水淨化處理及其汙泥處置方法和水淨化裝置的製作方法
2023-07-20 17:20:46 1
專利名稱：水淨化處理及其汙泥處置方法和水淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及水的淨化處理方法和裝置以及處理過程中生成的汙泥的處置方法。
背景技術：
目前國內外自來水生產的工藝，其基本原理都是混凝—沉澱—過濾—消毒(《給水處理》許保久著，中國建築工業出版社，79年5月第一版p1～148；《現代環境衛生學》蔡宏道主編，人民衛生出版社，95年9月第一版p549～567)。其中，沉澱設備包括有澄清池、斜板斜管沉澱池、平流式沉澱池。而澄清池的造型，又可以分為，加速澄清池、水力循環澄清池、脈衝澄清池和懸浮澄清池等各種形式。但不論採用那種沉澱方式，都存在有排汙問題。如平流式沉澱池，它的排汙是由很大的行車架著吸泥機運行，吸泥時需要吸走大量的水。平流式沉澱池是一個既高又大還很長的龐然大物，「池高1～3米，流速1～25cm/秒，長∶深＝10∶1」摘自《室外給水工程規範》工程建設標準規範分類彙編，中國建築工業出版社，2000年2月第一版p1～19。已有生產工藝中的過濾是通過石英砂、石榴石、無煙煤、硅藻土等濾料實現的(《給水處理》p114)，無論採用那種濾料，對於濾池都必須設置反衝洗。「濾池工作可以分為三期成熟期，過濾期和清洗期」(《現代環境衛生學》蔡宏道主編，人民衛生出版社，95年9月第一版p559)，「從停止過濾到清洗完畢，一般須要20～30分鐘，在這段時間內濾池停止生產，衝洗所消耗的清水約是濾池生產總量的1％～3％。加上初濾排水」(《給水處理》p98)，濾池停止生產的時間往往會大於20～30分鐘，耗費的水也是大於1％～3％。實際運行中，大多水廠的產水率在90％左右。據北京自來水博物館介紹詞所說，北京第九自來水廠的產水率也只有95％。
此外，以現有技術，即便是快濾池，其濾速一般也只能達到8～10m/h；強制濾速為10～12m/h。(《給水處理》p93，《現代環境衛生學》蔡宏道主編，人民衛生出版社，95年9月第一版p563)。按照標準(《城市自來水的國家標準(GB5749-85)》)，渾濁度不大於3度。
吸泥機將沉澱池中滯留並累積到一定數量的汙泥連水一道吸出後，同過濾池中反衝洗水(含有濾渣)合併用聚丙烯醯胺絮凝處理，然後分離，水送回原水池，汙泥漿直接棄置或加工成汙泥餅棄置。
聚丙烯醯胺在自來水生產和汙水處理中是常用的絮凝劑。「聚丙烯醯胺含有少量未聚合的丙烯醯胺單體，其毒性甚高，每人每天丙烯醯胺的最大容許攝入量為0.5ug/kg體重。聚丙烯醯胺的優點是對高濁和低濁水的效果均優。缺點是價格昂貴，產品中單體含量不易達到要求。」《現代環境衛生學》蔡宏道主編，人民衛生出版社，95年9月第一版p554。丙烯醯胺也是公認的致癌物質。
汙泥的成分極為複雜，在汙水處理過程中，細菌及大部分寄生生物留存在汙泥中，病毒可以吸附在汙水中的顆粒上，隨顆粒的沉澱也沉積到汙泥中。
這些微生物包括大腸菌、大腸糞菌、糞鏈球菌、噬菌體、沙門氏菌、痢疾菌屬、銅綠色極毛桿菌、寄生蟲卵/幼蟲、蛔蟲、鞭蟲、群體鞭蟲、弓蛔蟲、膜翅目幼蟲、腸道病毒等。
汙泥臭氣成分複雜多變，主要由氨、硫化氫和甲醇等組成。大致可分成5類1、含硫的化合物，如H2S、硫醇類、硫醚類；2、含氮的化合物.如胺類、醯胺、吲哚類；3、滷素及衍生物，如氯氣、滷代烴；4、烴類，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴；5、含氧的有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等。這些物質對人體健康危害較大。
汙泥的危害由於市政汙水的來源是人類生活環境、大腸菌、大腸糞菌、糞鏈球菌等是哺乳動物直腸正常的排出物、它們的數量在汙水和汙泥中基本保持恆定。而其它各種病原菌如沙門氏菌、痢疾菌、腸道病毒(例如脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒、肝炎病毒、輪狀病毒)和寄生生物(例如蛔蟲、鞭蟲、內阿米巴蟲)在汙水/汙泥中的比率同當地傳染病的流行有關。顯然，汙泥如果處置不當，進入人類的食物鏈，必然會導致疾病的傳播。
目前狀況，汙泥餅含水率高，多達70％以上，這部分水份難以焚燒，運輸成本高，堆放佔地面積大，直接填埋則會使填埋場提前報廢。微生物、病原體含量高，不加處理，可能會汙染食物鏈。惡臭汙染環境，同時向大氣排放溫室氣體(是二氧化碳的20倍)。超細粉末，在熱幹化和處理過程中存在較大的危險。汙泥的處置是個國內外很棘手的公認問題。
汙泥的處理目前國外採用填埋和焚燒，焚燒費用過高而填埋二次汙染嚴重，且佔用過多的土地，一個5萬立方米的填埋坑，只夠用20個月左右。建設焚燒鍋爐是一條最有效的方法，但其投資和處理費用高昂，設備投資4000萬元的焚燒廠，使用期限不過20年；我國的汙泥目前絕大部分是棄置或填埋的，只有極小量的進行幹化後用於製作混合肥。汙水廠只能把汙泥堆在河灘，造成河系的汙染；汙水廠有的用拉泥車拉走棄置；有工人用船把汙水廠的汙泥漿拉走，隨意棄置。凡此種種反映了這一階段汙泥處置工作中的困難和管理上的無奈。
歐共體將汙水廠和自來水廠汙泥劃為「特殊垃圾」(不是「危險垃圾」)，必須具有資格的企業按照規定的程序進行妥善處理，不得棄置。
處理成本，由於各地的經濟情況不同和處理方法不同，價格也不同。如上海、常州等地每噸汙泥處理成本達三四百元。歐洲國家每年用於處理剩餘汙泥的費用就高達28億人民幣。顯然，任何有利於減少剩餘汙泥的措施都將帶來巨大的經濟效益。只有做到減量化、資源化、無害化處置汙泥，才能從根本上達到環保，節省費用的目的。
按照已有的生產工藝，操作人員需用大量的時間消耗在反衝洗和排汙上，尤其是平流池上漂浮的死鳥、死魚和礬花，需要不停地清理，勞動強度大。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種應用在水淨化中的淨化處理方法和裝置，以及用該處理方法生成的汙泥的處置方法。以期提高生產效率、節約能耗，減少成本，同時實現汙泥的減量化、資源化和無害化，杜絕聚丙烯醯胺的引入。
本發明解決水淨化技術問題所採用的技術方案是水淨化是在過濾室中完成的。過濾室被具有過濾淨化功能的過濾帶分隔為其上的渾水區和其下的清水區。原水加入混凝劑進行混凝處理後流入渾水區，在連續迴轉的過濾帶的作用下完成篩除、沉澱和接觸凝聚的淨化過程。渾水經混凝、過濾得到的清水進入清水區被引走，汙泥沉澱在過濾帶上被移至過濾室外，然後自過濾帶上分離落入汙泥槽。
本淨化處理方法包括對原水進行的混凝、沉澱和過濾，與現有技術的根本區別在於所述的沉澱和過濾以及汙泥和清水的分離是在過濾室中完成，這就是將混凝處理的水直接流入過濾室的渾水區，當渾水中的汙泥流過迴轉運動的過濾帶時，被過濾帶上的長絨捕獲並被移至過濾室外，然後自過濾帶上分離落入汙泥槽，分離的方法可以是振動或者撥離或/和衝洗，透過過濾帶的清水進入清水區。
所述的過濾帶選自合成纖維長絨布或者金屬纖維長絨布或者軟質泡沫塑料，優選絨長10～15cm的合成纖維長絨布或者金屬纖維長絨布。
所述的原水若用於生產自來水，則所得到的清水還需消毒處理。本淨化處理方法也適用於汙水處理。
本淨化處理裝置包括過濾室、分離器和汙泥槽，如圖1、圖2所示。過濾室內設置有首尾連接並繞在導向輥2上作連續迴轉運動的過濾帶1；還設置至少一組用來驅動過濾帶1作迴轉運動的傳送網帶3，傳送網帶3環繞在兩端的輥筒4上，兩輥筒4之間有防兜輥杆5；分離器由主杆6、橫杆7和梳齒8構成，主杆7一端同泵12連接，另一端固定橫杆7，橫杆7上固定梳齒8，梳齒8沒入過濾帶1的長絨內，將長絨中的汙泥撥離下來落入汙泥槽9中，橫杆7的長度與濾料的幅寬相配合，最好相等。
主杆6、橫杆7和梳齒8可以呈中空的管狀，且在梳齒8上有側孔。這種結構的好處是可以藉助噴射出的流體衝洗汙泥，使汙泥的分離更快、更徹底，同時清洗了過濾帶。所述的流體可以是氣體或者液體。
本發明水的混凝處理使用聚合無機鹽混凝劑，如聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等。混凝劑在原水中經混凝反應後生成相應的氫氧化物絮凝其他雜質一起形成汙泥沉積在過濾帶的長絨上。因此本汙泥處置的技術構思是將汙泥中的氫氧化物通過中和反應生成相應的無機鹽加以回收。
本汙泥處置具體技術方案包括中和反應、過濾和分離，所述的中和就是向汙泥中加入無機酸溶液或/和鈣粉(鋁酸鈣)，調汙泥水至pH3～5時，沉澱、分離。濾液回收混凝劑再利用，濾渣為安全汙泥。
優選鹽酸溶液進行中和反應，pH值優選3.5～4.5。
在中和的同時還可以加熱至沸，以殺滅汙泥中的病毒、細菌、寄生蟲卵等。
本發明在實驗室進行了原水淨化處理製備自來水的模擬試驗，原水由安徽創維集團公司自來水廠提供(即巢湖水)，混凝劑聚合氯化鋁由巢湖市衛生防疫站提供，過濾帶為絨長12cm合成纖維的長絨布，結果如下水淨化處理的濾速達80～140m/h，產水率大於99％，濾過水的渾濁度0.2度(YZD-A型液體儀測定)。與現有的自來水生產工藝相比，其設備、佔地面積和能耗都大大節省，操作也大大簡化，特別是對漂浮在渾水區的死魚、死鳥、樹葉和礬花等漂浮物不必人工水上清除，極大地減輕了工人的勞動強度。本淨化處理工藝是刪繁就簡的優秀工藝，而且產水率高，產量高，水質優良。清水自出水口被引走時有落差，這部分勢能可轉化為機械能，用來驅動傳送網帶和過濾帶的迴轉運動以及流體的噴射。
汙泥處置的結果也進行了相關的分析測定，未處置前的汙泥中的酸溶物佔固體的50％左右。處置後沉澱分離得到的濾渣(即安全汙泥)無臭、無味，無病毒、細菌、寄生蟲卵等，24小時自然瀝乾後含水率66％左右，灰化法測定有機物含量28％左右，凱氏定氮法測定非蛋白氮7％左右，蛋白氮5％左右，可作建築材料、填料或肥料使用。濾液中回收氯化鋁，按GB15892-1995規定的方法測定，以氧化鋁計，回收率達72％。本處置方法完全符合減量化(減量50％)、無害化和資源化的發展方向。
本汙泥處置方法對北京第九自來水廠提供的汙泥餅樣品和合肥王小郢汙水處理廠提供的汙泥餅樣品分別進行了處置和分析測定，其結果與上述基本吻合，所以本發明也適用於汙水處理廠。
四
圖1是水淨化裝置A-A剖面結構示意圖。
圖2是水淨化裝置的右視圖，示意分離器的結構和工作過程。
五具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作詳細的敘述。
取絨長12cm和幅寬1.6m的合成纖維長絨布製作過濾帶1，過濾帶1被導向輥2定位形成「凹」字形狀，並可作連續迴轉運動。過濾帶1起淨化作用的上方部分將過濾室分隔為渾水區10和清水區11。
水平設置上下兩組用來驅動過濾帶1作迴轉運動的傳送網帶3，其中一組在過濾室內位於清水區與渾水區的界面處，傳送網帶3與過濾帶1的布面接觸以驅動過濾帶1迴轉，另一組傳送網帶3與過濾帶1長絨面接觸，此處長絨上的汙泥已被分離。取不鏽鋼網製作傳送網帶3，以方便過濾。傳送網帶3環繞在兩端的輥筒4上，兩輥筒4之間有若干根防兜輥杆5，防兜輥杆保證傳送網帶3與過濾帶1水平接觸，不打兜。
分離器和汙泥槽9位於過濾室外。
分離器的結構見圖2。管狀主杆6一端通過泵12與貯液罐13連接，另一端與管狀橫杆7連接，橫杆7上固定有梳齒8，梳齒8沒入過濾帶1的長絨內，間隔3～5cm，中空，其上分布有許多側孔。
1、水淨化處理過程敘述如下原水加入混凝劑進行混凝處理後直接流入過濾室的渾水區10內。迴轉運動的並帶有長絨的過濾帶1形成一個活動的濾層，同時完篩除、沉澱和接觸凝聚的淨化過程，淨化後的清水進行入清水區11；沉澱的汙泥被長絨捕獲並隨長絨一道運動，當過濾帶1離開水面時，其上的汙泥量已基本飽和，同時將水面上的漂浮物一道移出過濾室。汙泥被梳齒8撥離、並受到流體的衝洗落入汙泥槽9內，同時清洗了長絨。這時完成了水淨化的全過程，即混凝、沉澱、過濾和汙泥的分離。清洗後的過濾帶1便投入下一輪的淨化運行。
2、汙泥處置過程敘述如下將汙泥槽9內的汙泥首先剔出漂浮物，然後移至處置池(或釜)內在攪拌下加熱，同時加無機酸溶液，可以用鹽酸溶液或鋁酸鈣調節酸鹼性，當pH值達3.5～4.5時停止加酸，繼續攪拌，加熱至沸，當反應完全後靜置、過濾分離，濾液泵回混凝劑池回收混凝劑，濾渣即是安全汙泥。
處置池(或釜)內可設置蒸氣盤管用來加熱，對釜來說也可夾套加熱，這就是邊中和邊加熱以進一步殺滅汙泥內的病毒、細菌、寄生蟲卵等。
3、如圖2所示，清水區引出管14的作用是將清水區內的清水引入清水池，清水區出口距清水池約有2～3m的位差，因此可以利用這一落差的勢能驅動水輪機15，為傳送網帶3和泵12提供動力，以進一步節能降耗。
權利要求
1.一種水淨化處理方法，包括混凝、沉澱和過濾，其特徵在於所述的沉澱和過濾以及汙泥和清水的分離是在過濾室中完成的，這就是將經混凝處理的水直接流入過濾室的渾水區，當渾水中的汙泥流過迴轉運動的過濾帶時，被過濾帶上的長絨捕獲並被移至過濾室外，然後自過濾帶上分離落入汙泥槽，透過過濾帶的清水進入清水區；所述的過濾帶選自合成纖維長絨布或者金屬纖維長絨布或者軟質泡沫塑料。
2.根據權利要求1所述的水淨化處理方法，其特徵在於所述的過濾帶為絨長10～15cm的合成纖維長絨布或者金屬纖維長絨布。
3.由權利要求1所述的水淨化處理方法所用的裝置，包括過濾室、分離器和汙泥槽，其特徵在於(1)、過濾室內設置有首尾連接並繞在導向輥(2)上作連續迴轉運動的過濾帶(1)；還設置至少一組用來驅動過濾帶(1)作迴轉運動的傳送網帶(3)，傳送網帶(3)環繞在兩端的輥筒(4)上，兩輥筒(4)之間有防兜輥杆(5)；(2)分離器由主杆(6)、橫杆(7)和梳齒(8)構成，主杆(7)一端同泵(12)連接，另一端固定橫杆(7)，橫杆(7)上固定梳齒(8)，梳齒(8)沒入過濾帶(1)的長絨內。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於水平設置上下兩組用來驅動過濾帶(1)作迴轉運動的傳送網帶(3)，其中一組位於過濾室內。
5.根據權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於分離器的主杆(6)、橫杆(7)和梳齒(8)呈中空的管狀，且梳齒(8)上有側孔。
6.由權利要求1所述的水淨化處理過程中生成的汙泥的處置方法，包括中和、沉澱和分離，其特徵在於所述的中和就是向汙泥中加入無機酸溶液或/和鋁酸鈣，當汙泥水pH3～5時，沉澱、分離。
7.根據權利要求6所述的汙泥處置方法，其特徵在於所述的無機酸溶液為鹽酸溶液。
8.根據權利要求6或7所述的汙泥處置方法，其特徵在於在中和的同時加熱至沸。
全文摘要
一種水淨化處理方法，是原水加入混凝劑處理後直接流入過濾室內完成篩除、沉澱和接觸凝聚的淨化過程，同時實現清水和汙泥的分離。過濾室內設置有連續迴轉運動的長絨過濾帶(1)和驅動過濾帶(1)作迴轉運動的傳送網帶(3)，過濾室外的分離器用來衝洗汙泥。汙泥用無機酸溶液處置調pH3.5～4.5後分離，濾液回收混凝劑，濾渣即是安全汙泥，可用作建築材料、填料或肥料，真正做到了減量化、無害化和資源化的處置。
文檔編號B01D36/00GK1778688SQ200510094819
公開日2006年5月31日 申請日期2005年10月11日 優先權日2005年10月11日
發明者王枝寶, 王珏鑫 申請人:王枝寶