申請日2017.09.29

　　公開(公告)日2018.02.09

　　IPC分類號C02F11/14

　　摘要

　　本發(fā)明提供了一種污泥深度脫水處理方法及污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，該處理方法為：污泥和丙烷在低溫高壓條件下反應(yīng)生成丙烷水合物，直至丙烷的分壓不再下降，污泥深度脫水過程完成;污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)包括：高壓反應(yīng)器、鋼瓶、水浴槽和冷卻器。本發(fā)明的處理方法具有免調(diào)理劑投加、工藝簡單、成本低廉等特點，其不僅避免了傳統(tǒng)污泥機械脫水工藝前調(diào)理藥劑投加所造成的二次環(huán)境污染風(fēng)險，而且同時還可以實現(xiàn)污泥含水率的有效降低;另外，污泥脫水過程完成后，丙烷水合物分解的丙烷可重復(fù)利用及水可免處理直接排放，均降低了污泥脫水工藝對自然資源的消耗，因此，本發(fā)明的處理方法具有較高的經(jīng)濟效益、社會環(huán)境效益和較大的市場應(yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種污泥深度脫水處理方法，其特征在于：其包括如下步驟：

　　(1)、將污泥加入高壓反應(yīng)器內(nèi);

　　(2)、向所述高壓反應(yīng)器內(nèi)通入丙烷;

　　(3)、使所述污泥與所述丙烷在恒溫下發(fā)生反應(yīng)生成丙烷水合物，隨著丙烷水合物反應(yīng)過程的進行，所述丙烷的分壓降至相平衡壓力;

　　(4)、重復(fù)進行所述步驟(2)和所述步驟(3)的次數(shù)為n‐1次，直至丙烷水合物反應(yīng)過程中丙烷的分壓不再下降，釋放壓力，排出脫水污泥。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥深度脫水處理方法，其特征在于：步驟(1)中，所述污泥為污水處理廠的剩余污泥或河湖的疏浚底泥;和/或，

　　步驟(1)中，所述污泥的含水率為95‐99%。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥深度脫水處理方法，其特征在于：步驟(1)中，所述污泥加入高壓反應(yīng)器后，調(diào)節(jié)所述高壓反應(yīng)器的溫度至1‐4℃;和/或，

　　步驟(2)中，通入丙烷后丙烷的分壓達至400‐500kPa，所述丙烷的純度>95%。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥深度脫水處理方法，其特征在于：步驟(3)中，所述相平衡壓力為169‐396kPa;和/或，

　　步驟(4)中，所述n的取值范圍為16‐41中的整數(shù)。

　　5.一種實現(xiàn)如權(quán)利要求1‐4任一項所述的污泥深度脫水處理方法的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：其包括：

　　高壓反應(yīng)器，用于進行污泥深度脫水過程;

　　鋼瓶，用于提供丙烷，所述鋼瓶與所述高壓反應(yīng)器連接;

　　水浴槽，用于調(diào)節(jié)所述高壓反應(yīng)器的溫度值，所述高壓反應(yīng)器位于所述水浴槽內(nèi);

　　冷卻器，用于調(diào)節(jié)所述水浴槽的溫度值，所述冷卻器與所述水浴槽連接。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：其包括：支架，用于支撐所述水浴槽和所述高壓反應(yīng)器的頂部;和/或，

　　所述支架的材質(zhì)為不銹鋼。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述高壓反應(yīng)器包括：

　　反應(yīng)器本體，用于儲存污泥;

　　污泥注入管，用于將所述污泥注入所述反應(yīng)器本體內(nèi);

　　減壓閥，用于通入丙烷;

　　壓力表，用于顯示所述反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力值;

　　釋壓閥，用于釋放所述反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力;

　　快開閥，用于排出脫水污泥;和/或，

　　所述鋼瓶的材質(zhì)為不銹鋼;和/或，

　　所述水浴槽為圓柱體形的玻璃缸;所述水浴槽的高度為45‐180cm，所述水浴槽的底面直徑為30‐50cm。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述高壓反應(yīng)器包括：反應(yīng)器視窗，用于觀察反應(yīng)器本體內(nèi)丙烷水合物與污泥的分離情況;和/或，

　　所述反應(yīng)器本體的形狀為圓柱體，橫截面為圓形;所述反應(yīng)器本體的高度為30‐150cm，所述反應(yīng)器本體的底面直徑為5‐30cm。

　　9.一種采用如權(quán)利要求5‐8任一項所述的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)處理污泥深度脫水的方法，其特征在于：其包括如下步驟：

　　(a)、將污泥通過高壓反應(yīng)器的污泥注入管加入所述高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)，通過冷卻器來調(diào)節(jié)置于支架上的水浴槽的溫度，使得位于所述水浴槽內(nèi)的所述高壓反應(yīng)器的溫度降至1‐4℃并保持;

　　(b)、通過所述高壓反應(yīng)器的減壓閥，將鋼瓶內(nèi)的丙烷通入所述高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi);

　　(c)、維持所述步驟(a)和所述步驟(b)的反應(yīng)體系的溫度至1‐4h，使所述污泥與所述丙烷發(fā)生反應(yīng)生成丙烷水合物，隨著丙烷水合物反應(yīng)過程的進行，所述丙烷的分壓降至相平衡壓力;

　　(d)、重復(fù)進行所述步驟(b)和所述步驟(c)的次數(shù)為n‐1次，直至丙烷水合物反應(yīng)過程中丙烷的分壓不再下降，通過所述高壓反應(yīng)器的釋壓閥，將所述高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力釋放，將脫水污泥通過所述高壓反應(yīng)器的快開閥從所述高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)排出。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述步驟(a)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的污泥為污水處理廠的剩余污泥或河湖的疏浚底泥;和/或，

　　所述步驟(a)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的污泥的含水率為95‐99%;和/或，

　　所述步驟(b)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體中通入丙烷后丙烷的分壓達至400‐500kPa，丙烷的純度>95%;和/或，

　　所述步驟(c)中，丙烷的相平衡壓力為169‐396kPa;和/或，

　　所述步驟(d)中，n的取值范圍為16‐41中的整數(shù)。

　　說明書

　　污泥深度脫水處理方法及污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污泥深度脫水處理方法及污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)。

　　背景技術(shù)

　　污泥是污水生物處理的必然產(chǎn)物，其攜帶有大量病原菌、重金屬及毒害性有機污染物，如不妥善處置，將會造成嚴重的污染環(huán)境的風(fēng)險。自20世紀90年代以來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)與城鎮(zhèn)化水平的快速發(fā)展，污水產(chǎn)生量日益增大，相應(yīng)地污水收集處理率也逐步提高，進而產(chǎn)生大量污泥。因此，大量產(chǎn)生的污泥對我國環(huán)境污染防治及社會資源的可持續(xù)利用構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)。

　　由于技術(shù)、資金等因素的限制，我國污水處理行業(yè)存在“重水輕泥”的現(xiàn)象，污泥的安全處理處置已成為水污染控制領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)。大約80%的污泥尚未得到安全處理處置，隨意堆存成為了污水廠污泥的主要排放出路，由此造成的二次污染不僅嚴重威脅了污泥堆場附近的環(huán)境質(zhì)量，而且還與當(dāng)今社會生態(tài)文明發(fā)展理念相悖，因此，安全、高效、節(jié)能、低成本的污泥處理處置技術(shù)已成為環(huán)境質(zhì)量提升的必然要求與水污染控制技術(shù)主流的發(fā)展趨勢。

　　污泥深度脫水可有效實現(xiàn)污泥減容、降低流動性、提高焚燒熱值等目的，因此，無論是污泥運輸、堆肥、焚燒，還是固化穩(wěn)定化、填埋，均對污泥的含水率做出了嚴格的要求，例如《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)(GB/T23485‐2009)》規(guī)定衛(wèi)生填埋污泥含水率必須低于60wt%;而通常認為污泥自持燃燒的含水率上限應(yīng)為50wt%;對于好氧堆肥，則要求污泥含水率低于60wt%，否則不利于堆體中的氣體傳質(zhì)。總之，高含水率特性是制約污泥無害化處置的關(guān)鍵控制因子，因此污泥脫水是實現(xiàn)污泥高效、低成本處理與資源化利用的重要前提。然而，污泥組成的成分極度復(fù)雜，有機質(zhì)含量通常占總固體含量的70‐80wt%，且有機組分具有高度的親水性和持水性，使得污泥呈膠體狀的絮體結(jié)構(gòu)，脫水性能極差。

　　目前，以聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鐵(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)為代表的混凝劑、絮凝劑仍是廣泛使用的污泥脫水調(diào)理劑，其通過電性中和與吸附架橋作用改變污泥固體顆粒的表面電性與聚集狀態(tài)，可在一定程度上降低污泥的間隙水含量，促進污泥自由水的脫除，但對于表面附著水及結(jié)合水的去除并無明顯的作用優(yōu)勢，因此采用上述傳統(tǒng)調(diào)理劑后，再進行機械脫水，污泥含水率只能降至80wt%左右。再者，聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鐵(PFC)的投加還向污泥中引入大量氯離子，加劇了污泥焚燒工藝中的二噁英生成風(fēng)險，F(xiàn)e3+的引入則會造成污泥處理設(shè)備的腐蝕，而聚丙烯酰胺(PAM)的投加所不可避免引入的丙烯酰胺單體具有長期的環(huán)境賦存特性及潛在生物毒性，上述缺陷嚴重限制了傳統(tǒng)脫水調(diào)理劑的可持續(xù)推廣應(yīng)用。另外，對于污泥深度脫水工藝而言，生石灰作為脫水固化藥劑而得以廣泛使用，但投加量通常達污泥濕重的10‐15wt%，投加量高、增容比大、調(diào)節(jié)污泥pH值至堿性等均成為了傳統(tǒng)脫水固化劑制約污泥后續(xù)資源化利用與處理效率的主要因素。因此，在兼顧環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益平衡的前提下，免調(diào)理的污泥高效深度脫水技術(shù)具有廣闊的市場應(yīng)用前景與社會環(huán)境效益。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，首要目的是提供一種污泥深度脫水處理方法，該處理方法具有免調(diào)理劑投加、工藝流程簡單易行等特點。

　　本發(fā)明的第二個目的是提供一種實現(xiàn)上述處理方法的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)。

　　本發(fā)明的第三個目的是利用上述污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)進行污泥深度脫水的方法。

　　為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

　　一種污泥深度脫水處理方法，其包括如下步驟：

　　(1)、將污泥加入高壓反應(yīng)器內(nèi);

　　(2)、向高壓反應(yīng)器內(nèi)通入丙烷;

　　(3)、使污泥與丙烷在恒溫下發(fā)生反應(yīng)生成丙烷水合物(C3H8·17H2O)，隨著丙烷水合物(C3H8·17H2O)反應(yīng)過程的進行，丙烷的分壓降至相平衡壓力;

　　(4)、重復(fù)進行步驟(2)和步驟(3)的次數(shù)為n‐1次，直至丙烷水合物反應(yīng)過程中丙烷的分壓不再下降，釋放壓力，排出脫水污泥。

　　優(yōu)選地，步驟(1)中，污泥為污水處理廠的剩余污泥或河湖的疏浚底泥。

　　優(yōu)選地，步驟(1)中，污泥的含水率為95‐99%。

　　優(yōu)選地，步驟(1)中，污泥加入高壓反應(yīng)器后，調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)器的溫度至1‐4℃。

　　優(yōu)選地，步驟(2)中，通入丙烷后丙烷的分壓達至400‐500kPa，丙烷為工業(yè)丙烷，其純度>95%。

　　優(yōu)選地，步驟(3)中，相平衡壓力為169‐396kPa。

　　優(yōu)選地，步驟(4)中，n的取值范圍為16‐41中的整數(shù)。

　　一種實現(xiàn)上述的污泥深度脫水處理方法的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)，其包括：

　　高壓反應(yīng)器，用于進行污泥深度脫水過程;

　　鋼瓶，用于提供丙烷，鋼瓶與高壓反應(yīng)器連接;鋼瓶的材質(zhì)為不銹鋼;

　　水浴槽，用于調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)器的溫度值，高壓反應(yīng)器位于水浴槽內(nèi);

　　冷卻器，用于調(diào)節(jié)水浴槽的溫度值，冷卻器與水浴槽連接。

　　進一步，污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)還包括：支架，用于支撐水浴槽和高壓反應(yīng)器的頂部。支架的材質(zhì)為不銹鋼。

　　實際上，高壓反應(yīng)器包括：

　　反應(yīng)器本體，用于儲存污泥;

　　污泥注入管，用于將污泥注入反應(yīng)器本體內(nèi);

　　減壓閥，用于通入丙烷;

　　壓力表，用于顯示反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力值;

　　釋壓閥，用于釋放反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力;

　　快開閥，用于排出脫水污泥。

　　進一步，高壓反應(yīng)器還包括：反應(yīng)器視窗，用于觀察反應(yīng)器本體內(nèi)丙烷水合物與污泥的分離情況。

　　優(yōu)選地，反應(yīng)器本體的形狀為圓柱體，橫截面為圓形;高壓反應(yīng)器的高度為30‐150cm，高壓反應(yīng)器的底面直徑為5‐30cm。

　　優(yōu)選地，水浴槽為圓柱體形的玻璃缸;水浴槽的高度為45‐180cm，水浴槽的底面直徑為30‐50cm。

　　一種采用上述的污泥脫水反應(yīng)系統(tǒng)處理污泥深度脫水的方法，其包括如下步驟：

　　(a)、將污泥通過高壓反應(yīng)器的污泥注入管加入高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)，通過冷卻器來調(diào)節(jié)置于支架上的水浴槽的溫度，使得位于水浴槽內(nèi)的高壓反應(yīng)器的溫度降至1‐4℃并保持;

　　(b)、通過高壓反應(yīng)器的減壓閥，將鋼瓶內(nèi)的丙烷通入高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi);

　　(c)、維持步驟(a)和步驟(b)的反應(yīng)體系的溫度至1‐4h，使污泥與丙烷發(fā)生反應(yīng)生成丙烷水合物，隨著丙烷水合物反應(yīng)過程的進行，丙烷的分壓逐漸降至相平衡壓力;

　　(d)、重復(fù)進行步驟(b)和步驟(c)的次數(shù)為n‐1次，直至丙烷水合物反應(yīng)過程中丙烷的分壓不再下降，通過高壓反應(yīng)器的釋壓閥，將高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的壓力釋放，將脫水污泥通過高壓反應(yīng)器的快開閥從高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)排出。

　　其中，排出脫水污泥后將高壓反應(yīng)器的溫度升至5‐10℃，丙烷水合物分解為水和丙烷，水直接排放或回用，丙烷收集待重復(fù)利用。

　　優(yōu)選地，步驟(a)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的污泥為污水處理廠的剩余污泥或河湖的疏浚底泥。

　　優(yōu)選地，步驟(a)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體內(nèi)的污泥的含水率為95‐99%。

　　優(yōu)選地，步驟(b)中，高壓反應(yīng)器的反應(yīng)器本體中通入丙烷后丙烷的分壓達至400‐500kPa，丙烷為工業(yè)丙烷，純度>95%。

　　優(yōu)選地，步驟(c)中，丙烷的相平衡壓力為169‐396kPa。

　　優(yōu)選地，步驟(d)中，n的取值范圍為16‐41中的整數(shù)。

　　由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：

　　本發(fā)明的處理方法簡單易行，且無需其他污泥工業(yè)調(diào)理劑投加和污泥預(yù)處理工藝過程，可以克服傳統(tǒng)污泥機械脫水工藝前藥劑投加量高、污泥增容比大、污泥脫水效率低、脫除水仍需進一步處理等缺點，不僅減少污泥調(diào)理劑投加可能產(chǎn)生的二次環(huán)境污染風(fēng)險，而且同時還可實現(xiàn)污泥含水率的有效降低;另外，本發(fā)明的污泥深度脫水處理過程完成后，丙烷水合物分解后的丙烷可重復(fù)利用以及水可免處理直接排放，均降低了自然資源的消耗和工藝運行成本，因此，本發(fā)明的處理方法具有較高的經(jīng)濟效益、社會環(huán)境效益和較大的市場應(yīng)用前景。