CN115215518A - 一种超声-微波联用的污泥减量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污泥处理技术领域，具体公开一种超声‑微波联用的污泥减量化方法。所述方法包括如下步骤：对剩余污泥进行调质处理；将调质处理后的污泥送入超声反应器进行超声处理；超声处理后的污泥经高压隔膜板框压滤机进行机械脱水；脱水后污泥与吸水材料、吸波材料混合，造粒；污泥颗粒输送至微波反应器进行干燥，得干燥的污泥颗粒。本发明提供的方法通过超声‑微波联用，使处理后的污泥含水率可达15％，减量化明显，且处理效率高，能够实现污泥的高效减量化，稳定化和无害化。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种超声-微波联用的污泥减量化方法。
背景技术
剩余污泥是污水处理厂运行的主要副产物，2020年我国污泥产生量达7288.3万吨(含水率80％)，预计2025年污泥(含水率80％)年产量将突破9000万吨。污泥结构组成复杂，包含多种有毒物质，例如病原体、重金属和有机污染物。若不经过稳定化、无害化处理，必然造成环境二次污染。
常规的污泥处置方式为：先对市政污泥进行机械脱水，降低市政污泥的含水率，再通过厌氧消化，好氧堆肥或者污泥焚烧的方式实现污泥的资源化。在机械脱水阶段，主要通过化学调理提高污泥的脱水性能，滤饼的含水率一般为60-80％。常用的化学调理药剂为石灰+三氯化铁，污泥脱水性能随着添加量的增加而增加。但化学药剂的大量使用费用高额，消耗了大量资源，而且引入杂质较多，对于后续的污泥资源化处置不利。随着环保要求的提标和用地指标的紧缩，污泥焚烧成为主流的污泥资源化工艺。污泥焚烧能够“彻底”解决污泥的问题，但是污泥焚烧采用热干化的方式去除水分，需要消耗大量的能量；产生的烟气量大，烟气处理难度高，环保投入大；技术本身采用简单的热量与物料表面传热方式，热利用率有待提高。为了减少能量消耗，应尽可能的在焚烧前减少污泥的含水率，对污泥进行适当干化后再焚烧。因此，针对现有污泥脱水效率低，药耗大和污泥热干化能耗高的问题，要寻找新的技术解决方案，从提高污泥脱水性能和降低能耗两个方面实现污泥高效，低耗能减量化。
综上所述，由于实际污泥处理处置中存在污泥机械脱水效率低，化学药剂用量大和热干化能耗高的问题，故提供一种新的污泥减量化的思路意义重大。
发明内容
针对现有剩余污泥机械脱水效率低，热干化存在能耗高，热效率低等问题，本发明提供一种超声-微波联用的污泥减量化方法。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，包括如下步骤：
S1、利用化学调理剂对污水处理厂剩余污泥进行调质处理；
S2、将所得调质处理后的污泥送入超声反应器进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水；
S4、将脱水后污泥与吸水材料、吸波材料充分混合，进行造粒；
S5、将所得污泥颗粒输送至微波反应器进行干燥，得干燥的污泥颗粒。
进一步地，步骤S1中，所述化学调理剂为阳离子聚丙烯酰胺，投加量为污泥干物质的3‰-6‰。
进一步地，所述阳离子聚丙烯酰胺以液体形式投加，液体中阳离子聚丙烯酰胺的质量浓度为1‰-3‰。
进一步地，步骤S2中，所述超声处理的超声波频率为20-30kHz，功率为20-50W，作用时间为30-120s。通过超声强化，提升化学调理的反应效率，打散污泥EPS，释放部分结合水，提高脱水性能。
进一步地，步骤S3中，所述高压隔膜板框压滤机的压榨压力为1-2Mpa。通过机械脱水脱去绝大部分的空隙水、毛细水和部分吸附水、结合水，使污泥滤饼的含水率显著下降。
进一步地，脱水后的污泥含水率为50-55％。
进一步地，步骤S4中，所述吸水材料为聚丙烯酸钠，投加比例为污泥干物质的1％-3％。
进一步地，步骤S4中，所述吸波材料为活性炭粉末、碳化硅粉末或四氧化三铁粉末的一种或多种，投加比例为污泥干物质的1％-5％。
进一步地，步骤S4中，通过圆盘造粒或挤压进行造粒，造粒形状为圆球状、圆柱状、棒状或不规格团粒状，造粒粒径为5-20mm。
进一步地，步骤S5中，微波反应器中，控制微波输出功率为600-900w，反应器的温度为150-300℃，作用时间为10-30min。经过超声处理和机械脱水后，进一步地通过微波干化，污泥中的水分被带出，得到干燥的污泥颗粒，实现污泥减量化，产生的蒸汽进入干燥系统进行除湿并回用于微波干化。
相对于现有技术，本发明提供的超声-微波联用的污泥减量化方法具有如下优势：
(1)本发明采用超声波处理强化化学调理的效果，同时，超声波处理产生水力空化作用，海绵效应等，破坏污泥絮体和细菌细胞壁，释放污泥内部结合水，提高污泥脱水性能，提高机械脱水效率，便于后续污泥的处理处置。
(2)本发明针对大多数的生物质原材料吸收微波的能力较弱，造成微波利用效率低的问题，引入吸波材料，在吸波材料表面产生热效应和放电效应，形成局部“热点”，提高微波利用效率，降低能耗。
(3)本发明充分混合吸水材料，吸波材料和脱水污泥，并进行造粒。通过造粒使吸波材料和污泥均匀分布，避免局部聚集形成的热点分布不均匀。同时，球团结构能够提高后续微波热干化的效率。
(4)本发明采用微波加热的方式干化污泥。微波加热将微波能直接转化为热能，加热更为均匀，能量损失小，缩短加热时间。另外，微波处理还可以促进污泥EPS行降解、转化，促进溶胞及碳、氮、磷的释放，催化降解难溶性有机物质，处理后的污泥更安全。
综上所述，本发明提供的超声-微波联用的污泥减量化方法，技术可行，工艺简单，操作方便，高效节能，具有一定的社会效应和经济价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的超声-微波联用的污泥减量化方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明实施例提供的超声-微波联用的污泥减量化方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，按图1所示工艺流程进行，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的5‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成3‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至超声反应器，控制超声的频率为20kHz，功率为30W，作用时间为60s，进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼；
S4、泥饼中加入3％的聚丙烯酸钠和5％的活性炭粉末，经圆盘造粒机造粒；
S5、将形成的污泥固体颗粒通过输送带输送至微波反应器中加热，控制微波输出功率为600w，反应腔温度为150℃，微波干燥30min后，得干燥的污泥颗粒，污泥的含水率可降至15％。
实施例2
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的6‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成1‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至超声反应器，控制超声的频率为30kHz，功率为50W，作用时间为30s，进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼，脱水后的污泥泥饼含水率为55％；
S4、泥饼中加入1％的聚丙烯酸钠和3％的四氧化三铁粉末，经圆盘造粒机造粒；
S5、将形成的污泥固体颗粒通过输送带输送至微波反应器中加热，控制微波输出功率为900w，反应腔温度为250℃，微波干燥20min后，得干燥的污泥颗粒，污泥的含水率可降至16％。
实施例3
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的3‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成2‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至超声反应器，控制超声的频率为25kHz，功率为20W，作用时间为120s，进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼，脱水后的污泥泥饼含水率为50％；
S4、泥饼中加入2％的聚丙烯酸钠和1％的碳化硅粉末，经圆盘造粒机造粒；
S5、将形成的污泥固体颗粒通过输送带输送至微波反应器中加热，控制微波输出功率为800w，反应腔温度为300℃，微波干燥10min后，得干燥的污泥颗粒，污泥的含水率可降至15％。
对比例1
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，在实施例1的基础上省略超声处理和微波干燥，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的5‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成3‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼，脱水后泥饼含水率为62％。
对比例2
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，在实施例1的基础上省略微波干燥，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的5‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成3‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至超声反应器，控制超声的频率为20kHz，功率为30W，作用时间为60s，进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼，泥饼的含水率为52％。
对比例3
一种超声-微波联用的污泥减量化方法，在实施例1的基础上省略超声处理，具体包括如下步骤：
S1、以投加量为污泥干物质的5‰准备阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，通过浆液制备系统配置成3‰浓度的CPAM浆液。用污泥螺杆泵将污水处理厂剩余污泥泵入絮凝搅拌池中，同时用定量泵泵入配置好的CPAM浆液，充分搅拌，进行调质处理；
S2、将絮凝搅拌池中调质处理后的污泥泵送至高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，压滤成扁平状泥饼；
S3、泥饼中加入3％的聚丙烯酸钠和5％的活性炭粉末，经圆盘造粒机造粒；
S4、将形成的污泥固体颗粒通过输送带输送至微波反应器中加热，控制微波输出功率为600w，反应腔温度为150℃，微波干燥30min后，得干燥的污泥颗粒，污泥的含水率可降至20％。
为了更好的说明本发明实施例提供的超声-微波联用的污泥减量化方法的特性，将实施例1和对比例1～3污泥处理条件及污泥最终含水率进行比较，结果如下表1所示。
表1污泥处理条件及污泥最终含水率
| 实施例1 | 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | |
| 化学调理 | √ | √ | √ | √ |
| 超声强化 | √ | × | √ | × |
| 机械脱水 | √ | √ | √ | √ |
| 污泥造粒 | √ | × | × | √ |
| 微波干化 | √ | × | × | √ |
| 污泥含水率(％) | 15 | 62 | 52 | 20 |
实施例和比较例结果表明，本发明的超声-微波联用的方法通过超声波处理破坏污泥絮体和细菌细胞壁，释放污泥内部结合水，提高了污泥脱水的性能，微波加热将微波能直接转化为热能，除去绝大部分的水分，污泥含水率可降至15％。污泥内部水分分布中，根据水分分布形态，可划分为间隙水，毛细水，表面吸附水和结合水4种。结合水是指污泥颗粒细胞内部水分或者是无机污泥中金属化合物所带的结晶水等，是最难脱去的水分，需要通过生物手段，热力方法等将其转化为外部水。本发明通过超声-微波联用，并借助化学调质和机械脱水，将污泥内部水分转化为外部水进而脱除，有效地降低了污泥含水率，减量化明显，且处理效率高，能够实现污泥的高效减量化，稳定化和无害化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用化学调理剂对剩余污泥进行调质处理；
S2、将所得调质处理后的污泥送入超声反应器进行超声处理；
S3、超声处理后的污泥经过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水；
S4、将脱水后污泥与吸水材料、吸波材料充分混合，进行造粒；
S5、将所得污泥颗粒输送至微波反应器进行干燥，得干燥的污泥颗粒。
2.如权利要求1所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于：所述化学调理剂为阳离子聚丙烯酰胺，投加量为污泥干物质的3‰-6‰。
3.如权利要求2所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于：所述阳离子聚丙烯酰胺以液体形式投加，液体中阳离子聚丙烯酰胺的质量浓度为1‰-3‰。
4.如权利要求1所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于：所述超声处理的超声波频率为20-30kHz，功率为20-50W，作用时间为30-120s。
5.如权利要求1所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于：所述高压隔膜板框压滤机的压榨压力为1-2Mpa。
6.如权利要求5所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，脱水后的污泥含水率为50-55％。
7.如权利要求1所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，所述吸水材料为聚丙烯酸钠，投加比例为污泥干物质的1％-3％。
8.如权利要求1所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，所述吸波材料为活性炭粉末、碳化硅粉末或四氧化三铁粉末的一种或多种，投加比例为污泥干物质的1％-5％。
9.如权利要求1至8任一项所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，步骤S4中，通过圆盘造粒或挤压进行造粒，造粒形状为圆球状、圆柱状、棒状或不规格团粒状，造粒粒径为5-20mm。
10.如权利要求9所述的超声-微波联用的污泥减量化方法，其特征在于，微波反应器中，控制微波输出功率为600-900w，反应器的温度为150-300℃，作用时间为10-30min。
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