CN108623121B - 大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法 - Google Patents

大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法，包括污泥储存运输区和污泥处理区，污泥储存运输区通过一位六通落料管将待处理的污泥输送至污泥处理区，污泥处理区由四个热解室组成，二级热解室设有两根互不相通的水平热解管，三级热解室与一级热解室平行，设有六根互不相通的水平热解管，四级热解室与二级热解室平行；各热解管内均设有空心螺旋叶轮。本发明的大吨位污泥脱水处理装置采用四级热解室分级对污泥进行热解处理，六管热解室与双管热解室交替设置，管外加热管内过滤，通过电催化氧化法实现对污泥结合水的快速高效解离，解离成本低使用寿命长，设备日处理量大、处理效率高，日处理量可达150吨，干燥度10～15％。适合大规模推广使用。

Description

大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法
技术领域
本发明涉及一种大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法，属于污水处理领域。
背景技术
当前由于城镇污水处理厂增多，目前大部分的城市污水处理厂采用生化工艺处理污水，处理过程中会产生大量的生化污泥。生化污泥含水率高，水的存在形式可以分为毛细水、间隙水、表面吸附水、内部水等结合水和游离水(自由水)2大类。通过过滤、重力浓缩等手段，污泥中部分自由水和间隙水可以去除，但由于生化污泥是以有机微粒为主体的悬浮液，颗粒细且具有胶体特性，与水有很大的亲和力，在微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力和胶体颗粒表面的水化膜作用下，大部分的污泥颗粒不易聚结而分散悬浮于水中难以沉降且脱水困难，浓缩后的生化污泥含水率任然高达85％左右，已逐渐成为难以处置的重大污染源。现在国内基本上采用填埋或者采用板块压缩进行处理，处理后的含水率都在40～50％，处理效率低并且有二次污染的问题。据不完全统计，全国城镇污水处理厂每年产生干污泥约为180万吨，但含水80％的湿污泥每年约为900万吨，处理难度大导致大量的污泥直接排放，不仅污染环境，且造成了大量的养料富集和资源浪费，因此，设计一款有效处理污泥的装置及方法成为了目前急需解决的问题。
污泥由于含量复杂、高COD、高氨氮、高悬浮物、高色度、焦油含量高，因此需要设计一套联合处理设备。针对污泥中的不同成分，进行针对性的处理。污泥处理时目前的一个研究热点，除现有设备外，已有中国专利申请，申请号201510860921.x公开了一种新型污泥热解处理设备，主要包括安装于机架上的污泥自动进料装置、四级污泥螺旋热解管、泥渣自动出料装置和水气油分离装置，利用污泥螺旋热解管对污泥进行裂解脱水，能使湿污泥的含水量减少至10～15％。但该套污泥热解处理设备具有一定的局限性，首先是该设备的四级污泥螺旋热解管是为单管设计的，四级热解管的处理能力有限，导致整套设备的处理效率较低，处理能力较小，且整个设备占地面积大，采用皮带轮与定量斗的结合作为自动进料装置，进料为间断不连续的，这进一步限制了整个处理装置的处理能力。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是获得一种大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的大吨位污泥脱水处理装置的技术方案如下：
本发明的第一个目的在于提供一种大吨位污泥脱水处理装置，包括污泥储存运输区和污泥处理区，污泥储存运输区通过一位六通落料管将待处理的污泥输送至污泥处理区，污泥处理区由四个热解室组成，一位六通落料管将待处理的污泥分散传送至一级热解室的各热解管内。
优选的，一级热解室设有六根互不相通的水平热解管，热解管之间平行设置，二级热解室与一级热解室垂直设置，二级热解室设有两根互不相通的水平热解管，三级热解室与一级热解室平行，设有六根互不相通的水平热解管，四级热解室与二级热解室平行，设有两根互不相通的水平热解管。
优选的，各热解管内均设有空心螺旋叶轮。
由于生化污泥粘度大，实心叶轮在搅拌过程中会经常造成堵料问题的发生，影响正常处理速度，还需要耗费大量的人力物力维护热解管。本发明创造性地将各热解管中的实心叶轮替换为空心螺旋叶轮，不仅不会堵料，减少接触面积后反而提高了热解效率，加之四级热解室中两级增加为六根热解管，因此处理效率大大提高，本发明的装置日处理量可达150吨，干燥度10～15％。
优选的，四级加热室的加热管内空心螺旋叶轮的螺距不同。
更优选的，由一级到四级空心螺旋叶轮的螺距逐渐减小。
优选的，热解管外包裹有电炉，电炉加热使热解管达到预设温度。各电炉独立地加热各热解管，加热温度设置灵活且保温效果好，包裹式电炉将热损失减少到最小。
优选的，二级热解室的热解管外包裹有电炉和陶瓷纤维模块，陶瓷纤维模块夹设与电炉的两侧。二级热解室的一根热解管对应一级和三级热解室的三根热解管，因此二级热解室的热解管各具有三个入料口和三个出料口，分别对应一级热解室和三级热解室。
优选的，热解管内壁包裹有固液分离膜，固液分离膜将裂解产生的自由水过滤后排出，提高污泥停留时间，热解分离出的自由水有加热管端部的排水管排出。
优选的，热解管一端向上开口形成入料口，一端向下开口形成出料口，热解管两端的设有法兰。空心螺旋叶轮沿轴向两端设有凸起，凸起与热解管端部法兰固定连接。
热解管在入料口处设有应急开口，本发明中的热解方式为电催化氧化，因此管内无预埋药品或催化剂，但如果待处理的污泥种类特殊或有加药需要，可以从应急开口加药。
优选的，一位六通落料管的六个落料通道分为两列平行设置，每列三个通道，两列通道之间夹角为60°。
优选的，污泥存储区包括料仓和输料管路，料仓顶部开设料仓入口，底部开设料仓出口，待处理的污泥由料仓入口进入料仓暂存，在料仓出口处加压进入输料管路。
更优选的，输料管路包括干泥螺杆泵、变频电机、输送管和一位六通落料管，输料管路与料仓连接处设有干泥螺杆泵和变频电机，污泥加压进入输送管，输送管将污泥传送至一位六通落料管分散后进入一级热解室。
优选的，处理装置还包括支架，支架支撑料仓、料仓底部的干泥螺杆泵和变频电机。支架为料仓底部的干泥螺杆泵和变频电机提供了空间，便于垂直设置，以达到最好的传送效果，污泥处理区由于管路众多且重量较大，一般采取落地放置。
本发明所述的大吨位污泥脱水处理装置接收已经经过固体悬浮物处理和悬浮油处理的生化污泥，以最大程度的降低生化污泥中的悬浮物颗粒和油污对装置的损害。处理装置采用电催化氧化法，电流密度为6～12mA/cm2，电压为0～50V。在一定温度下快速彻底的降解水中的杂质，热解管的管壁上的固液分离膜，及时将管内降解产生的水通过分离膜分离后排出，分离管内的污泥停留时间和水力停留时间，变相增大了污泥停留时间，并且增加了提高了电催化氧化的反应效率。
本发明的第二个目的在于提供一种采用上述大吨位污泥脱水处理装置的污泥处理方法，所述方法采用电催化氧化法加热释放污泥中的结合水。在电催化氧化的同时，所述方法将释放出的结合水通过固液分离膜排出。
所述处理方法包括如下步骤：
a)一级热解：未经处理的污泥进入一级热解室中进行热解处理；
b)二级热解：经过步骤a)热解的污泥进入二级热解室过渡；
c)三级热解：经过步骤b)热解的污泥进入三级热解室热解，热解后污泥含水率降低至20～25％；
d)四级热解：经过步骤c)热解的污泥进入四级热解室热烘干，处理后的污泥含水率为10～18％。
优选的，一级热解室为初级热解管，初级热解管预热待处理的污泥并进行初步热解，热解强度低，因此六根一级热解管管内加热温度为180～220℃，管内污泥停留时间为15～18min，热解管内电流密度为7～9mA/cm2。
优选的，二级热解室为过渡传送管，一根二级热解管接收三根一级热解管热解后的污泥，二级热解管与一级热解管的热解环境类似，二级热解管管内加热温度为180～220℃，管内污泥停留时间为8～10min，管内电流密度为7～9mA/cm2。
优选的，三级热解室内为深度传送管，为了增强热解效率，三级热解室设有六根热解管，三级热解管管内加热温度为240～280℃，管内污泥停留时间为18～23min，管内电流密度为10～12mA/cm2。
优选的，四级热解室内高温烘干未及时分离排出的自由水，并进行最后一步的热解，加固热解效率，为了便于下一步传送工作，四级热解室内设有两根热解管，四级热解室管内加热温度为320～370℃，管内污泥停留时间为7～9min，管内电流密度为7～9mA/cm2。
污泥在进入处理装置后，经过加压分流输送至一级热解室内，电炉加热至管内温度为180～220℃，污泥在管内的停留时间为15～18min，电催化氧化的电流密度为7～9mA/cm2，变频电机带动齿轮驱动空心螺旋叶轮以一定转速转动，保证污泥停留时间在要求时间范围内，经搅拌反应后，裂解出的水分通过分离膜及时排出，污泥继续加热裂解。经过一级处理的污泥通过管道输送至二级热解室内，二级热解室为两根互不连接的单管组成，每根单管连接一级热解室内的三根热解管，二级热解室的预设温度为180～220℃，污泥停留时间为8～10min，电催化氧化的电流密度为7～9mA/cm2。经过二级热解室过渡后的水由分离膜过滤后排出，每根管道内的污泥通过三个出料口分别进入三个三级热解室的热解管内，三级热解室的预设温度为240～280℃，污泥停留时间为18～23min，电催化氧化的电流密度为10～12mA/cm2，三级热解室为深度热解室，温度增高，停留时间延长，并且可以添加催化剂或氧化剂等加速裂解的药物，空心螺旋叶轮的旋转增大了接触面积，并且加速离子与污泥中活性成分的结合，提高裂解效率，通过第三热解室裂解后的污泥含水率降低至20～25％。裂解后的污泥通过管道进入第四热解室，第四热解室的预设温度为320～370℃，污泥停留时间为7～9min，电催化氧化的电流密度为7～9mA/cm2，第四热解室高温加速裂解效果，夯实第三热解室的裂解效率，并起到高温烘干的作用，达到处理干燥的效果，此时的污泥含水率约为15％左右。
与现有技术相比，本发明的大吨位污泥脱水处理装置采用四级热解室分级对污泥进行热解处理，六管热解室与双管热解室交替设置，管外加热管内过滤，通过电催化氧化法实现对污泥结合水的快速高效解离，解离成本低使用寿命长，设备日处理量大、处理效率高，日处理量可达150吨，干燥度10～15％。适合大规模推广使用。
附图说明
图1是本发明提供的大吨位污泥脱水处理装置的结构示意图；
图2是本发明提供的一位六通落料管结构示意图；
图3是本发明提供的污泥处理区管路示意图；
图4是本发明提供的空心螺旋叶轮结构示意图；
图5是本发明提供的一、三级热解室的结构示意图；
图6是本发明提供的一、三级热解室的结构侧视图；
图7是本发明提供的四级热解室的结构示意图；
图8是本发明提供的二级热解室的结构示意图。
附图标记
1、料仓；11、料仓入口；12、料仓出口；2、输料管路；21、干泥螺杆泵；22、输送管；23、变频电机；24、一位六通落料管；241、落料通道；3、污泥处理区；31、一级热解室；32、二级热解室；33、三级热解室；34、四级热解室；35电炉；36、热解管；361、空心螺旋叶轮；362、进料口；363、出料口；364、齿轮变速箱；365、齿轮；366、叶轮法兰；367、法兰；368、陶瓷纤维模块；4、支架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的大吨位污泥脱水处理装置及污泥处理方法作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。
如图1所示，本发明的大吨位污泥脱水处理装置包括料仓1、输料管路2、污泥处理区3和支架4，其中污泥处理区3为落地设置的，支架4支撑料仓1和输料管路2，待处理的污泥由料仓1顶部的料仓入口2进入料仓1中暂存，再通过料仓出口12输送至污泥处理区3，料仓出口12设于料仓1的底部，便于通过重力将污泥输送至输料管路2内。污泥由污水厂提供，可通过污水厂的管道直接与料仓口接合进入料仓1或其他方式进入料仓1。输料管路2包括干泥螺杆泵21、输送管22、变频电机23和一位六通落料管24，干泥螺杆泵21设于料仓出口12的正下方，将待处理的污泥搅拌混匀后加压输送至输送管22，干泥螺杆泵21的搅拌及输送动力由变频电机23提供，输送管22一端与干泥螺杆泵21相连，另一端与一位六通落料管24相连。
如图2所示的一位六通落料管24，所述落料管光滑地将输送口送入的污泥分为六个落料通道241加压送出，六个落料通道241左右分为两列平行设置，且两列平行的落料通道241之间的夹角为60°。
经一位六通落料管24分散落料后，待处理的污泥进入如图3所示的管路中，图3为本发明的污泥处理区的整体管路介绍图，由图可知，污泥处理区的管路分为四级管路，包括一级热解室31、二级热解室32、三级热解室33、四级热解室34，其中，一级热解室31和三级热解室33为六管热解室，即热解室内有六根互不相连的热解管，二级热解室32和四级热解室34为双管热解室，即热解室内有两根互不相连的热解管，其中各级管道均为平行设置的，但六管热解室与双管热解室在剖面方向上观察为相互垂直的，各管路中均设有空心螺旋叶轮361，如图4所示空心螺旋叶轮361的两个末端伸出热解管的两端，与热解管外的齿轮及变速箱连接，便于设置不同的转速旋转推进。四级热解室均采用空心螺旋叶轮作为搅拌混匀装置，但四级热解室内的空心螺旋叶轮的螺距不同，由一级热解室到四级热解室的空心螺旋叶轮的螺距逐渐减小。四级热解室的每根热解管36内均设有电极，且管内壁包裹有固液分离膜。
一级热解室31顶部设有六个入料口，入料口分别与六个落料通道241相连，使得待处理的污泥可以在重力作用下落入一级热解室内。污泥由一位六通落料管道24落入一级热解室31的六个管路中，经过在六个管路中的加热裂解，经空心螺旋叶轮36推进二级热解室中32，二级热解室中的一根热解管对应一级热解室中的三根热解管，二级热解室32起到缓冲和传递的作用，因此在二级热解室32也为过渡传送室。二级热解室32主要由一热解管36组成，但与第一热解室31不同的是，二级过渡传送室32设有三个进料口362和三个出料口363，便于同时接受来自六管热解室中处理过的污泥，加热加压后过渡至下一个六管热解室内。二级过渡传送室与热解室不同在于过渡传递装置仅需连接热解室与热解室，因此二级过渡传送室固定于两端连接的热解室上。二级过渡传送室除了在热解管36的管壁外包裹有电炉35外，电炉的两侧还包裹有陶瓷纤维模块368，防止热解管36过热对两端通电类组件造成影响。二级过渡传送室32热解管36的一端设有叶轮法兰366和法兰367，叶轮法兰366与空心螺旋叶轮361的轴精密连接，保证热解管在使用过程中不会发生泄漏。
如图5～8所示，热解室用过固定支架固定于平面上。热解管的具体结构包括管内同轴套接的空心螺旋叶轮361，位于管两段的进料口362和出料口363，进料口362开口向上，出料口363开口向下，热解管的管壁外包裹有电炉35，包裹的电炉35可以快速加热热解管至预设的温度，达到良好的处理效果。热解管36的一端设有齿轮变速箱364和轴承365，通过齿轮变速箱364和轴承365的驱动，空心螺旋叶轮361在预设转速下转动。为了保证热解管36两段的密封状态，不泄露也不会影响其他步骤的操作，并且在需要时便于拆卸安装，在热解管的两端均设有法兰。
本发明所述的大吨位污泥脱水处理装置接收已经经过固体悬浮物处理和悬浮油处理的生化污泥，以最大程度的降低生化污泥中的悬浮物颗粒和油污对装置的损害。处理装置采用电催化氧化法，电流密度为6～12mA/cm2，电压为0～50V。在一定温度下快速彻底的降解水中的杂质，热解管的管壁上的固液分离膜，及时将管内降解产生的水通过分离膜分离后排出，分离管内的污泥停留时间和水力停留时间，变相增大了污泥停留时间，并且增加了提高了电催化氧化的反应效率。
污泥在进入处理装置后，经过加压分流输送至一级热解室内，电炉加热至管内温度为200℃，污泥在管内的停留时间为16min，电催化氧化的电流密度为8mA/cm2，变频电机带动齿轮驱动空心螺旋叶轮以一定转速转动，保证污泥停留时间在要求时间范围内，经搅拌反应后，裂解出的水分通过分离膜及时排出，污泥继续加热裂解。经过一级处理的污泥通过管道输送至二级热解室内，二级热解室为两根互不连接的单管组成，每根单管连接一级热解室内的三根热解管，二级热解室的预设温度为200℃，污泥停留时间为9min，电催化氧化的电流密度为8mA/cm2。经过二级热解室过渡后的水由分离膜过滤后排出，每根管道内的污泥通过三个出料口分别进入三个三级热解室的热解管内，三级热解室的预设温度为260℃，污泥停留时间为21min，电催化氧化的电流密度为11mA/cm2，三级热解室为深度热解室，温度增高，停留时间延长，并且可以添加催化剂或氧化剂等加速裂解的药物，空心螺旋叶轮的旋转增大了接触面积，并且加速离子与污泥中活性成分的结合，提高裂解效率，通过第三热解室裂解后的污泥含水率降低至20～25％。裂解后的污泥通过管道进入第四热解室，第四热解室的预设温度为350℃，污泥停留时间为8min，电催化氧化的电流密度为8mA/cm2，第四热解室高温加速裂解效果，夯实第三热解室的裂解效率，并起到高温烘干的作用，达到处理干燥的效果，此时的污泥含水率约为15％左右。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (22)

1.一种大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：所述大吨位污泥脱水处理装置包括污泥储存运输区和污泥处理区(3)，污泥储存运输区包括料仓(1)和输料管路(2)，料仓(1)顶部开设料仓入口(11)，底部开设料仓出口(12)，待处理的污泥由料仓入口(11)进入料仓(1)暂存，在料仓出口(12)处加压进入输料管路(2)，污泥储存运输区通过一位六通落料管(24)将待处理的污泥输送至污泥处理区(3)，污泥处理区(3)电催化氧化待处理的污泥，释放污泥中的结合水，污泥处理区(3)由四级热解室组成，一位六通落料管(24)将待处理的污泥分散传送至热解室内；四级热解室中一级热解室(31)设有六根互不相通的水平热解管(36)，热解管(36)之间平行设置，二级热解室(32)与一级热解室(31)垂直设置，二级热解室(32)设有两根互不相通的水平热解管(36)，三级热解室(33)与一级热解室(31)平行，设有六根互不相通的水平热解管(36)，四级热解室(34)与二级热解室(32)平行，设有两根互不相通的水平热解管(36)，一位六通落料管(24)将待处理的污泥分散传送至一级热解室(31)的各热解管(36)内；各热解管(36)内均设有空心螺旋叶轮(361)。
2.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：所述四级加热室的热解管(36)内空心螺旋叶轮(361)的螺距不同。
3.根据权利要求2所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于，由一级到四级空心螺旋叶轮(361)的螺距逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：各热解管(36)外均包裹有电炉(35)。
5.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：二级热解室(32)的热解管(36)外包裹有电炉(35)和陶瓷纤维模块(368)，陶瓷纤维模块(368)夹设与电炉(35)的两侧。
6.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：热解管(36)内壁包裹有固液分离膜，固液分离膜将裂解产生的自由水过滤后排出。
7.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：一位六通落料管(24)的六个落料通道(241)分为两列平行设置，每列三个落料通道(241)。
8.根据权利要求7所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：两列落料通道(241)之间夹角为60°。
9.根据权利要求1所述的大吨位污泥脱水处理装置，其特征在于：输料管路(2)包括干泥螺杆泵(21)、变频电机(23)、输送管(22)和一位六通落料管(24)，输料管路(2)与料仓连接处设有干泥螺杆泵(21)和变频电机(23)，污泥加压进入输送管(22)，输送管(22)将污泥传送至一位六通落料管(24)分散后进入一级热解室(31)。
10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的大吨位污泥脱水处理装置的污泥处理方法，其特征在于：所述污泥处理方法包括如下步骤：
a)一级热解：未经处理的污泥进入一级热解室中进行热解处理；
b)二级热解：经过步骤a)热解的污泥进入二级热解室过渡；
c)三级热解：经过步骤b)热解的污泥进入三级热解室热解，热解后污泥含水率
降低至20～25％；
d)四级热解：经过步骤c)热解的污泥进入四级热解室热烘干，处理后的污泥含
水率为10～18％；
其中，所述处理方法采用电催化氧化法加热释放污泥中的结合水，所述方法将释放出的结合水通过固液分离膜排出。
11.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述一级热解室管内加热温度为180～220℃。
12.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述一级热解室管内污泥停留时间为15～18min。
13.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述一级热解室管内电流密度为7～9mA/cm2。
14.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述二级热解室管内加热温度为180～220℃。
15.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述二级热解室管内污泥停留时间为8～10min。
16.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述二级热解室管内电流密度为7～9mA/cm2。
17.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述三级热解室管内加热温度为240～280℃。
18.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述三级热解室管内污泥停留时间为18～23min。
19.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述三级热解室管内电流密度为10～12mA/cm2。
20.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述四级热解室管内加热温度为320～370℃。
21.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述四级热解室管内污泥停留时间为7～9min。
22.根据权利要求10所述的污泥处理方法，其特征在于：所述四级热解室管内电流密度为7～9mA/cm2。
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