CN112661387A - 一种冻融-分级真空预压污泥处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冻融‑分级真空预压污泥处理装置及处理方法，该方法包括以下步骤：(1)将待处理污泥在沉淀池中进行冻融循环处理，所述的沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管(1)；(2)将冻融循环处理后的污泥在真空固液分离池中进行真空排水处理，所述的真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板(9)。与现有技术相比，本发明对于包括污泥在内的高有机质含量的淤泥具有非常好的脱水处理效果，而且对环境影响非常小，工程施工简便；不仅可以用于工程地质问题之中，同时对环境岩土工程也具有良好的经济效益和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种冻融-分级真空预压污泥处理装置及处理方法。
背景技术
污泥处理是一个热点话题，但由于污泥具有有机物含量高、成分复杂、含水率高等特点，一直是较为难以处理和处置的“特殊土体”。目前污泥的处理主要集中于卫生填埋、作为燃料焚烧、作为土质改良材料等，但这些资源化的利用都需要将污泥进行运输，污泥庞大的体量必然造成经济条件的制约，因此对于污泥的深度排水和减容问题亟待有效解决。
虽然，药剂真空预压法，对于一般工程废浆来说，其处理效果较为显著，但针对有机质含量非常高、微生物类型复杂、黏粒级颗粒含量较高的市政污泥来说，其内部含有大量的真菌、细菌、病毒、原生动物，且含水率非常的高，单纯的真空预压方法难以将污泥进行持续的排水。这些是目前真空预压排水和药剂真空预压排水所面临的几个难题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对于包括污泥在内的高有机质含量的淤泥具有非常好的脱水处理效果，而且对环境影响非常小，工程施工简便；不仅可以用于工程地质问题之中，同时对环境岩土工程也具有良好的经济效益和应用前景的冻融-分级真空预压污泥处理装置及处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
申请人前期对“药剂真空预压法”的研究结果表明，针对有机质含量非常高、微生物类型复杂、黏粒级颗粒含量较高的市政污泥来说，对其的处理还存在一些不足之处：①药剂真空预压抽真空过程中，需要添加一定比例的药剂，当泥的当量较大时、其所需要的药剂量也较大，同时添加药剂所需要的大型施工设备，综合而言具有较高的造价；②前期药剂真空预压法所用的药剂通常为一些化学试剂，包括有机聚合物、氯化铝铁、生石灰、氢氧化钠等，对于处理后的岩土地质环境具有一定的作用，可能对可持续发展有一定的影响；③对于高有机质、高黏粒级颗粒的污泥来说，其渗透系数非常的小，在排水板附近容易发生淤堵，因此单纯的真空预压方法难以将污泥进行持续的排水，发明人了解上述缺陷后，提出如下具体方案：
首先，分析取样区场地的地质环境特征，现场调查并采集污泥、废浆等高有机含量的岩土或泥浆样品；对所取的污泥等样品，进行室内试验测定其成分、基本物理化学性质，包括含水量、粒度成分、矿物成分、化学成分、有机质类型及含量、酸碱度、冻结温度等；
一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，该装置包括：
沉淀池，用于对污泥进行冻融处理；
固液分离池，用于对冻融处理后的污泥进行真空排水处理；
所述的沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管；
所述的真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板。
进一步地，所述的沉淀池与固液分离池通过输送泵串联连接。
如果在实际场地不具备设置沉淀池和固液分离池两个池子的条件，待处理泥可在沉淀池中原位排水处置，即沉淀池内可以先布置冷凝管进行冻融处理，在经过冻融处理后取出对应的冷凝管，然后在池中更换原位真空预压所需要的排水系统，进行分级真空预压，最终达到原位真空排水的目的。具体施工方案取决于工程场地的需要。
进一步地，所述的冷凝管与外接的制冷压缩机相连；所述的沉淀池上方布设有用于冻融处理时保温的保温层。一般包括第一土工布和保温材料。
进一步地，所述的竖向排水板与外接的真空泵相连；所述的固液分离池上方布设有用于真空排水时密封的密封层。一般包括第二土工布和真空膜。
一种采用如上所述的冻融-分级真空预压污泥处理装置的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)将待处理污泥在沉淀池中进行冻融循环处理，所述的沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管；
(2)将冻融循环处理后的污泥在真空固液分离池中进行真空排水处理，所述的真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板。
进一步地，所述的冻融循环处理中，制冷温度为-10～0℃，循环次数为1-10次。
在进行冻融循环处理前，需要对所取的污泥等样品，进行室内试验测定其成分、基本物理化学性质，包括含水量、粒度成分、矿物成分、化学成分、有机质类型及含量、酸碱度、冻结温度等，确定冻融循环的温度、冻结时间、冻融次数等；
根据场地条件和沉淀池的尺寸，将冷凝管按照一定的模式和分布密度、插入沉淀池的污泥之中，插入深度参考沉淀池污泥的埋深深度，之后，在埋好冷凝管的顶部盖一些保温材料；
冷凝管统一与外部制冷压缩机连接，按照一定得冻结速率对污泥进行冻结；如若一次冻结后污泥比阻降低的百分比不足、则按照一定进行冻融循环次数标准进行冻融，具体取决于污泥的成分、性质及工程的需要。
冻融作用作为破坏污泥中微生物细胞并释放细胞内的水分，作用于污泥中有机物颗粒，降低有机物的比表面积，进而降低颗粒持水性。在沉淀池只需进行冷凝管布置即可，无需进行大型机械设备作业。
进一步地，所述的冷凝管之间的间距为1-1.5m。
进一步地，所述的真空排水的真空度为20-80kPa。
真空预压处理的过程中，在真空固液分离池中，将竖向排水板按照一定深度、密度的排布方式布置在真空固液分离池内部，再将整个真空固液分离池表面盖上土工布、真空密封膜，将竖向排水板与总排水管相连接，为真空抽滤做准备。
进一步地，所述的真空排水分为四级，第一级真空度为20kPa，第二级真空度为40kPa，第三级真空度为60kPa，第四级真空度为80kPa。
为减低竖向排水板的淤堵、真空压力选择分级加载进行，具体做法是：先以真空度为20kPa进行抽真空，此时污泥中的水分开始被抽出。监测排水量，当排水量达到平稳100ml/h的时候，进一步加大真空度至40kPa，监测排水量，当排水量较小的时候，进一步加大真空度至60kPa。类似地，真空度分别加至80kPa。
进一步地，所述的竖向排水板的间距为0.5-1.5m。
真空排水系统包括真空泵、排水管路、竖向排水板，排水过程中所加的真空度要进行分级，减少真空预压排水过程中排水板处的淤堵，具体竖向排水板密度亦可根据工程需要调整。
本发明在分级真空预压之前，对高有机质含量的污泥进行冻融循环的处理，可以取得非常好的效果，其一，冻融循环作用属于单纯的物理预处理方法，施工过程简单方便、对环境影响较小，造价相对较低；其二，高有机质泥，特别是污泥中，含有大量的微生物，包括原生动物、细菌、真菌、病毒等，生物及污泥复杂有机物形成的胞外聚合物可储存大量的水分，而冻融作用可有效地破坏胞外聚合物，使其内部的水分释放出来；其二，冻融处理可以针对不同成分、不同类型泥，方便地调节冻结环境的温度、冻结速率以及冻融循环的次数，力图达到预处理效果最好；其三，冻融循环作用，在将污泥胞外聚合物破坏之后，可促使其颗粒发生破碎和团聚重组作用，可使得污泥内部结构产生巨大变化，水分的渗透路径增多，大大增大其渗透系数，渗透系数可从数量级10-8-10-9cm2·s-1增大至数量级10-6-10- 8cm2·s-1；其四，冻融作用属于物理预处理方法，该方法实施过程中，没有添加额外的水，是单纯针对污泥内部水分而作用的；其五，与化学药剂的处理相对比，该方法作为物理调理方法，避免了一些强氧化剂、固化剂等化学药品队污泥化学性质的改变，保证了污泥原有的主要成分，对处理后期污泥的资源化利用十分有利。其六，污泥中含有大量的有害病菌，会伴随释放出大量的有毒、有害臭气，利用冻结或者冻融作用，可以有效除去有害病菌，并抑制有毒有害气体，起到防臭的作用。
与现有技术相比，本发明对于包括污泥在内的高有机质含量的淤泥具有非常好的脱水处理效果，而且对环境影响非常小，工程施工简便；不仅可以用于工程地质问题之中，同时对环境岩土工程也具有良好的经济效益和应用前景。
附图说明
图1为本发明沉淀池纵剖面图；
图2为本发明沉淀池纵俯视图；
图3为本发明真空固液分离池纵剖面图；
图4为本发明真空固液分离池纵俯视图；
图中标号所示：冷凝管1、污泥2、制冷压缩机3、第一土工布4、保温材料5、横向冻结管6、冷凝总管7、竖向排水板9、排水总管10、第二土工布11、真空膜12、沉淀物13、真空泵14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，该装置包括：沉淀池，如图1-2，用于对污泥进行冻融处理；沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管1；冷凝管1与外接的制冷压缩机3相连；沉淀池上方布设有用于冻融处理时保温的保温层。保温层为第一土工布4和保温材料5。
固液分离池，如图3-4，用于对冻融处理后的污泥进行真空排水处理；真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板9。竖向排水板9与外接的真空泵14相连；固液分离池上方布设有用于真空排水时密封的密封层。密封层为第二土工布11和真空膜12。
沉淀池与固液分离池通过输送泵串联连接。
一种采用如上冻融-分级真空预压污泥处理装置的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)现场采集泥样，例如污泥样品，要对其含水量、粒度成分、化学成分、有机质类型及含量、冻结温度等进行测试分析；主要指标分别约为：含水率75-85％，粒度级配以黏粒级为主，主要化学成分为有机质，有机质含量45-70％，冻结温度-5～0℃；
(2)根据步骤(1)的分析结果确定冻融处理的冷冻温度和真空分级次数，本实施例的制冷温度为-15℃，真空分级为4级；
(3)根据场地面积、人工、机械台班、待处理污泥等工程实际情况设计污泥沉淀池、固液分离池，如图1-4所示；
(4)布置污泥沉淀池、固液分离池，将竖向冷凝管1按照间隔1.5m的间距在污泥沉淀池中进行排布、并插入沉淀池的污泥2中，竖向冷凝管1的长度与污泥2的深度一致；
(5)竖向冷凝管1与横向冻结管6连接，并与冷凝总管7相连，冷凝总管与沉淀池外部的制冷压缩机3相连接，在污泥2顶部分别覆盖第一土工布4和保温材料5；
(6)根据确定的制冷温度，通过制冷压缩机3对冷凝管路进行制冷，使其与污泥2进行相互作用，冷冻进行24小时后，进行自然融化；
(7)将冷凝管1和横向冻结管6、冷凝总管7分别取出沉淀池，将经过冻结融化后的污泥利用压力泵抽送到已经布置好真空排水系统的固液分离池中；
(8)固液分离池中的纵向排水板9和排水管10按照一定排布方式进行排布，竖向排水板9的间距为1.5m；将布置好的排水板9与总排水管10连接起来。在固液分离池表面铺设第二土工布11和真空膜12；
(9)开启真空泵14，对固液分离池中的沉淀物13进行抽真空。分级加载先进行20Kpa的压力进行抽真空，此时污泥中的水分开始被抽出。监测排水量，当排水量达到100ml/h平稳时，进一步加大真空压力至40Kpa，监测排水量，当排水量较小的时候，进一步加大真空压力至40Kpa。类似地，真空压力分别加至60Kpa和80Kpa。
(10)在加载80Kpa的过程中，每隔一段时间，提取其中的样品并对含水率等指标进行测试。当含水率达到要求含水率和强度时，停止真空加载；
(11)结束后拆除真空排水系统，将分离池中处理后的污泥。
实施例2
与实施例1不同之处在于，制冷温度设定为-10℃，且要进行反复冻融，进行冻融循环10次。
实施例3
一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，该装置包括：沉淀池，如图1-2，用于对污泥进行冻融处理；沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管1；冷凝管1与外接的制冷压缩机3相连；沉淀池上方布设有用于冻融处理时保温的保温层。保温层为第一土工布4和保温材料5。
固液分离池，如图3-4，用于对冻融处理后的污泥进行真空排水处理；真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板9。竖向排水板9与外接的真空泵14相连；固液分离池上方布设有用于真空排水时密封的密封层。密封层为第二土工布11和真空膜12。
本实施例中，实际场地不具备设置沉淀池和固液分离池两个池子的条件，待处理泥便在沉淀池中原位排水处置，即沉淀池内可以先布置冷凝管1进行冻融处理，在经过冻融处理后取出对应的冷凝管1，然后在池中更换原位真空预压所需要的竖向排水板9等排水系统，进行分级真空预压，最终达到原位真空排水的目的。具体施工方案取决于工程场地的需要。
一种采用如上冻融-分级真空预压污泥处理装置的处理方法，该方法包括以下步骤：
与实施例1的不同之处在于，步骤7改为：
(7)将冷凝管1和横向冻结管6、冷凝总管7分别取出沉淀池、拆除制冷系统；插入竖向排水板9、布置真空排水系统，直接在原池的进行原位处理。
在实施例1-3中，冻融处理后的污泥粒径普遍增大，其粉粒级颗粒(＞0.005mm)含量增大，黏粒级颗粒(＜0.005)含量明显降低，污泥比阻从1013m/kg降低到1012m/kg数量级，污泥渗透系数降低两个数量级。而处理后的污泥运送到其他地方，用作农田和林地改良、能源等资源化利用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，该装置包括：
沉淀池，用于对污泥进行冻融处理；
固液分离池，用于对冻融处理后的污泥进行真空排水处理；
所述的沉淀池中布设有将待处理污泥冷冻的冷凝管(1)；
所述的真空固液分离池中布设有将污泥中的水排出的竖向排水板(9)。
2.根据权利要求1所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，所述的沉淀池与固液分离池通过输送泵串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，所述的冷凝管(1)与外接的制冷压缩机(3)相连；所述的沉淀池上方布设有用于冻融处理时保温的保温层。
4.根据权利要求1或2所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，所述的冷凝管(1)之间的间距为1-1.5m。
5.根据权利要求1或2所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，所述的竖向排水板(9)与外接的真空泵(14)相连；所述的固液分离池上方布设有用于真空排水时密封的密封层。
6.根据权利要求1或2所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理装置，其特征在于，所述的竖向排水板(9)的间距为0.5-1.5m。
7.一种利用如权利要求1-6任一项所述装置的冻融-分级真空预压污泥处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将待处理污泥在沉淀池中进行冻融循环处理；
(2)将冻融循环处理后的污泥在真空固液分离池中进行真空排水处理。
8.根据权利要求7所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理方法，其特征在于，所述的冻融循环处理中，制冷温度为-10～0℃，循环次数为1-10次。
9.根据权利要求7所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理方法，其特征在于，所述的真空排水的真空度为20-80kPa。
10.根据权利要求9所述的一种冻融-分级真空预压污泥处理方法，其特征在于，所述的真空排水分为四级，第一级真空度为20kPa，第二级真空度为40kPa，第三级真空度为60kPa，第四级真空度为80kPa。
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| CN112661387A true CN112661387A (zh) | 2021-04-16 |
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|---|---|---|---|
| CN202011421242.XA Pending CN112661387A (zh) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | 一种冻融-分级真空预压污泥处理装置及处理方法 |
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| CN (1) | CN112661387A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102701561A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-03 | 江苏江达生态科技有限公司 | 一种淤泥快速干化方法 |
| CN104140188A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-11-12 | 饶宾期 | 节能型污水污泥无害化处理方法 |
| CN109231765A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-18 | 汪安荣 | 污泥脱水处理方法及污泥脱水处理装置 |
| CN109485223A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-19 | 天津大学 | 一种用于污泥脱水的内置排水板的土工管袋装置 |
| CN112028434A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-12-04 | 中电建水环境科技有限公司 | 一种板框式污泥冻融深度脱水方法 |
-
2020
- 2020-12-08 CN CN202011421242.XA patent/CN112661387A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| （美）戈登•爱尔•卡尔普（GORDONL.CULP）等: "《水的净化新概念》", 31 October 1982, 中国建筑工业出版社 * |
| 李兵等: "《污泥表征与预处理技术》", 31 August 2010, 冶金工业出版社 * |
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