CN110183089A - 剩余污泥脱水方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及剩余污泥脱水方法和装置，提供了一种剩余污泥脱水方法，包括以下步骤：(A)剩余污泥旋流浓缩；(B)剩余污泥沸腾床过滤；(C)旋流自转脱水；(D)气流加速度分选；以及(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集。还提供了一种剩余污泥脱水装置。

Description

剩余污泥脱水方法和装置

技术领域

本公开属于化工与环保领域，涉及一种实现剩余污泥中水分的脱除和过滤媒介分选回用的方法和装置。具体地说，本公开涉及一种剩余污泥深度脱水方法和装置。

背景技术

近年来，我国工业废水和生活污水排放量逐年上升，污水处理能力提升的同时，污泥量也同步的大幅增加，截至2018年6月底，全国设市城市累积建成污水处理厂5000多座，污水处理能力达1.90亿立方米/日，活性污泥法是解决水污染的主要措施，但同时活性污泥不断增殖的细胞和排泄物产生大量污泥，我国2018年产生含水率80重量％的污泥5000多万吨，工业污泥4000多万吨，与污水处理率的快速提升相比，我国污泥的处理处置十分严峻，其中仅少数污泥进行无害化处理或资源化利用，有70％污泥没有得到妥善处理。

剩余污泥是由有机物残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的极其复杂的非均质体，其主要来源如下：

(1)城市生活污泥：包括在城市生活污水净化处理过程中产生的副产物，河道原水净化处理厂产生的底渣和滤出物以及过疏通工程从受污染的河段和湖泊中清理出来的沉积淤泥。对环境具有一定的危害，其含水量高达80％，有机物含量为40％-60％，以重量计，具有较大的资源化利用空间；

(2)工业废水污泥：即工业污泥，包括印染、造纸等工业生产过程中产生的污泥，以无机污泥居多，重金属含量高，多为危险废弃物，环境危害大。

剩余污泥的危害性因其产生过程而有所不同，如自来水净化过程中产生的污泥产量相对较低，对生态环境几乎没有危害性，而市政污泥和工业污泥产量巨大，其中含有大量的剧毒有机污染物、致病菌体和重金属，含水率高，易腐烂，有强烈臭味，对环境的危害远远大于其他种类的污泥，若未经处理随意排放或填埋，极易造成二次污染，严重威胁人类生态环境和人类活动。

未经处理的剩余污泥含水率在95重量％以上，目前剩余污泥的脱水方法主要是自然脱水，以及机械脱水。自然脱水是利用蒸发、渗透等自然力进行脱水，主要构筑物为干化厂，干化期由数周至数月不等，干化污泥的含水率可降至65％～75％，以重量计，虽然简单易行，但占地面积大，卫生条件差且铲运干污泥的劳动强度大。而机械脱水显然效率更高，典型的有过滤脱水和离心脱水，离心脱水虽然效率高，但能耗大，易磨损，对污泥预处理要求高，另一类是深层过滤以及表层过滤，但由于污泥呈絮状，过滤较为困难，因而对预处理也要提出很高的要求。

因此，对剩余污泥中携带的水分深度脱除，脱水干化污泥进一步回收利用，是减少污泥占地、防止二次污染、资源化利用、发展环境友好型经济的关键。

中国专利申请CN201510177028.7公开了一种剩余污泥的强化脱水方法及系统，通过将含水率为99重量％的剩余污泥与内聚丙烯酰胺在颗粒化器中搅拌反应生成较大絮状体来改善污泥脱水性能，降低污泥比阻，并在浓缩罐中过滤掉部分水分后进入板框隔膜压滤机进行脱水，最终泥饼含水率约为65重量％。但该工艺中絮凝剂的添加可能造成次生污染，最终泥饼含水率依然很高，且板框压滤机占地面积大。

中国专利申请CN201510743821.9公开了一种粉末旋风干燥器，利用加热的干燥空气对物料进行干燥，干空气依次进入脉冲干燥器和旋风分离器，最后经布袋除尘器收集粉尘后，干空气排出，物料进入物料收集器。该装置中脉冲干燥器依靠多个电磁脉动阀调节多个气体进口管道进风量实现脉冲进风，提高换热系数，加快水分蒸发进入干空气中。但依靠使水分相变并进入干空气中需要消耗大量能量，而且干燥尾气冷却收集造成其携带的加热介质的热量耗散浪费。

美国专利申请US 20090648041公开了一种污泥脱水与干化装置，通过将污泥与定量的絮凝剂混合，促进污泥团聚并改善污泥脱水性能，絮凝后的污泥进入滤袋中脱水干化后丢弃。但该装置结构复杂，滤袋脱水速率低，脱水后污泥含水率依然很高。因此，本领域迫切需要开发出一种高效、环保、节能、工艺流程简单、脱水效率高的剩余污泥深度脱水方法和装置，以实现剩余污泥资源化利用的目标，并减轻污泥对环境的二次污染影响。

发明内容

本公开提供了一种新颖的剩余污泥深度脱水方法和装置，从而解决了现有技术中的问题。

本发明所要解决的一个技术问题是：传统污泥的过滤方式中主要是表面过滤和深层过滤，需要投加混凝剂改变污泥的脱水能力，脱水后的过滤媒介需要进行清洗，所使用的清洗液还须进行沉降，流程较为复杂，而且会造成脱水后的污泥中含有药剂成分，可能造成次生污染，阻碍干化污泥的资源化利用；本发明基于旋流浓缩原理，将污泥浓缩后再进行深层过滤，不添加任何药剂，完全依靠物理作用实现污泥的过滤脱水，且本发明中利用气流加速分选原理使过滤媒介回填至沸腾床浓缩过滤器中，具有过程环保，脱水效率高，过滤媒介利用率高的优点。

本发明所要解决的另一个技术问题是：传统污泥脱水方法脱水效果不佳，脱水处理后含水率仍然很高，不利于后续运输、贮存和消纳，且能耗高，工艺流程复杂；本发明根据旋流场内颗粒高速自转现象对污泥进行脱水，并将过滤媒介与污泥混合进入旋流自转脱水器，防止因污泥间粘性而造成污泥脱水效率降低，利用过滤媒介与污泥颗粒高速自转产生的离心力使水分克服毛细阻力，从而实现污泥颗粒上水分的高效脱除，实现污泥干化，具有能耗低，工艺流程简单，对污泥中水分的脱除效率高的优点。

一方面，本公开提供了一种剩余污泥脱水方法，该方法包括以下步骤：

(A)剩余污泥旋流浓缩：对剩余污泥进行旋流浓缩，并将浓缩的污泥排出；

(B)剩余污泥沸腾床过滤：利用过滤媒介对剩余污泥进行拦截和吸附，使剩余污泥颗粒被拦截在沸腾床床层内，过滤后清水外排；

(C)旋流自转脱水：对吸附了剩余污泥的过滤媒介进行加热气体旋流自转强化脱水，实现过滤媒介与剩余污泥的分离以及剩余污泥的干化；

(D)气流加速度分选：使干化的剩余污泥随气流自气流加速分选柱顶部排出，过滤媒介则沉降至气流加速分选柱底部排出，并使得剩余污泥中的油相运动迁移出来；以及

(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集：对分选后随气流排出的干化脱水污泥进一步旋流自转强化脱除水分，同时进行污泥旋流捕集，得到含水率更低的污泥和不含污泥的空气。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，所述剩余污泥包括固液分离过程产生的污泥，或者作为化学絮凝和生化反应结果产生的污泥，所述剩余污泥的含水率大于95重量％。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，对剩余污泥的浓缩在液固旋流器中进行，浓缩的剩余污泥随内旋流自溢流口排出，底流口与溢流口的剩余污泥分流进入沸腾床过滤。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(B)中，液固旋流器底流口与溢流口排出的剩余污泥在沸腾床床层两个区域内分别过滤，所述过滤媒介包括多孔滤料，液固旋流器底流液过滤媒介的粒径为0.5-1mm，液固旋流器溢流液过滤媒介的粒径1-2mm。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(C)中，过滤媒介与剩余污泥间水分以及剩余污泥中水分的脱除在旋流场中进行，利用旋流场中过滤媒介与剩余污泥的自转对水分的离心脱附作用，以及旋流场对过滤媒介与剩余污泥的剪切产生的机械剥离作用，强化剩余污泥旋流自转脱水，同时降低剩余污泥与过滤媒介之间的粘性，实现两者的分离，其中，所述加热气体温度为40-120℃。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(D)中，所述气流流量呈正、余弦波形周期脉动，在脉动气流对剩余污泥的加速效应累积作用下，过滤媒介沉降至气流加速分选柱底部出口排出，剩余污泥向上运动至气流加速分选柱顶部出口排出，从而实现过滤媒介与干化脱水污泥的分选，并利用一级旋流自公转耦合二级震荡诱导剩余污泥中的油相运动迁移出来。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(E)中，采用旋流分离对气相中干化脱水污泥进行分离捕集，其分离因数是重力沉降的几千倍，同时剩余污泥进行旋流自转，以进一步脱除水分。

另一方面，本公开提供了一种剩余污泥脱水装置，该装置包括：

沸腾床浓缩过滤器，其中设有液固旋流器和过滤床层，用于进行步骤(A)剩余污泥旋流浓缩：对剩余污泥进行旋流浓缩，并将浓缩的污泥排出；以及步骤(B)剩余污泥沸腾床过滤：利用过滤媒介对剩余污泥进行拦截和吸附，使污泥颗粒被拦截在沸腾床床层内，过滤后清水外排；

与沸腾床浓缩过滤器连接的旋流自转脱水器，用于进行步骤(C)旋流自转脱水：对吸附了剩余污泥的过滤媒介进行加热气体旋流自转强化脱水，实现过滤媒介与剩余污泥的分离以及剩余污泥的干化；

与旋流自转脱水器连接的气流加速分选柱，用于进行步骤(D)气流加速度分选：使干化的剩余污泥随气流自气流加速分选柱顶部排出，过滤媒介则沉降至气流加速分选柱底部排出，并使得剩余污泥中的油相运动迁移出来；以及

与气流加速分选柱连接的旋流捕集器，用于进行步骤(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集：对分选后随气流排出的干化脱水污泥进一步旋流自转强化脱除水分，同时进行污泥旋流捕集，得到含水率更低的污泥和不含污泥的空气。

在一个优选的实施方式中，所述装置还包括脉动气流发生器和置于脉动气流发生器与旋流自转脱水器之间的管道加热器，用于使气流加速分选柱中产生脉动气流，脉动气流流量变化波形为正、余弦函数波形，最大气流量满足气流加速分选柱中最大气流速度介于过滤媒介和剩余污泥自由沉降末速度之间；在脉动气流冲击下，过滤媒介脉动整体位移向下，沉降至下部过滤媒介出口排出并回填至沸腾浓缩过滤器内，剩余污泥脉动整体位移向上，随气流从上部剩余污泥出口排出进入旋流捕集器。

在另一个优选的实施方式中，所述液固旋流器溢流口布有分液板，底流液沉积于床层表面一定区域内利用粗滤料床层进行过滤，溢流液利用细滤料床层进行过滤；当一级沸腾床浓缩过滤器运行周期截止时，将沸腾床浓缩过滤器内过滤媒介与裹挟的剩余污泥送入旋流自转脱水器中进行干化，并切换使用另一级沸腾床浓缩过滤器，沸腾床浓缩过滤器根据处理规模确定并联数量，各级沸腾床浓缩过滤器间根据工况切换使用。

有益效果：

本发明的方法和装置的有益效果在于：

(1)对剩余污泥的浓缩不使用药剂，而是利用液固旋流器流场中液相与剩余污泥颗粒的密度差来实现两相的物理分离，污泥颗粒在旋流场中受到惯性离心力而向器壁方向移动并沿器壁向下于底流口排出，从而降低溢流口污泥浓度，有效的减轻后续过滤负荷，不产生次生污染。

(2)在旋流场中，因污泥包裹在过滤媒介表面而成分散状态，有效的增大污泥的气液两相界面交换的面积，并利用旋流场内颗粒受到的高速剪切力和机械剥离作用与高速自转现象，使得污泥颗粒内部水分获得足够克服粘滞阻力的离心力，强化污泥内水分的离心脱除，加快污泥中水分与加热气体的更新速率，从而强化脱水过程和脱水效率，减少污泥体积与质量，实现污泥的减量，达到极佳的离心脱水效果，同时过滤媒介与表面裹挟的污泥也由于间隙中的水分脱除而粘性降低并分离，便于分选后的过滤媒介回填至沸腾床内。

(3)基于气流加速度分选原理，利用过滤媒介与污泥的不同密度，使其在脉动气流场中的总体脉动位移方向产生差异，从而实现过滤媒介与污泥的高效分选，同时在脉动气流场中，污泥颗粒与过滤媒介在脉动气流的作用下做周期性的加速运动产生震荡作用，污泥间隙的水分由于周期性的惯性力作用而进一步脱除，过滤媒介与污泥也可以更好地分离，具有流程简单，操作方便，运行成本低，且不会产生二次污染的优点。

附图说明

附图是用以提供对本发明的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的一个优选实施方式中剩余污泥脱水工艺流程图。

图2是污泥旋流干化与蒸发干化能耗对比图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，污泥中的水分大部分是间隙水和毛细水，间隙水可以通过浓缩去除，毛细水也可以通过机械作用脱除，而传统的离心脱水仅能脱除一部分间隙水，污泥颗粒转动速度不够，污泥间的水分难以获得足够的离心力将间隙水完全脱除是剩余污泥离心脱水效率低的主要原因，且污泥由于粘性而团聚，导致水分的粘滞阻力增大；而在旋流场中，污泥包裹在过滤媒介表面，避免污泥因粘性而团聚，有效的增大了气液两相界面交换的面积，并利用旋流场内颗粒的高速自转现象，依靠高达20000转/分钟-60000转/分钟的自转速度，使得污泥颗粒内部水分获得足够克服粘滞阻力的离心力，从而从污泥间隙中脱除，达到极佳的离心脱水效果，同时过滤媒介与表面裹挟的污泥也由于间隙中的水分脱除而粘性降低并分离；

在同样的脉动气流场中，由于污泥与过滤媒介重力、空气浮力、曳力和脉动气流对污泥与过滤媒介产生的附加力的协同作用，使得密度较小的污泥获得向上的加速度而趋于上升自分选柱上部排出，反之，密度较大的过滤媒介获得向下的加速度而趋于沉降自分选柱下部排出并回填至沸腾床浓缩过滤器中；同时在脉动气流场中，污泥颗粒与过滤媒介在脉动气流的作用下做周期性的加速运动产生震荡作用，污泥间隙的水分由于周期性的惯性力作用而进一步脱除，过滤媒介与污泥也可以更好地分离。

基于上述研究及发现，申请人开发了一种剩余污泥深度脱水的方法和装置，具有工艺流程简单，能耗低，脱水及分选效率高，过程环保，不产生次生污染等优点，从而有效地解决了现有技术中存在的问题。

在本公开的第一方面，提供了一种剩余污泥深度脱水方法，该方法包括以下步骤：

(A)剩余污泥旋流浓缩：剩余污泥在液固旋流器中浓缩，利用液固旋流器流场中液相与剩余污泥颗粒的密度差来实现两相的分离，剩余污泥颗粒在旋流场中受到惯性离心力而向器壁方向移动并沿器壁向下于底流口排出，从而降低溢流口污泥浓度，降低后续过滤负荷；

(B)剩余污泥沸腾床过滤：利用过滤媒介对污泥进行拦截和吸附，使污泥颗粒被拦截在沸腾床床层内，过滤后清水外排，从而实现剩余污泥的高效过滤；

(C)旋流自转脱水：对吸附了剩余污泥的过滤媒介进行加热气体旋流自转强化脱水，利用旋流场中过滤媒介的高速自转强化过滤媒介与污泥间水分、污泥中水分的脱附过程，从而实现过滤媒介与剩余污泥的分离以及剩余污泥的干化；

(D)气流加速度分选：利用过滤媒介与脱水干化后污泥的不同密度，使干化的剩余污泥在脉动气流场中的总体脉动位移方向产生差异，脉动气流对剩余污泥的加速效应累积使密度低的干化脱水污泥随气流自气流加速分选柱顶部排出，过滤媒介则沉降至分选柱底部排出，从而实现过滤媒介与干化脱水污泥的高效分选，并利用一级旋流自公转耦合二级震荡诱导污泥中油相运动迁移出来，提高污泥脱水效率；以及

(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集：对分选后随气流排出的干化脱水污泥进一步旋流自转强化水分脱除，同时进行污泥旋流捕集，得到含水率更低的污泥和不含污泥的空气。

在本公开中，在所述步骤(A)中，所述剩余污泥包括固液分离过程(例如沉淀、气浮等)产生的污泥，或者作为化学絮凝和生化反应结果产生的污泥，所述剩余污泥的含水率大于95重量％。

在本公开中，在步骤(A)中，对剩余污泥的浓缩在液固旋流器中进行，利用剩余污泥在旋流场中高速公转产生的惯性离心力使污泥向器壁方向移动的同时随外旋流沿器壁向下移动至底流口排出，离心加速度为重力加速度的几千倍，浓度降低后的污泥随内旋流自溢流口排出，底流口与溢流口的剩余污泥分流进入沸腾床过滤。

在本公开中，在步骤(B)中，液固旋流器底流口与溢流口排出的剩余污泥在沸腾床床层两个区域内分别过滤，沸腾床为深层过滤，剩余污泥在床层中迁移过程中利用沉降、惯性、截留、扩散以及动力效应而运动到过滤媒介表面，并依靠物理化学作用粘附到过滤媒介表面而被俘获，床层介质(过滤媒介)包括石英砂、无烟煤等多孔滤料液固旋流器底流液过滤媒介的粒径为0.5-1mm，液固旋流器溢流液过滤媒介的粒径1-2mm。

在本公开中，在步骤(C)中，过滤媒介与剩余污泥间水分以及剩余污泥中水分的脱除在旋流场中进行，利用旋流场中过滤媒介与剩余污泥的自转对水分的离心脱附作用，以及旋流场对过滤媒介与剩余污泥的剪切产生的机械剥离作用，强化剩余污泥旋流自转脱水，同时降低剩余污泥与过滤媒介之间的粘性，实现两者的分离，其中，所述加热气体温度为40-120℃。

在本公开中，在步骤(D)中，所述气流流量呈正、余弦波形周期脉动，基于脉动气流加速度分选原理：“过滤媒介与污泥具有不同的密度，在脉动气流场中具有不同的加速度，从而具有不同的运动轨迹和位移方向，最终实现过滤媒介与污泥的高效分离”，在脉动气流对剩余污泥的加速效应累积作用下，过滤媒介沉降至气流加速分选柱底部出口排出，剩余污泥向上运动至气流加速分选柱顶部出口排出，从而实现过滤媒介与干化脱水污泥的分选。

在本公开中，在步骤(E)中，采用高效率的旋流分离对气相中干化脱水污泥进行分离捕集，其分离因数是重力沉降的几千倍，确保了分离后气相中不夹带污泥，同时剩余污泥进行旋流高速自转，以进一步强化污泥水分脱除。

在本公开的第二方面，提供了一种剩余污泥脱水装置，该装置包括：

沸腾床浓缩过滤器，其中设有液固旋流器和过滤床层，用于进行步骤(A)；

与沸腾床浓缩过滤器连接的旋流自转脱水器，用于进行步骤(C)旋流自转脱水；

与旋流自转脱水器连接的气流加速分选柱，用于进行步骤(D)；以及

与气流加速分选柱连接的旋流捕集器，用于进行步骤(E)。

在本公开中，所述剩余污泥脱水装置还包括脉动气流发生器和置于脉动气流发生器与旋流自转脱水器之间的管道加热器，用于使气流加速分选柱中产生脉动气流，脉动气流流量变化波形为正、余弦函数波形，最大气流量满足气流加速分选柱中最大气流速度介于过滤媒介和剩余污泥自由沉降末速度之间；在脉动气流冲击下，密度大的过滤媒介负向位移(向上为正)大于正向位移，脉动整体位移为负，向下运动从过滤媒介出口(下)排出并回填至沸腾浓缩过滤器内；密度小的污泥正向位移大于负向位移，脉动整体位移为正，随气流从污泥出口(上)排出进入旋流捕集器。

在本公开中，所述液固旋流器溢流口布有分液板，使溢流液均布于床层表面，底流液沉积于床层表面一定区域内利用粗滤料床层进行过滤，溢流液利用细滤料床层进行过滤，以提高沸腾床运行周期；当一级沸腾床浓缩过滤器运行周期截止时，需要将沸腾床浓缩过滤器内过滤媒介与裹挟的剩余污泥送入旋流自转脱水器中进行干化，并切换使用另一级沸腾床浓缩过滤器，沸腾床浓缩过滤器根据处理规模确定并联数量，并联数量可为两个及以上，各级沸腾床浓缩过滤器间根据工况切换使用。

以下参看附图。

图1是本发明的一个优选实施方式中剩余污泥脱水工艺流程图。如图1所示，含水率95重量％以上的剩余污泥在沸腾床浓缩过滤器1内置的旋流器中进行浓缩；浓缩后的剩余污泥自底流口排出，并沉降至沸腾床床层表面堆积；浓度降低的剩余污泥自旋流器溢流口排出，经沸腾床拦截吸附后，滤液(净化水)自沸腾床底部液相出口排出，运行周期截止时，过滤媒介裹挟污泥进入旋流自转脱水器4中进行干化，并切换使用另一级沸腾床浓缩过滤器；根据处理量可并联多级沸腾床浓缩过滤器1，剩余污泥分流进入各级沸腾床浓缩过滤器；脉动气流发生器2调控装置入口气体(空气)流量呈正、余弦函数脉动波形变化，管道加热器3将脉动气流加热到40-120℃，在旋流自转脱水器4中，对剩余污泥进行加热气体旋流自转强化脱水，利用旋流场中污泥的高速自转强化污泥间隙和毛细中水分的脱附过程，使得污泥颗粒内部水分获得足够克服粘滞阻力的离心力，从而从污泥间隙中脱除，达到极佳的离心脱水效果，同时过滤媒介与表面裹挟的污泥也由于间隙中的水分脱除而粘性降低并分离，旋流自转脱水后的过滤媒介与污泥随气流进入气流加速分选柱5中；在气流加速分选柱5中，利用过滤媒介与污泥的不同密度，使其在脉动气流场中的总体脉动位移方向产生差异，脉动气流对过滤媒介与污泥的加速效应累积使密度低的污泥自顶部随气流进入旋流捕集器6中，过滤媒介沉降至底部并回填至沸腾床浓缩过滤器1中，从而实现过滤媒介与污泥的高效分选以及过滤媒介的回填(过滤媒介循环)；在旋流捕集器6中，对分选后随气流排出的污泥进一步旋流自转强化脱水，同时进行污泥旋流捕集，污泥与气体高效分离，以得到不含污泥的气体(净化空气)和干污泥。

图2是污泥旋流干化与蒸发干化能耗对比图。如图2所示，通过蒸发实现脱水干化的工艺(蒸发干化)，需要温度高于水的沸点，水在蒸发过程中发生相变，相变耗能(汽化潜热)2260KJ/Kg；通过旋流自转公转耦合振荡来实现脱水干化(旋流干化)，水不产生相变，在60℃时，能耗为146.6KJ/Kg，大大降低了干化能耗(旋流干化温度在最佳温度60℃时，旋流干化能耗仅为146.4kJ/kg，而蒸发干化能耗高达2600kJ/kg)。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

在一个剩余污泥深度脱水装置中，按照本发明方法和装置进行剩余污泥的深度脱水，其具体运作过程及效果描述如下：

1.剩余污泥性质

实验所用剩余污泥取自上海市长桥水质净化厂二沉池中的剩余污泥，在实验室进行2小时自由沉降，倒去上清液，取下层沉降污泥作为实验用的待过滤污泥，其中污泥浓度为7200mg/L，含水率99.28重量％，平均粒径为13.1μm，剩余污泥性质如下表1所示。

表1剩余污泥性质

2.实施过程

参照本发明方法实施，具体如下：

本实施例中物料为剩余污泥，污泥旋流自转脱水和过滤媒介及污泥气流加速度分选中气体选用空气。

(1)含水率99.28重量％的污泥在沸腾床浓缩过滤器内置的旋流器中进行旋流浓缩。浓缩后的剩余污泥自底流口排出，并沉降至沸腾床床层表面堆积；浓度降低的剩余污泥自旋流器溢流口排出，经沸腾床拦截吸附后，滤液自沸腾床底部液相出口排出。实验采用直径为100mm的沸腾床浓缩过滤器，过滤媒介选用石英砂，石英砂颗粒选用粒径为0.5-1mm，石英砂床层高度为550mm。运行周期截止时，过滤媒介裹挟污泥进入旋流自转脱水器中进行干化。

(2)脉动气流发生器调控旋流自转脱水器入口气体流量呈正、余弦函数脉动波形变化，管道加热器将脉动气流加热，实验中加热气体温度取40℃，在旋流自转脱水器中，对剩余污泥进行加热气体旋流自转强化脱水，利用旋流场中污泥的高速自转强化污泥间隙水和毛细水的脱附过程，使得污泥颗粒内部水分获得足够克服粘滞阻力的离心力，从而从污泥间隙中脱除，达到极佳的离心脱水效果，同时过滤媒介与表面裹挟的污泥也由于间隙中的水分脱除而粘性降低并分离，旋流自转脱水后的过滤媒介与污泥随气流进入气流加速分选柱中。

(3)在气流加速分选柱中，利用过滤媒介与污泥的不同密度，使其在脉动气流场中的总体脉动位移方向产生差异，脉动气流对过滤媒介与污泥的加速效应累积使污泥向上做加速运动，自顶部随气流进入旋流捕集器中；过滤媒介向下做加速运动，沉降至底部排出，从而实现过滤媒介与污泥的高效分选。

(4)在旋流捕集器中，对分选后随气流排出的污泥进一步旋流自转强化脱水，同时进行污泥旋流捕集，污泥与气体高效分离，以得到不含污泥的气体，污泥沉降至底部料斗中。

3.实施效果

(1)沸腾床浓缩过滤效果

采用粒径0.5-1.0mm石英砂对剩余污泥进行沸腾床浓缩过滤，床层高度为550mm，滤速为10m/h，过滤的出水非常清澈，此时沸腾床效率为96％，此时处理的污水总量约10L，相应单位体积的石英砂过滤的污水量为100m³污水/m³石英砂，对过滤后的过滤床层进行剖析，得到该床层组成如下表2所示：

表2沸腾床浓缩过滤后床层组成

(2)旋流自转脱水与气流加速分选效果

沸腾床运行周期截止时，过滤媒介石英砂裹挟着污泥一起进入旋流自转脱水器中，污泥经旋流自转脱水并与过滤媒介剥离后进入气流加速分选柱，在脉动气流的加速效应累积作用下自分选柱顶部排出并在旋流捕集器中捕集后，测得的含水率为1.48重量％，干化效果极佳；在气流加速分选柱底部出口收集得到的石英砂与污泥的组成如下表3所示。

表3气流加速分选后各组分质量百分比

由表2与表1中的各组分质量百分比对比可以看出，脱水与分选前沸腾床过滤床层中含水率为24.05％，分选后含水率仅为0.24％，基本实现过滤媒介的干化，且分选后的过滤媒介中石英砂含量为98.4％，可以回填至沸腾床浓缩过滤器中作为下一周期的过滤媒介使用。

本发明技术的实施能有效降低工艺的运行成本，节约资源，保护环境，且符合环保行业“低减量化、无害化、稳定化、资源化”的污泥处置目标。

上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书限定的范围。

Claims (10)

1.一种剩余污泥脱水方法，该方法包括以下步骤：

(A)剩余污泥旋流浓缩：对剩余污泥进行旋流浓缩，并将浓缩的污泥排出；

(B)剩余污泥沸腾床过滤：利用过滤媒介对剩余污泥进行拦截和吸附，使剩余污泥颗粒被拦截在沸腾床床层内，过滤后清水外排；

(C)旋流自转脱水：对吸附了剩余污泥的过滤媒介进行加热气体旋流自转强化脱水，实现过滤媒介与剩余污泥的分离以及剩余污泥的干化；

(D)气流加速度分选：使干化的剩余污泥随气流自气流加速分选柱顶部排出，过滤媒介则沉降至气流加速分选柱底部排出，并使得剩余污泥中的油相运动迁移出来；以及

(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集：对分选后随气流排出的干化脱水污泥进一步旋流自转强化脱除水分，同时进行污泥旋流捕集，得到含水率更低的污泥和不含污泥的空气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(A)中，所述剩余污泥包括固液分离过程产生的污泥，或者作为化学絮凝和生化反应结果产生的污泥，所述剩余污泥的含水率大于95重量％。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(A)中，对剩余污泥的浓缩在液固旋流器中进行，浓缩的剩余污泥随内旋流自溢流口排出，底流口与溢流口的剩余污泥分流进入沸腾床过滤。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(B)中，液固旋流器底流口与溢流口排出的剩余污泥在沸腾床床层两个区域内分别过滤，所述过滤媒介包括多孔滤料，液固旋流器底流液过滤媒介的粒径为0.5-1mm，液固旋流器溢流液过滤媒介的粒径1-2mm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(C)中，过滤媒介与剩余污泥间水分以及剩余污泥中水分的脱除在旋流场中进行，利用旋流场中过滤媒介与剩余污泥的自转对水分的离心脱附作用，以及旋流场对过滤媒介与剩余污泥的剪切产生的机械剥离作用，强化剩余污泥旋流自转脱水，同时降低剩余污泥与过滤媒介之间的粘性，实现两者的分离，其中，所述加热气体温度为40-120℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(D)中，所述气流流量呈正、余弦波形周期脉动，在脉动气流对剩余污泥的加速效应累积作用下，过滤媒介沉降至气流加速分选柱底部出口排出，剩余污泥向上运动至气流加速分选柱顶部出口排出，从而实现过滤媒介与干化脱水污泥的分选，并利用一级旋流自公转耦合二级震荡诱导剩余污泥中的油相运动迁移出来。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(E)中，采用旋流分离对气相中干化脱水污泥进行分离捕集，其分离因数是重力沉降的几千倍，同时剩余污泥进行旋流自转，以进一步脱除水分。

8.一种剩余污泥脱水装置，该装置包括：

沸腾床浓缩过滤器(1)，其中设有液固旋流器和过滤床层，用于进行步骤(A)剩余污泥旋流浓缩：对剩余污泥进行旋流浓缩，并将浓缩的污泥排出；以及步骤(B)剩余污泥沸腾床过滤：利用过滤媒介对剩余污泥进行拦截和吸附，使污泥颗粒被拦截在沸腾床床层内，过滤后清水外排；

与沸腾床浓缩过滤器(1)连接的旋流自转脱水器(4)，用于进行步骤(C)旋流自转脱水：对吸附了剩余污泥的过滤媒介进行加热气体旋流自转强化脱水，实现过滤媒介与剩余污泥的分离以及剩余污泥的干化；

与旋流自转脱水器(4)连接的气流加速分选柱(5)，用于进行步骤(D)气流加速度分选：使干化的剩余污泥随气流自气流加速分选柱顶部排出，过滤媒介则沉降至气流加速分选柱底部排出，并使得剩余污泥中的油相运动迁移出来；以及

与气流加速分选柱(5)连接的旋流捕集器(6)，用于进行步骤(E)污泥旋流自转再脱水与颗粒捕集：对分选后随气流排出的干化脱水污泥进一步旋流自转强化脱除水分，同时进行污泥旋流捕集，得到含水率更低的污泥和不含污泥的空气。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括脉动气流发生器(2)和置于脉动气流发生器(2)与旋流自转脱水器(4)之间的管道加热器(3)，用于使气流加速分选柱(5)中产生脉动气流，脉动气流流量变化波形为正、余弦函数波形，最大气流量满足气流加速分选柱中最大气流速度介于过滤媒介和剩余污泥自由沉降末速度之间；在脉动气流冲击下，过滤媒介脉动整体位移向下，沉降至下部过滤媒介出口排出并回填至沸腾浓缩过滤器内，剩余污泥脉动整体位移向上，随气流从上部剩余污泥出口排出进入旋流捕集器(6)。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述液固旋流器溢流口布有分液板，底流液沉积于床层表面一定区域内利用粗滤料床层进行过滤，溢流液利用细滤料床层进行过滤；当一级沸腾床浓缩过滤器运行周期截止时，将沸腾床浓缩过滤器内过滤媒介与裹挟的剩余污泥送入旋流自转脱水器(4)中进行干化，并切换使用另一级沸腾床浓缩过滤器，沸腾床浓缩过滤器根据处理规模确定并联数量，各级沸腾床浓缩过滤器间根据工况切换使用。