰杆的一端连接在前端板内侧，第三铰杆的一端连接在后端板内侧，第二铰杆的另一端与第三铰杆的另一端铰接，第二铰杆和第三铰杆的公共端与所述第一铰杆铰接，每个第一铰杆对应相应的第二铰杆和第三铰杆。

作为改进，在压滤腔室内部设置多根柔性毛细管线，所述的每根柔性毛细管线的两头分别固定在压滤腔室的两块板上，所述柔性毛细管线穿透压滤腔室，所述柔性毛细管线的外表面与污泥接触，多根柔性毛细管线的内部均与出水管相连通，通过安装于出水管上的真空泵将所述柔性毛细管线的内部抽成真空，污泥内部的水分通过柔性毛细管线实现真空排出。

作为改进，所述力放大机构和所述第二级油缸一起整体运动或相对运动，所述力学放大机构及第二级油缸随高压油缸一起运动，或在高压油缸不运动时，在第二级油缸作用下进行运动。

采用以上方法，本发明具有以下优点：本发明通过机械压力将主要水分压榨出，然后再与高压气体结合，通过高压气体进入到污泥内部，将机械压榨不能脱除的水分带出，形成水蒸气形式排出，同时通过高压气体使得泥饼与滤布之间形成一个微小的间隙，降低污泥水分排出阻力，提高脱水效果。

附图说明

图1为本发明机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法的流程框图；

图2为力学放大机构的结构示意图；

图3为污泥压缩特性曲线及力放大机构力-位移特性曲线对比图。

如图所示，1、前端板，2、后端板，3、第二级油缸，4、驱动块，5、第一铰杆，6、第二铰杆，7、第三铰杆，8、拉杆，9、高压油缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。此外，本发明之附图中为了示意的需要，并没有完全精确地按照实际比例绘制，在此予以说明。

如图1所示，示意了本发明机械压榨及气流携带双效污水污泥高干度脱水方法的具体流程。本发明的一种机械压榨及气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，该方法为一种机械压榨脱水及高压气体带出水分交错处理对污泥进行脱水的方法。机械压榨分为三级压榨处理，第一级压榨为进料压榨，通过污泥进泥泵的压力对污泥进行压榨脱水，污泥进料泵可以采用柱塞泵，也可以采用转子泵，压力为1.0-2.0MPa，属于中压压榨，该进料压力高于普通的螺杆泵所提供的0.6-1.0MPa，也高于当前的隔膜泵，压力越高，第一级压榨后污泥的含水率越低，含固率越高，在相同的腔室体积下，第一级所能进的污泥量更多，脱水效率越高；第二级压榨为高压油缸对污泥进行第二次压榨，对污泥的压榨压力为3-5MPa，属于高压压榨，高压油缸的系统压力为20MPa左右，活塞面积为压滤腔室面积的1/4～1/6；第三级压榨通过高压油缸及力的放大机构对污泥进行超高压压榨，为超高压压榨，污泥受到的压榨压力为8-10MPa，高压油缸系统压力在10MPa左右，力的放大机构可以采用铰杆机构或双曲肘连杆机构，该力放大机构力-位移特性符合污泥的压缩特性曲线，即力放大机构的力-位移特性曲线应该在污泥压缩特性曲线上方，如图3所示，力学放大机构的力放大倍数在15～20倍，高压油缸活塞的面积为压力腔室面积的1/15～1/20。通过最终的超高压压榨，压力越高，可将污泥内更多的水分挤出，使得污泥最终的含水率越低，提高脱水效果。同时，通过多级压力压榨，避免一次性的将压力提高到超高压时所带来的泥饼层结实紧密，增加水分排出阻力。进泥浓度为含水率85％-90％，该浓度的污泥前期可以带式机或离心机进行浓缩得到，进泥的浓度比当前的进泥浓度95％-97％提高很多，脱水过程所需要的时间大大降低，污泥最终泥饼厚度在3-5mm，比当前的30-50mm厚度明显下降，由于泥饼较薄，根据研究结果，泥饼越薄，其脱水效果越好，该薄层污泥对于提高污泥的脱水效果明显。

高压气体压力为0.6-1.0MPa，高压气体每次工作时间为2-3分钟。通过采用较高压力的气体，该气体将可更好的穿过泥饼层进入污泥内部，将污泥内部的水分带出，而且通过气体压力越高，气体流速越快，在同等时间下可的带出更多的水分，同时，采用高压气体，可将堵塞在滤布上的污泥颗粒吹掉，增强水分通过能力，提高脱水效果。高压气体每次工作时间为2-3分钟，该时间可充分提高利用气流优势，又可减小整体污泥脱水事件，提高污泥脱水效率。

污泥开始压榨之前，添加千分之二到千分之三的阳离子高分子有机絮凝剂(CPAM)进行调理絮凝，使得细小的污泥颗粒絮凝成大的污泥颗粒团。通过添加絮凝剂，对污泥进行絮团，提高出水水质，SS保留率将提高，同时，絮凝后，污泥的吸附水和毛细水将有效的转变成自由水，而自由水可通过机械方式脱除。

机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，包含以下具体步骤：

第1步：添加阳离子高分子有机絮凝剂对污泥进行调理，使污泥絮团，增大污泥颗粒直径；

第2步：进料压榨脱水阶段，先进料压榨单独脱水一定时间，时间约为15分钟；

第3步：在进料压榨完成进料的一半时高压气体开始进入，工作2-3分钟，高压气体停止，进料继续，第一进料压榨时间约为30分钟，污水污泥含水率约为70％；

第4步：在第二级高压压榨阶段，进行机械高压压榨单独脱水；

第5步：机械高压压榨停止，停止机械加压，滤板稍微移动一定的距离，压滤腔室体积稍微变大，注入高压气体2-3分钟，使高压气体带出水分；

第6步：高压气体停止注入，机械高压继续压榨一定时间，高压压榨时间为20分钟，此时污泥含水率约在50％-60；

第7步：超高压压榨开始，超高压压榨一定时间；

第8步：超高压泄压，高压气体注入2-3分钟，带出水分；

第9步：高压气体停止注入，超机械高压压榨一定时间，超高压压榨时间约为10分钟，此时污泥含水率在30-40％之间；

第10步：超高压泄压，高压气体注入1-2分钟将滤布孔中的污泥颗粒清洗干净；

第11步：卸泥，压滤腔室内的污泥排出。

机械压榨时间约为60分钟，高压气体时间约为10分钟，总的压榨脱水时间约为70分钟，结束后污泥含水率在30-40％之间。

采用以上步骤，在第1步絮凝作用下，污泥絮凝成大颗粒，水分结构发生变化，提高机械方式脱水效果，第2、3步进料压榨压力后再与滤布接触处易形成一层泥饼，该泥饼将阻碍污泥内的水分排出，通过高压气体将粘附在滤布上的泥饼吹开，形成一层间隙，有利于水分的脱出，第4步开始利用机械压榨方式进行单独的压榨，将水分进一步的脱出，第5步利用高压气体开始进入将压榨出水的水分带出，同时高压气体进入到污泥内部，将污泥内的水分带出，第6步高压压榨继续压榨，将更多的水分压榨出，第7、8、9步方法效果与4、5、6步相同，第10步，高压气体进入将堵塞在滤布孔中的污泥颗粒清洗干净，为下一个循环脱水做准备。

如图2所示，示意了力学放大机构的具体结构。所述力学放大机构包括前端板1和后端板2，所述高压油缸作用于所述前端板1的外侧，所述前端板1的内侧安装有第二级油缸3，所述第二级油缸3的活塞端通过驱动块4与至少一对第一铰杆5连接，第二铰杆6的一端连接在前端板内侧，第三铰杆7的一端连接在后端板2内侧，第二铰杆6的另一端与第三铰杆7的另一端铰接，第二铰杆6和第三铰杆7的公共端与所述第一铰杆5铰接，每个第一铰杆5对应相应的第二铰杆6和第三铰杆7。所述力放大机构和所述第二级油缸一起整体运动或相对运动，所述力学放大机构及第二级油缸随高压油缸一起运动，或在高压油缸不运动时，在第二级油缸作用下进行运动。

所述前端板1上还连接有拉杆8，后端板2上也固连接有拉杆8，后端板2上的拉杆8可以在前端板1上开设的孔中运动，所述的拉杆8上也开设有楔形槽，固定在前端板1上的拉杆2穿过装在机架上的限位阀体，并与装在限位阀体上的限位阀芯一一对应，固定在后端板2上的拉杆8与安装在前端板1上的限位阀芯一一对应，该限位阀芯与转向齿轮连接，该转向齿轮电机相连。通过该结构设计，可以实现所述力学放大机构及第二级油缸随高压油缸一起运动，或所述力学放大机构与第二级油缸相对运动。

为了进一步降低含水率和提高脱水效率，在压滤腔室内部设置多根柔性毛细管线，所述的每根柔性毛细管线的两头分别固定在压滤腔室的两块板上，所述柔性毛细管线穿透压滤腔室，所述柔性毛细管线的外表面与污泥接触，多根柔性毛细管线的内部均与出水管相连通，通过安装于出水管上的真空泵将所述柔性毛细管线的内部抽成真空，污泥内部的水分通过柔性毛细管线实现真空排出。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：包括三级机械压榨，第一级压榨为进料压榨，通过污泥进泥泵将污水污泥泵入压滤腔室，利用污泥进泥泵的压力对污泥进行压榨脱水；第二级压榨为高压油缸压榨，通过高压油缸施力于压滤腔室，对污泥进行第二级压榨；第三级压榨为超高压压榨，利用高压油缸及力学放大机构协同对污泥进行超高压压榨；至少一级压榨过程中，向压滤腔室通入高压气体。

2.根据权利要求1所述的机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述第一级的压榨为中压压榨，污泥所受到的压榨压力为1.0-2.0MPa；所述第二级的压榨为高压压榨，污泥所受到的压榨压力为3-5MPa；所述第三极压榨为超高压压榨，污泥所受到的压榨压力为8-10MPa。

3.根据权利要求1或2所述的机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述向压滤腔室通入高压气体与所述机械压榨交替进行，通过机械压力将主要水分压榨出，通过高压气体进入到污泥内部，将机械压榨不能脱除的水分以水蒸气形式排出，同时通过高压气体使得泥饼与滤布之间形成一个微小的间隙，以降低污泥水分排出阻力。

4.根据权利要求3所述的机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：在进入第一级压榨前，添加阳离子高分子有机絮凝剂对污泥进行调理，使污泥絮团，增大污泥颗粒直径；第一级进料压榨阶段，先进料压榨脱水一段时间后，则暂停进料，再将高压气体通入压滤腔室一段时间后，停止高压气体通入，继续进料压榨；在第二级高压压榨阶段，先进行机械高压压榨脱水，停止机械加压，机械高压压榨停止，压滤腔室体积变大，通入高压气体一段，所述高压气体带出污泥内部及滤布上的水分，高压气体停止注入，机械高压继续压榨一段时间；第三级超高压压榨阶段，超高压压榨一段时间后，超高压泄压，暂时停止供压，高压气体开始注入一段时间，高压气体带出污泥内部及滤布上的水分，所述高压气体停止注入，超高压压榨一段时间。

5.根据权利要求4所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：在第三级超高压压榨阶段，超高压压榨与高压气体注入交替进行，在最后一次交替后，则开始卸泥，将所述压滤腔室内的污泥排出，所述最后一次交替是指先进行超高压压榨，然后超高压泄压并停止供压，高压气体注入1-2分钟，结束最后一次交替。

6.根据权利要求1或2所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述的进泥浓度为含水率85％-90％，污泥脱水后泥饼最终厚度在3-5mm。

7.根据权利要求6所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述的高压气体为高压空气或臭氧，压力为0.6-1.0MPa，高压气体每次工作时间为2-3分钟。

8.根据权利要求3所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述力学放大机构包括前端板和后端板，所述高压油缸作用于所述前端板的外侧，所述前端板的内侧安装有第二级油缸，所述第二级油缸的活塞端通过驱动块与至少一对第一铰杆连接，第二铰杆的一端连接在前端板内侧，第三铰杆的一端连接在后端板内侧，第二铰杆的另一端与第三铰杆的另一端铰接，第二铰杆和第三铰杆的公共端与所述第一铰杆铰接，每个第一铰杆对应相应的第二铰杆和第三铰杆。

9.根据权利要求3所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：在压滤腔室内部设置多根柔性毛细管线，所述的每根柔性毛细管线的两头分别固定在压滤腔室的两块板上，所述柔性毛细管线穿透压滤腔室，所述柔性毛细管线的外表面与污泥接触，多根柔性毛细管线的内部均与出水管相连通，通过安装于出水管上的真空泵将所述柔性毛细管线的内部抽成真空，污泥内部的水分通过柔性毛细管线实现真空排出。

10.根据权利要求8所述的一种机械压榨与气流携带双效污水污泥高干度脱水方法，其特征在于：所述力放大机构和所述第二级油缸一起整体运动或相对运动，所述力学放大机构及第二级油缸随高压油缸一起运动，或在高压油缸不运动时，在第二级油缸作用下进行运动。