CN109476520B - 改善的絮凝试剂辅助的污泥脱水方法以及用于实施这种方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及絮凝试剂辅助的污泥脱水方法，所述方法包括将絮凝试剂注入到污泥中以及所述污泥的脱水步骤，其特征在于该方法包括预备步骤，该预备步骤在于在包括圆柱形腔室(4a)的混合器(4)中混合所述污泥，该圆柱形腔室(4a)配备有在以500转/分钟至4000转/分钟的旋转速度转动的轴(4b)上旋转安装的叶片(4c)，以便破坏污泥的结构并且降低其粘度，并且将来自所述混合器(4)的污泥经由网络(11)排放至所述脱水步骤，并且该方法包括所述混合器(4)以及所述网络的泄压步骤，导致所述污泥由于气蚀而溶解，所述泄压步骤进行至少0.1秒的持续时间。本发明还涉及相应的设备。

Description

改善的絮凝试剂辅助的污泥脱水方法以及用于实施这种方法 的设备

技术领域

本发明的领域

本发明的领域是包含或不包含有机物质的污泥的处理领域。本发明特别涉及由净化站产生的与其他废物混合或不混合的污泥的处理，以及源自饮用水生产方法的污泥或者来自其他工业过程的污泥的处理。

更具体地，本发明涉及无论其来源如何的污泥的脱水方法，在其中实施絮凝试剂如聚合物的注入。这种方法在本文中被称为“絮凝试剂辅助的脱水”方法。

这种方法特别可应用于具有低干燥度(在实践中小于15％质量(优选2％-7％质量))的在必要时已经被浓缩的污泥的脱水。术语“污泥的干燥度”被理解为污泥所含有的干燥物质的质量百分数。实际上，所述污泥是由以下物质的混合物组成的流体：矿物物质和水，以及化学残留物(当其来自工业过程时)，以及必要时的有机物质。污泥的干燥度通过确立干燥物质质量与污泥总质量之间的质量比来计算。

这些污泥可特别来自可饮用化(potabilisation)过程或者来自生活或工业排放物处理过程。

背景技术

现有技术

水处理过程产生大体积污泥并且随工业和城市发展污泥越来越多。

近几十年来已经开发了降低所述污泥的体积的方法并且特别是脱水方法。

这些脱水方法可使用各种类型的设备(离心机、鼓、台、盘式过滤器、带式过滤器等)并且使用促进所讨论的设备内水与污泥的其余部分分离的适合的絮凝试剂和/或凝结试剂来实施。

实施这些絮凝试剂辅助的脱水方法的成本以不可忽略的方式受所述絮凝试剂成本的影响。特别地，某些特别难以脱水的污泥需要高剂量的絮凝试剂，这增加了实施这种方法的设备的运行成本。

因而现有技术中已经提出了不同的方法来优化这些絮凝试剂的消耗或者避免它们的使用。

因而已知SUEZ Environnement公司的Déhydris

方法，其在于在混合器中使石灰与待脱水的污泥混合，然后将它们输送至离心机，在该离心机的喷嘴处注入聚合物。

这种技术具有的缺点在于除絮凝试剂之外还需要提供另外一种添加剂，即石灰，并且因而增加了污泥的质量。任何关于分配的聚合物的量做出的节省都至少部分用于补偿提供石灰以及排放额外体积的污泥而固有的花费。

还已知SUEZ Environnement公司的Déhydris

方法，其旨在使污泥经受磁场以改变其ζ-电势。

这种方法具有的缺点在于要求使用磁场，这构成了一种实施复杂的技术。

还已知Aquen公司的

方法，其实施两个主要步骤，第一步骤在于将聚合物注入到接收污泥的搅拌腔室中，第二步骤在于在缓慢搅拌的更大体积的第二腔室中使污泥和聚合物的混合物絮凝以形成絮凝物。

该技术具有的缺点在于要求与可能非常大体积的絮凝腔室有关的高能量消耗。此外，实施这种方法的装置独立于脱水设备，其在脱水设备的上游提供，并且必须因此独立于该脱水设备进行管理。

还已知Orege公司的

方法，其提出在污泥/压缩空气混合物膨胀和脱气之前使污泥经受约1-2巴的压缩空气的轻微流动以有助于随后的脱水。聚合物被注入到离心机的喷嘴中，或者或多或少在污泥供给管道上的离心机的上游，正如可由现有技术在某些情形下所建议的。

这种方法具有的缺点在于在大体积的设备中实施并且要求一组需要维护的昂贵元件，例如压缩机、反应器或者分离器。

EMO公司的

(“在线流体动力学混合器”)方法其本身在于在离心机的上游注入聚合物，然后借助于阀产生湍流以改善污泥/聚合物的混合物，用于产生湍流的能量来自流体本身并且因此来自离心机的供给泵。

最后还可引用Siemens公司的

方法，该方法在于在消化器上游通过文丘里管将污泥加压至20巴，以在扩散器处将污泥非常快速地解体。

所有这些现有技术的方法共有的缺点在于应当在大体积的设备中实施。此外，这些方法中没有一种方法已经证明除了添加石灰之外在聚合物消耗量方面产生了真正的节省，也没有显示任何显著的在干燥度方面的增益，即超过1.5％的干燥度的增益。

发明内容

本发明的目的

本发明的目的在于提出一种方法，该方法使得能够在相同的上清液(centrats)质量和絮凝试剂消耗下改善任何脱水方法的输出端且更特别地是离心机的输出端的污泥的干燥度，和/或在相同的上清液质量下优化絮凝试剂的消耗，和/或优化现有脱水装置如离心机的荷载，和/或提高通过絮凝试剂的固相的捕获比率。

本发明的另一目的在于描述这样一种方法，该方法可容易地被整合到现有脱水方法中而不会对其造成干扰。

本发明的另一目的在于提出用于实施这种方法的设备。

本发明的目的之一在于公开这样一种设备，该设备至少在一些实施方案中可整合现有的脱水装置以优化其操作。

特别是，本发明的目的之一在于公开这样一种设备，该设备使得能够优化污泥脱水装置的操作，所述污泥脱水装置例如主要是离心机，但也包括压滤机和带式过滤器等。

本发明的一个目的还在于描述这样一种设备，该设备的装配可非常容易地进行，而不需将已经就位的脱水装置如离心机拆卸或者移位或者替换。

本发明的描述

这些目的以及在此之后将要出现的其他目的通过本发明实现，而本发明涉及一种絮凝试剂辅助的污泥脱水方法，所述方法包括将絮凝试剂如聚合物注入到污泥中以及所述污泥的脱水步骤，其特征在于该方法包括预备步骤，该预备步骤在于在包括圆柱形腔室的混合器中混合所述污泥，该圆柱形腔室配备有在以500转/分钟至4000转/分钟的旋转速度转动的轴上旋转安装的叶片，以便破坏污泥的结构(déstructurer)并且降低其粘度，并且将来自所述混合器的污泥经由网络排放至所述脱水步骤，并且该方法包括所述混合器以及所述网络的泄压步骤，导致所述污泥由于气蚀而溶解(lyse)，所述泄压步骤进行至少0.1秒的持续时间。

本发明因此提出了一种实施简单的方法，其旨在使待脱水的污泥经受混合以破坏其结构并且降低其粘度，混合器的泄压通过改善传热而促进了污泥的结构破坏。该网络的泄压使得其本身能够通过气蚀实现污泥的机械溶解。

所述方法使得能够增加污泥对于絮凝试剂的亲和性并且由此必然提高其在脱水装置内的效率。该方法还使得能够细化在污泥中存在的最粗和/或最重的粒子并且潜在地释放更多与之结合的水。这种方法还使得能够在机械溶解期间释放更多的结合水并且进一步降低粒子的尺寸。这种效率的提高使得能够在等消耗絮凝试剂的情况下赢得在脱水装置的输出端的干燥度点，或者显著降低获得其给定干燥度必须使用的絮凝试剂的剂量，或者提高通过絮凝试剂的有机物质的捕获效率，或者甚至增加脱水装置的荷载。在任何情况下，本发明使得能够提供在这种装置的操作成本方面以及在排放污泥的成本方面的显著节省。

优选地，在于应用到所述混合器和该网络的所述泄压步骤在小于0.001巴至1巴在大气压力的压力下进行0.1秒至30秒、优选1秒至10秒的持续时间。

有利地，在于混合所述污泥的所述预备步骤包括将污泥引入到包括圆柱形腔室的混合器中，该圆柱形腔室配备有在以优选1000转/分钟至2000转/分钟的旋转速度转动的轴上旋转安装的叶片。这种混合速度使得能够进一步优化所寻求的目的，即提高絮凝试剂的效率。

根据本发明的方法可利用任何脱水方法来实施。因此有利的是，所述脱水步骤是借助于至少一个离心机实施的离心步骤。所述离心机常见地用于使污泥脱水。这涉及到了昂贵的装置，其价格根据其尺寸和性能波动很大。根据本发明的方法因此提供了一种经济上有益的替代方案，用具有较高性能水平的装置(较新近的装置)替换具有较低性能水平的装置(较旧的装置)。

根据本发明的一种变化形式，所述聚合物注入在所述离心机的喷嘴(nez)处进行。(离心机的“喷嘴”被理解为是指待离心材料在该离心机中的输入点)。

但是，根据一种特别有利的变化形式，所述絮凝试剂注入步骤通过在所述预备步骤期间或者上游注入所述聚合物来进行。这种变化形式还使得能够优化絮凝试剂的效率以及因此的脱水装置的性能水平。根据这种变化形式，絮凝试剂与结构破坏的并且由于气蚀而机械溶解的污泥混合以给出其中絮凝试剂的功能被优化的紧密混合物。

根据本发明的一种变化形式，该方法进一步包括在所述预备步骤期间或者上游将添加剂、特别是凝结剂如氯化铁或者pH校正剂如CO₂注入到所述污泥中。这种步骤使得能够进一步优化絮凝试剂对污泥的作用。

根据本发明的一种变化形式，该方法包括在所述预备步骤期间或者上游注入热水和/或新鲜蒸汽或闪蒸蒸汽和/或冷凝物(这种冷凝物可来自其他过程并且在原位可得)，以预热所述污泥。这种预热步骤使得能够进一步降低污泥的粘度并且进一步优化污泥的脱水，同时优化絮凝试剂的消耗。

根据本发明的一种变化形式，该方法进一步包括在所述预备步骤期间或上游将稀释水注入到所述污泥中。这种步骤使得能够稀释污泥以便进一步优化絮凝试剂与污泥的接触。

还根据本发明的一种变化形式，该方法包括在所述预备步骤期间或上游所述污泥的曝气。这个步骤通过在混合器的腔室中形成污泥/聚合物/空气乳液还使得絮凝试剂与污泥更好地相互作用。

所有这些流体在混合器的腔室内在非常高速度下混合，该腔室的尺寸因此被计算。

本发明进一步涉及用于实施根据本发明的方法的设备，包括污泥脱水装置以及絮凝试剂注入工具(moyens)，其特征在于该设备包括在所述脱水装置上游提供的包括配备有旋转安装的叶片的圆柱形腔室的混合器，以及将所述混合器的所述污泥输送到所述脱水装置的网络，并且该设备包括所述混合器的所述腔室以及所述网络的泄压工具。

此类混合器是可商购的。其中的叶片的唯一目的是混合污泥，并且不协助使污泥在腔室内向前移动。该圆柱形腔室具有小体积并且在其中的停留时间非常短，约为几秒钟。

优选地，所述泄压工具包括在所述混合器的上游提供的阀以及在所述混合器的下游提供的泵，其可被驱动以便允许流经该网络的污泥的气蚀。

这种混合器以及这种泄压工具可容易地被整合到已经存在的包括所述脱水装置的设备上以用于增强其性能水平。

还有利地，所述脱水装置是离心机。

优选地，所述混合器连接至絮凝试剂如聚合物的注入工具。

根据一种变化形式，所述混合器连接至有机或无机凝结剂如氯化铁的注入工具。

根据一种变化形式，所述混合器连接至稀释水注入工具。

还根据一种变化形式，所述混合器连接至热水和/或新鲜或闪蒸蒸汽和/或冷凝物注入工具以用于预热污泥。

还根据一种变化形式，所述混合器连接至压缩空气注入工具。

附图说明

附图列表

通过阅读参照附图给出的出于说明性目的而非限制本发明范围的本发明实施方案的以下描述，本发明及其各种优点将会更容易地被理解，其中：

-图1是根据本发明的设备的示意图；

-图2是表示在根据图1的设备的实施期间一方面使用根据本发明的方法、另一方面使用现有技术的传统方法的絮凝试剂(聚合物)消耗量的线图。

具体实施方式

本发明的实施方案的说明

设备

参见图1，该设备包括由离心机构成的污泥脱水装置1。所述离心机连接至污泥供给工具2以及聚合物注入工具3。

根据本发明，该设备还包括在所述脱水装置上游提供的混合器4，该混合器4提供有水供给工具6以及必要时在化学调理污泥的情况下的氯化铁注入工具6a。任选的氯化铁的添加使得能够降低污泥的胶体稳定性。

污泥供给工具2、聚合物注入工具3、水供给工具6以及氯化铁注入工具6a(任选)分别通过管道12、13、16连接至收集器7。阀22、23、26使得能够在其中分别分配污泥、聚合物以及任选地与氯化铁混合的水。

污泥供给工具2、聚合物注入工具3和水供给工具6分别通过管道32、33、36连接至离心机1。阀42、43、46使得能够分别将污泥、聚合物和水直接分配到离心机的喷嘴。

用于将水分别输送到混合槽7以及离心机的管道16和36各自配备有共用流量计56。

根据本发明，混合器4包括圆柱形腔室4a，该圆柱形腔室4a配备有在其上安装有叶片4c的旋转轴4b。该旋转轴由电动机(在图1中未示出)驱动，该电动机使得能够在500转/分钟至4000转/分钟的范围内的高旋转速度下驱动叶片。

混合器4经由配备有阀10的共用管道接收可来自混合槽7的混合有聚合物、必要时的氯化铁以及必要的水的污泥。通过配备有泵12和阀13的管道11向离心机输送混合的且溶解的污泥。

在此描述的设备使得能够将污泥、水、聚合物输送到收集器7和/或直接输送到离心机1。

方法

实施在图1中所示的设备，以使得一方面是根据现有技术并且另一方面是根据本发明消化的混合污泥进行脱水。所述污泥具有28％的初始干燥度。

在这些实验的范围内，离心机总是在其最大容量(2000G)下使用。

在第一实验阶段中，根据现有技术，关闭阀22、23、26、46并且只打开阀42和43以便将来自这些成分的供给工具2和3的污泥和聚合物直接引导至离心机1的喷嘴而不流经混合器。

在第二实验阶段中，根据本发明，保持阀23、26、46关闭。打开阀22以允许经由槽7将污泥分配到混合器4中并且关闭阀42。阀43保持打开以继续将聚合物输送至离心机1的喷嘴。

在第三实验阶段中，保持阀26和46关闭。保持阀22打开，关闭阀43并且打开阀23以允许根据本发明将污泥和聚合物输送到混合器4中。

在这个第三实验阶段期间，使用泵12将来自收集器7的混合物泵送至混合器4并且阀10被部分关闭以便通过混合器4的腔室以及在阀10和泵12之间的网络的1-5秒的泄压引起所述混合物的气蚀。实践中，在所述腔室和在该网络中的压力降低至低于大气压0.1-0.3巴。

在关闭的阀10与泵12之间的网络的泄压引起泵12的气蚀，导致其运行超出了其泵工作性能曲线。阀13在泵12的下游产生荷载损失以便使泵12返回至泵工作性能曲线(泵的HMT已校正)并且使得泵总是处于荷载下并且不会放去起动水(se désamorce)。

在这三个实验阶段的每一个期间，以三个不同的剂量使用聚合物，即5kg/TMS(吨干物质)、7.5kg/TMS和11kg/TMS。

混合器以2000转/分钟的叶片速度被用于第二和第三实验阶段，使得污泥能够在被输送至离心机1之前破坏结构。

所述污泥由于不需要而不添加氯化铁。

在离心机1的输出端的污泥干燥度结果总结于图2中所示的图上。

这些结果显示出，使用相同的聚合物剂量，归因于本发明可以获得利用本发明的显著更好的污泥干燥度，特别是当将聚合物注入到在动态混合器的上游提供的收集器中时。

因而，针对11.3kg/吨干燥物质(TMS)的聚合物剂量，借助于本发明获得32％的污泥干燥度，并且通过在动态混合器的上游注入聚合物获得甚至超过33％的污泥干燥度，而根据现有技术获得的干燥度仅有28.5％。产生这些结果并未添加氯化铁和压缩空气，因为污泥并不需要它们。29％的相当的干燥度可通过以5kg/TMS的比率使用聚合物而获得，即聚合物的量节省了接近50％。

Claims (16)

1.絮凝试剂辅助的污泥脱水方法，所述方法包括将絮凝试剂注入到污泥中以及所述污泥的脱水步骤，

其特征在于该方法包括预备步骤，该预备步骤在于在包括圆柱形腔室的混合器中混合所述污泥，该圆柱形腔室配备有在以500转/分钟至4000转/分钟的旋转速度转动的轴上旋转安装的叶片，以便破坏污泥的结构并且降低其粘度，并且将来自所述混合器的污泥经由包括泵的网络排放至所述脱水步骤，

并且该方法包括所述混合器以及所述网络的泄压步骤，导致所述污泥由于气蚀而溶解，所述泄压步骤进行至少0.1秒的持续时间，所述网络的所述泄压引起所述泵的气蚀。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述泄压步骤进行0.1秒至30秒的持续时间。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述旋转速度为1000转/分钟-2000转/分钟。

4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述脱水步骤是借助于至少一个离心机实施的离心步骤。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述絮凝试剂注入步骤通过在所述预备步骤期间或者上游注入所述絮凝试剂来进行。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括在所述预备步骤期间或者上游注入热水和/或新鲜蒸汽或闪蒸蒸汽和/或冷凝物以用于预热所述污泥。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括在所述预备步骤期间或者上游将稀释水注入到所述污泥中。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括在所述预备步骤期间或者上游所述污泥的氧合作用。

9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括在所述预备步骤期间或者上游将絮凝试剂注入到所述污泥中。

10.用于实施根据权利要求1-9中任一项的方法的设备，包括污泥脱水装置以及絮凝试剂注入工具，其特征在于该设备包括在所述脱水装置上游提供的包括配备有旋转安装的叶片的圆柱形腔室的混合器，以及将所述混合器的所述污泥输送到所述脱水装置的网络，并且该设备包括所述混合器的所述腔室以及所述网络的泄压工具，其中所述泄压工具包括在所述混合器的上游提供的阀以及在所述混合器的下游提供的泵。

11.根据权利要求10的设备，其特征在于所述脱水装置是离心机。

12.根据权利要求10或11的设备，其特征在于所述混合器连接至絮凝试剂注入工具。

13.根据权利要求10或11的设备，其特征在于所述混合器连接至凝结剂注入工具。

14.根据权利要求10或11的设备，其特征在于所述混合器连接至稀释水注入工具。

15.根据权利要求10或11的设备，其特征在于所述混合器连接至热水和/或新鲜或闪蒸蒸汽和/或冷凝物注入工具。

16.根据权利要求10或11的设备，其特征在于所述混合器连接至压缩空气注入工具。

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