[00117204]市政污泥超高压压滤电渗透耦合脱水及低温干化技术研究

1、课题来源与背景 本成果来源于浙江省科技计划公益技术应用研究项目。省委省政府作出了“五水共治”的重大战略部署,并将其作为推进浙江新一轮改革和发展的重要之举、关键之策。其中“治污水”排在“五水共治”之首,足见“治污水”的重要性。随着我国城镇污水处理设施建设规模的不断扩大,污水处理过程中产生的污泥量急剧增加。截止到2015年底,我国污泥（含水率以80％计）年产量已超过4000万吨,预计2020年将达到6000万吨。很显然,污泥高含水率是制约着污泥处理处置的瓶颈,含水率高的污泥不仅体积庞大,而且所含的大量有机质、重金属和有害微生物也容易腐化或释放到环境中,引起二次污染,对于污泥后续的填埋、焚烧、资源化利用等都造成不利的影响。因此,污泥深度脱水减量化是污泥处理首要目的,是实现污泥“四化”的基础,污泥越干,后续处理处置越有利。 2、研究目的与意义 市政污泥的处理难点是降低含水量,这是所有后续处理处置的基本前提条件之一。本成果针对当前污泥深度脱水技术（热干化、化学调理+高压压榨方法等）和电渗透脱水存在的问题,研究一种超高压压滤电渗透耦合脱水及低温干化技术,通过超高压压滤耦合电渗透共同作用实现高干度脱水,然后再进一步采用低温干化技术再一次脱水,可以解决当前电渗透脱水后含水率难以进一步降低、脱水效果差、能耗偏大等问题,而且处理污泥的成本可以降低20%,具有广阔的市场前景,能为企业带来丰厚的经济效益。本项目对于形成污泥电渗透高干度脱水技术具有重要的科学意义,也为污泥电渗透高干度脱水进入实际生产应用提供科学依据。所以,研究污泥的高干度脱水技术,实现污泥深度“减量化”,对于污泥后续的处理处置具有重要的实际意义和经济价值。同时,本成果所研发的技术可用于电镀、冶金、制革、印染、造纸等污泥的高干度脱水,是一种解决污泥含水率高的共性技术,对于污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化处理处置具有重要意义。 3、主要论点与论据 本成果采用电渗透超高压压榨压力（3-8MPa）压榨污泥,污泥含水率可低至30%,污泥量降低50%以上,污泥后续处理成本降低30%以上。 低温干化设备将采用闭环低温干化系统对污泥进行干化,该干化系统采用热泵加热及冷却除湿原理,对系统结构优化设计,建立各参数与能耗之间的关系,使得出口端污泥在满足含水率的条件下,得出能耗最低下的各优化参数,能耗低,干化脱水能耗低于2.5kg/kwh。本成果所开发的一套超高压压滤电渗透耦合脱水设备及低温干化设备,该套装置可大幅降低污泥含水率,可满足技术指标要求。 4、创见与创新 本成果基于水分回流思想,创造性的提出一种“交变式”多单元脱水模式,该模式为中低压机械压滤脱水→电渗透机械压滤耦合脱水→单一超高压机械压滤脱水→电渗透机械压滤耦合脱水。通过超高压机械方式强化水分的回流,由电渗透脱水的单向流动变成双向流动,解决阳极板污泥干化问题。 为了提高污泥脱水效果,增大水分排出的驱动力,在阴极板处采用真空过滤,通过真空吸力+电场力双重作用力,提高水分驱动力,增强脱水效果。 5、社会效益,存在的问题 本成果研发的超高压压滤电渗透耦合脱水及低温干化技术适用于城镇生活污水厂,此技术也适合全国各地区的重点行业污水厂,以及电镀、冶金、制革、印染、造纸等重点行业的污水厂污泥处理。市政污泥的污泥深度脱水干化技术按照每天2吨绝干污泥处理能力设计,项目需要投资100万元左右,而后续处理的污泥量由开始的5吨降至2.5吨,能耗也能大幅降低,处理费用每天至少可以节省500-1000元,再加上节省的运输、储存等费用,2-3年就可以收回投资成本。项目成果实施后,将有效解决以往市政污泥脱水设备减量化程度低、后续处置成本高的问题。 存在的问题：（1）由于时间、经费有限,超高压压滤电渗透耦合脱水设备的样机为一个较小型的设备,但低温干化设备较大,可以日均处理污泥500kg以上。把超高压压滤电渗透耦合脱水及低温干化脱水集成到一个设备上,还需进一步研究。 （2）所设计的恒电压梯度控制系统缺乏计量检测验证,所能做到的精度以及响应时间未进行理论计算,后续有待优化和完善,增加系统的稳定性。 （3）响应面法的参数选择基于前期的实验研究和文献的阅读,缺乏一个完善的理论,对每个因素范围的选择还可以深入研究,对不同因素的不同变化范围继续进行响应面研究,完善可靠的电渗透脱水模型有待建立。 6、历年获奖情况 无 7.成果简介 本成果获得拥有自主知识产权的超高压压滤电渗透耦合脱水及低温干化技术,电渗透机械压滤耦合脱水系统设计及多参数优化,恒电压梯度电渗透脱水装置结构及方法创新设计,对高压压滤下的电渗透脱水机理进行了研究探索。开发了一套用于市政污泥的超高压压滤电渗透耦合脱水及闭环低温污泥干化成套装置,该装置可大幅降低污泥含水率。