專利名稱：穩定液態污泥的方法和設備的制作方法
本申請是申請日為1996年5月3日、申請號為96195330.6的專利申請的分案申請。
背景技術：
在處理下水道污泥或任一生物污泥時，希望把這些污泥重新用于土壤改良或施肥。污泥含有許多對植物生長有益的營養素。在對土地施肥之前必須殺滅病原生物使污泥穩定。在未經適當穩定的情況下，通過直接或間接地與污泥接觸，可能發生例如肝炎、胃腸炎、鉤蟲等疾病。
與這些污泥有關的主要病原體是細菌、病毒、原生動物和蠕蟲。加入石灰或堿性材料提高pH對殺滅細菌、病毒和原生動物是有效的。然而蠕蟲卵的抵抗力較強，要殺滅蠕蟲卵需要另外處理。加熱污泥對殺滅蠕蟲卵是有效的。
把高pH和加熱結合起來，一直是一種眾所周知的能有效地將所有病原體降低到安全水平的方法。這種處理方式在過去已被用于處理脫水到至少含10％干固體的污泥。本發明提供一種使干固體含量低于10％的液態污泥穩定的裝置。在處理污水時，通過重力沉降將固體與液流分開。污泥的固體濃度一般為0.2％-3％。許多處理方法隨后向污泥中加入聚合物或其它絮凝劑，并使污泥脫水，濃集到含高達10％-60％的干固體，這取決于污泥的種類和脫水設備的類型。美國專利5,013,458講授一種穩定脫水污泥的方法，本文引入其全部公開的內容作為參考。
脫水過程需要大量的設備投資和昂貴的化學試劑、人力以及運行時間。廢水流較小的小社區產生的污泥量一般不多，脫水是不合算的。
這些較小的設施一般都沒有獲得殺滅較高病原體的低成本過程的方法。在本發明之前，這些較小的設備通常依靠消化或簡單地加入石灰使污泥穩定。這些現有的方法一般不能殺滅較高的病原體。
發明概述本發明涉及一種穩定液態污泥的方法和設備，使處理的最終產物可通過自流散布。該方法優選的實施方案包含向一個基本上密閉的反應容器加入固體含量高于0％但又低于10％的污泥和一種堿性添加劑的步驟，以使該污泥在環境溫度和壓力下是一種液體。加入足夠量的添加劑將污泥混合物的pH調到高于約12。這個優選的方法還包含將污泥和添加劑混合成污泥混合物，將高于約12的pH保持一段預定的時間，并對反應容器內的污泥混合物進行補充加熱，將其加熱提高到所需的溫度，保持一段預定的時間。該方法還包括保持污泥混合物成為一種自由流動的液體，即至少90％為液體，然后以充分的液體狀態，最終從反應容器中排出污泥和添加劑的混合物，使其接著能通過自流輸送。
說明本發明的設備和方法產生一種最終產物，它能避免用以前的設備和方法所產生的許多問題。本發明產生一種非常穩定的液態產物，以致處理的最終產物可通過自流散布，而且可為灌溉供水并可用槽車散布。此外，本發明產生一種自由流動的最終產物，這種產物很容易在均勻和可控的基礎上散布，并可用密封的容器輸送，以避免在運輸過程中放出臭味。
本發明在環境溫度和壓力下處理液態污泥。物料的輸送和混合是基于其象液體一樣的流動。由于污泥是一種液體，縮短了完全巴氏滅菌所需的時間。在液體內，熱傳導快而且均勻。由于顆粒粒度較小，因此受熱一致，透過顆粒中心需時較短。由于這些原因，污泥的溫度可以降低，保持的時間也可以縮短。
在本發明中，物料是一種液體，能借重力流動，因此為了排出通過該過程的物料不需要混合。對于液體物料，很容易達到顆粒之間的表面接觸。混合可能只包括在過程開始時的瞬時混合。
并且，在本發明中，提高污泥溫度所需的大部分熱量優選從補充熱源獲得。因此，本發明可以利用任一種苛性化合物，例如氧化鈣(CaO)(與水混合時產生大量的熱)，或氫氧化鈣(CaOH2)(與水混合時不產生大量的熱)作為堿的來源，因為本發明不需要從堿得到其熱量。可以使用的其它苛性化合物包括碳酸鈣、蘇打灰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
本發明提供一種處理污泥的方法和設備。該方法包括向優選基本上密閉的反應容器加入基本上呈液體狀態的污泥和一種堿性添加劑，混合污泥和添加劑以確保所述的pH值高于約12，將該pH值保持一段預定的時間，對反應容器中的污泥混合物進行補充加熱，使其溫度提高到所需的溫度，保持一段預定的時間，保持污泥混合物成為一種流動的液體狀態，并優選以自流方式從反應容器中排出污泥和添加劑的混合物。該設備提供實現上述方法的裝置。
本發明一般是涉及穩定液態污泥的方法和設備。
因此，本發明總的目的是為穩定液態污泥提供一種改進的新方法和設備。
本發明的另一個目的是為穩定液態污泥提供一種改進的新方法和設備，以使聯邦的法規被遵守。
本發明的另一個目的是為穩定液態污泥提供一種改進的新方法和設備，其中包含使污泥在所需的提高的溫度下保持一段預定的時間殺滅病原體的方法和裝置。
根據以下所述及附圖，本發明的其它目的和優點將是顯而易見的。
附圖簡述


圖1是根據本發明優選的實施方案的液態污泥穩定設備/裝置的示意圖。
圖2是在
圖1的設備中所采用的反應容器的投影圖。
圖3是在
圖1的設備中優選采用的一類反應容器的側橫截面圖，圖中表示出任選的剪切裝置。
圖4是反應容器的另一個實施方案簡化的局部剖視投影圖，該容器用于連續過程中所使用的
圖1的設備。
優選實施方案的說明在優選的實施方案中，將固體含量高于0％但又低于10％的液態污泥和堿性材料置于反應容器中。將這些物料混合并加熱。為了將pH提高到12.0或更高，加入足夠的堿性材料。加熱反應容器中的混合物使溫度提高到預定的溫度。雖然采用較高的溫度保持較短的時間也可以滿足需要，但為了符合聯幫的有關法規。該溫度應至少為50℃，保持至少約12.0h。混合物在該溫度下保持一段預定的時間，多半是6h，足以使病原體降低到安全水平。在40C.F.R.503部分中由環境保護局制定的任一準則都是適用的。
在優選的實施方案中，污泥和堿性材料在常壓下的混合導致水合反應
在反應中使用的化學計算量為以及釋放27,500英國熱量單位每磅摩爾。
堿性材料可以是許多苛性化合物中的任一種，其中包括石灰(本文定義為基本上是純的氧化鈣)或包括或含有氧化鈣或碳酸鈣的其它物質，例如生石灰、鎂石灰、或石灰窯粉塵或水泥窯粉塵。因此，添加劑選自氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣、蘇打灰、氫氧化鈉和氫氧化鉀。可根據市場供應和所要求的pH值選擇，因為其中的某些材料不能有效地將pH提高到所要求的預定值。例如，如果所要求的預定pH值是12，鎂石灰就不能很快地將混合物的pH提高到該值。
在優選的實施方案中，采用吹入足夠速度的空氣進行混合，以防在巴氏滅菌步驟中發生固體沉降。然而，可以利用本領域中任一種已知的混合裝置進行混合。空氣還有助于分離或排除由于高pH值而釋放的氨氣。氨氣隨后可通過氨洗滌器排入大氣或者進行內循環。該容器含有加熱元件，用來提高槽內所裝物料的溫度。
現在來詳細地參看附圖，其中各視圖中相同的編號表示相同的構件，
圖1示出根據本發明優選的實施方案用于液態污泥穩定過程10的設備示意圖。例舉說明的設備通常包括反應容器20、空氣源25(見圖2)和任選的預熱室60以及與其連續的管道、泵和閥門。
如在
圖1和2中所看到的，反應容器20包含一個中空的容器22，用于容納堿性污泥混合物。反應容器20包含一個被保溫層26包圍著的內殼24。保溫層26可再用夾套28覆蓋，以防保溫層26損壞。入口21在反應容器20的頂部，用于加入污泥和堿性材料。在本發明的非預熱方式中，可分別通過在
圖1中形象表示的管道27和29將污泥和堿性材料加入設備10。污泥與堿性材料所需的比例由控制裝置來保證，在
圖1的實施方案中，該控制裝置用計量閥23表示。
在優選的實施方案中，本發明穩定污泥是按間歇方法進行的。把污泥和堿性材料加入基本上是中空的反應容器20。然后將其混合并加熱到所需的溫度，保溫到所需的時間。可用混合裝置，例如下述的集氣管30進行混合，只要在穩定過程的開始達到充分的混合，既可以只在循環的某一階段，例如開始，也可以在整個循環始終使用集氣管。然后優選通過在其下端示出的管道37自流從反應容器中排出穩定的堿性污泥混合物，然后可將一批新物料加入反應容器20。從反應容器20排出的穩定的堿性污泥混合物可以根據需要儲存和/或用于土地施用。
如在
圖1的橫截面上所看到的，在優選的實施方案中，一個普通的篩式集氣管30，例如噴霧器型，帶有一些開孔或孔眼32，在反應容器20內側延伸達到反應容器的長度。在用污泥和堿裝填反應容器20達到在集氣管30水平面之上的液面34之后，使空氣通過集氣管30并從孔眼32流出，在液體內形成氣泡。氣泡使液體上漲至集氣管30之上很多。控制氣泡引起的運動，以提供適宜的混合和攪拌。
可為集氣管30裝配一個或多個可調的支座33，使集氣管30的高度最佳化，以便充分混合不同高度的堿性污泥混合物以及固體含量不同的污泥。集氣管30這樣設計和定位，使得由它引起
圖1中用箭頭A的指向所模擬的滾動作用，保持均勻的溫度和pH。
在優選的實施方案中，把加熱元件40安裝到(在內側或外側)反應容器20的壁上或埋入其壁內，使反應容器20內的污泥34傳導加熱，達到所需要的溫度。調節加熱元件40的溫度，以便加熱并隨后保持反應容器20內物料的溫度。
可任選地裝設一個或多個排氣孔42。可以按幾種方式排氣，也可以用排風扇(未示出)或其它裝置排氣，使該容器在部分真空或在比環境較低的壓力下運行，以便排出氣體，例如液體中的有機化合物或其它化合物。空氣可直接排入大氣，或任選地在通過滌氣器(未示出)后排入大氣，滌氣器是用來除去任何令人討厭的臭味，例如氨氣。也可任選地使排出的空氣返回到空氣源25，并經過圖2中形象表示的返回管道18通過集氣管30再循環。在每一種情況下，都設計反應容器20和空氣源25在大氣壓下或在高于大氣壓力下運行。增加空氣壓力，在高于環境壓力下運行，會抑制反應容器20內氣泡或浮渣的生成。
此外，為了控制加熱和病原的破壞過程，使用一個或多個溫度探頭43測量污泥混合物的溫度。反應容器20的底座15可安裝熱膨脹裝置17，以減輕熱膨脹產生的應力。最后，在反應容器20上可裝一個視窗19，大約位于所要求的該容器的液面高度上，以檢查該容器正常的裝料量，以及用肉眼觀察，以確保混合的正常進行。
此外，
圖1示出一項可構成優選實施方案的任選的改進。如
圖1所示，可先將污泥和堿性材料通過管道27和29加入預熱室60，而不是通過管道27和29把污泥和石灰直接加進反應容器20，這取決于閥門23的設定。預熱室60提供一個與加熱過的巴氏滅菌后的混合物換熱的裝置，這些加熱過的混合物在離開容器20以后，已經在反應容器20內完成了穩定過程。
如在
圖1中所看到的，預熱室60裝有一個內室62，優選內室能裝入堿性污泥混合物的量與將在反應容器20中處理的大致相同。為使固體容易凝聚采取通過注口68加入其它化學試劑，例如鐵鹽和氧的措施。如果需要，在固體凝聚和沉降之后，可通過傾析管道63，利用傾泵65把清液從內室62傾析出去，以增加待加熱污泥的固體濃度并減少其體積。
如在
圖1中所看到的，外室64基本上包圍著內室62，從而提供一個把熱量從通過管線37從反應容器20排出的加熱過的穩定的污泥中傳遞到加入內室62的未穩定的污泥中的裝置。通過這種熱交換過程提高進來的污泥的溫度，使提高污泥的溫度需要較少的能量。此外，熱交換過程還會有助于從反應容器20排出的穩定的污泥在儲存或土地施用前的冷卻。而且如果需要，內室62還可安裝一個裝污泥的貯槽，以便可以進行第二次pH測定。
內室62的污泥混合物在加熱之后既可用泵66輸送，也可通過自流(未示出)經過管道31將污泥混合物加入反應容器20中。然后利用加熱元件40對反應容器29進行補充加熱，使混合物的溫度達到預定的溫度。在該溫度下保持一段所需的時間。此后，污泥混合物從反應容器20流到預熱室60的外室64，預熱內室62中-室新的污泥混合物。
本發明是基于保持污泥成為一種液體狀態。使其具有和液體一樣的性能并象液體一樣地流動。當污泥的固體含量達到超過3％并增加到10％以上時，污泥就變得比較粘稠且不那么容易流動。當污泥的固體含量達到10％以上時，在不以某種方式強制的情況下，輸送污泥可能存在一些問題。例如，較稠的污泥(10％或更高)就不容易從槽車上自流下來，在從槽車上卸污泥時時常發生困難。這種粘稠的污泥采用農業社區廣泛使用的常規液體肥料散布器也不能很好地噴灑。
如圖3所示，本發明可任選地配備剪切型混合器，例如利用混合器葉片71、螺旋形葉片(未示出)等。增加的剪切步驟會引起污泥粘度的變化，使其更容易流動。剪切會使這種方法能夠處理較稠的污泥并減少穩定污泥固體所需的能量。例如，在沒有剪切的情況下，每天穩定1,000磅濃度為1％的污泥固體，大約需要111KW的加熱系統。然而，如果利用剪切作用混合污泥，在5％的濃度下，用1個僅20KW的加熱系統就能穩定這1,000磅相同的污泥。但是，為了采用常規設備處理5％的漿體，除了在混合操作中在反應容器20中出現的剪切作用之外，可能還需要外加的剪切作用。這一剪切步驟可在穩定步驟之前、中間或之后進行。
在另一個可替代的實施方案中，本發明在容器20中的混合過程可連續地進行。如在圖4局部剖視圖中所看到的，這另一實施方案的反應容器20′包含被一系列高度逐漸降低的豎直隔板69、69′、69″、69隔開的一系列隔室，例如圖4所示的5個隔室71-75。這些隔室構成確保污泥中的每一個顆粒在反應容器20′內保留一段所需時間的裝置。在這一實施方案中，連續計量通過在反應容器20′一端的入口21′進入第一隔室71的污泥。在相同的計量流量下，污泥在裝滿全部5個隔室71-75之后，從第一室71流到第二室72，如此繼續下去，直至流到最后一個隔室75，然后最終從容器20′相反的一端在隔室75的下面(未示出)排出。連續地進行混合，以致沒有任何顆粒能一直穿過整個反應容器20′。
污泥-添加劑的連續混合和加熱，還可在環境壓力或提高的壓力下，在有或沒有氣泡或造成各種形式混合器的其它擾動下通過由一個或多個連接的、筆直的或彎曲的管子構成的鍋爐管式熱交換器的情況下，通過該熱交換器輸送污泥添加劑來進行。
類似地，利用鍋爐管式熱交換器代替附圖所示的室64也可以進行污泥添加劑混合物的預熱。
根據刑法環境保護局法規要求市政當局證明，被處理過的污泥符合所有的規定。本發明優選采用的污泥處理方法符合在40 C.F.R.503部分中所要求的證明。
本方法和設備通過把加熱和石灰穩定結合起來，提供一種產生A級最終產物的液態“A”法。為了達到環境保護局規定的巴氏滅菌法溫度該法通常需要達到6h。按照40C.F.R.503部分的細則，將污泥保持一段預定的時間。此后堿性污泥混合物即成為一種不需進一步處理的A級生物固體(biosolid)。
以上的敘述和附圖只是為了舉例說明，不是用來、也不應該將其看作是對本發明的限制。
此外，本領域的技術人員在閱讀本說明書以后，可能會設想某些改進或替代方案。正如在所附的權利要求中規定的，所有這些改進或替代方案部已確定包括在本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種處理污泥的方法，其處理的最終產物可通過自流散布，該方法包括(a)向一個基本上密閉的反應容器加入固體含量高于0％但又低于10％的污泥，以使該污泥在環境溫度和壓力下是一種液體，還為其提供環境溫度和壓力以及加入一種添加劑，所述的添加劑是一種苛性化合物，選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、蘇打灰、氫氧化鈉和氫氧化鉀，加入足夠量的上述添加劑，將污泥混合物的pH值調到高于約12；(b)利用從反應容器中排出的其溫度較環境溫度高的新穩定的污泥混合物的熱量作預熱室的熱源，在預熱室中預熱至少一部分污泥和添加劑；(c)將污泥和添加劑混合成污泥混合物，以確保所述的pH值高于約12；(d)將高于約12的pH值保持一段預定的時間；(e)保持污泥混合物成為一種自由流動的液體，使其含至少90％液體；和(f)從反應容器中排出呈充分液體狀態的污泥和添加劑混合物，使其接著可通過自流輸送。
2.權利要求1的方法，該方法包括通過將熱傳遞到反應容器壁隨后把熱傳導到該容器內部，對反應容器中污泥混合物補充加熱的步驟，以便將混合物加熱提高到所需的溫度，在該溫度下保持一段預定的時間。
3.權利要求1的方法，該方法包括將鐵鹽和氧與添加劑結合起來預濃集污泥的步驟。
4.權利要求1的方法，其中保持污泥混合物成為一種基本上流動的液體狀態的步驟包括用一種剪切裝置剪切混合物，以改變污泥混合物的粘度，使其更容易流動。
5.權利要求1的方法，其中各個步驟在間歇的基礎上進行。
6.權利要求1的方法，其中各個步驟在連續的基礎上進行。
7.權利要求1的方法，該方法包括相對環境壓力控制反應器中壓力的步驟，以便于控制反應。
8.一種處理污泥的設備，其處理的最產物可通過自流散布，該設備包括(a)向一個基本上密閉的反應容器加入固體含量高于0％但又低于10％的污泥的裝置，以使該污泥在環境溫度和壓力下是一種液體，該裝置還包括向該反應容器加入一種添加劑的裝置，所述的添加劑是一種苛性化合物，其中包括氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、蘇打灰、氫氧化鈉和氫氧化鉀，加入足夠量的上述添加劑將污泥混合物的pH值調到高于約12；(b)在預熱室中預熱至少一部分污泥和添加劑的裝置，利用從反應容器中排出的其溫度較環境溫度高的新穩定的污泥混合物的熱量作為預熱室的熱源；(c)將污泥和添加劑混合成污泥混合物的裝置，以確保上述的pH值高于約12；(d)保持污泥混合物成為一種自由流動的液體的裝置，使其含至少90％的液體；和(e)從反應容器中排出呈充分液體狀態的污泥和添加劑混合物的裝置，使其隨后可通過自流輸送。
9.權利要求8的設備，該設備包括通過將熱傳遞到反應容器壁，隨后把熱傳導到該容器內部對反應容器中的污泥混合物補充加熱的裝置，以便將混合物加熱提高到所需的溫度，保持一段預定的時間。
10.權利要求8的設備，該設備包括將鐵鹽和氧與添加劑結合起來預濃集污泥的裝置。
11.權利要求8的設備，其中保持污泥混合物成為一種基本上流動的液體狀態的裝置包括剪切裝置，以改變污泥混合物的粘度，使其更容易流動。
12.權利要求8的設備，其中所有的裝置都有在間歇基礎上運行的能力。
13.權利要求8的設備，其中所有的裝置都有在連續基礎上運行的能力。
全文摘要
本發明提供一種處理污泥的方法和設備(10)。該方法包括向一個優選為基本上密閉的反應容器(20)加入一種基本上是液體狀態的污泥(34)和一種堿性添加劑(29),混合污泥和添加劑,確保所述的pH值高于約12,將該pH值保持一段預定的時間,任選地通過加熱元件(40)對反應容器中的污泥混合物(34)進行補充加熱,使其溫度提高到預定的溫度,保持一段預定的時間,使污泥混合物(34)保持在一種基本上流動的狀態,并將基本上呈液體狀態的污泥和添加劑混合物(34)從反應容器(20)中排出,使其適合于通過自流輸送。
文檔編號C05F7/00GK1362380SQ0112504
公開日2002年8月7日 申請日期2001年7月28日 優先權日1995年5月18日
發明者R·W·克里斯蒂, P·C·克里斯蒂 申請人:Rdp公司