CN108129007B - 自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，将自来水厂污泥与污水处理厂污泥按照流量比为1‑2:1同时引入多级混合器，在多级混合器中充分混合后进入调理池中在不添加其他化学药剂的情况下静置调理，得到含水的混合污泥；含水的混合污泥经过脱水处理后直接填埋或者制成陶粒。本发明利用现有自来水厂污泥特性、污水处理厂污泥特性，将自来水厂污泥掺混入污水处理厂污泥中进行调理，基础处理时无需添加其他化学药剂，精细处理时也能有效减少添加的化学药剂。

Description

自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体的说，是一种自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法。

背景技术

城镇自来水厂在净水过程中会产生大量的排泥水，城镇污水处理厂也产生大量的有机污泥。在中国，自来水的供应逐渐实现了城镇全覆盖，城镇污水处理厂也已运行三千多座。实现水净化和污水处理的同时，自来水厂污泥和污水厂污泥产生的问题也越来越严重，可行的污泥处理处置技术已成为目前研究的热点。过去主要的技术路线还是基于两种污泥的来源和性质不同，各自分别处理处置。实际上，两种污泥的不同特性，在合适的条件下具有一定的互补性；而随着城镇供排水一体化管理体制的形成，两种污泥统一联合处理处置也具有一定可行性。

一方面，自来水厂污泥的特性城镇自来水厂的传统净水工艺主要包括：混凝、沉淀、砂滤和消毒。深度水处理工艺一般在传统工艺基础上增加臭氧活性炭或膜处理工艺等。在水处理过程中一般需要投加絮凝剂，如聚合氯化铝(PAC)，硫酸铝或者氯化铁等化学药剂。在沉淀池实现泥水分离，产生大量的沉淀池排泥水；后续滤池截留的微小絮体在反冲洗后也产生大量的排泥水；如采用深度处理工艺，则还有生物活性炭滤池反冲洗的排泥水或膜滤产生的浓液。这些排泥水往往通过浓缩，再加入聚丙烯酰胺(PAM)调理后进行脱水，形成60％左右含水率的干污泥再进行处置。

可见，排泥水中含有原水中携带的大量泥砂、剩余絮凝剂、絮凝剂水解反应产物(铝盐或铁盐等)；经过脱水的排泥水污泥还增加了剩余PAM和PAM的反应产物。

另一方面，污水处理厂污泥的特性城镇污水处理厂普遍采用格栅、沉砂、初沉、生化、二沉、消毒等处理工艺。生化池大都采用活性污泥法。初沉池排出原水中存在的大量沉淀污泥；生化池产生的剩余活性污泥在后续的二沉池排出。污泥往往通过浓缩，再加入聚丙烯酰胺(PAM)等调理后进行脱水，形成70％-80％含水率的干污泥再进行处置。污水厂污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99％以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。使得这种污泥脱水难度大、增加了后续处置的困难。

发明内容

针对现有自来水厂污泥特性、污水处理厂污泥特性以及现有污泥处理工艺的特性，提出一种自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，将自来水厂污泥掺混入污水处理厂污泥中进行调理，基础处理时无需添加其他化学药剂，精细处理时也能有效减少添加的化学药剂。

本发明通过下述技术方案实现：自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，将自来水厂污泥与污水处理厂污泥按照流量比为1-2:1同时引入多级混合器，在多级混合器中充分混合后进入调理池中在不添加其他化学药剂的情况下静置调理，得到含水的混合污泥；含水的混合污泥经过脱水处理后直接填埋或者制成陶粒。所述多级混合器主体采用不锈钢制成。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述多级混合器包括竖向设置的支撑架以及设置在支撑架上的多个结构相同且尺寸不同的混合单元，混合单元从上向下按尺寸由小至大排列，自来水厂污泥与污水处理厂污泥从多级混合器上方进入、下方流出；每个混合单元包括两个向彼此倾斜且环形同轴套设的混挡圈，其中一个混挡圈为位于内部的内挡圈，另一个混挡圈为位于外部的外挡圈。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述多级混合器中的多个混合单元同轴套叠且上下交错设置，即上一个混合单元中内挡圈的上边沿位于此混合单元中外挡圈的中部，且上一个混合单元中内挡圈的下边沿位于下一个混合单元中外挡圈的中部，多个混合单元中外挡圈、内挡圈依次交错并在支撑架上形成一个整体。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述外挡圈、内挡圈向中心倾斜的角度为45°至75°。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述外挡圈、内挡圈的内壁凹凸不平。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述多级混合器的顶部设置有输入自来水厂污泥的A污泥输入管和输入污水处理厂污泥的B污泥输入管，A污泥输入管和B污泥输入管的输出端均为环形喷管，A污泥输入管位于B污泥输入管的外圈。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述环形喷管上倾斜向下设置喷孔，喷孔的入射方向与外挡圈的内壁或者内挡圈的内壁的夹角为锐角。

进一步地，为了更好的实现本发明，A污泥输入管和B污泥输入管的环形喷管均设置两组喷孔，一组喷孔向外挡圈的内壁喷射，另一组喷孔向内挡圈的内壁喷射。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明提供了一种自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，将自来水厂污泥投入污水处理厂污泥，对其脱水能力改善效果好。

(2)本发明提供了一种供自来水厂污泥与污水处理厂污泥充分掺混的多级混合器，结构简单，但混合效果极佳。

附图说明

图1为多级混合器及污泥输入管的位置关系示意图。

图2为多级混合器的立体结构示意图。

图3为混合单元的立体结构示意图。

图4为多级混合器的正向结构示意图。

图5为多级混合器的正向剖面示意图。

图6为混合单元的正向剖面示意图。

图7为自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比与最终混合污泥的脱水率关系的折线图。

其中：1-支撑架；2-混合单元；3-A污泥输入管；4-B污泥输入管；

01、I-1挡圈；02、I-2挡圈；03、II-1挡圈；04、II-2挡圈；05、III-1挡圈；06、III-2挡圈。

具体实施方式

实施例1：

自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，将自来水厂污泥与污水处理厂污泥按照流量比为1-2:1同时引入多级混合器，在多级混合器中充分混合后进入调理池中在不添加其他化学药剂的情况下静置调理，得到含水的混合污泥；含水的混合污泥经过脱水处理后直接填埋或者制成陶粒。

自来水厂污泥对污水厂污泥的化学调理目前污水处理厂一般采用化学药剂调理的方式来解决污泥脱水困难的问题，很多学者对污水处理厂污泥的化学调理做了研究，其中阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，普通聚丙烯酰胺，表面活性剂，聚合氯化铝，阳离子淀粉，微生物絮凝剂能有效改善污泥的沉降性，降低污泥比阻，增大颗粒的粒径，降低污泥的含水率。化学药剂在污泥调理过程中起到破坏污泥胶体稳定性，电性中和，吸附架桥和网捕卷扫的作用。污泥是呈胶状结构的亲水性物质，污泥一般带负电荷，因此污泥颗粒之间不易聚结而分散于水中。化学调理剂由于对胶体具有很强的吸附性，在吸附的同时对带电的污泥胶体颗粒起电性中和作用，会形成较大粒径的污泥聚集体。因此投加化学调理剂之后能使小颗粒变成大颗粒，通过压缩双电层，降低Zata电位，从而改善污泥沉降性，降低污泥比阻和含水率。

例如，自来水厂大多采用聚合氯化铝作为絮凝剂，产生了大量的铝泥，铝泥中含有很多铝的水解物和其他阳离子物质，而且自来水厂污泥脱水过程中使用了聚丙烯酰胺。铝的水解物和聚合聚丙烯酰胺的吸附架桥作用使污泥中的小颗粒形成比较大的颗粒絮体，阳离子物质与污水处理厂污泥中的负电荷相互中和降低了Zata电位，因此能改善污水处理厂污泥的脱水能力。自来水厂污泥中这些物质对污水处理厂污泥能起到化学调理作用。

水厂污泥对污水厂污泥的物理调理很多学者对污泥的物理调理进行的研究表明，其中木屑，粉煤灰，褐煤，水泥，石灰，纤维材料，小麦糠，红泥，鸟粪石投加到污水处理厂污泥中能有效改善污泥的脱水能力。物理调理剂能在脱水过程中起到“骨架”的作用，使污泥不容易被压缩，形成良好的透水通道，且不容易堵塞滤布，使水分能够顺利的通过泥饼，降低机械脱水的难度，从而降低污泥含水率。

由于自来水厂的原水中含有泥砂，在经过自来水厂处理之后形成的污泥含有大量的无机颗粒，这些无机颗粒能形成良好的“骨架”。脱水后的自来水厂污泥含水率低，作为一种调理剂投加到污水处理厂污泥中，对污泥脱水性能会有明显的改善。

水厂污泥和污水厂污泥联合处理的脱水性能已有研究表明，污水处理厂污泥经过自来水厂污泥调理之后，其沉降性会得到明显的改善，毛细吸水时间缩短，污泥比阻降低，经过离心或者压滤脱水之后，污泥的含水率更低，一般在60％左右。铝泥中含有的大量无机物，这些无机质在混合污泥中起到了良好的“骨架”作用，形成了一定的透水通道，使滤布不容易堵塞，因此能进一步的提高污水处理厂污泥的脱水性能。自来水厂污泥和污水处理厂污泥干重比在1：1的情况下，混合污泥的含固率能从原来的20.8％上升到25.6％。在干重比为1.5：1的情况下，混合污泥经过脱水之后，含水率能降低到60％左右。另外，在达到相同的含水率情况下，混合污泥脱水过程中所需的药剂使用量减半，污泥的处置费用减少20％。

在污水处理厂污泥中投加自来水厂污泥，进行联合处理，不仅提高了混合污泥的脱水性能，还减少了药剂的使用量，降低了污水处理厂污泥的处理成本，有利于后续的最后处置。

混合污泥的处置方向分为：

一、一般自来水厂和污水厂的混合污泥联合脱水后的含水率可以达到60％左右，接近了填埋场填埋污泥含水率要求，填埋是其中一种可行的污泥处置方式。

二、自来水厂污泥中含有大量的泥砂、杂质及水厂投加的混凝剂，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃等，类似粘土成分，烧失量也较低，可以作为一种主要原料来烧制陶粒或制砖等，而含有大量有机物的污水处理厂污泥可以起膨化剂的作用。有研究表明，采用混合污泥生产出来的陶粒不仅比表面积大、表面粗糙、孔隙率高、容重低，不仅可作为轻质建筑材料，还可用于水和污水处理的生物填料等，实现混合污泥的资源化。

但由于混合污泥相比于原污水处理厂污泥无机质含量上升明显，肥效降低，所以不适合堆肥处置。

本发明重点为提供一种自来水厂污泥与污水处理厂污泥的混合装置以及自来水厂污泥与污水处理厂污泥混合时的优选比例。

(一)自来水厂污泥与污水处理厂污泥的混合装置为多级混合器。

如图1-图6所示，所述多级混合器包括竖向设置的支撑架以及设置在支撑架上的多个结构相同且尺寸不同的混合单元，混合单元从上向下按尺寸由小至大排列，自来水厂污泥与污水处理厂污泥从多级混合器上方进入、下方流出；每个混合单元包括两个向彼此倾斜且环形同轴套设的混挡圈，其中一个混挡圈为位于内部的内挡圈，另一个混挡圈为位于外部的外挡圈。

(二)自来水厂污泥与污水处理厂污泥的混合比为1-2:1。

通过稀释或控水调节自来水厂污泥、自来水厂污泥的浓度，使其以流体状态提升至多级混合器上方。当自来水厂污泥、污水处理厂污泥浓度相当(±1％)时，其浓度比可以等同于污泥干重比。此时，自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比为1-2:1时，混合污泥脱水后的含水率低于49.3％；其中自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比为2:1时，混合污泥脱水后的含水率低至38.2％。

其中，自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比与最终混合污泥的脱水率关系如表1。

自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比	混合污泥脱水后的含水率
		1:1	49.30％
1.25:1	43.80％
		1.5:1	41.10％
1.75:1	39.50％
		2:1	38.20％

表1

如图7所示，当自来水厂污泥与污水处理厂污泥流量比大于2:1时，混合污泥脱水后的含水率降低幅度非常缓慢，对于自来水厂污泥的利用率降低。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化，详细公开多级混合器的结构以及自来水厂污泥与污水处理厂污泥输入多级混合器的结构。

所述多级混合器包括竖向设置的支撑架以及设置在支撑架上的多个结构相同且尺寸不同的混合单元，混合单元从上向下按尺寸由小至大排列，自来水厂污泥与污水处理厂污泥从多级混合器上方进入、下方流出；每个混合单元包括两个向彼此倾斜且环形同轴套设的混挡圈，其中一个混挡圈为位于内部的内挡圈，另一个混挡圈为位于外部的外挡圈。

如图5、图6所示，所述多级混合器中的多个混合单元同轴套叠且上下交错设置，即上一个混合单元中内挡圈的上边沿位于此混合单元中外挡圈的中部，且上一个混合单元中内挡圈的下边沿位于下一个混合单元中外挡圈的中部，多个混合单元中外挡圈、内挡圈依次交错并在支撑架上形成一个整体。

所述外挡圈、内挡圈向中心倾斜的角度为45°至75°。通过MATLAB分析软件进行建模分析，当外挡圈的内壁面与水平面呈45°至75°倾角，且内挡圈的内壁面与水平面呈45°至75°倾角时，混合污泥在外挡圈、内挡圈二者之间交叉撞击表面的折返次数较多，可提高混合效果。

所述外挡圈、内挡圈的内壁凹凸不平。由于自来水厂污泥与污水处理厂污泥要在外挡圈的内壁、内挡圈的内壁反复撞击打散，凹凸不平的表面有助于污泥块的打散以及泥、沙、水等多种物质之间相互多次碰撞混合。

如图1所示，所述多级混合器的顶部设置有输入自来水厂污泥的A污泥输入管和输入污水处理厂污泥的B污泥输入管，A污泥输入管和B污泥输入管的输出端均为环形喷管，A污泥输入管位于B污泥输入管的外圈。考虑到掺混时，自来水厂污泥的流量要大于污水处理厂污泥的流量，因此，将自来水厂污泥从外圈路径较大的A污泥输入管输送，而污水处理厂污泥从内圈路径较小的B污泥输入管输送。

所述环形喷管上倾斜向下设置喷孔，喷孔的入射方向与外挡圈的内壁或者内挡圈的内壁的夹角为锐角。此处设置为锐角，可有效防止喷孔中喷射的污泥向上溅射而脱离多级混合器。

A污泥输入管和B污泥输入管的环形喷管均设置两组喷孔，一组喷孔向外挡圈的内壁喷射，另一组喷孔向内挡圈的内壁喷射。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上进一步优化，所述多级混合器中混合单元为三个，从上向下依次为一级混单元、二级混单元、三级混单元。

一级混单元的外挡圈为I-1挡圈、内挡圈为I-2挡圈；

二级混单元的外挡圈为II-1挡圈、内挡圈为II-2挡圈；

三级混单元的外挡圈为III-1挡圈、内挡圈为III-2挡圈。

如图5、图6所示，从上向下依次为：I-1挡圈的上边沿、I-2挡圈的上边沿、II-1挡圈的上边沿、I-1挡圈的下边沿、II-2挡圈的上边沿、I-2挡圈的下边沿、III-1挡圈的上边沿、II-1挡圈的下边沿、III-2挡圈的上边沿、II-2挡圈的下边沿、III-1挡圈的下边沿、III-2挡圈的下边沿。

或者说，I-1挡圈、I-2挡圈、II-1挡圈、II-2挡圈、III-1挡圈、III-2挡圈从上向下依次交错叠套，其结构类似芝麻杆。

自来水厂污泥、污水处理厂污泥在I-1挡圈、I-2挡圈、II-1挡圈、II-2挡圈、III-1挡圈、III-2挡圈内壁反复冲击分散并相互充分掺混，除了提升自来水厂污泥、污水处理厂污泥需要提供动力源外，无需其他动力源，仅利用重力及混合单元的结构特性即可使自来水厂污泥、污水处理厂污泥充分掺混，节能减排。

本实施例的其他部分与实施例1或实施例2相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：将自来水厂污泥与污水处理厂污泥按照流量比为1-2:1同时引入多级混合器，在多级混合器中充分混合后进入调理池中在不添加其他化学药剂的情况下静置调理，得到含水的混合污泥；含水的混合污泥经过脱水处理后直接填埋或者制成陶粒；

所述多级混合器包括竖向设置的支撑架以及设置在支撑架上的多个结构相同且尺寸不同的混合单元，混合单元从上向下按尺寸由小至大排列，自来水厂污泥与污水处理厂污泥从多级混合器上方进入、下方流出；每个混合单元包括两个向彼此倾斜且环形同轴套设的混挡圈，其中一个混挡圈为位于内部的内挡圈，另一个混挡圈为位于外部的外挡圈。

2.根据权利要求1所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：所述多级混合器中的多个混合单元同轴套叠且上下交错设置，即上一个混合单元中内挡圈的上边沿位于此混合单元中外挡圈的中部，且上一个混合单元中内挡圈的下边沿位于下一个混合单元中外挡圈的中部，多个混合单元中外挡圈、内挡圈依次交错并在支撑架上形成一个整体。

3.根据权利要求1所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：所述外挡圈、内挡圈向中心倾斜的角度为45°至75°。

4.根据权利要求1所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：所述外挡圈、内挡圈的内壁凹凸不平。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：所述多级混合器的顶部设置有输入自来水厂污泥的A污泥输入管和输入污水处理厂污泥的B污泥输入管，A污泥输入管和B污泥输入管的输出端均为环形喷管，A污泥输入管位于B污泥输入管的外圈。

6.根据权利要求5所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：所述环形喷管上倾斜向下设置喷孔，喷孔的入射方向与外挡圈的内壁或者内挡圈的内壁的夹角为锐角。

7.根据权利要求6所述的自来水厂污泥与污水处理厂污泥综合利用的方法，其特征在于：A污泥输入管和B污泥输入管的环形喷管均设置两组喷孔，一组喷孔向外挡圈的内壁喷射，另一组喷孔向内挡圈的内壁喷射。

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