CN115304233A - 一种污泥预处理反应器系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥预处理反应器系统及方法，包括污泥破碎设备、输送泵、污泥预处理反应器组件和压滤机，污泥预处理反应器组件包括超声波反应器，超声波反应器通过管道依次连接有第一泥药混合器、第二泥药混合器、微波反应器，第一泥药混合器、第二泥药混合器还分别连接有加药装置。本反应器系统是一种连续的、快速的、经济的污泥预处理反应器系统，该方法具有污泥调理时间短、污泥改性彻底、污泥脱水效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥预处理反应器系统及方法。
背景技术
全国污泥产量规模巨大，但无害化处置率低。
现有的污泥处置方法包括土地利用、填埋、建材利用、焚烧等。土地利用由于重金属超标导致路径不畅；填埋是一种临时过渡性的技术路线，它与前端污泥脱水结合，成为现阶段应用案例最多路线；随着新政策实施，各地处置标准越来越严格，污泥填埋将越来越少，污泥处置成本会越来越高，总体污泥成本控制不变情况下，政府规定污水厂或第三方运营商执行更高污泥处理要求，在现有的污水处理费用体系下，绝大部分污水厂无法承受。所有污泥处理工艺中，污泥脱水是第一步，应用范围最广，但是目前存在药剂添加量大，污泥增量明显，污泥脱水难，工艺流程长，预处理不连续，运行成本高，脱水设备处理效率低，含水率高等一系列问题，其中污泥预处理是影响污泥脱水的关键因素，所以开发一种新污泥预处理工艺，提高污泥脱水率，解决污泥处置成本问题，是解决目前污泥问题的根本问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种效果明显、污泥脱水率高的反应器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
与现有技术相比，本发明的优点在于：
一种污泥预处理反应器系统，包括污泥破碎设备、输送泵、污泥预处理反应器组件和压滤机，所述污泥预处理反应器组件包括超声波反应器，所述超声波反应器通过管道依次连接有第一泥药混合器、第二泥药混合器、微波反应器，所述第一泥药混合器、第二泥药混合器还分别连接有加药装置。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第一泥药混合器与第二泥药混合器之间的管道为蛇形管道，且其他管道不设置蛇形管道。
所述污泥预处理反应器组件通过管道连接有用于与压滤机配合以实现连续运行的储泥池，所述储泥池数量设置为一个。
所述储泥池的出口连接有偏心螺杆泵，所述偏心螺杆泵的出口连接有压滤机，所述压滤机为高压隔膜板框压滤机。
一种污泥预处理方法包括以下步骤：
S1：通过污泥破碎设备将污泥中的杂物破碎，使杂物直径小于35mm；
S2：通过浓缩机将高含水率的污泥从97%或以上浓缩至90%-95%；
S3：通过超声波反应器促使污泥液体中产生微米级的空化气泡，空化气泡在急剧崩溃时释放出巨大的能量，释放细胞壁内水分，降低污泥粘度；
S4：在第一泥混合器中添加第一调理药剂，使其与污泥混合；
S5：在第二泥混合器中添加第二调理药剂，使其与污泥混合；
S6：通过微波反应器促进污泥与药剂反应，产生分子极化、取向、摩擦、碰撞、吸收微波能而产生热效应，强化传质快速完成泥药混合并反应；
S7：通过压滤机进行污泥脱水，将污泥含水率降至40%以下。
进一步地，S3中，超声波反应器采用流通式超声波反应器。
进一步地，S3中， 设置超声波反应器的频率为 20～28kHz，能量密度0.06～0.14w/ml。
进一步地，S6中，设置微波反应器的功率2～20kw。
进一步地，所述第一调理药剂采用聚合硫酸铝铁，所述第二调理药剂采用PAM乳液。
本发明是一种连续的、快速的、经济的污泥预处理反应器系统，可将污泥含水率降至40%以下，能在20-50秒的时间内对污泥进行调理改性，大幅提高污泥脱水性能，具有污泥调理时间短、污泥改性彻底、污泥脱水效率高等优点。
污泥预处理反应器组件，根据不同泥质、不同脱水设备，反应器组件有多种组合和配置，比如药剂添加顺序、反应时间、处理量、药剂种类、反应器种类和组合都可以进行调整，满足不同泥质、不同脱水设备、不同预处理的要求。
与传统污泥预处理方式相比，传统污泥加药方式通过机械搅拌（立式搅拌、卧式搅拌等），无法彻底将浓缩污泥中的絮体全部破碎，并无法释放被PAM包裹的污泥胶体中的自由水、内部水、结合水，泥药反应速度慢（一般需要30-60分钟反应时间），并且不连续，泥药混合不均匀，药剂添加量大等问题。相比传统预处理工艺，污泥脱水设备的脱水率提高34%以上，比如，采用离心脱水机、带式压滤机、叠螺脱水机、螺旋压榨机，污泥含水率降至70%以下，并且无须配备存储，直接与脱水设备对接，减少储泥池或存储设备；比如，采用高压隔膜板框脱水机，因为污泥预处理反应器整个过程是连续运行，所以污泥存储池或容器设计的非常小，是传统储泥池或储罐的二分之一，污泥储泥池或储罐内部安装液位计、立式搅拌机等，可以根据液位自动连锁前后设备，实现全自动运行。相比传统板框预处理工艺，板框脱水率提高33%以上，污泥含水率降低至40%以下。
附图说明
图1是污泥预处理反应器系统整体结构示意图。
图中各标号表示：
1、污泥破碎设备；2、输送泵；3、污泥预处理反应器组件；31、超声波反应器；32、第一泥药混合器；33、第二泥药混合器；34、微波反应器；35、加药装置；36、蛇形管道；4、压滤机；5、浓缩机；6、储泥池；7、偏心螺杆泵。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1示出了本发明的一种实施例，本实施例的污泥预处理反应器系统，包括污泥破碎设备1、输送泵2、污泥预处理反应器组件3和压滤机4，污泥预处理反应器组件3包括超声波反应器31，超声波反应器31通过管道依次连接有第一泥药混合器32、第二泥药混合器33、微波反应器34，第一泥药混合器32、第二泥药混合器33还分别连接加药装置35，第一泥药混合器32与第二泥药混合器33之间的管道为蛇形管道36。在使用该反应器系统对污泥进行污泥脱水时，污泥先进入污泥破碎设备1，使污泥中的杂物破碎，防止堵塞后续的设备，然后污泥通过管道进入浓缩机5，其能使污泥浓缩，然后污泥通过输送泵2进入污泥预处理反应器组件3进行处理，污泥先进入超声波反应器31，超声波使污泥细胞破壁、释放水分，然后污泥分别进入第一泥药混合器32和第二泥药混合器33与加药装置35释放的调理剂反应，并通过蛇形管道36增加了污泥停留时间、使污泥与调理剂充分反应，再通过微波反应器34的作用，进一步促进污泥与调理剂反应，该预处理过程只需20-50秒，且预处理后的污泥脱水性能得到显著提高，然后将经过处理的污泥在储泥池6中暂存，最后在偏心螺杆泵7的作用下进入高压隔膜板框压滤机4中进行脱水处理， 使污泥含水率降低40%以下。
本实施例中，超声波反应器31设置在第一泥药混合器32之前，可避免超声波破坏污泥与药剂反应的絮凝效果，微波反应器34的设置，进一步促进污泥与调理药剂的反应，缩短了污泥与药剂反应所需时间，节省了管道的使用，并且污泥调理改性更加彻底。
本实施例中，污泥破碎设备1与输送泵2之间设置浓缩机5。浓缩机5设置在污泥破碎设备1之后，以保证浓缩机5不容易因大块杂质堵塞或处理效果下降，并且浓缩机5的设置，提高了药剂利用率、减少了药剂损耗。
输送泵2采用包括但不限于螺杆泵、转子泵、渣浆泵、离心泵等，浓缩机5采用包括但不限于叠螺浓缩机、串螺浓缩机、带式浓缩机、离心式浓缩机、转鼓浓缩机等。
本实施例中，污泥预处理反应器组件3通过管道将污泥注入储泥池6，其出口连接偏心螺杆泵7，偏心螺杆泵7出口连接压滤机4，压滤机4为高压隔膜板框压滤机。该结构中，由于压滤机4采用高压隔膜板框压滤机，板框间隙运行，污泥进入速度不均衡，所以设置储泥池6，通过设置偏心螺杆泵7是污泥进入压滤机4更加平稳，污泥预处理反应器整个过程是连续运行，所以污泥存储池设计的非常小，是传统储泥池或储罐的二分之一，污泥储泥池或储罐内部安装液位计、立式搅拌机等，可以根据液位自动连锁前后设备，实现全自动运行；
高压隔膜板框压滤机设置进料压力1.2Mpa、压榨压力2.5Mpa，相比传统板框预处理工艺，污泥进泥含固率高（90-95%），隔膜板框进料效率提高50%，板框脱水率提高33%以上，污泥含水率降低至40%以下。
在其他实施例中，压滤机4还可以采用离心脱水机、带式脱水机、叠螺脱水机、螺旋压榨机，无须配备储泥池6，直接与脱水设备对接，减少储泥池或存储设备，但该结构仅能使污泥含水率降至70%以下。
第一调理剂包括复合铝铁盐、硫酸亚铁、碱式氯化铝、PAC、PAFC、PFS、三氯化铁中的任一种或多种组合，第二调理剂包括阳离子PAM、阴离子PAM、双氧水、臭氧、高铁酸钾、过硫酸钠中的任一种或多种组合；
根据不同脱水设备、不同污泥泥质情况，药剂种类及添加顺序都有不同，以市政污泥为例，一般采用阳离子PAM、PAC+PAM、PFS+PAM、PAFC+PAM、硫酸亚铁+双氧水、三氯化铁、三氯化铁+PAM等；工业污泥或河道淤泥，一般采用阴离子PAM、PAC+PAM、PFS+PAM等。
本实施例中，S3中，超声波反应器31采用流通式超声波反应器；
S3中，设置超声波反应器31的频率为 25kHz，能量密度为0.13w/ml；
S4中，第一调理药剂采用聚合硫酸铝铁，添加量为3%；
S5中，第二调理药剂采用PAM乳液，添加量为4‰；
S6中，设置微波反应器34的微波功率10kw；
超声波反应器31采用流通式超声波反应器，采用25Khz频率低频超声，在相同处理规模下，能耗只有传统超声波的1/4～1/2，处理的对象更加宽泛，并且采用流通式管道形式，连续运行，均匀声场，无需搅拌，物料不与超声波换能器接触，不堵塞，不产生腐蚀，使用寿命长，运行维护成本低等优势，当超声波频率为25Hz时，超声波在液体中的空化效果达到最佳状态，空化气泡产生数量最多，气泡崩溃时产生的破碎力更强、更加均匀，空化气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，致使在空化发生的微小空间内呈现发光5000K以上的高温（热点）、5×10^7Pa以上的高压、温度变化率高达 10^9K/s，并伴生强烈的冲击波和（或）时速 400km 的射流等极端的物理条件。
实验证实，聚合硫酸铝铁与超声波协调效果最好，聚合硫酸铝铁添加量为3%，超声波能量密度为1.44kwh/m³，PAM乳液絮凝剂添加量4‰，通过高压带式浓缩压滤脱水泥饼含水率达60%。作为对比，聚合硫酸铝铁配合PAM乳液，不加超声波协同，聚合硫酸铝铁添加量8%，PAM乳液添加量是千分之七，通过高压带式浓缩压滤泥饼含水率达72%。
案例一
广州某污水厂污泥超声波协同隔膜板框深度脱水试验，原泥含水率为98%（初沉污泥和剩余污泥的混合污泥），通过带式浓缩机浓缩至含水率94.2%，污泥有机物含量30%，超声波最佳能量密度为1.45kwh/m³，频率25kHz，PAFC添加量为35%，隔膜板框压滤机进料压力为0.8MPa，压榨压力为1.6MPa，泥饼含水率38.5%，污泥脱水效果提升明显（相比不加超声波，泥饼含水率降低10-15%），后端无需加热干化设备，直接通过隔膜板框机械脱水至含水率40%以下，大幅降低了污水厂污泥运行成本。
案例二
深圳某污水厂污泥超声波协同隔膜板框深度脱水试验，原泥含水率为97%（厌氧污泥），通过串螺浓缩机浓缩至含水率94.5%，污泥有机物含量45%，超声波最佳能量密度为1.5kwh/m³，频率25kHz，PAFC液体添加量为30%，隔膜板框压滤机进料压力为1.1MPa，压榨压力为1.6MPa，泥饼含水率49.8%。污泥脱水效果提升明显（相比不加超声波，泥饼含水率降低10%），该项目原调理工艺需要添加大量的石灰，石灰易结垢，堵塞隔膜板框过滤通道，清洗维护困难，板框运行维护成本较高，同时石灰添加对污泥有增量，增加了后端的污泥处置成本，通过超声波预处理后，污泥脱水效果大幅提升，无需添加石灰，减少了污泥处置量，同时板框过滤通道清洗维护工作量也减少，大幅降低了污水厂污泥运行成本。
案例三
四川某污水厂污泥超声波协同隔膜板框深度脱水试验，原泥含水率为83.5%（一次脱水污泥），通过添加滤液将一次脱水污泥从83.5%稀释至含水率93.5%，污泥有机物含量56%，超声波最佳能量密度为1.8kwh/m³，频率25kHz，PFS液体添加量为30%，PAM添加量为千分之一，隔膜板框压滤机进料压力为1.2MPa，压榨压力为4.0MPa，泥饼含水率47.5%。污泥脱水效果提升明显（相比不加超声波，泥饼含水率降低5-10%）。
案例四
四川某污水厂污泥超声波协同隔膜板框深度脱水试验，原泥含水率为99.3%（剩余污泥），通过串螺浓缩机浓缩至含水率97%，污泥有机物含量62%，超声波最佳能量密度为1.2kwh/m³，频率23kHz，PAC液体添加量为30%，隔膜板框压滤机进料压力为1.2MPa，压榨压力为2.0MPa，泥饼含水率56.1%，污泥脱水效果提升明显（相比不加超声波，泥饼含水率降低5-8%左右），并且大幅降低水厂污泥运行成本。
实验表明，将能量密度1.0-2.0kwh/m³的超声波与化学药剂处理相结合用于剩余污泥、厌氧污泥、一次脱水污泥的溶胞破壁，超声波频率为21-28Khz，在比能量为0.02-0.04kwh/kgDS、pH=5.0-7.0，超声时间为20~50s，污泥溶胞率较单独使用化学药剂提高30-60%。综上，超声波能够大幅提高污泥的脱水性能和脱水效率，同时降低污泥粘度，提高污泥的流动性，促进污泥颗粒的团聚、沉降，相比传统预处理工艺，结合隔膜板框压滤机，泥饼含水率降低10-15%以上，污泥的压缩性明显提高，泥饼厚度比“单独无机盐”小4-8mm。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种污泥预处理反应器系统，包括污泥破碎设备（1）、输送泵（2）、污泥预处理反应器组件（3）和压滤机（4），其特征在于：所述污泥预处理反应器组件（3）包括超声波反应器（31），所述超声波反应器（31）通过管道依次连接有第一泥药混合器（32）、第二泥药混合器（33）、微波反应器（34），所述第一泥药混合器（32）、第二泥药混合器（33）还分别连接有加药装置（35），所述第一泥药混合器（32）与第二泥药混合器（33）之间的管道为蛇形管道（36），且其他管道不设置蛇形管道（36）。
2.根据权利要求1所述的污泥预处理反应器系统，其特征在于：所述污泥破碎设备（1）与输送泵（2）之间设置有浓缩机（5）。
3.根据权利要求1至2任一项所述的污泥预处理反应器系统，其特征在于：所述污泥预处理反应器组件（3）通过管道连接有用于与压滤机（4）配合以实现连续运行的储泥池（6），所述储泥池（6）数量设置为一个。
4.根据权利要求3所述的污泥预处理反应器系统，其特征在于：所述储泥池（6）的出口连接有偏心螺杆泵（7），所述偏心螺杆泵（7）的出口有连接压滤机（4），所述压滤机（4）为高压隔膜板框压滤机。
5.一种污泥预处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过污泥破碎设备（1）将污泥中的杂物破碎，使杂物直径小于35mm；
S2：通过浓缩机（5）将高含水率的污泥从97%或以上浓缩至90%-95%；
S3：通过超声波反应器（31）促使污泥液体中产生微米级的空化气泡，空化气泡在急剧崩溃时释放出巨大的能量，释放细胞壁内水分，降低污泥粘度；
S4：在第一泥混合器（32）中添加第一调理药剂，使其与污泥混合；
S5：在第二泥混合器（33）中添加第二调理药剂，使其与污泥混合；
S6：通过微波反应器（34）促进污泥与药剂反应，产生分子极化、取向、摩擦、碰撞、吸收微波能而产生热效应，强化传质快速完成泥药混合并反应；
S7：通过压滤机（4）进行污泥脱水，将污泥含水率降至40%以下。
6.根据权利要求5所述的污泥预处理方法，其特征在于：S3中， 超声波反应器（31）采用流通式超声波反应器。
7.根据权利要求6所述的污泥预处理方法，其特征在于：S3中，设置超声波反应器（31）的频率为 20~28kHz，能量密度0.06~0.14w/ml。
8.根据权利要求7所述的污泥预处理方法，其特征在于：S6中，设置微波反应器（34）的功率2~20kw。
9.根据权利要求5至8任一项所述的污泥预处理方法，其特征在于：所述第一调理药剂采用聚合硫酸铝铁，所述第二调理药剂采用PAM乳液。
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