高新预处理联合加热法真空预压处理污泥的技术与流程

高新预处理联合加热法真空预压处理污泥的技术与流程

1.本发明涉及环境岩土工程的技术领域,尤其涉及一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法。

背景技术:

2.我国污水处理厂每年约有4000万吨的市政污泥产量,污水处理厂出来的污泥含水率仍高达80%以上,因此脱水是污泥进一步处置或利用前的必要步骤。由于污泥的脱水性能差,污泥脱水的费用一般可以占到污水处理厂运营成本的30%~50%。而现阶段我国40%的市政污泥采用填埋处置方式,由于填埋污泥脱水不彻底造成所需要的填埋场容积就很大,目前许多地区的填埋场都已“泥满为患”,甚至出现失稳流滑灾害。
3.污泥脱水减容的方法主要包括预压排水法(真空预压、堆载预压等)、板框压滤法、离心脱水法、土工模袋法和主动开沟排水干化法等。其中,真空预压技术对污泥减量效果不够理想,这主要是因为污泥内的有机物含量高,胞外聚合物(eps)的高亲和力对污泥脱水性能具有限制作用,造成污泥的固结系数比软土低1~2个数量级。为提高污泥脱水性能,国内学者对污泥的预处理工艺进行研究,研究发现化学调理、升温、生物酶等预处理工艺都能促进污泥的脱水减容,但除了化学调理联合真空预压进行过现场试验外,其他污泥脱水减容预处理工艺尚没有成熟的可大规模现场应用的工艺方法。

技术实现要素:

4.本发明旨在解决现有技术的不足,而提供一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法。
5.本发明为实现上述目的,采用以下技术方案:一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,具体步骤为:s1、铺设工作垫层在工作区域自下而上铺设1层土工布、2-3层荆笆、1层土工布以及30-50cm的中粗砂垫层;s2、药剂预处理利用高压旋喷装置以高压射流的形式将药剂喷入污泥土体内,高压射流对污泥土体翻腾搅拌,保证药剂与污泥混合均匀;其中药剂为fecl3、生物酶、厌氧消化菌中的一种或多种组合;s3、插设塑料排水板将加热型塑料排水板利用人工或者插板机械以对折u形的方式插入污泥土体内,形成u形可循环热水的结构,两端开口处位于污泥土体表面并与循环水管相连,将加热型塑料排水板外露板头及循环水管埋入在中粗砂垫层内,在中粗砂垫层内埋设真空滤管,最后将中粗砂垫层表面进行整平;为缩短污泥内部排水距离,在两根加热型塑料排水板之间插入一根塑料排水板;
s4、热水循环系统加热污泥将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,后续不断循环热水保持恒温状态;s5、真空预压抽真空在加固区周边挖压膜沟,并将挖出的污泥土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝,在加固区内铺设真空预压密封膜,并将密封膜的四边埋入压膜沟内,用黏土回填密实,防止抽真空过程中漏气;安装真空预压射流泵,并通过出膜法兰盘将并将射流泵与密封膜下的真空滤管相连,开启射流泵进行抽真空,整个持续时间大约60-90天。
6.步骤s2中,药剂中的fecl3的掺量为污泥内固体质量的10%。
7.步骤s2中,药剂中的生物酶为淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶组成的混合物。
8.步骤s2中,药剂中的厌氧消化菌为产甲烷菌。
9.步骤s2中,药剂喷入污泥土体内时,药水注入孔按照正方形布置,相邻的两个注入孔之间的间距为1m。
10.步骤s3中,插入的加热型塑料排水板按照正方形布置,相邻的两个加热型塑料排水板的间距为1m。
11.步骤s2中,高压旋喷装置包括钻机,所述钻机上设有上下运动的钻杆,所述钻杆底部设有喷嘴,所述钻杆的顶部连有高压泵和压力罐,所述高压泵连有药剂搅拌池,所述压力罐连有空气压缩机。
12.步骤s3中,采用插板机械将加热型塑料排水板插入污泥土体内时,为了保证加热型塑料排水板的u形不瘪不死折,采用的插杆底部设有外缘内凹的圆盘,加热型塑料排水板绕设在圆盘的凹槽内。
13.步骤s4中,将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,优选的,直至污泥土体达到预设温度60-65℃,后续不断循环热水保持恒温状态;过程中地上热源系统采用空气源热泵热水机组和电辅热相结合的方式,地上热源系统包括保温水箱,与保温水箱连接的空气能热水器、电热棒,保温水箱通过循环泵和加热型塑料排水板相连。
14.步骤s4中,主循环管串联的加热型塑料排水板的水流方向为奇数列与偶数列的水流方向相反。
15.本发明的有益效果是:本发明整合了化学调理剂、生物酶、厌氧消化菌、升温等预处理工艺促进污泥的脱水减容,并能部分完成污泥的稳定化处理要求,具有处理体量大、综合成本低等优势。
附图说明
16.图1为本发明的工艺流程图;图2为药剂预处理步骤中高压旋喷装置的示意图;图3为插设加热型塑料排水板的作业流程图;图4为热水循环系统加热污泥的示意图;图5为加热型塑料排水板的排布图;以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:如图1所示,一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,具体步骤为:s1、铺设工作垫层在工作区域自下而上铺设1层土工布、2-3层荆笆、1层土工布以及30-50cm的中粗砂垫层;s2、药剂预处理利用高压旋喷装置以高压射流的形式将药剂喷入污泥土体内,高压射流对污泥土体翻腾搅拌,保证药剂与污泥混合均匀;其中药剂为fecl3、生物酶、厌氧消化菌中的一种或多种组合;药剂预处理的过程参见图2;s3、插设塑料排水板将加热型塑料排水板利用人工或者插板机械以对折u形的方式插入污泥土体内,形成u形可循环热水的结构,两端开口处位于污泥土体表面并与循环水管相连,将加热型塑料排水板外露板头及循环水管埋入在中粗砂垫层内,在中粗砂垫层内埋设真空滤管,最后将中粗砂垫层表面进行整平;为缩短污泥内部排水距离,在两根加热型塑料排水板之间插入一根塑料排水板;插设塑料排水板的过程参见图3;s4、热水循环系统加热污泥将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,后续不断循环热水保持恒温状态;热水循环系统加热污泥的过程参见图4;s5、真空预压抽真空在加固区周边挖压膜沟,并将挖出的污泥土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝,在加固区内铺设真空预压密封膜,并将密封膜的四边埋入压膜沟内,用黏土回填密实,防止抽真空过程中漏气;安装真空预压射流泵,并通过出膜法兰盘将并将射流泵与密封膜下的真空滤管相连,开启射流泵进行抽真空,整个持续时间大约60-90天。
18.步骤s2中,药剂中的fecl3的掺量为污泥内固体质量的10%。
19.步骤s2中,药剂中的生物酶为淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶组成的混合物。
20.步骤s2中,药剂中的厌氧消化菌为产甲烷菌。
21.步骤s2中,药剂喷入污泥土体内时,药水注入孔按照正方形布置,相邻的两个注入孔之间的间距为1m。
22.步骤s3中,插入的加热型塑料排水板按照正方形布置,相邻的两个加热型塑料排水板的间距为1m;加热型塑料排水板排布图参见图5。
23.步骤s2中,高压旋喷装置包括钻机,所述钻机上设有上下运动的钻杆,所述钻杆底部设有喷嘴,所述钻杆的顶部连有高压泵和压力罐,所述高压泵连有药剂搅拌池,所述压力罐连有空气压缩机。
24.步骤s3中,采用插板机械将加热型塑料排水板插入污泥土体内时,为了保证加热
型塑料排水板的u形不瘪不死折,采用的插杆底部设有外缘内凹的圆盘,加热型塑料排水板绕设在圆盘的凹槽内。
25.步骤s4中,将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,优选的,直至污泥土体达到预设温度60-65℃,后续不断循环热水保持恒温状态;过程中地上热源系统采用空气源热泵热水机组和电辅热相结合的方式,地上热源系统包括保温水箱,与保温水箱连接的空气能热水器、电热棒,保温水箱通过循环泵和加热型塑料排水板相连。
26.步骤s4中,主循环管串联的加热型塑料排水板的水流方向为奇数列与偶数列的水流方向相反。
27.本发明整合了化学调理剂、生物酶、厌氧消化菌、升温等预处理工艺促进污泥的脱水减容,并能部分完成污泥的稳定化处理要求,具有处理体量大、综合成本低等优势。
28.步骤s5中,热水循环串联的中空芯板加热型塑料排水板的数量根据深度、经济流速、升温快慢要求、污泥热物理参数计算确定。
29.具体的计算过程示例如下:污泥热物理参数表
名称含水量
ꢀꢀꢀ
(%)比热容c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[j/(kg℃)]密度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(kg/m
³
)导热系数
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(w/m
˚
c)市政污泥500%418011000.6
一、加热量计算污泥平均初始温度取20℃,目标温度取60℃,则温差为40℃,依据热量公式计算加热需用总热量:热量计算公式q=cmδt;其中,热量q:焦耳 (j)比热容c:焦耳/千克℃ (j/kg℃)质量m:千克 (kg)温差δt:摄氏度(℃)升高(或降低)的温度热量换算公式:1焦耳(j)=2.778
×
10-7千瓦
·
时(kw
·
h)热量计算过程:已知该项目加热处理的污泥长度a和宽度b均为10m,深度h为4m,则加热处理的污泥体积v=abh=10m
×
10m
×
4m=400m
³
加热处理的污泥质量m=ρv=1100kg/m
³×
400m
³
=440000kg则污泥加热需用总热量q =cmδt=4180j/(kg℃)
×
440000kg
×
40℃=7356.8
×
107j=20437.1904kw
·
h综合考虑项目的经济性、实用性,污泥升温时间取30天,
计算得出污泥加热处理每小时加热量p为20437.1904kw
·
h
÷
30
÷
24=28.385kw二、流量计算加热板材质为pert,加热过程中,加热板与污泥的温差范围建议在6-8℃,取中间值7℃计算加热过程中系统总流量q总=0.86p/7=0.86
×
28.385
÷
7≈3.49(m
³
/h)加热排水板的外径为de20,内径为d16,内径半径为8mm=0.008m;该加热系统为开式系统,经济流速v取0.45m/s;单组加热排水板的流量计算如下:q单=3600vπr2=3600
×
0.45
×
3.14
×
0.0082 ≈0.326(m
³
/h)计算该系统加热排水板管路组数为q总/ q单=3.49
÷
0.326≈10.7则该加热系统排水板管路组数建议为10-11组。
[0030]
三、管路系统布置设计考虑到热水在排水板沿程阻力要适中,内径16mm的单根排水板总长度建议在50-100米之间。
[0031]
竖管孔位间距设计1米,试验区域100平米可均匀布置100个孔,孔深4米,则每个孔内的加热板长度为8米,每10个孔竖管串联为1组,每组加热板串联后总长度为8
×
10+1
×
9=89(米),符合设计要求。
[0032]
该系统共设计10组,通过水平管连接成一套加热系统。
[0033]
考虑到分组间的水力平衡,加热系统水平连管采用定流量三管制同程设计。
[0034]
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

技术特征:
1.一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,具体步骤为:s1、铺设工作垫层在工作区域自下而上铺设1层土工布、2-3层荆笆、1层土工布以及30-50cm的中粗砂垫层;s2、药剂预处理利用高压旋喷装置以高压射流的形式将药剂喷入污泥土体内,高压射流对污泥土体翻腾搅拌,保证药剂与污泥混合均匀;其中药剂为fecl3、生物酶、厌氧消化菌中的一种或多种组合;s3、插设塑料排水板将加热型塑料排水板利用人工或者插板机械以对折u形的方式插入污泥土体内,形成u形可循环热水的结构,两端开口处位于污泥土体表面并与循环水管相连,将加热型塑料排水板外露板头及循环水管埋入在中粗砂垫层内,在中粗砂垫层内埋设真空滤管,最后将中粗砂垫层表面进行整平;为缩短污泥内部排水距离,在两根加热型塑料排水板之间插入一根塑料排水板;s4、热水循环系统加热污泥将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,后续不断循环热水保持恒温状态;s5、真空预压抽真空在加固区周边挖压膜沟,并将挖出的污泥土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝,在加固区内铺设真空预压密封膜,并将密封膜的四边埋入压膜沟内,用黏土回填密实,防止抽真空过程中漏气;安装真空预压射流泵,并通过出膜法兰盘将并将射流泵与密封膜下的真空滤管相连,开启射流泵进行抽真空,整个持续时间大约60-90天。2.根据权利要求1所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s2中,药剂中的fecl3的掺量为污泥内固体质量的10%。3.根据权利要求1所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s2中,药剂中的生物酶为淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶组成的混合物。4.根据权利要求1所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s2中,药剂中的厌氧消化菌为产甲烷菌。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s2中,药剂喷入污泥土体内时,药水注入孔按照正方形布置,相邻的两个注入孔之间的间距为1m。6.根据权利要求5所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s3中,插入的加热型塑料排水板按照正方形布置,相邻的两个加热型塑料排水板的间距为1m。7.根据权利要求6所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s2中,高压旋喷装置包括钻机,所述钻机上设有上下运动的钻杆,所述钻杆底部设有喷嘴,所述钻杆的顶部连有高压泵和压力罐,所述高压泵连有药剂搅拌池,所述压力罐连有空气压缩机。8.根据权利要求7所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在
于,步骤s3中,采用插板机械将加热型塑料排水板插入污泥土体内时,为了保证加热型塑料排水板的u形不瘪不死折,采用的插杆底部设有外缘内凹的圆盘,加热型塑料排水板绕设在圆盘的凹槽内。9.根据权利要求8所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s4中,将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,直至污泥土体达到预设温度60-65℃,后续不断循环热水保持恒温状态;过程中地上热源系统采用空气源热泵热水机组和电辅热相结合的方式,地上热源系统包括保温水箱,与保温水箱连接的空气能热水器、电热棒,保温水箱通过循环泵和加热型塑料排水板相连。10.根据权利要求9所述的一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,其特征在于,步骤s4中,主循环管串联的加热型塑料排水板的水流方向为奇数列与偶数列的水流方向相反。
技术总结
本发明是一种预处理联合加热法真空预压处理污泥的方法,具体步骤为:铺设工作垫层;药剂预处理,利用高压旋喷装置将药剂喷入污泥土体内,高压射流保证药剂与污泥混合均匀;插设塑料排水板,将加热型塑料排水板利用人工或者插板机械以对折U形的方式插入污泥土体内,形成U形可循环热水的结构;热水循环系统加热污泥,将加热型塑料排水板通过主循环管道与地上热源系统连接,通过对污泥土体循环热水加热,提升污泥内部的热量,后续不断循环热水保持恒温状态;真空预压抽真空。本发明整合了化学调理剂、生物酶、厌氧消化菌、升温等预处理工艺促进污泥的脱水减容,并能部分完成污泥的稳定化处理要求,具有处理体量大、综合成本低等优势。综合成本低等优势。综合成本低等优势。

技术开发人、权利持有人:陈富

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