專利名稱：污水廠污泥再生利用裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污泥處理裝置及其方法，特別是涉及一種污泥再生利用裝置及其方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廢水排放量和污水處理設(shè)施(污水處理廠)日益增多。在污水廠， 伴隨著污水的處理會(huì)產(chǎn)生O. 5 2%的污泥，污泥處理處置和方法逐漸成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)住建部資料顯示，截止到2009年年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達(dá)到280億立方米/ 年，濕污泥(含水率80%)產(chǎn)生量突破2000萬噸/年。而且，在污水處理過程中，細(xì)菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒也可以吸附在污水中的顆粒上，隨顆粒的沉淀也沉積到污泥中。污泥是一種污染治理工藝的副產(chǎn)物，這種副產(chǎn)物富集了污水中的污染物，含有大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及有機(jī)物、病毒微生物、寄生蟲卵、重金屬等有毒有害物質(zhì)，具有較強(qiáng)的污染性質(zhì)。污泥如果處置不當(dāng)，其污染傳播的途徑是很廣泛的。首先，污泥的含水率極高， 除了一部分自然蒸發(fā)到空氣中外，大部分將滲入地表土層，并在雨水等的沖刷下進(jìn)入地表水系統(tǒng)或影響地下水，污泥中的污染物將沿著這兩種途徑進(jìn)行傳播。其次，沒有進(jìn)行衛(wèi)生化的污泥進(jìn)入農(nóng)田以至菜地，可能直接威脅人類的食物鏈。第三，污泥含有大量有機(jī)質(zhì)，容易腐敗而散發(fā)惡臭，可能影響周邊環(huán)境。而且排放的氣體是污染嚴(yán)重的溫室氣體，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。此外，污泥的數(shù)量龐大，儲運(yùn)這些污泥需要較大的空間和很多的工具，這些空間和工具都可能被污染，要做到與其它接觸食物鏈的世界有效“隔絕”有一定難度。顯然， 污泥如果處置不當(dāng)，進(jìn)入人類的食物鏈，必然會(huì)導(dǎo)致疾病的傳播。然而，在污水處理發(fā)展歷程中，盡管污泥是污水處理流程中的重要環(huán)節(jié)之一，但由于人們長期的認(rèn)識不足以及忽視，污泥處置問題被長期擱置，污泥處置的發(fā)展相當(dāng)滯后。根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，我國城市污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%沒有得到妥善處理，污泥產(chǎn)生量大、隨意堆放及所造成的污染與再污染問題已經(jīng)凸顯出來，并且引起了社會(huì)的關(guān)注?，F(xiàn)在常用的污泥處理及處置方法見圖I。利用這些方法雖然都能對污泥進(jìn)行處理，但其應(yīng)用仍有一定的局限。主要問題有
(I)污泥的含水率太高，這部分水份難以焚燒,運(yùn)輸成本高,堆放占地面積大,直接填埋則會(huì)使填埋場提前報(bào)廢；(2)微生物、病原體處理不徹底，若直接施用或棄置，可能會(huì)污染食物鏈；(3)在處理過程中產(chǎn)生惡臭，同時(shí)向大氣排放大量溫室氣體，污染周圍環(huán)境；(4)沒有固定住污泥中的重金屬，可能造成土地的重金屬積累超標(biāo)、土地板結(jié)，污染土地，造成不可逆的耕地退化，限制了污泥的資源化利用；(5)經(jīng)濟(jì)成本高超聲波破解、臭氧氧化等方法要么所需的能耗極高，要么需要加入大量的化學(xué)藥劑，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量的目的，但是運(yùn)行成本高，從經(jīng)濟(jì)合算的標(biāo)準(zhǔn)衡量，仍然不盡如人意，無法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；Ｒ虼?，在水污染日益嚴(yán)重、水環(huán)境日趨惡化的今天，缺少污泥安全處置考慮的污水處理系統(tǒng)是不完整的，也無法滿足環(huán)境目標(biāo)要求，污泥造成的二次污染問題日顯突出，污泥的問題已到了不容忽視的地步，迫切需要研究、開發(fā)適合中國經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展水平的安全、合理、可靠、高效、低能耗、低投資、低成本的污泥處理技術(shù)和配套設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)城市污泥處理處置的減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有污泥處理技術(shù)存在的問題，提供一種通過電解技術(shù)破壞污泥結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞壁，溶解、氧化污泥中有機(jī)成分，再回流至厭氧池進(jìn)行循環(huán)作用， 既可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，又可以減少剩余污泥產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)提高污水處理效率，并使污泥減量雙重效果的污泥再生利用裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種污水廠污泥再生利用方法。本發(fā)明所述污水廠污泥再生利用裝置，它包括一級污泥泵、絮凝反應(yīng)池、二級污泥泵、電解機(jī)、中間池和三級污泥泵；所述的絮凝反應(yīng)池的進(jìn)口通過管道和一級污泥泵與污水處理廠二沉池的污泥出口聯(lián)接，絮凝反應(yīng)池的出口經(jīng)二級污泥泵與電解機(jī)的進(jìn)口聯(lián)接，電解機(jī)的出口接中間池的進(jìn)口，中間池的出口經(jīng)三級污泥泵和管道與厭氧池的進(jìn)水口聯(lián)接。所述絮凝反應(yīng)池上有一個(gè)加藥裝置。所述電解機(jī)設(shè)有電源和電解槽，電解槽內(nèi)的電極材料為石墨、鈦、鐵、鋁、鋅、銅、 鉛、鎳、鑰、鉻、金屬的合金和納米催化惰性電極等中的一種；所述納米催化惰性電極的表層涂覆有晶粒為10 35nm的金屬氧化物惰性催化涂層，所述納米催化惰性電極的基板可為鈦板或塑料板等，這種電極具有較高的電催化反應(yīng)活性，可以大幅度降低電解的過電位，減少副反應(yīng)的發(fā)生。本發(fā)明所述一種污水廠污泥再生利用方法，采用上述污水廠污泥再生利用裝置， 包括以下步驟
O絮凝沉淀污水處理廠中二沉池的污泥經(jīng)管道和一級污泥泵進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池中通過加藥裝置加入絮凝劑，反應(yīng)完全后通過二級污泥泵泵入電解機(jī)；
在步驟I)中，所述絮凝劑為鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵、有機(jī)高分子絮凝劑或微生物絮凝劑中的一種或任意二種以上組合，所述鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁或二者的組合，所述鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵或三者中任意二種以上的組合，所述聚鋁為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、 聚合硅酸鋁或三者中任意二者以上的組合，所述聚鐵為聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鐵或三者中任意二者以上的組合；所述最佳絮凝劑為氯化鐵，氯化鐵的最佳投加量為10 330kg/噸絕干污泥。2)電解將絮凝沉淀處理后的污泥泵入電解機(jī)電解；
在步驟2)中，所述電解的電解槽的工作電壓可為2 250V，相鄰兩個(gè)電極間的電壓可為2 18V,電流密度可為3 400mA/cm2。3)接觸反應(yīng)電解后的污泥進(jìn)入中間池，使得電解產(chǎn)生的自由基進(jìn)一步與污泥進(jìn)行接觸反應(yīng)，破壞污泥的結(jié)構(gòu)，破解微生物的細(xì)胞壁，使得污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，微生物胞內(nèi)物質(zhì)流出，進(jìn)入水相，使難降解的固體性物質(zhì)變?yōu)橐捉到獾娜芙庑晕镔|(zhì)，使其更容易為微生物所利用，然后再通過三級污泥泵回流至厭氧池中，循環(huán)利用，不僅可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，可被微生物代謝再利用，提高生物處理污水的效率；而且可以通過厭氧微生物的分解反應(yīng)，降解由破解細(xì)菌產(chǎn)生的溶解性物質(zhì)，從而達(dá)到減少剩余污泥產(chǎn)量的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為污泥一絮凝沉淀一電解一接觸反應(yīng)一回流至厭氧池循環(huán)利用。采用該技術(shù)方案溶解、氧化污泥中有機(jī)成分，再回流至厭氧池進(jìn)行循環(huán)作用，不僅使得污泥中微生物細(xì)胞被殺死，細(xì)胞壁被破壞，細(xì)胞質(zhì)溶出，提高了污泥的可生化性，便于后續(xù)厭氧微生物的降解，從而減少剩余污泥產(chǎn)量，而且溶出的細(xì)胞質(zhì)也可以作為厭氧微生物的碳源，補(bǔ)充其營養(yǎng)物質(zhì)，從而增加生物活性，提高生物處理污水的效率，達(dá)到污泥、廢水雙重處理的功效。采用該技術(shù)路線解決了現(xiàn)有污泥處理技術(shù)難題，具有如下優(yōu)勢
I、本發(fā)明采用電解具有如下突出效果(1)破壞污泥結(jié)構(gòu)，在電場的作用下可以使污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，加快污泥水解；(2)抑制和殺滅污泥中微生物和病毒，電解過程中會(huì)產(chǎn)生大量具有強(qiáng)氧化性的自由基，不僅能穿透滲入到微生物的細(xì)胞中，阻斷微生物的DNA 復(fù)制，還能氧化分解微生物的細(xì)胞壁，破壞微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入到污泥中，使得污泥水解，抑制和殺滅微生物；另一方面，污泥中大量的微生物帶負(fù)電荷，在電場的作用下，這些帶負(fù)電荷的微生物失去電子而失去生物活性從而死亡后沉降；(3)除臭，電解產(chǎn)生的多種游離基(氯[Cl]、羥基
和氧[O])氧化分解污泥中的發(fā)臭基團(tuán)，去除惡臭，大幅度改善污泥減量處理工藝的整體工作環(huán)境；(4)分解污泥中大量有機(jī)物，在電流作用下電解使污泥中的大分子開環(huán)或斷鏈，使難生物降解的大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，將污泥B/C 從O. I O. 2提高到O. 3 O. 6，增強(qiáng)污泥的可生化性，使其更容易為微生物所利用；(5)脫色,經(jīng)過了生化、物化等多種方法處理后二沉池出水的色度在80 1000倍之間，一般的處理方法很難進(jìn)一步脫除色度，經(jīng)過電解可以將污水的色度從80 1000倍之間降低到16 32倍。2、溶解、氧化污泥中有機(jī)成分，使難降解的固體性物質(zhì)變?yōu)橐捉到獾娜芙庑晕镔|(zhì)， 再返回至厭氧池進(jìn)行循環(huán)作用，不僅可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，作為其營養(yǎng)物質(zhì)被微生物代謝再利用，提高生物處理污水的效率；而且可以通過厭氧微生物的分解反應(yīng)，降解由破解細(xì)菌產(chǎn)生的溶解性物質(zhì)，從而達(dá)到提高污水處理效果，減少剩余污泥產(chǎn)量的雙重目的，實(shí)現(xiàn)污泥的再生循環(huán)利用。3、通過污泥的再生利用，降低污泥的總量，一方面可以消除污泥可能對環(huán)境造成的危害，另一方面節(jié)約運(yùn)輸成本，減少占地，少付填埋費(fèi)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)污泥處理及處置工藝流程圖2為本發(fā)明所述污水廠污泥再生利用裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在對現(xiàn)有污水處理廠二沉池污泥的成份、性質(zhì)和現(xiàn)有處理方案進(jìn)行深入系統(tǒng)的對比研究之后完成的對污水處理廠二沉池污泥的再生循環(huán)利用工藝的設(shè)計(jì)，通過電解技術(shù)的運(yùn)用，形成一種污泥再生利用裝置及其方法。下面實(shí)施例將結(jié)合附圖2對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖2，本發(fā)明所述污水廠污泥再生利用裝置及其方法實(shí)施例設(shè)有一級污泥泵11、絮凝反應(yīng)池I、二級污泥泵21、電解機(jī)2、中間池3和三級污泥泵31 ;所述的一級污泥泵11與污水處理廠二沉池的污泥出口聯(lián)接，一級污泥泵11的出口與絮凝反應(yīng)池I的進(jìn)口聯(lián)接，絮凝反應(yīng)池I的出口經(jīng)二級污泥泵21與電解機(jī)2的進(jìn)口聯(lián)接，電解機(jī)2的出口接中間池3的進(jìn)口，中間池3的出口經(jīng)三級污泥泵31和管道與厭氧池的進(jìn)水口聯(lián)接。所述絮凝反應(yīng)池上有一個(gè)加藥裝置。以下結(jié)合圖2給出污水廠污泥再生利用裝置方法的具體實(shí)施例。實(shí)施例I
某50000噸/日污水處理廠日產(chǎn)含水率99%的污泥500噸，其污泥處理設(shè)計(jì)如下
Cl) 一級污泥泵2臺(I用I備)，型號100WL100-15-7. 5立式排污泵，Q=IOOm3/h， H=15m ；
(2 )絮凝反應(yīng)池I :鋼混水泥池，規(guī)格5 X 5 X 3m，有效容積50m3，設(shè)計(jì)污泥停留時(shí)間2小時(shí)，同時(shí)帶有3 Hl3三氯化鐵加藥裝置一個(gè)；
(3)二級污泥泵2臺(I用I備)，型號80WL50-25-7. 5，立式排污泵，Q=50m3/h，H=25m ；
(4)納米催化電解機(jī)7臺(5用2備)，型號BYDW-I型[波鷹(廈門)科技有限公司生產(chǎn)]，單機(jī)污泥處理能力5 m3/h ；
(5)中間池2個(gè)鋼混水泥池，規(guī)格10X6X3.5m，有效容積150m3，設(shè)計(jì)污泥停留時(shí)間 6小時(shí)；
(6)三級污泥泵2臺(I用I備)，型號80WL50-25-7.5，立式排污泵，Q=50m3/h，H=25m。污泥處理包括如下步驟
步驟I、絮凝沉淀
污水處理廠中二沉池的污泥經(jīng)管道和一級污泥泵11進(jìn)入絮凝反應(yīng)池1，在絮凝反應(yīng)池 I中通過加藥裝置加入氯化鐵溶液，投加量為300kg/噸絕干污泥，攪拌3飛分鐘，反應(yīng)完全后通過二級污泥泵21泵入電解機(jī)2。上述氯化鐵為絮凝劑。絮凝劑可以是鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵、有機(jī)高分子絮凝劑或微生物絮凝劑中的一種或任意二種以上組合，所述鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁或二者的組合， 所述鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵或三者中任意二種以上的組合，所述聚鋁為聚合氯化招、聚合硫酸招、聚合娃酸招或三者中任意二者以上的組合,所述聚鐵為聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鐵或三者中任意二者以上的組合。步驟2、電解
將絮凝沉淀處理后的污泥經(jīng)二級污泥泵21泵入電解機(jī)2電解。所述電解機(jī)2的工作電壓為12V，兩極間的電壓為了 3. 5 8. 0V,電流密度150mA/cm2，在電流作用下，電解產(chǎn)生的初生態(tài)的氯[Cl]、羥基
和初生態(tài)的氧[O]等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，既可以破壞污泥結(jié)構(gòu)，加快污泥水解，又可以抑制和殺滅微生物；同時(shí)，可以氧化分解污泥中的發(fā)臭基團(tuán)，去除惡臭； 此外，電解使污泥中的大分子開環(huán)或斷鏈，使難生物降解的大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)， 增強(qiáng)污泥的可生化性，并氧化分解污水中有色基團(tuán)、助色基團(tuán)脫色，降低色度。步驟3、接觸反應(yīng)
電解后的污泥進(jìn)入中間池3，使得電解產(chǎn)生的自由基進(jìn)一步與污泥進(jìn)行接觸反應(yīng)，破壞污泥的結(jié)構(gòu)，破解微生物的細(xì)胞壁，使得污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，微生物胞內(nèi)物質(zhì)流出，進(jìn)入水相，使難降解的固體性物質(zhì)變?yōu)橐捉到獾娜芙庑晕镔|(zhì)，使其更容易為微生物所利用，然后再通過三級污泥泵31回流至厭氧池中，循環(huán)利用，不僅可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，可被微生物代謝再利用，提高生物處理污水的效率；而且可以通過厭氧微生物的分解反應(yīng)，降
6解由破解細(xì)菌產(chǎn)生的溶解性物質(zhì)，從而達(dá)到減少剩余污泥產(chǎn)量的目的。電解前后污泥主要指標(biāo)見表I。表I電解前后污泥主要指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種污水廠污泥再生利用裝置，其特征在于設(shè)有一級污泥泵、絮凝反應(yīng)池、二級污泥泵、電解機(jī)、中間池和三級污泥泵；所述的絮凝反應(yīng)池的進(jìn)口通過管道和一級污泥泵與污水處理廠二沉池的污泥出口聯(lián)接，絮凝反應(yīng)池的出口經(jīng)二級污泥泵與電解機(jī)的進(jìn)口聯(lián)接，電解機(jī)的出口接中間池的進(jìn)口，中間池的出口經(jīng)三級污泥泵和管道與厭氧池的進(jìn)水口聯(lián)接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種污水廠污泥再生利用裝置，其特征在于所述絮凝反應(yīng)池上有一個(gè)加藥裝置。
3.如權(quán)利要求I所述的一種污水廠污泥再生利用裝置，其特征在于所述電解機(jī)設(shè)有電源和電解槽，電解槽內(nèi)的電極材料為石墨、鈦、鐵、鋁、鋅、銅、鉛、鎳、鑰、鉻、金屬的合金和納米催化惰性電極等中的一種。
4.如權(quán)利要求I或3所述的一種污水廠污泥再生利用裝置，其特征在于所述納米催化惰性電極的表層涂覆有晶粒為10 35nm的金屬氧化物惰性催化涂層，所述納米催化惰性電極的基板可為鈦板或塑料板等。
5.一種污水廠污泥再生利用處理方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求I所述一種污水廠污泥再生利用裝置，所述處理方法包括以下步驟O絮凝沉淀污水處理廠中二沉池的污泥經(jīng)管道和一級污泥泵進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，在絮凝反應(yīng)池中通過加藥裝置加入絮凝劑，反應(yīng)完全后通過二級污泥泵泵入電解機(jī)；2)電解將絮凝沉淀處理后的污泥泵入電解機(jī)電解；3)接觸反應(yīng)電解后的污泥進(jìn)入中間池，使得電解產(chǎn)生的自由基進(jìn)一步與污泥進(jìn)行接觸反應(yīng)，破壞污泥的結(jié)構(gòu)，破解微生物的細(xì)胞壁，使得污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，微生物胞內(nèi)物質(zhì)流出，進(jìn)入水相，使難降解的固體性物質(zhì)變?yōu)橐捉到獾娜芙庑晕镔|(zhì)，使其更容易為微生物所利用，然后再通過三級污泥泵回流至厭氧池中，循環(huán)利用，不僅可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，可被微生物代謝再利用，提高生物處理污水的效率；而且可以通過厭氧微生物的代謝反應(yīng)，降解由破解細(xì)菌產(chǎn)生的溶解性物質(zhì)，從而達(dá)到減少剩余污泥產(chǎn)量的目的。
6.如權(quán)利要求5所述的一種污水廠污泥再生利用處理方法，其特征在于在步驟I)中， 所述絮凝劑為鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵、有機(jī)高分子絮凝劑或微生物絮凝劑中的一種或任意二種以上組合，所述鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁或二者的組合，所述鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵或三者中任意二種以上的組合，所述聚鋁為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硅酸鋁或三者中任意二者以上的組合，所述聚鐵為聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鐵或三者中任意二者以上的組合。
7.如權(quán)利要求6所述的一種污水廠污泥再生利用處理方法，其特征在于所述最佳絮凝劑為氯化鐵，氯化鐵的投加量為10 330kg/噸絕干污泥。
8.如權(quán)利要求5所述的一種污水廠污泥再生利用處理方法，其特征在于在步驟2)中， 所述電解的電解槽的工作電壓可為2 250V，相鄰兩個(gè)電極間的電壓可為2 18V，電流密度可為3 400mA/cm2。
9.如權(quán)利要求8所述的一種污水廠污泥再生利用處理方法，其特征在于所述相鄰兩個(gè)電極間的最佳電壓為3 8V，最佳電流密度為50 210mA/cm2。
全文摘要
一種污水廠污泥再生利用裝置，設(shè)有一級污泥泵、絮凝反應(yīng)池、二級污泥泵、電解機(jī)、中間池和三級污泥泵；所述的絮凝反應(yīng)池的進(jìn)口通過管道和一級污泥泵與污水處理廠二沉池的污泥出口聯(lián)接，絮凝反應(yīng)池的出口經(jīng)二級污泥泵與電解機(jī)的進(jìn)口聯(lián)接，電解機(jī)的出口接中間池的進(jìn)口，中間池的出口經(jīng)三級污泥泵和管道與厭氧池的進(jìn)水口聯(lián)接。對應(yīng)的處理方法包括絮凝沉淀、電解和接觸反應(yīng)。本發(fā)明采用電解具有如下突出效果(1)破壞污泥結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞壁，溶出的細(xì)胞質(zhì)再回流至厭氧池進(jìn)行循環(huán)作用，既可以為厭氧微生物補(bǔ)充碳源，又可以減少污泥產(chǎn)量；(2)抑制和殺滅污泥中微生物和病毒；(3)除臭；(4)分解污泥中大量有機(jī)物；(5)脫色。
文檔編號C02F11/00GK102603133SQ20121005268
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張世文, 李丹 申請人:波鷹(廈門)科技有限公司