处理污水污泥的方法和装置 【发明领域】
本发明通常涉及一种在处置之前处理废物的方法。此外，本发明还涉及一种在处置之前处理废物的装置。
【发明背景】
近几年，处理污水污泥的需求在不断增加。未处理的污泥无论是固态的还是液态的都含有许多对人体和环境有害的有毒物质。包括固体颗粒、有机物和无机化合物以及病菌。
对污泥处理的需求还在不断增加，尤其是城市污水污泥，对污泥进行彻底处理可使污泥得到重新利用，例如将污泥施用在农作物和观赏作物生长的土地上。尽管污水污泥中含有植物营养成分，但它还含有细菌、病毒、原生动物、寄生虫和其它可能致病的微生物。在致力于使稳定的污泥更适合市场需要的过程中，试图对污泥进行一些处理，生产出颗粒状的、具有类似土壤结构的可分散产物。
处理这种污泥的一种方法是，将碱性物质和污泥搀和在一起，用这种方式使碱性物质与污泥相混合，将含水污泥转变成可接受地最终产品。尽管使用这种方法无需污泥有足够高的温度，但生成物仅仅是部分稳定的。不能消灭高级病菌组织。用这种方式稳定处理后的污泥适合于土地应用，但是如果要应用在公用用地、收获和放牧方面，还要符合特殊的规定。
废物处理的另一种方法是将其加热到高温状态，保持一段时间，以杀死病菌。如通常所知道的巴氏灭菌法，该方法能够在一定程度抑制病菌，抑制程度取决于废物经受处理时的温度和处理时间。无论采用巴氏灭菌法，还是采用添加碱性物质的混合法，巴氏灭菌温度只能杀死病菌组织，而添加碱性物质则可以防止这些组织再生长。结果处理后的废物作为最终产物可以贮存很长时间。如果这种处理方式满意的话，根据现行联邦管理条例，可以将污泥施用到土地中，而无需特殊的场地要求，这样污泥就很有销路，可作为肥料分别买掉。
为了确保完全杀死病菌，需将加热后的污泥在高温下保持一段时间。美国环境保护局制定了这些污泥被保持的时间标准。由于这些污泥可免除土地使用的许多限制，美国环境保护局规定：
被处理的污水污泥的每个颗粒都有时间和温度要求。对分批处理、管道中的湍流流动，或甚至监测管道中流动，容易确定在希望温度下的时间。USEPA/625/R-92/013，1992年12月(补充强调的)。
美国环境保护局认为：在处理流过管道的粘稠的液态污泥，如干固体含量为1-5％时，或在分批处理时，容易实现精确地测量时间-温度。对已经脱水到固体含量大约为10-60％的、性能不象液体更象固体的污泥来说，在确保合适的污泥处理时间时，会有一些困难。
由于污水污泥的固有性质，输送和混合污水污泥都是很困难的。这些性质中有污泥的搅溶性，污泥特性随废水处理过程所用方法或工艺的不同而变化，不同职能地区产生的污泥类型也不同，污泥中固体含量的变化，在加入碱性物质时，使污泥稳定化的碱性物质的比例和性质会有变化。
更具体地说，生物污泥，尤其是污水污泥具有搅溶性。当进行搅拌时，这些污泥趋于液态。为了使污泥与碱性物质相混合，要通过搅拌给污泥提供机械能。为了穿过消毒室移动或运输该混合物，或者从一个地方转移到另一个地方，需要进一步进行搅拌以增加机械能。在进一步企图使污泥颗粒化或粉碎污泥时，搅拌能够机械地增加能量。当对污泥进行这种搅拌时，它会变成液态。处理这种水状物质非常困难，农业使用的希望也很小。
在过去，防止污泥成为水状物质的基本方法是使用大量的碱性物质。本发明提供了一种高效使用碱性物质的方法。以前的方法都是将污泥与大量的碱性物质搀和在一起，然后将该混合物排入一个地面上的桩基建筑物。由于两种基本原因，这些方法需要使用大量的碱性物质。首先，需要有大量的碱性物质维持粒状的粘稠性。其次，需要有大量的碱性物质将污泥加热到足够的温度，以便超过在将混合物倾倒到桩基建筑物时，损失的巨大热量。
发明概述
本发明涉及一种处理污泥、减少病菌的方法和装置，并提供一种能贮存很长时间的有用的最终产品，并能够重新利用污泥，如将污泥施用到农作物生长的田地里。该方法包括预热污泥，将污泥与一种和进料污泥成比例的碱添加剂相混合，使混合物的pH值升高到预定的值，最后，将加热后的污泥维持足够长的时间，以抑制病菌并降低媒介物吸引性(鼠、老鼠和苍蝇)。
除了在处理过程中加热以外，无需提供很大的附加能量便可实现上述方法，使有搅溶性的混合物不会变成水状。
更具体地说，在该处理过程中，保持碱性物质与污泥的反应热，并添加部分辅助热量，使得污泥的温度至少保持在70℃至少30分钟，以抑制病菌。任选地，用隔热层和钢保护罩将消毒室封闭起来。特别设计的隔热层可防止消毒室中的混合物冷却。
将辅助加热与隔热结合使用能够保证整个混合物都保持适当的温度，包括最外侧边缘上的混合物；无需另外再添加碱性物质就可克服热量损失，使巴氏消毒室中的温度不会显著地降低。
另外，可在巴氏消毒室中安装多个温度传感器。这些传感器用于指示在消毒过程中，混合物的温度始终维持在适当温度。
已经尝试过其它方法，如使一个运载床隔热，并使混合物在该隔热的运载床容器内停留一段时间。尽管这种方法有时能提供精确的接触时间和温度参数，但这种方法不能连续进行处理，并且不适合大规模运行。
本发明是在美国专利第5,013,458基础上进行的改进，本文引述它所有公开的内容作为参考。
本发明通常涉及一种在处置之前处理污水污泥的方法和装置。
因此，本发明的一个目的是提供一种新改进的处理污水污泥的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种以连续方式处理大量污泥的新改进的处理污水污泥的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种新改进的处理污水污泥的方法和装置，该方法和装置以连续方式，通过将污泥在所希望的高温下保持一段需要的时间，用巴氏消毒室杀死病菌，处理大量污泥。
本发明的另一个目的是提供一种新改进的处理污水污泥的方法和装置，该方法和装置在消毒过程中除了辅助加热以外，无需投入附加能量，就可使有搅溶性的混合物不变成水状，从而以连续方式，通过将污泥在所希望的高温下保持一段需要的时间，采用巴氏消毒室杀死病菌，处理大量污泥。
通过下面结合附图的详细描述，本发明的其它目的和优点将会变得更清楚。
附图简述
图1是本发明污水污泥处理方法和装置的透视图。
图2是本发明巴氏消毒室部分剖开的侧视图。
优选实施方案描述
下面参照附图进行详细描述，其中在这些附图中，相同的标号表示相同的部件，图1表示的是一个本发明处理污水污泥的巴氏消毒装置的最佳实施例。如图所示，该装置通常包括一个从污泥贮存池和进泥斗22连续输送污泥的输送部件20，一个带有分送部件32的石灰贮存仓30，一个将从石灰贮存仓送出的石灰与污泥混合在一起的输送混合部件40，以及一个巴氏消毒室50(见图2)。
如图1所示，在运行过程中，借助于地面搬运设备如：漏斗式装车机或类似设备，将污泥从污泥贮存点运送到污泥斗22中。再借助于螺旋运输机24或类似部件，最好连续地将污泥从污泥斗22输送到基本上关闭着的进口41中，狭长的运输混合机40在相对的两端各有一个进口41和一个出口43。已有技术中的任何一种运输机都可以用来将污泥输送到运输混合机40的进口，如运输带或螺旋运输机。借助于一对通常设置的螺旋混合器42，使污泥从运输混合机40的进口41移向它的出口43。优选地使运输混合机40与水平线的夹角小于45度。
在运输混合机40中还另外设置有电加热元件(未示出)或其它类型的加热元件，如果需要可以预热被处理的污泥。这种预热可能会使污泥与石灰发生反应，由于需要利用水合反应放出的少量热量达到所希望的温度，所以允许这种反应发生，以得到更高的效率。此外，利用这种附加热量可得到“滚雪球”式反应。例如，温度增加10℃能够使反应速度增加一倍。反应速度的成倍增加提供了越来越多的热量，因此温度本身又会进一步升高，结果，又进一步提高了反应速度。有时这种“滚雪球”效应也称作“雪崩”效应。
在运输混合机40的进口41与出口43之间的一点处，设有一个向运输混合机40添加碱性物质的添加口46。可以添加一种或多种碱，如石灰或其它碱性物质，借助于输送部件32，以希望的计量速度从石灰贮存仓30向运输混合机40的碱添加口46输送碱。这里，输送部件可以包括已有技术中的任何一种输送部件，如传送带或螺旋运输机。
在运输混合机40中，对污泥与碱添加剂的混合物进行充分混合，使污泥的pH值开始升高，在本实施例中，pH值至少为大约12，在等于或大于所希望的pH值的状况下，对污泥进行稳定处理。污泥与碱添加剂的混合物连续穿过运输混合机40，在运输过程中被进一步混合，最终到达并穿过运输混合机的出口43。
在室温条件下，污泥与碱添加剂的混合物会发生水合反应：
采用化学计量的数量，反应为：
以及每磅摩尔释放27,500 BTU的热量。
尽管在本实施例中优选选用石灰(这里选用基本上纯的氢氧化钙)，但其它由氧化钙或碳酸钙组成的或含有氧化钙或碳酸钙的物质也可以使用，如生石灰、镁石灰或石灰窑粉尘或水泥窑粉尘。因此，添加剂可选自由氧化钙和碳酸钙组成的一组物质。由于其中的一些物质不能有效地将pH值升高到所希望的预定值，所以可根据适用性和希望的pH值选择碱添加剂。例如，如果希望预定的pH值是12，镁石灰就不能将混合物的pH值有效地升高到该值。值得一提的是，污泥的多相特性以及所用石灰的不同，例如纯度，会使化学当量有一些变化，从而导致反应发生变化。
在污泥与碱添加剂的混合物穿过运输混合机40的出口43之后，进入巴氏消毒室50的入口52。巴氏消毒室50包括一个带有连续移动的底部53、基本上全封闭的容器51。见图1和图2。污泥和碱添加剂的混合物穿过入口52进入该容器，并通过重力装填在连续移动的、上表面带有运输带57的底部床层53上。由发动机62或其它设备驱动移动的底部53，通过一组梯式减速机构，如一组齿轮与发动机相连，以便提供所需要的停留时间。通过移动的底部53将这些物质以一定的速度输送到排放口54，使穿过巴氏消毒室的污泥的每个颗粒都在该室50中滞留所希望的停留时间。优选地，在靠近排放口54的地方安装一个刮板55，以除去附着在移动床上的污泥。该巴氏消毒室可装有多个温度传感器56，以便在污泥穿过该消毒室50的运输过程中，提供周期性的或连续的污泥温度指示，并借助于控制线70有选择地将温度变化反馈给控制器C。该控制器C控制发动机62的速度，由此控制床层42的速度。从而，调整混合物在巴氏消毒室50中的停留时间。
在该优选实施例中，移动床53由一个柔软的、由与发动机62或其它驱动设备相连的转筒58驱动的橡胶带57组成。消毒室的壁59用最小2英寸的隔热材料64来隔热，使散热最小。巴氏消毒室50有一个可基本上封住该消毒室50的盖60，帮助混合物的温度保持均匀。消毒室的各个壁59都装有辅助加热元件66，以便当混合物在消毒室时，防止辐射热损失，通过传感器56给控制器C的反馈，借助于控制线70或其它部件控制供给加热元件66的功率。
在进入巴氏消毒室50之后，除了加热以外，无需供给任何附加能量，只需穿过该巴氏消毒室50运输污泥与碱添加剂的混合物。尤其是，基本不产生搅拌能，就可使通常有搅溶性的混合物不会成为水状。不能将由污泥和碱添加剂在巴氏消毒室50移动底部53和该室50邻近侧壁之间的接触，或污泥进入该消毒室50而引起的、混合物的少量机械作用认为是显著的搅拌。
在该优选实施例中，消毒过程要使污泥保持足够的热量，将污泥的温度维持在至少大约70℃至少30分钟，由此对污泥进行消毒处理。如上所述，最好使消毒室50隔热，保留热量以便有效地进行消毒处理。如果反应没有释放大量热量，要使污泥达到所希望的温度，就要借助于辅助加热元件66增加辅助热量。在某种情况下，也需要增加辅助热量，因为尽管在水合反应过程中会释放大量的热量，但是消毒室中的多余水会吸收热量。有可能渗出或释放出一些多余水，但是剩下的水仍然会不希望地吸收热量。将辅助加热与隔热结合起来能够保证整个混合物的温度维持在适当的温度，包括最外侧边缘的混合物；无需额外的碱添加剂来克服热量损失，由此不使巴氏消毒室5内混合物的温度降低。
在该优选实施例中，消毒过程作为一个正在进行的过程，且运行过程是连续的，污泥连续地进入巴氏消毒室，最先进去的最先出来，这样在经历了所希望的停留时间之后，开始进入消毒室的污泥最先离开消毒室。
应当理解，最佳停留时间大约是30分钟，该停留时间可随需要改变，随使用的按不同速度运行的发动机，或用来加速或减低的不同传动机构改变。
应当理解，本发明的这一优选实施例提供了一种巴氏消毒室，通过在升高的pH值条件下，使污泥的每一颗粒在希望的高温下保持一段必需的时间，从而消灭病菌。
还应当理解，尽管本优选实施例在消毒和石灰稳定过程中只使用了单个消毒室，但是本发明还可以使用多个独立消毒室中的多个步骤，并使污泥和碱添加剂的混合物穿过每个消毒室进行消毒。在某种情况下，只要有适当的加热，或将污泥保持适当的温度，就可以在一个未密封的或部分密封的消毒室中进行消毒。
本发明还可以装备带有手工控制开-关的发动机起动装置。另外，控制系统可以自动运行，包括为控制污泥流速、碱添加剂流速，以及在巴氏消毒室中的停留时间，而控制发动机的速度。此外，还可以使用计算机控制传感器56或用另一种方式(带数据记录)，利用计算机控制加热元件66或其它部件，以便提供符合政府管理条例的生产情况的记录资料。
环境保护局的条例要求市政当局根据惩罚法验证处理后的污泥遵守了所有规定。本发明的污泥处理方法很容易符合所有C.F.R.第40条第503部分所要求的检定项目。
上述描述和附图说明只是为了说明本发明的内容，不应当也不能构成对本发明的限制。
此外，本专业普通技术人员在阅读本说明书的基础上，可以提出某些改进或变换，所有这些改进或变换都应在后附权利要求书所限定的本发明的构思和范围内。