CN109354384A - 一种连续浓缩有机污泥的方法 - Google Patents

Abstract

一种连续浓缩有机污泥的方法，包括以下步骤：将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，按比例连续投加温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物的胺溶液，搅拌混合均匀；加入酸，调节污泥pH为3‑5，之后进入反应段反应5‑20min；反应后污泥泵入预热罐，通过热交换预热后自流进入加热罐加热，保温5‑20min；加热罐中污泥自流进入浓缩罐并由微气泡带动污泥上浮形成污泥层，使污泥浓缩；浓缩污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下然后污泥去过滤脱水；浓缩罐中浓缩出的水由底部排放管回流至热交换罐用于预热反应后的污泥，回收热能，然后排入废水处理系统。

Description

一种连续浓缩有机污泥的方法

技术领域

本发明属于环境保护中的污水、污泥处理技术领域，特别涉及一种连续浓缩有机污泥的方法。

背景技术

污水处理过程中会产生大量的污泥，其体积大，含水率高，通常高达98-99%，因此污泥的脱水一直是世界性难题。当采用板框压滤机、带式脱水机或离心脱水机等进行机械脱水或真空脱水等固液分离方法进行脱水时脱水速率慢，脱水时间长。

污泥体积的减量化是污泥处理的重要任务之一，因此污泥脱水前通常需要先进行浓缩处理，以减少污泥体积，但是有机污泥中通常含有大量的有机物，其亲水性强，粘度大，结合水含量高，采用常规的污泥浓缩技术如沉淀浓缩、气浮浓缩难以达到良好的浓缩效果。存在浓缩倍数低，减量化效果差等问题，其浓缩后污泥体积仍然巨大，有的污泥甚至难以泥水分层浓缩，而且污泥比阻高，污泥脱水困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续浓缩有机污泥的方法，提高污泥体积减量化程度，使污泥高倍浓缩，并且降低浓缩污泥的比阻，提高污泥脱水速度。

为实现上述之发明目的，本发明采用的技术方法为：

一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，使其反应析出，以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，实现污泥的浓缩，并降低污泥比阻，包括以下步骤：

（1）将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，向反应罐一级混合段中按比例连续投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物的胺溶液，投加量为2-10g/L污泥，搅拌混合均匀；

（2）边搅拌边向反应罐二级混合段中连续加入酸，调节污泥pH为3-5，之后进入反应段反应5-20min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团通过离子交换作用脱去铵（胺）基，形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合；

（3）反应后污泥由污泥泵泵入浓缩罐预热区，由下向上流动通过热交换预热后自流进入浓缩罐浓缩区进行加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5-20℃，改变其物理状态，使共聚物分子链运动卷曲，保温5-20min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，提高浓缩效果；

（4）浓缩罐中浓缩区污泥由上部向下流动，经加热后与浓缩罐浓缩区下部的无机物固体颗粒填料层反应，调控浓缩水pH近中性,并且不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相界面，并由微气泡带动污泥上浮形成污泥层，泥水分层使污泥浓缩，由浓缩罐浓缩区顶部浓缩污泥排泥口排出浓缩污泥；

（5）浓缩糊状污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥去过滤脱水；

（6）浓缩罐浓缩区中浓缩出的水由底部水平集水排水管回流至浓缩罐预热区用于预热反应后进入浓缩罐的污泥，回收热能，然后排入废水处理系统。

有益效果：

a. 以水相中酸析形成的玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物通过对温度的响应在玻璃化温度上下发生物理状态的变化实现软化黏结污泥—保温制孔—硬化支撑脱水孔道作用，使难以浓缩的污泥进一步浓缩，减量化效果明显，污泥体积可缩减至30%以下，浓缩倍数比常规沉淀浓缩法提高4倍以上，比常规气浮浓缩法提高2倍以上。

b.受热后聚丙烯酸酯共聚物分子链柔性链段的蜷缩作用，可带动污泥颗粒高度团聚并变形收缩，使污泥浓缩并形成污泥颗粒间孔隙，构成过滤脱水时的脱水孔道。

c. 析出的共聚物中的羧基可与污泥颗粒的亲水基作用，降低污泥颗粒与水之间的作用力，同时共聚物中柔性链段上的甲基、乙基、酯基等疏水基团进一步提高污泥颗粒的憎水性，并通过气液固三相界面改变污泥的表面性能，降低浓缩污泥中结合水的含量，利于污泥浓缩。

d.聚丙烯酸酯共聚物转化成玻璃态后硬化支撑污泥颗粒间孔隙，可减少过滤脱水时污泥孔隙变形、坍塌，浓缩后污泥比阻可降低为原来的10%以下，由难过滤污泥转变成为易过滤污泥，滤速加快，缩短过滤时间。

e.无机物固体颗粒反应释放的微气泡在污泥颗粒表面形成气、液、固三相接触界面，减少固液接触，并随温度上升，加速微气泡释放，使浓缩出水易借助重力下沉形成水层，提高浓缩效果。

附图说明

图1为连续浓缩污泥的工艺流程图。

图2为污泥浓缩罐剖面结构图。

附图中各部件标注如下：

1污泥浓缩罐浓缩区 2水平集泥槽 3水平穿孔泥管 4无机颗粒填料层 5承托层 6 不锈钢丝网7穿孔支撑板 8水平集水排水管 9加热管 10污泥浓缩罐预热区 11浓缩出水热交换管 12浓缩出水总排水管 13进泥管 14浓缩污泥排泥口 15浓缩出水排水口 16数显温度计

一种用于实现权利要求1的污泥浓缩罐，其特征在于，所述的的污泥浓缩罐包括预热区10和浓缩区1，中间由罐壁隔开；所述的浓缩区为顶部敞口式筒体，上部设有水平集泥槽2和水平穿孔管3，下部设有填料层4，最底部设有水平集水排水管8；所述水平集泥槽2为U型槽，一端封闭，另一端穿过浓缩罐罐壁连接浓缩污泥排泥口14；所述水平穿孔泥管3位于水平集泥槽2下部，管口两末端封闭，管两侧均匀开设直径20mm的出泥孔，孔间距20cm；所述加热管9位于水平穿孔泥管3下方；所述无机颗粒填料层4位于加热管9下方，填料层由穿孔支撑板7支撑，穿孔支撑板上铺设100目不锈钢丝网6，不锈钢丝网上部为承托层5，承托层高度10-15cm，承托料粒径2-5mm，承托层上部为无机颗粒填料层4，层厚度20-30cm，颗粒粒径10-50mm；所述水平集水排水管8位于填料层下部，管口末段封闭，管两侧均匀开设直径20mm的集水孔，孔间距20cm，水平集水排水管8另一端穿过浓缩罐罐壁隔板进入污泥浓缩罐预热区10与浓缩出水热交换管11连接，浓缩出水热交换管11连接浓缩出水总排水管12，穿过污泥浓缩罐预热区罐壁连接浓缩出水排水口15；所述污泥浓缩罐预热区10为封闭式罐体，底部设有进泥管13，进泥管上部设有热交换管11，热交换管上部设有水平穿孔泥管3，通过水平穿孔泥管与污泥浓缩罐浓缩区连通。

具体实施方式

下面结合附图说明通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

（1）将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，向反应罐一级混合段中按比例连续投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物的胺溶液，投加量为4g/L污泥，搅拌混合均匀；

（2）边搅拌边向反应罐二级混合段中连续加入酸，调节污泥pH为4.2，之后进入反应段反应8min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团通过离子交换作用脱去铵（胺）基，形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合；

（3）反应后污泥由污泥泵经进泥管13泵入浓缩罐预热区10中，由下向上流动通过热交换管11预热后自流进入浓缩罐浓缩区1通过加热管9进行加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5℃，改变其物理状态，使共聚物分子链运动卷曲，保温10min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，提高浓缩效果；

（4）浓缩罐浓缩区1中污泥由上部向下流动，经加热后与浓缩罐浓缩区下部的无机物固体颗粒填料层4中的填料反应，调控浓缩水pH近中性,并且不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相界面，并由微气泡带动污泥上浮形成污泥层，泥水分层使污泥浓缩，由浓缩罐浓缩区顶部水平集泥槽2收集后由浓缩污泥排泥口14排出浓缩污泥；

（5）浓缩糊状污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥去过滤脱水；

（6）浓缩罐浓缩区中浓缩出的水由底部水平集水排水管回流至浓缩罐预热区10用于预热反应后进入浓缩罐的污泥，回收热能，然后经浓缩出水排水口15排入废水处理系统。

实施例2

（1）将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，向反应罐一级混合段中按比例连续投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物的胺溶液，投加量为8g/L污泥，搅拌混合均匀；

（2）边搅拌边向反应罐二级混合段中连续加入酸，调节污泥pH为4.0，之后进入反应段反应15min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团通过离子交换作用脱去铵（胺）基，形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合；

（3）反应后污泥由污泥泵进泥管13泵入浓缩罐预热区10中，由下向上流动通过热交换管11预热后自流进入浓缩罐浓缩区1通过加热管9进行加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5℃，改变其物理状态，使共聚物分子链运动卷曲，保温15min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，提高浓缩效果；

（4）浓缩罐浓缩区1中污泥由上部向下流动，经加热后与浓缩罐浓缩区下部的无机物固体颗粒填料层4中的填料反应，调控浓缩水pH近中性,并且不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相界面，并由微气泡带动污泥上浮形成污泥层，泥水分层使污泥浓缩，由浓缩罐浓缩区顶部水平集泥槽2收集后由浓缩污泥排泥口14排出浓缩污泥；

（5）浓缩糊状污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥去过滤脱水；

（6）浓缩罐浓缩区中浓缩出的水由底部水平集水排水管回流至浓缩罐预热区10用于预热反应后进入浓缩罐的污泥，回收热能，然后经浓缩出水排水口15排入废水处理系统。

实施例3

（1）将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，向反应罐一级混合段中按比例连续投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物的胺溶液，投加量为6g/L污泥，搅拌混合均匀；

（2）边搅拌边向反应罐二级混合段中连续加入酸，调节污泥pH为4.2，之后进入反应段反应20min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团通过离子交换作用脱去铵（胺）基，形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合；

（3）反应后污泥由污泥泵进泥管13泵入浓缩罐预热区10中，由下向上流动通过热交换管11预热后自流进入浓缩罐浓缩区1通过加热管9进行加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5℃，改变其物理状态，使共聚物分子链运动卷曲，保温5min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，提高浓缩效果；

（4）浓缩罐浓缩区1中污泥由上部向下流动，经加热后与浓缩罐浓缩区下部的无机物固体颗粒填料层4中的填料反应，调控浓缩水pH近中性,并且不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相界面，并由微气泡带动污泥上浮形成污泥层，泥水分层使污泥浓缩，由浓缩罐浓缩区顶部水平集泥槽2收集后由浓缩污泥排泥口14排出浓缩污泥；

（5）浓缩糊状污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下10℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥去过滤脱水；

（6）浓缩罐浓缩区中浓缩出的水由底部水平集水排水管回流至浓缩罐预热区10用于预热反应后进入浓缩罐的污泥，回收热能，然后经浓缩出水排水口15排入废水处理系统。

预沉淀浓缩24h后的有机污泥经本方法进一步浓缩，体积减量化超过70%以上，效果明显，浓缩后的污泥经真空抽滤脱水测试结果表明，与原污泥相比，脱水速率明显加快，达到相同的污泥含水率，脱水时间可缩短为原来的20%以内，污泥比阻下降90%以上。具体污泥减量化及污泥比阻测试结果如下表所示：

污泥浓缩减量化效果及比阻测试结果

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，响应pH变化使其反应析出，再以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，实现污泥的浓缩，并降低污泥比阻，包括以下步骤：

（1）将预浓缩后的有机污泥泵入反应罐中，向反应罐一级混合段中按比例连续投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的胺溶液，搅拌混合均匀；

（2）边搅拌边向反应罐二级混合段中连续加入酸，调节污泥pH为3-5，之后进入反应段反应5-20min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团通过离子交换作用脱去铵（胺）基，形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合；

（3）反应后污泥由污泥泵泵入浓缩罐预热区，由下向上流动通过热交换预热后自流进入浓缩罐浓缩区进行加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5-20℃，改变其物理状态，使共聚物分子链运动卷曲，保温5-20min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，提高浓缩效果；

（4）浓缩罐中浓缩区污泥由上部向下流动，经加热后与浓缩罐浓缩区下部的无机物固体颗粒填料层反应，调控浓缩水pH近中性,并且不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相界面，并由微气泡带动污泥上浮，泥水分层形成污泥层，使污泥浓缩，由浓缩罐浓缩区顶部排泥口排出浓缩污泥；

（5）浓缩糊状污泥冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥去过滤脱水；

（6）浓缩罐浓缩区中浓缩出的水由底部排放管回流至浓缩罐预热区用于预热反应后进入浓缩罐的污泥，回收热能，然后排入废水处理系统。

2.一种用于实现权利要求1的污泥浓缩罐，其特征在于：所述的的污泥浓缩罐包括预热区和浓缩区，中间由罐壁隔开；所述的浓缩区为顶部敞口式筒体，上部设有水平集泥槽和水平穿孔管，下部设有填料层，最底部设有水平集水排水管；所述水平集泥槽为U型槽，一端封闭，另一端穿过浓缩罐罐壁连接浓缩污泥排泥口；所述水平穿孔泥管位于水平集泥槽下部，管口两末端封闭，管两侧均匀开设直径20mm的出泥孔，孔间距20cm；所述加热管位于水平穿孔泥管下方；所述无机颗粒填料层位于加热管下方，填料层由穿孔支撑板支撑，穿孔支撑板上铺设100目不锈钢丝网，不锈钢丝网上部为承托层，承托层高度10-15cm，承托料粒径2-5mm，承托层上部为无机颗粒填料层，层厚度20-30cm，颗粒粒径10-50mm；所述水平集水排水管位于填料层下部，管口末段封闭，管两侧均匀开设直径20mm的集水孔，孔间距20cm，水平集水排水管另一端穿过浓缩罐罐壁隔板进入污泥浓缩罐预热区与浓缩出水热交换管连接，浓缩出水热交换管连接浓缩出水总排水管，穿过污泥浓缩罐预热区罐壁连接浓缩出水排水口；所述污泥浓缩罐预热区为封闭式罐体，底部设有进泥管，进泥管上部设有热交换管，热交换管上部设有水平穿孔泥管，通过水平穿孔泥管与污泥浓缩罐浓缩区连通。

3.根据权利要求1所述的一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的pH与温度响应性聚丙烯酸酯高分子共聚物由丙烯酸酯类软、硬单体或非丙烯酸类硬单体共聚形成, 通过单体摩尔比控制共聚物的Tg高于室温。

4.根据权利要求1所述的一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的酸为无机酸或有机酸，若为有机酸其电离度应大于聚丙烯酸酯共聚物中羧酸基的电离度，优选无机酸。

5.根据权利要求1所述的一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的加热罐加热采用电加热、蒸汽加热、导热油加热中的任一间接加热方式或其联合加热方式。

6.根据权利要求1所述的一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的无机物固体颗粒填料层为金属单质或化合物固体颗粒，优选石灰石或铁屑。

7.根据权利要求1所述的一种连续浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述权利要求5中的无机物固体颗粒需定期补充。

8.根据权利要求2所述的一种用于实现权利要求1的污泥浓缩罐，其特征在于所述的浓缩罐浓缩区顶部设有数显温度计，根据温度显示调节浓缩罐污泥流量。