CN108503003A - 基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺 - Google Patents

基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微波‑极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其通过在含有污泥的废水在絮凝搅拌池中进行污泥絮凝沉淀过程中，投加由PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂与极性介质物质制备的混合浆液，使得活性炭粉末与二氧化锰极性介质物质在污泥絮凝过程中与污泥充分均匀混合，最终均匀分布于沉淀的含水污泥中，再将均匀混合有极性介质物质的沉淀絮凝的含水污泥经带式压滤机压滤后形成泥饼，然后由传送带将污泥泥饼运输进微波干化设备快速干化。本发明通过向污泥中加入极性介质来提高微波能利用效率，提高升温速率，达到快速干化污泥的目的，并减少废水中污染物排放，污泥脱水能耗减少40‑50％，脱水效率提高50％以上。

Description

基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺
技术领域
本发明涉及污水污泥处理技术领域，具体来说，涉及一种基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺。
背景技术
污水处理过程中，污泥处理一直是行业内人士所关心的问题。目前，污泥干化设备以机械脱水及热力脱水为主，主要的机械设备有：转鼓式真空过滤机、转桶式离心机、板框压滤机、带式压滤脱水机、螺旋压榨脱水机、浆叶机、套筒机或流化床等。此外，目前对污水处理过程中剩余污泥的处理方法主要有卫生填埋、土地综合利用、热处理、污泥堆肥、超声波消解污泥法等，为了便于污泥的运输、储藏、堆放和利用，在最终处置之前都要求进行污泥脱水。因此，大量高含水率的污泥，在贮存、运输、装卸等过程中不仅存在诸多不便，还存在较高的潜在环境安全风险和隐患，因此污泥的干化处理势在必行。现有技术公开了多种技术，如公开号为CN102145974A的中国专利公开了一种常态下处理污泥的方法，其方法为在污泥中加入氧化导向剂和调节剂CaO，搅拌，并通入臭氧，然后加入聚沉剂，最后将污泥压滤。该专利提供的方法虽然能够将污泥中的有机质进行分解，但是得到的污泥仍具有较大的比阻，仍不利于后续脱水过程的进行。此外，现有污泥干化工艺方法在热力脱水过程中消耗能源、产生有异味甚至有毒有害烟气而造成大气污染的问题。
综上所述，污水处理过程中不可避免地会产生大量污泥，针对现有污泥脱水干化处理方法均存在能耗高、热量损失大的缺点，以及污泥在干燥过程中容易结成大团块、污泥与热量接触面积少，导致干燥速率慢。如何无害化并快速干化处理污水处理过程中产生的大量污泥，成为当今我国一个重要的研究课题。
发明内容
针对传统污泥干燥脱水工艺中利用常规的微波对污泥进行干化，微波能利用率低，升温较慢的不足，本发明通过向污泥中加入极性介质来提高微波能利用效率，提高升温速率，达到快速干化污泥的目的，提供了一种增加了废水中污泥絮凝体的密度、提高污泥干化效率的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，它包括以下步骤，
步骤S1：浆液的制备，将水、PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂，再将极性介质物质组分加入到混合溶剂中制备得到含有极性介质物质的浆液；
步骤S2：浆液的定量投加，用定量泵将步骤1中制备的含有极性介质物质的浆液投加到含有污泥的废水中，并在废水处理工艺中二沉池后的絮凝搅拌池中进行充分搅拌，以使得含有极性介质物质的浆液与絮凝搅拌池中的含有污泥的废水均匀混合，所述极性介质物质在絮凝搅拌池中的含有污泥的废水中的质量浓度为0.01％～1％；
步骤S3：污泥的压滤，将步骤S2中的絮凝搅拌池内絮凝沉淀的污泥通过带式压滤机压滤后形成扁平状的泥饼；
步骤S4：污泥的干化，将步骤S3中的经带式压滤机压滤后形成的扁平状泥饼送入微波烘干设备中进行干化脱水，泥饼在微波烘干设备中的微波干化腔停留的时间为5min-30min，微波烘干设备的微波频率控制为433MHZ～2450MHZ；
所述极性介质物质组分为二氧化锰粉末和活性炭粉末。
为了进一步实现本发明，所述混合溶剂中的PAM有机高分子絮凝剂的质量浓度为0.03％～0.2％。
为了进一步实现本发明，所述混合溶剂中的PAC无机高分子混凝剂的质量浓度为0.5％～20％。
为了进一步实现本发明，所述含有极性介质物质的浆液中的极性介质物质的质量浓度为1％～40％。
为了进一步实现本发明，所述步骤S1中的极性介质物质组分是通过干法投加方式或者湿法投加方式投入到混合溶剂中，以配置并制备成含有极性介质物质的浆液。
为了进一步实现本发明，所述干法投加方式是直接用给料设备将极性介质物质组分投入到水射器，并通过水射器将极性介质加入到投加点。
为了进一步实现本发明，所述湿法投加方式是，先将极性介质物质组分配置成含有极性介质物质组分的悬浮液，再将含有二氧化锰粉末、活性炭粉末的极性介质物质组分与水混合配置成质量分数为10％的含有活性炭粉末的悬浮液，然后将含有活性炭粉末的悬浮液通过浆液制备系统与混合溶剂充分混合后，配置制备成含有极性介质物质的浆液。
为了进一步实现本发明，所述湿法投加方式中所采用的浆液制备系统包括投加器、供混合溶剂系统、混合罐和搅拌机。
为了进一步实现本发明，所述步骤S4中的微波烘干设备包括污泥传送装置、微波干化腔、微波发生器、蒸汽排空装置和蒸汽收集装置，污泥传送装置和微波发生器设置均采用现有技术实现，污泥传送装置和微波发生器设置均设置在微波干化腔内，微波干化腔的上方设有蒸汽排空装置，蒸汽排空装置包括排空管道以及与排空管道连接的抽风机。
为了进一步实现本发明，所述泥饼的厚度为5cm～15cm。
本发明的有益效果：
1、本发明的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，针对废水中污泥成分复杂，通常情况下呈现为颗粒细小的絮凝体状，具有较高的含水率，且粘度较大难以沉降，给污泥的回收、运输带来了困难的问题，在絮凝阶段投加由PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂与极性介质物质制备的混合浆液，由于极性介质物质与絮凝剂、混凝剂的结合，不仅加快了废水中污泥的絮凝沉淀速率、提高了对废水净化的效果，还增加了污泥絮凝体的密度。
2、其通过在含有污泥的废水在絮凝搅拌池中进行污泥絮凝沉淀过程中，投加由PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂与极性介质物质制备的混合浆液，使得活性炭粉末与二氧化锰极性介质物质在污泥絮凝过程中与污泥充分均匀混合，最终均匀分布于沉淀的含水污泥中，再将均匀混合有极性介质物质的沉淀絮凝的含水污泥经带式压滤机压滤后形成泥饼，然后由传送带将污泥泥饼运输进微波干化设备快速干化。本发明通过向污泥中加入极性介质，从而使得废水中污泥的达到更好的沉淀效果。
3、本发明的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，通过向污泥中加入极性介质来提高微波能利用效率，提高升温速率，达到快速干化污泥的目的，极性介质物质在微波激发下快速发出大量热，在污泥中形成热点，使得污泥中水分快速蒸发，进而快速干化，提高了污泥干化的效率。本发明比常规高温加热干燥的能耗低，且蒸汽排空装置的抽风机作为空气循环系统，加大了微波干化腔内的空气的流动，并将高湿空气及时排出，有利于对污泥的干燥，提高了污泥的处理效率，节省了能量，实验结果表明，与常规污泥热干燥相比，污泥脱水能耗减少约40-50％，污泥脱水效率提高50％以上。
4、本发明的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，极性介质物质中含有的微量二氧化锰粉末，增强PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂的活性，有利于PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂在污水中发生氧化还原反应得到的产物中的小分子物质快速沉积，达到污泥絮体发生再絮凝，从而增大污泥絮体的体积，降低了污泥的比阻，有利于污泥后续脱水工艺的进行。
5、本发明的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺采用微波对污泥进行加热干燥，兼具杀菌效果，可使处理后的废水污泥不会对环境再形成二次污染。此外，利用带式压滤机将污泥压滤成厚度为5cm～15cm的扁平状泥饼，使得污泥在微波烘干设备内受热更加均匀，提高了烘干效率；微波烘干设备的微波干化腔上方设有蒸汽排空装置，蒸汽排空装置与蒸汽收集装置连通，蒸汽收集装置采用喷淋装置，对微波干化腔内产生的高湿废气进行排出、洗涤、回收，一方面减少污染，另一方面提高了烘干效率。本发明的微波加热相对于其他加热方式，利用极性介质物质在微波激发下快速发出大量热量的热点效应，使得污泥加热受热更均匀均匀，克服现有技术中“因微波传递速度快，升温较快，导致微波加热污泥后，由于污泥含水率较高而容易在污泥的表面形成蒸发效应，导致污泥表面温度偏低造成不利于污泥快速干化的负温度梯度”的缺陷，使得污泥表面与污泥内部的温度基本保持一致，从而更有利于水分的蒸发，使得干化速效率更高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述。
本发明的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，它包括以下步骤，
步骤S1：浆液的制备，(1)将水、PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂，其中，该混合溶剂中的PAM有机高分子絮凝剂的质量浓度为0.03％～0.2％，该混合溶剂中的PAC无机高分子混凝剂的质量浓度为0.5％～20％；(2)将极性介质物质组分加入到混合溶剂中制备得到含有极性介质物质的浆液，其中，该含有极性介质物质的浆液中的极性介质物质的质量浓度为1％～40％，本实施例的极性介质物质组分为二氧化锰粉末、活性炭粉末。
步骤S1中的极性介质物质组分是通过干法投加方式或者湿法投加方式投入到混合溶剂中以配置成含有极性介质物质的浆液。其中，极性介质物质组分采用干法投加方式时，直接用给料设备将极性介质物质组分投入到水射器，并通过水射器将极性介质加入到投加点；极性介质物质组分采用湿法投加方式时，先将极性介质物质组分配置成含有极性介质物质组分的悬浮液，再将含有二氧化锰粉末、活性炭粉末的极性介质物质组分与水混合配置成质量分数为10％的含有活性炭粉末的悬浮液，然后将含有活性炭粉末的悬浮液通过浆液制备系统与混合溶剂充分混合后配置成含有极性介质物质的浆液；
湿法投加方式中所采用的浆液制备系统包括投加器、供混合溶剂系统、混合罐和搅拌机，投加器、供混合溶剂系统、混合罐和搅拌机均采用现有技术实现，含有极性介质物质组分的悬浮液和混合溶剂分别通过投加器和供混合溶剂系统投入到混合罐，并通过设置在混合罐内的搅拌机充分搅拌，以达到混合均匀后形成含有极性介质物质的浆液。
步骤S2：浆液的定量投加，用定量泵将步骤1中制备的含有极性介质物质的浆液投加到含有污泥的废水中，并在废水处理工艺中二沉池后的絮凝搅拌池中进行充分搅拌，以使得含有极性介质物质的浆液与絮凝搅拌池中的含有污泥的废水均匀混合，达到较好的絮凝效果，从而达到絮凝搅拌池中的含有污泥的废水中的污泥快速絮凝沉淀的目的。
步骤S2中，极性介质物质在絮凝搅拌池中的含有污泥的废水中的质量浓度为0.01％～1％，优选为0.05％，即按质量比计，极性介质物质：PAM有机高分子絮凝剂：PAC无机高分子混凝剂：废水＝5:1:100:1000。
步骤S3：污泥的压滤，将步骤S2中的絮凝搅拌池内絮凝沉淀的污泥通过带式压滤机压滤后形成扁平状的泥饼，泥饼的厚度为5cm～15cm，以利于后续微波快速干化。
步骤S3中的带式压滤机采用现有技术实现，带式压滤机包括带有动力驱动装置的传送带和压滤设备，传送带的宽度设计为1000mm，传送带连接于压滤设备污泥出口与微波烘干设备进口之间，以将带式压滤机压滤后形成扁平状的泥饼连续不断地输送至微波烘干设备内进行烘干。
步骤S4：污泥的干化，将步骤S3中的经带式压滤机压滤后形成的扁平状泥饼送入微波烘干设备中进行干化，泥饼在微波烘干设备中的微波干化腔停留的时间为5min-30min，微波烘干设备的微波频率控制为433MHZ～2450MHZ，优选为915MHZ。
步骤S4中的微波烘干设备包括污泥传送装置、微波干化腔、微波发生器、蒸汽排空装置和蒸汽收集装置，污泥传送装置和微波发生器设置均采用现有技术实现，污泥传送装置和微波发生器设置均设置在微波干化腔内，微波干化腔的上方设有蒸汽排空装置，蒸汽排空装置包括排空管道以及与排空管道连接的抽风机，以利用抽风机将微波干化腔内的湿度较高的废气及时抽出，以利于微波发生器对泥饼的快速干化。蒸汽收集装置为现有技术的喷淋装置，喷淋装置与蒸汽排空装置相连通，通过喷淋装置对微波干化腔内产生的废气进行水洗吸收处理，以减少蒸发废气对大气环境的污染。
实施例1
用定量泵将含有极性介质物质(二氧化锰和活性炭粉末)的浆液，投加入生活废水处理工艺中二沉池后的絮凝搅拌池中，并保证极性介质物质(二氧化锰和活性炭粉末)在废水中的质量浓度为0.05％，絮凝搅拌池中的污水经絮凝沉淀后，将絮凝搅拌池中絮凝沉淀的污泥经带式压滤机压滤成扁平状泥饼后，经1000mm宽传送带传送至微波干化设备中；选用915MHZ微波干化，同时打开抽风机，排空高温湿气，15min后，污泥含水率由85％降低至15％，干化速率快。
实施例2：
用定量泵将含有极性介质物质(二氧化锰和活性炭粉末)的浆液，投加入电镀废水混凝搅拌池中，并保证极性介质物质(二氧化锰和活性炭粉末)在废水中的质量浓度为0.08％，絮电镀废水混凝搅拌池中的污水经絮凝沉淀后，将电镀废水混凝搅拌池中絮凝沉淀的污泥经带式压滤机压滤成扁平状泥饼后，经1000mm宽传送带传送至微波干化设备中；选用915MHZ微波干化，同时打开抽风机，排空高温湿气，10min后，污泥含水率由75％降低至15％，干化速率快。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于，它包括以下步骤，
步骤S1：浆液的制备，将水、PAM有机高分子絮凝剂和PAC无机高分子混凝剂配置成混合溶剂，再将极性介质物质组分加入到混合溶剂中制备得到含有极性介质物质的浆液；
步骤S2：浆液的定量投加，用定量泵将步骤1中制备的含有极性介质物质的浆液投加到含有污泥的废水中，并在废水处理工艺中二沉池后的絮凝搅拌池中进行充分搅拌，以使得含有极性介质物质的浆液与絮凝搅拌池中的含有污泥的废水均匀混合，所述极性介质物质在絮凝搅拌池中的含有污泥的废水中的质量浓度为0.01％～1％；
步骤S3：污泥的压滤，将步骤S2中的絮凝搅拌池内絮凝沉淀的污泥通过带式压滤机压滤后形成扁平状的泥饼；
步骤S4：污泥的干化，将步骤S3中的经带式压滤机压滤后形成的扁平状泥饼送入微波烘干设备中进行干化脱水，泥饼在微波烘干设备中的微波干化腔停留的时间为5min-30min，微波烘干设备的微波频率控制为433MHZ～2450MHZ；
所述极性介质物质组分为二氧化锰粉末和活性炭粉末。
2.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述混合溶剂中的PAM有机高分子絮凝剂的质量浓度为0.03％～0.2％。
3.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述混合溶剂中的PAC无机高分子混凝剂的质量浓度为0.5％～20％。
4.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述含有极性介质物质的浆液中的极性介质物质的质量浓度为1％～40％。
5.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述步骤S1中的极性介质物质组分是通过干法投加方式或者湿法投加方式投入到混合溶剂中，以配置并制备成含有极性介质物质的浆液。
6.根据权利要求5所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述干法投加方式是直接用给料设备将极性介质物质组分投入到水射器，并通过水射器将极性介质加入到投加点。
7.根据权利要求5所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述湿法投加方式是，先将极性介质物质组分配置成含有极性介质物质组分的悬浮液，再将含有二氧化锰粉末、活性炭粉末的极性介质物质组分与水混合配置成质量分数为10％的含有活性炭粉末的悬浮液，然后将含有活性炭粉末的悬浮液通过浆液制备系统与混合溶剂充分混合后，配置制备成含有极性介质物质的浆液。
8.根据权利要求7所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述湿法投加方式中所采用的浆液制备系统包括投加器、供混合溶剂系统、混合罐和搅拌机。
9.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述步骤S4中的微波烘干设备包括污泥传送装置、微波干化腔、微波发生器、蒸汽排空装置和蒸汽收集装置，污泥传送装置和微波发生器设置均采用现有技术实现，污泥传送装置和微波发生器设置均设置在微波干化腔内，微波干化腔的上方设有蒸汽排空装置，蒸汽排空装置包括排空管道以及与排空管道连接的抽风机。
10.根据权利要求1所述的基于微波-极性介质物质的污水污泥快速干化处理工艺，其特征在于：所述泥饼的厚度为5cm～15cm。
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