污泥置换脱水的方法及装置的制作方法

专利名称：污泥置换脱水的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种降低传统污泥热干燥能耗的污泥处理方法，属于污泥处理和固体废弃 物处理领域的污泥处理技术的污泥置换脱水的方法及装置。
背景技术：
随着社会经济的发展与城市化进程的加快，城镇污水及其污泥数量快速增加。我国城 镇年产湿污泥统计已高达1200万吨，实际湿污泥产量可能要远远高于此数值，而且其年 增长速度达10-15%。由于污泥处理成本占污水处理厂处理成本的50%左右，成本很高， 因此我国许多污水处理厂往往只处理到污水而避开了污泥处理。目前我国的污泥处理往往 是通过简单机械脱水后进行填埋或堆放。由于污水厂生物污泥中含有大量的有毒、有害物 质，容易引发严重的环境污染问题。因此，如何将产量巨大、成分复杂的污泥经过科学处 理处置，使其达到稳定化、减量化、无害化、资源化的目的，成为环境领域共同关注的课 题。
污水厂污泥是一种不均匀的、复杂的分散系，含水率高达99%以上，体积和数量庞大， 易发臭，因此，必须进行及时处理，进行脱水减量，以利于后继处理与处置。另外，污泥 中含有大量的有机成分，蕴藏着大量的资源。污泥通过浓縮、机械脱水后其含水率通常为 75% 87%。此时污泥中的含水率仍然较高，既不能达到污泥的稳定化处理要求，减量化 也不充分，稳定化更无从谈起，无论作为生物肥料还是作为能源资源(如热解制燃气、油、 半焦固体等或直接燃烧)均远未达到资源化技术对污泥含水率的较高要求，因此，污泥必 须进一步脱水。此时污泥脱水常采用的方法为热干燥技术。在污水污泥脱水的整个过程中， 热干燥的能耗约占总的脱水过程能耗的90%以上，热干燥是污泥深度脱水过程中能耗消耗 最大的环节，制约热干燥技术在污泥处理中的应用，也是污泥脱水干化节能的关键所在。
目前，人们在降低热干燥能耗所做的工作大体可以分为三个途径1、通过利用工业 过程中的余热(如烟气余热、废蒸汽、废热水等)和自然界能量(如太阳能、地热等)进 行污泥的干化，以减少电能、煤炭、燃油、燃气或其他宝贵能源的消耗，达到节约能源的 目的；2、开发设计新型的干化设备来改善污泥干化的速率或提高其热利用率，如喷雾干 燥、薄层干燥、流化床干燥等设备；3、探索新的干燥技术，提高能源利用效率，达到降 低干燥能耗的目的，如微波干燥技术，红外加热技术，冻干技术，电场脱水技术，电磁加 热干燥技术等。从传统的干燥理论看，很显然，以上干燥研究工作往往注重于物料干燥的 外部因素和物料颗粒性质因素在干燥过程中的作用，而对污泥中待蒸发物质(污水污泥中 指水分)的特性考虑不多。实际上，污水污泥干化之所以能耗较大是由于污泥中的水分的
特殊物理化学性质决定的，如具有比热高，潜热大，表面张力大，粘度大等。所以，如何 改变或降低污泥中水分的这些性质就是降低污泥干化能耗的关键。
为此，本发明从全新的角度，提出了污水污泥水分置换脱水降低热干燥能耗的技术方 法和装置。该新型的污泥热干燥发明可以节约能耗达60_90%以上，可以为污水污泥的减
量化、稳定化、无害化和资源化处理处置提供良好的技术支撑，该发明具有广阔的应用前 景。

发明内容
本发明的目的是提供一种降低污泥干燥能耗的技术方法及装置，为污泥处理和资源化 利用降低经济成本。 本发明的方法如下-
本发明的污泥置换脱水的方法，是将经过机械脱水的污水污泥用与水不混溶的溶剂置
换，在20-60°C的温度下搅拌，并进行真空沥液置换，污水污泥与溶剂的体积比是l: l 7o
可以将排除的置换污泥布带式压滤过滤装置中进行过滤，使污泥含湿量降至75—82 %，过滤污泥送往干燥设备进行干燥。
将过滤污泥送入热干燥系统进行热干燥，干燥方法采用间接式干燥或直接热风干燥， 干燥时间20分钟至180分钟，得到干化污泥，作为后续资源化利用原料。
本发明经过置换过程中的沥出液，再经过过滤滤液以及热干燥中冷凝液收集在密闭的 溶剂分层池中，并使溶液分层出置换溶剂层和水层，以便置换溶剂的循环利用，剩余废水 通过废水出口送入污水处理系统进行处理。
所述的与水不混溶的溶剂为戊烷、己烷、2—甲基戊烷、2、 2—二甲基丁垸、2， 3 一二甲基丁烷、庚烷、庚垸异构体、辛烷及辛垸异构体、石油醚、汽油、煤油或乙醚的一 种或几种的混合物。
本发明的污泥置换脱水方法的装置，包括污泥置换池6、滤液池12、溶剂分层池16， 其中在污泥置换池上设置有污泥进口 5、温度调节装置7和搅拌装置8;污泥置换池后面 连接滤液池12，滤液池上设置有9真空装置和沉积污泥出口 13;连接管道15将滤液池12 和溶剂分层池16连接，经过置换溶剂循环泵17将连接污泥置换池和溶剂分层池，溶剂分 层池下面设置有废水出口21。
所述的污泥置换池和滤液池之间设置有滤布10和孔板11。
所述的连接管15两端口前设置有挡板19。
所述的滤液池上部为瓶颈结构20。
所述的滤液池下部设置有污泥出口 14。
所述的污泥出口 14和置换溶剂循环泵7处设置有流量调节阀18。 所述的温度调节装置7分布在置换池器壁四周，为电加热调节温度或通过夹套换热实现温度调节。
所述的搅拌装置8为机械搅拌或是探头式超声波搅拌。
本发明所述的置换装置中的污泥置换池的目的是为使含水污泥与溶剂进行充分置换 提供场所。
本发明所述的置换装置中的搅拌装置的目的不仅使污泥与溶剂进行置换，另外也防治 或减轻污泥在沥液时堵塞滤布孔道，以有利于快速沥液，实现溶剂置换。
本发明所述的置换装置中的温度调节装置的目的是通过改变溶液的粘度、表面张力和 溶剂的密度，提高置换效率和速率。
本发明所述的置换装置中的真空装置的目的在于调节滤液收集池中的真空度，从而调 节置换池中的置换溶液的过滤速率。
本发明所述的置换装置中的滤液收集池的特征是其上部采用弧线瓶颈结构设计，其目 的是减小上部溶液体积和液面面积，不仅可以使滤液以较大的速率下沉，使少量的污泥进 行沉积，而且可以减少置换溶剂在收集池上部的存储量，溶液从收集池的上部绕过挡板通 过具有一定倾斜角度(0-10° )的连接管道进入溶剂分层池。
本发明所述的置换装置中的溶剂分层池的作用是实现置换溶剂与水分的良好分层分 离，其中的挡板的作用是使来自于滤液收集池的溶液在挡板的作用下向下流动，这样更容 易实现不混溶的密度较大的水分与密度小的置换溶剂的充分分层，以便使置换溶剂循环使 用，并实现废水排放。
本发明各个单元操作如污泥置换、污泥过滤、污泥干燥可以间歇操作，也可连续操作， 可以部分单元连续操作，部分单元间歇操作，具有灵活性。
本发明所述的置换溶剂为优选与水不混溶的稳定且对环境无害或危害较小、蒸发速率 快、潜热小、可充分回收的溶剂，如己烷，庚垸，庚烷异构体，石油醚。
本发明的关键技术之一是采用了溶剂置换思想来降低原污泥中水分比热大、潜热髙、 表面张力大、粘度大的物化参数特性，从热力学原理上降低污泥热干燥的难度和能耗。
本发明的关键技术之二为了避免置换溶剂回收时耗能较大的加热蒸发过程，降低置换 溶剂回收难度和能耗而提出了几种优选的与水不混溶的稳定且对环境无害或危害较小、蒸 发速率快、潜热小、可充分回收的置换溶剂，如己烷，庚垸，庚烷异构体，石油醚。
本发明的关键技术之三是设计了污泥溶剂置换脱水新型装置，确保污泥快速、充分置 换脱水，溶剂良好循环利用，废水安全排放的目的。
本发明提供一种新的污水污泥置换脱水方法，并进行污泥的溶剂脱除和污泥干燥的方 法，通过该技术可以达到置换溶剂自动回收、充分循环利用，不仅避免溶剂的浪费，也避 免其他高能耗过程复杂的溶剂回收技术，同时达到了降低了污泥的热干燥能耗的目的。
本发明所提供的污水污泥置换脱水降低热干燥能耗的污泥处理过程包括污泥溶剂洗涤 置换、过滤、干燥、溶剂自动回收、溶剂循环、废水排放。


图l:污泥置换脱水热干燥流程示意图； 图2:污泥置换装置结构与流程示意图中污泥置换装置l;污泥过滤装置2;污泥干燥装置3;冷凝装置4;污泥进口5; 污泥置换池6;温度调节装置7;搅拌装置8;真空装置9;滤布10;孔板ll;滤液池12; 沉积污泥出口13;污泥出口14;连接管道15;溶剂分层池16;置换溶剂循环泵17;流量
调节阀；18挡板19;弧线瓶颈结构20;废水出口21。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明 实施例l
将一定体积的经过机械脱水的污泥送入到带搅拌混合的容器中，并按污泥体积的1 7 倍(或重量的1 5倍)向该容器中加入与水不混溶的置换溶剂，在20-60°C温度下经过一 定时间充分搅拌混合后，污泥溶剂混合物从污泥置换容器中进入过滤设备进行溶剂沥液脱 除处理。如果经过上述处理后的污泥中水分含量未达到指定要求时，该污泥可以重复上述 过程，直至置换污泥中水分含量符合要求为止。 实施例2
将经过机械脱水污泥按一定体积流量连续送入到带搅拌混合且有可调节流量的出口 的容器中，并按污泥体积的1 7倍(或重量的1 5倍)连续向该容器中加入与水不混溶 的置换溶剂，在20-60°C温度下搅拌混合，通过调节置换容器污泥出口流量来调节污泥在 置换容器中的停留时间，达到改善污泥置换效果的目的，出置换容器后的污泥进入到过滤 设备中进行沥液溶剂脱除处理，实现污泥溶剂置换目的。 实施例3
将5kg含水率为75%的脱水污泥送入污泥置换装置1中，通过污泥置换装置的污泥进 口 5加入到容积为50L的污泥置换池6中，溶剂循环泵17向污泥置换池中加入置换溶剂 己烷5kg，置换池中污泥温度用温度调节装置7设定为20°C，机械搅拌装置8的搅拌速率 为100转/分钟，搅拌5分钟后，开启真空装置9，调节滤液池真空度为0. 04MPa，抽滤5 分钟后，停止真空抽滤，再用溶剂循环泵向置换池中加入10kg置换溶剂己烷，在200转/ 分钟的转速下搅拌5分钟后，真空(真空度0.05MPa)抽滤10分钟后，污泥从置换池污泥 出口 14排出进入污泥带式压滤过滤设备2中进行过滤，使污泥的液体含量降为78%,污 泥接着进入干燥装置3中进行间接加热干燥，干燥温度为70t，干燥180分钟后，污泥的 水分含量降为约1%，停止干燥。置换过程中的真空滤液通过滤布IO和孔板11后进入滤 液池12，并在挡板19和弧线瓶颈结构20的作用下使少量污泥沉积在底部，沉积污泥由沉 积污泥出口13排除，而液体绕过挡板19通过连接管道20进入溶剂分层池16中，在挡板 19的作用下使混合溶液更好分层，置换溶剂己垸由于密度(约0.66g/ml)远小于水的密 度(约0.99g/ml)而停留在上部，而水分停留在下层，置换溶剂通过溶剂循环泵17用于污 泥置换脱水，而水分通过废水出口 21进入污水处理系统。过滤装置2产生的滤液和干燥 装置3所产生的蒸汽在冷凝装置4中的冷凝液均收集在溶剂分层池16中，实现置换溶剂 和水分的充分分层，以有利于溶剂的循环使用和废水的安全排放。
实施例4
同实施例3。不同之处在向置换装置1的置换池6中加入的污泥含水率为80%，置换 溶剂庚烷重量为20kg，由溶剂循环泵17—次性加入到置换池6中，采用频率为20kHz、 功率密度为0. 03W/ml探头式超声波搅拌装置8进行搅拌，置换池12中温度调节为40°C， 超声波搅拌15分钟后，在0.08MPa真空度下抽滤20分钟，污泥进入压滤设备2过滤使污 泥液体含量降为82%，干燥设备3的温度设定为150°C，干燥时间20分钟，干燥后污泥中 水分含量为2.8%。
实施例5
将每小时30kg的含水率为85%的污泥通过置换装置1的污泥入口 5连续送入置换池6 中，置换池6中的置换溶剂2—甲基己烷的初始体积为5L,搅拌装置8的搅拌速率为150 转/分钟，同时由溶剂循环泵17在流量调节阀18的调节下按每小时100kg的流量向置换 池6中加入置换溶剂2 —甲基己烷，污泥出口 14处污泥的流量由调节阀18调节，使污泥 在置换池中的停留时间约为10分钟，置换装置的滤液池12的真空度由真空装置9调节为 0.09MPa,经过置换的污泥通过压滤装置2后的液体含量降为82%，污泥被送入干燥设备 中进行热风干燥，热风温度为90。C，风速为1.5m/s，空气的相对湿度为40X，污泥在干燥 设备中的停留时间30分钟，干燥后污泥水分含量为5%。置换装置、压滤装置和冷凝装置 中产生的溶液的处理方式同实施例3。
实施例6
同实施例3。不同之处污泥在置换池6的停留时间为20分钟，置换溶剂为石油醚，搅 拌装置8为频率20kHz、功率密度0. 02W/ml的超声波搅拌，置换池12中温度调节为60°C， 滤液池12的真空度为0.06MPa，污泥通过压滤设备2过滤后液体含量降为78%，热风干 燥设备3的温度设定为120°C,风速为lm/s,污泥在干燥设备中的停留时间40分钟，干燥 后污泥中水分含量为3%。置换装置、压滤装置和冷凝装置中产生的溶液的处理方式同实 施例3。
本发明公开和提出的污泥置换脱水的方法及装置，本领域技术人员可通过借鉴本文内 容，适当改变溶剂、工艺参数等环节实现。本发明的方法与装置已通过较佳实施例子进行 了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和装 置进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替 换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和 内容中。
权利要求
1.一种污泥置换脱水的方法，其特征是将经过机械脱水的污水污泥用与水不混溶的溶剂置换，在20-60℃的温度下搅拌，并进行过滤沥液置换，污水污泥与溶剂的体积比是1∶1～7。
2. 如权利要求1所述的污泥置换脱水的方法，其特征是所述的万法是将真空沥液置换出 的污泥进行如下步骤(1) 将溶剂置换污泥进入带式压滤污泥过滤设备中进行污泥中液体脱除，使其液体含 量降至75-82%;(2) 步骤(l)的脱液体污泥进入热干燥系统，在70-150t下干燥20-180分钟，得到干 化污泥。
3. 如权利要求1所述的污泥置换脱水的方法，其特征是所述的与水不混溶的溶剂为戊 烷、己垸、2—甲基戊垸、2、 2—二甲基丁烷、2， 3—二甲基丁烷、庚烷、庚垸异构体、 辛烷及辛烷异构体、石油醚、汽油、煤油或乙醚的一种或几种的混合物。
4. 如权利要求1的一种污泥置换脱水方法的装置，包括污泥置换池(6)、滤液池(12)、 溶剂分层池(16)，其特征是在污泥置换池上设置有污泥进口 (5)、温度调节装置(7) 和搅拌装置(8);污泥置换池后面连接滤液池(12)，滤液池上设置有(9)真空装置 和沉积污泥出口 (13);连接管道(15)将滤液池(12)和溶剂分层池(16)连接，经 过置换溶剂循环泵(17)将连接污泥置换池和溶剂分层池，溶剂分层池下面设置有废 水出口 (21)。
5. 如权利要求4所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的污泥置换池和滤液池之间 设置有滤布(10)和孔板(11)。
6. 如权利要求4所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的连接管(15)两端口前设 置有挡板(19)。
7. 如权利要求4所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的滤液池上部为瓶颈结构(20)。
8. 如权利要求4所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的污泥置换池下部设置有污 泥出口 (14)。
9. 如权利要求4或8所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的污泥出口 (14)和置 换溶剂循环泵(17)处设置有流量调节阀(18)。
10. 如权利要求4所述的污泥置换脱水的装置，其特征是所述的温度调节装置(7)分布在 置换池器壁四周，为电加热调节温度或通过夹套换热实现温度调节；所述的搅拌装置(8)为机械搅拌或是探头式超声波搅拌。
全文摘要
本发明涉及一种污泥置换脱水的方法及装置。方法是将经过机械脱水的污水污泥用与水不混溶的溶剂置换，在20-60℃的温度下搅拌，并进行真空沥液置换，污水污泥与溶剂的体积比是1∶1～7。本发明的污泥置换脱水方法的装置是在污泥置换池上设置有污泥进口、温度调节装置和搅拌装置；污泥置换池后面连接滤液池，滤液池上设置有真空装置和沉积污泥出口；连接管道将滤液池和溶剂分层池连接，经过置换溶剂循环泵将连接污泥置换池和溶剂分层池，溶剂分层池下面设置有废水出口。本发明的溶剂脱除和污泥干燥的方法，通过置换溶剂自动回收、充分循环利用，不仅避免溶剂的浪费，也避免其他高能耗过程复杂的溶剂回收技术，同时达到了降低了污泥的热干燥能耗的目的。
文档编号C02F11/12GK101168467SQ20071006123
公开日2008年4月30日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者勇 刘, 张书廷 申请人:天津大学