水净化处理及其污泥处置方法和水净化装置

摘要

一种水净化处理方法，是原水加入混凝剂处理后直接流入过滤室内完成筛除、沉淀和接触凝聚的净化过程，同时实现清水和污泥的分离。过滤室内设置有连续回转运动的长绒过滤带(1)和驱动过滤带(1)作回转运动的传送网带(3)，过滤室外的分离器用来冲洗污泥。污泥用无机酸溶液处置调pH3.5～4.5后分离，滤液回收混凝剂，滤渣即是安全污泥，可用作建筑材料、填料或肥料，真正做到了减量化、无害化和资源化的处置。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及水的净化处理方法和装置以及处理过程中生成的污泥的处置方法。

二、背景技术：

目前国内外自来水生产的工艺，其基本原理都是混凝—沉淀—过滤—消毒(《给水处理》许保久著，中国建筑工业出版社，79年5月第一版p1～148；《现代环境卫生学》蔡宏道主编，人民卫生出版社，95年9月第一版p549～567)。其中，沉淀设备包括有澄清池、斜板斜管沉淀池、平流式沉淀池。而澄清池的造型，又可以分为，加速澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池和悬浮澄清池等各种形式。但不论采用那种沉淀方式，都存在有排污问题。如平流式沉淀池，它的排污是由很大的行车架着吸泥机运行，吸泥时需要吸走大量的水。平流式沉淀池是一个既高又大还很长的庞然大物，“池高1～3米，流速1～25cm/秒，长∶深＝10∶1”摘自《室外给水工程规范》工程建设标准规范分类汇编，中国建筑工业出版社，2000年2月第一版p1～19。已有生产工艺中的过滤是通过石英砂、石榴石、无烟煤、硅藻土等滤料实现的(《给水处理》p114)，无论采用那种滤料，对于滤池都必须设置反冲洗。“滤池工作可以分为三期：成熟期，过滤期和清洗期”(《现代环境卫生学》蔡宏道主编，人民卫生出版社，95年9月第一版p559)，“从停止过滤到清洗完毕，一般须要20～30分钟，在这段时间内滤池停止生产，冲洗所消耗的清水约是滤池生产总量的1％～3％。加上初滤排水”(《给水处理》p98)，滤池停止生产的时间往往会大于20～30分钟，耗费的水也是大于1％～3％。实际运行中，大多水厂的产水率在90％左右。据北京自来水博物馆介绍词所说，北京第九自来水厂的产水率也只有95％。

此外，以现有技术，即便是快滤池，其滤速一般也只能达到8～10m/h；强制滤速为10～12m/h。(《给水处理》p93，《现代环境卫生学》蔡宏道主编，人民卫生出版社，95年9月第一版p563)。按照标准(《城市自来水的国家标准(GB5749-85)》)，浑浊度不大于3度。

吸泥机将沉淀池中滞留并累积到一定数量的污泥连水一道吸出后，同过滤池中反冲洗水(含有滤渣)合并用聚丙烯酰胺絮凝处理，然后分离，水送回原水池，污泥浆直接弃置或加工成污泥饼弃置。

聚丙烯酰胺在自来水生产和污水处理中是常用的絮凝剂。“聚丙烯酰胺含有少量未聚合的丙烯酰胺单体，其毒性甚高，每人每天丙烯酰胺的最大容许摄入量为0.5ug/kg体重。聚丙烯酰胺的优点是：对高浊和低浊水的效果均优。缺点是：价格昂贵，产品中单体含量不易达到要求。”《现代环境卫生学》蔡宏道主编，人民卫生出版社，95年9月第一版p554。丙烯酰胺也是公认的致癌物质。

污泥的成分极为复杂，在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒可以吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。

这些微生物包括：大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌、噬菌体、沙门氏菌、痢疾菌属、铜绿色极毛杆菌、寄生虫卵/幼虫、蛔虫、鞭虫、群体鞭虫、弓蛔虫、膜翅目幼虫、肠道病毒等。

污泥臭气成分复杂多变，主要由氨、硫化氢和甲醇等组成。大致可分成5类：1、含硫的化合物，如H₂S、硫醇类、硫醚类；2、含氮的化合物.如胺类、酰胺、吲哚类；3、卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；4、烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；5、含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。这些物质对人体健康危害较大。

污泥的危害由于市政污水的来源是人类生活环境、大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌等是哺乳动物直肠正常的排出物、它们的数量在污水和污泥中基本保持恒定。而其它各种病原菌如沙门氏菌、痢疾菌、肠道病毒(例如脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、肝炎病毒、轮状病毒)和寄生生物(例如蛔虫、鞭虫、内阿米巴虫)在污水/污泥中的比率同当地传染病的流行有关。显然，污泥如果处置不当，进入人类的食物链，必然会导致疾病的传播。

目前状况，污泥饼含水率高，多达70％以上，这部分水份难以焚烧，运输成本高，堆放占地面积大，直接填埋则会使填埋场提前报废。微生物、病原体含量高，不加处理，可能会污染食物链。恶臭污染环境，同时向大气排放温室气体(是二氧化碳的20倍)。超细粉末，在热干化和处理过程中存在较大的危险。污泥的处置是个国内外很棘手的公认问题。

污泥的处理：目前国外采用填埋和焚烧，焚烧费用过高而填埋二次污染严重，且占用过多的土地，一个5万立方米的填埋坑，只够用20个月左右。建设焚烧锅炉是一条最有效的方法，但其投资和处理费用高昂，设备投资4000万元的焚烧厂，使用期限不过20年；我国的污泥目前绝大部分是弃置或填埋的，只有极小量的进行干化后用于制作混合肥。污水厂只能把污泥堆在河滩，造成河系的污染；污水厂有的用拉泥车拉走弃置；有工人用船把污水厂的污泥浆拉走，随意弃置。凡此种种反映了这一阶段污泥处置工作中的困难和管理上的无奈。

欧共体将污水厂和自来水厂污泥划为“特殊垃圾”(不是“危险垃圾”)，必须具有资格的企业按照规定的程序进行妥善处理，不得弃置。

处理成本，由于各地的经济情况不同和处理方法不同，价格也不同。如上海、常州等地每吨污泥处理成本达三四百元。欧洲国家每年用于处理剩余污泥的费用就高达28亿人民币。显然，任何有利于减少剩余污泥的措施都将带来巨大的经济效益。只有做到减量化、资源化、无害化处置污泥，才能从根本上达到环保，节省费用的目的。

按照已有的生产工艺，操作人员需用大量的时间消耗在反冲洗和排污上，尤其是平流池上漂浮的死鸟、死鱼和矾花，需要不停地清理，劳动强度大。

三、发明内容：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用在水净化中的净化处理方法和装置，以及用该处理方法生成的污泥的处置方法。以期提高生产效率、节约能耗，减少成本，同时实现污泥的减量化、资源化和无害化，杜绝聚丙烯酰胺的引入。

本发明解决水净化技术问题所采用的技术方案是：

水净化是在过滤室中完成的。过滤室被具有过滤净化功能的过滤带分隔为其上的浑水区和其下的清水区。原水加入混凝剂进行混凝处理后流入浑水区，在连续回转的过滤带的作用下完成筛除、沉淀和接触凝聚的净化过程。浑水经混凝、过滤得到的清水进入清水区被引走，污泥沉淀在过滤带上被移至过滤室外，然后自过滤带上分离落入污泥槽。

本净化处理方法包括对原水进行的混凝、沉淀和过滤，与现有技术的根本区别在于：所述的沉淀和过滤以及污泥和清水的分离是在过滤室中完成，这就是将混凝处理的水直接流入过滤室的浑水区，当浑水中的污泥流过回转运动的过滤带时，被过滤带上的长绒捕获并被移至过滤室外，然后自过滤带上分离落入污泥槽，分离的方法可以是振动或者拨离或/和冲洗，透过过滤带的清水进入清水区。

所述的过滤带选自合成纤维长绒布或者金属纤维长绒布或者软质泡沫塑料，优选绒长10～15cm的合成纤维长绒布或者金属纤维长绒布。

所述的原水若用于生产自来水，则所得到的清水还需消毒处理。本净化处理方法也适用于污水处理。

本净化处理装置包括过滤室、分离器和污泥槽，如图1、图2所示。过滤室内设置有首尾连接并绕在导向辊2上作连续回转运动的过滤带1；还设置至少一组用来驱动过滤带1作回转运动的传送网带3，传送网带3环绕在两端的辊筒4上，两辊筒4之间有防兜辊杆5；分离器由主杆6、横杆7和梳齿8构成，主杆7一端同泵12连接，另一端固定横杆7，横杆7上固定梳齿8，梳齿8没入过滤带1的长绒内，将长绒中的污泥拨离下来落入污泥槽9中，横杆7的长度与滤料的幅宽相配合，最好相等。

主杆6、横杆7和梳齿8可以呈中空的管状，且在梳齿8上有侧孔。这种结构的好处是可以借助喷射出的流体冲洗污泥，使污泥的分离更快、更彻底，同时清洗了过滤带。所述的流体可以是气体或者液体。

本发明水的混凝处理使用聚合无机盐混凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。混凝剂在原水中经混凝反应后生成相应的氢氧化物絮凝其他杂质一起形成污泥沉积在过滤带的长绒上。因此本污泥处置的技术构思是将污泥中的氢氧化物通过中和反应生成相应的无机盐加以回收。

本污泥处置具体技术方案包括中和反应、过滤和分离，所述的中和就是向污泥中加入无机酸溶液或/和钙粉(铝酸钙)，调污泥水至pH3～5时，沉淀、分离。滤液回收混凝剂再利用，滤渣为安全污泥。

优选盐酸溶液进行中和反应，pH值优选3.5～4.5。

在中和的同时还可以加热至沸，以杀灭污泥中的病毒、细菌、寄生虫卵等。

本发明在实验室进行了原水净化处理制备自来水的模拟试验，原水由安徽创维集团公司自来水厂提供(即巢湖水)，混凝剂聚合氯化铝由巢湖市卫生防疫站提供，过滤带为绒长12cm合成纤维的长绒布，结果如下：

水净化处理的滤速达80～140m/h，产水率大于99％，滤过水的浑浊度0.2度(YZD-A型液体仪测定)。与现有的自来水生产工艺相比，其设备、占地面积和能耗都大大节省，操作也大大简化，特别是对漂浮在浑水区的死鱼、死鸟、树叶和矾花等漂浮物不必人工水上清除，极大地减轻了工人的劳动强度。本净化处理工艺是删繁就简的优秀工艺，而且产水率高，产量高，水质优良。清水自出水口被引走时有落差，这部分势能可转化为机械能，用来驱动传送网带和过滤带的回转运动以及流体的喷射。

污泥处置的结果也进行了相关的分析测定，未处置前的污泥中的酸溶物占固体的50％左右。处置后沉淀分离得到的滤渣(即安全污泥)无臭、无味，无病毒、细菌、寄生虫卵等，24小时自然沥干后含水率66％左右，灰化法测定有机物含量28％左右，凯氏定氮法测定非蛋白氮7％左右，蛋白氮5％左右，可作建筑材料、填料或肥料使用。滤液中回收氯化铝，按GB15892-1995规定的方法测定，以氧化铝计，回收率达72％。本处置方法完全符合减量化(减量50％)、无害化和资源化的发展方向。

本污泥处置方法对北京第九自来水厂提供的污泥饼样品和合肥王小郢污水处理厂提供的污泥饼样品分别进行了处置和分析测定，其结果与上述基本吻合，所以本发明也适用于污水处理厂。

四、附图说明

图1是水净化装置A-A剖面结构示意图。

图2是水净化装置的右视图，示意分离器的结构和工作过程。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细的叙述。

取绒长12cm和幅宽1.6m的合成纤维长绒布制作过滤带1，过滤带1被导向辊2定位形成“凹”字形状，并可作连续回转运动。过滤带1起净化作用的上方部分将过滤室分隔为浑水区10和清水区11。

水平设置上下两组用来驱动过滤带1作回转运动的传送网带3，其中一组在过滤室内位于清水区与浑水区的界面处，传送网带3与过滤带1的布面接触以驱动过滤带1回转，另一组传送网带3与过滤带1长绒面接触，此处长绒上的污泥已被分离。取不锈钢网制作传送网带3，以方便过滤。传送网带3环绕在两端的辊筒4上，两辊筒4之间有若干根防兜辊杆5，防兜辊杆保证传送网带3与过滤带1水平接触，不打兜。

分离器和污泥槽9位于过滤室外。

分离器的结构见图2。管状主杆6一端通过泵12与贮液罐13连接，另一端与管状横杆7连接，横杆7上固定有梳齿8，梳齿8没入过滤带1的长绒内，间隔3～5cm，中空，其上分布有许多侧孔。

1、水净化处理过程叙述如下：

原水加入混凝剂进行混凝处理后直接流入过滤室的浑水区10内。回转运动的并带有长绒的过滤带1形成一个活动的滤层，同时完筛除、沉淀和接触凝聚的净化过程，净化后的清水进行入清水区11；沉淀的污泥被长绒捕获并随长绒一道运动，当过滤带1离开水面时，其上的污泥量已基本饱和，同时将水面上的漂浮物一道移出过滤室。污泥被梳齿8拨离、并受到流体的冲洗落入污泥槽9内，同时清洗了长绒。这时完成了水净化的全过程，即混凝、沉淀、过滤和污泥的分离。清洗后的过滤带1便投入下一轮的净化运行。

2、污泥处置过程叙述如下：

将污泥槽9内的污泥首先剔出漂浮物，然后移至处置池(或釜)内在搅拌下加热，同时加无机酸溶液，可以用盐酸溶液或铝酸钙调节酸碱性，当pH值达3.5～4.5时停止加酸，继续搅拌，加热至沸，当反应完全后静置、过滤分离，滤液泵回混凝剂池回收混凝剂，滤渣即是安全污泥。

处置池(或釜)内可设置蒸气盘管用来加热，对釜来说也可夹套加热，这就是边中和边加热以进一步杀灭污泥内的病毒、细菌、寄生虫卵等。

3、如图2所示，清水区引出管14的作用是将清水区内的清水引入清水池，清水区出口距清水池约有2～3m的位差，因此可以利用这一落差的势能驱动水轮机15，为传送网带3和泵12提供动力，以进一步节能降耗。