專利名稱：水凈化處理及其污泥處置方法和水凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及水的凈化處理方法和裝置以及處理過程中生成的污泥的處置方法。
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—沉淀—過濾—消毒(《給水處理》許保久著，中國建筑工業出版社，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，沉淀設備包括有澄清池、斜板斜管沉淀池、平流式沉淀池。而澄清池的造型，又可以分為，加速澄清池、水力循環澄清池、脈沖澄清池和懸浮澄清池等各種形式。但不論采用那種沉淀方式，都存在有排污問題。如平流式沉淀池，它的排污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。平流式沉淀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《室外給水工程規范》工程建設標準規范分類匯編，中國建筑工業出版社，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)，無論采用那種濾料，對于濾池都必須設置反沖洗。“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，沖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于20～30分鐘，耗費的水也是大于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)》)，渾濁度不大于3度。
吸泥機將沉淀池中滯留并累積到一定數量的污泥連水一道吸出后，同過濾池中反沖洗水(含有濾渣)合并用聚丙烯酰胺絮凝處理，然后分離，水送回原水池，污泥漿直接棄置或加工成污泥餅棄置。
聚丙烯酰胺在自來水生產和污水處理中是常用的絮凝劑。“聚丙烯酰胺含有少量未聚合的丙烯酰胺單體，其毒性甚高，每人每天丙烯酰胺的最大容許攝入量為0.5ug/kg體重。聚丙烯酰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。丙烯酰胺也是公認的致癌物質。
污泥的成分極為復雜，在污水處理過程中，細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顆粒上，隨顆粒的沉淀也沉積到污泥中。
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。
污泥臭氣成分復雜多變，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、酰胺、吲哚類；3、鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴；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。
污泥的危害由于市政污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、它們的數量在污水和污泥中基本保持恒定。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)在污水/污泥中的比率同當地傳染病的流行有關。顯然，污泥如果處置不當，進入人類的食物鏈，必然會導致疾病的傳播。
目前狀況，污泥餅含水率高，多達70％以上，這部分水份難以焚燒，運輸成本高，堆放占地面積大，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，可能會污染食物鏈。惡臭污染環境，同時向大氣排放溫室氣體(是二氧化碳的20倍)。超細粉末，在熱干化和處理過程中存在較大的危險。污泥的處置是個國內外很棘手的公認問題。
污泥的處理目前國外采用填埋和焚燒，焚燒費用過高而填埋二次污染嚴重，且占用過多的土地，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；我國的污泥目前絕大部分是棄置或填埋的，只有極小量的進行干化后用于制作混合肥。污水廠只能把污泥堆在河灘，造成河系的污染；污水廠有的用拉泥車拉走棄置；有工人用船把污水廠的污泥漿拉走，隨意棄置。凡此種種反映了這一階段污泥處置工作中的困難和管理上的無奈。
歐共體將污水廠和自來水廠污泥劃為“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，由于各地的經濟情況不同和處理方法不同，價格也不同。如上海、常州等地每噸污泥處理成本達三四百元。歐洲國家每年用于處理剩余污泥的費用就高達28億人民幣。顯然，任何有利于減少剩余污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、無害化處置污泥，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沖洗和排污上，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，提供一種應用在水凈化中的凈化處理方法和裝置，以及用該處理方法生成的污泥的處置方法。以期提高生產效率、節約能耗，減少成本，同時實現污泥的減量化、資源化和無害化，杜絕聚丙烯酰胺的引入。
本發明解決水凈化技術問題所采用的技術方案是水凈化是在過濾室中完成的。過濾室被具有過濾凈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后流入渾水區，在連續回轉的過濾帶的作用下完成篩除、沉淀和接觸凝聚的凈化過程。渾水經混凝、過濾得到的清水進入清水區被引走，污泥沉淀在過濾帶上被移至過濾室外，然后自過濾帶上分離落入污泥槽。
本凈化處理方法包括對原水進行的混凝、沉淀和過濾，與現有技術的根本區別在于所述的沉淀和過濾以及污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，當渾水中的污泥流過回轉運動的過濾帶時，被過濾帶上的長絨捕獲并被移至過濾室外，然后自過濾帶上分離落入污泥槽，分離的方法可以是振動或者撥離或/和沖洗，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。
所述的原水若用于生產自來水，則所得到的清水還需消毒處理。本凈化處理方法也適用于污水處理。
本凈化處理裝置包括過濾室、分離器和污泥槽，如圖1、圖2所示。過濾室內設置有首尾連接并繞在導向輥2上作連續回轉運動的過濾帶1；還設置至少一組用來驅動過濾帶1作回轉運動的傳送網帶3，傳送網帶3環繞在兩端的輥筒4上，兩輥筒4之間有防兜輥桿5；分離器由主桿6、橫桿7和梳齒8構成，主桿7一端同泵12連接，另一端固定橫桿7，橫桿7上固定梳齒8，梳齒8沒入過濾帶1的長絨內，將長絨中的污泥撥離下來落入污泥槽9中，橫桿7的長度與濾料的幅寬相配合，最好相等。
主桿6、橫桿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借助噴射出的流體沖洗污泥，使污泥的分離更快、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后生成相應的氫氧化物絮凝其他雜質一起形成污泥沉積在過濾帶的長絨上。因此本污泥處置的技術構思是將污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。
本污泥處置具體技術方案包括中和反應、過濾和分離，所述的中和就是向污泥中加入無機酸溶液或/和鈣粉(鋁酸鈣)，調污泥水至pH3～5時，沉淀、分離。濾液回收混凝劑再利用，濾渣為安全污泥。
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，以殺滅污泥中的病毒、細菌、寄生蟲卵等。
本發明在實驗室進行了原水凈化處理制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，結果如下水凈化處理的濾速達80～140m/h，產水率大于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、占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。本凈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回轉運動以及流體的噴射。
污泥處置的結果也進行了相關的分析測定，未處置前的污泥中的酸溶物占固體的50％左右。處置后沉淀分離得到的濾渣(即安全污泥)無臭、無味，無病毒、細菌、寄生蟲卵等，24小時自然瀝干后含水率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，可作建筑材料、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。
本污泥處置方法對北京第九自來水廠提供的污泥餅樣品和合肥王小郢污水處理廠提供的污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，所以本發明也適用于污水處理廠。
四
圖1是水凈化裝置A-A剖面結構示意圖。
圖2是水凈化裝置的右視圖，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的合成纖維長絨布制作過濾帶1，過濾帶1被導向輥2定位形成“凹”字形狀，并可作連續回轉運動。過濾帶1起凈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作回轉運動的傳送網帶3，其中一組在過濾室內位于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回轉，另一組傳送網帶3與過濾帶1長絨面接觸，此處長絨上的污泥已被分離。取不銹鋼網制作傳送網帶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桿5，防兜輥桿保證傳送網帶3與過濾帶1水平接觸，不打兜。
分離器和污泥槽9位于過濾室外。
分離器的結構見圖2。管狀主桿6一端通過泵12與貯液罐13連接，另一端與管狀橫桿7連接，橫桿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、水凈化處理過程敘述如下原水加入混凝劑進行混凝處理后直接流入過濾室的渾水區10內。回轉運動的并帶有長絨的過濾帶1形成一個活動的濾層，同時完篩除、沉淀和接觸凝聚的凈化過程，凈化后的清水進行入清水區11；沉淀的污泥被長絨捕獲并隨長絨一道運動，當過濾帶1離開水面時，其上的污泥量已基本飽和，同時將水面上的漂浮物一道移出過濾室。污泥被梳齒8撥離、并受到流體的沖洗落入污泥槽9內，同時清洗了長絨。這時完成了水凈化的全過程，即混凝、沉淀、過濾和污泥的分離。清洗后的過濾帶1便投入下一輪的凈化運行。
2、污泥處置過程敘述如下將污泥槽9內的污泥首先剔出漂浮物，然后移至處置池(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堿性，當pH值達3.5～4.5時停止加酸，繼續攪拌，加熱至沸，當反應完全后靜置、過濾分離，濾液泵回混凝劑池回收混凝劑，濾渣即是安全污泥。
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污泥內的病毒、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
1.一種水凈化處理方法，包括混凝、沉淀和過濾，其特征在于所述的沉淀和過濾以及污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，當渾水中的污泥流過回轉運動的過濾帶時，被過濾帶上的長絨捕獲并被移至過濾室外，然后自過濾帶上分離落入污泥槽，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所述的水凈化處理方法，其特征在于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所述的水凈化處理方法所用的裝置，包括過濾室、分離器和污泥槽，其特征在于(1)、過濾室內設置有首尾連接并繞在導向輥(2)上作連續回轉運動的過濾帶(1)；還設置至少一組用來驅動過濾帶(1)作回轉運動的傳送網帶(3)，傳送網帶(3)環繞在兩端的輥筒(4)上，兩輥筒(4)之間有防兜輥桿(5)；(2)分離器由主桿(6)、橫桿(7)和梳齒(8)構成，主桿(7)一端同泵(12)連接，另一端固定橫桿(7)，橫桿(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，其特征在于水平設置上下兩組用來驅動過濾帶(1)作回轉運動的傳送網帶(3)，其中一組位于過濾室內。
5.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于分離器的主桿(6)、橫桿(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所述的水凈化處理過程中生成的污泥的處置方法，包括中和、沉淀和分離，其特征在于所述的中和就是向污泥中加入無機酸溶液或/和鋁酸鈣，當污泥水pH3～5時，沉淀、分離。
7.根據權利要求6所述的污泥處置方法，其特征在于所述的無機酸溶液為鹽酸溶液。
8.根據權利要求6或7所述的污泥處置方法，其特征在于在中和的同時加熱至沸。
全文摘要
一種水凈化處理方法，是原水加入混凝劑處理后直接流入過濾室內完成篩除、沉淀和接觸凝聚的凈化過程，同時實現清水和污泥的分離。過濾室內設置有連續回轉運動的長絨過濾帶(1)和驅動過濾帶(1)作回轉運動的傳送網帶(3)，過濾室外的分離器用來沖洗污泥。污泥用無機酸溶液處置調pH3.5～4.5后分離，濾液回收混凝劑，濾渣即是安全污泥，可用作建筑材料、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, 王玨鑫 申請人:王枝寶