CN102583947A

CN102583947A - 利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法

Info

Publication number: CN102583947A
Application number: CN2012100780201A
Authority: CN
Inventors: 马宏昊; 倪小军; 沈兆武
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: CN102583947B

Abstract

本发明属于污泥处理技术，具体涉及利用爆炸喷射雾化技术对污泥进行处理的方法。所述污泥是被放置于刚性密封容器该密封容器的周壁上至少有一个用于喷射污泥的通孔，该孔口径内小外大，其内口口径为3-10mm；所述密封容器周壁上单位面积上能承受的压力大于炸药爆炸产生的冲击波压力；所使用的炸药重量和污泥重量满足下列公式：q=km。其中，q是炸药使用量，m是污泥处理量，k是炸药单耗系数（1%-8%）。本发明利用炸药爆炸产生的冲击波和高温高压环境达到改性并脱水，在爆炸冲击波作用下，污泥的絮状胶体结构被破坏，其粒径变小，实现了改性；然后在高压作用下，污泥在喷射过程中形成雾化，达到脱水的目的。相比现有技术，大大节省了生产成本。

Description

利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法

技术领域：

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种利用爆炸喷射雾化技术对污泥进行处理的方法。

背景技术：

随着环境保护重视程度的增强，水环境保护越来越得到重视，众多污水处理厂在各主要城市相继建成并投入运行。大量污水处理设施的运行将有效地改善水质环境状况，但伴随污水处理产生的污泥成为新的环境问题。

污泥作为污水处理的副产物，其产量也在迅速增加。我国城市污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约为1.30×10⁶t，年增长率大于10%。目前，污水处理厂全部基建费用中，用于处理污泥的费用约占总费用的20%～50%，甚至达到70%。因此，污泥处理是污水处理系统的重要组成部分，只有恰当地处理污泥，才能保证污水处理厂的正常运行及其处理效果。

污泥处理一直是污水处理厂建设和运行中存在的一大难题。污泥中含有大量重金属，如果处理不当，会造成不可逆的环境污染。污泥处理应遵循减量化、无害化、资源化的原则。减量化即减少污泥最终体积。而污泥的容积取决于污泥的含水率，例如当污泥含水率由99%(W/W)降到97%时，污泥的体积可缩小到原来的1/3。污泥脱水就是去除污泥中大量的水分，降低含水率，从而实现减量化。

污泥的最后处置办法主要有堆肥、填埋、焚烧、资源化利用等。在众多处理方法中，首要问题是解决污泥脱水问题。污泥含水量高，而且污泥脱水存在难度。其主要原因是：污泥表面有亲水性，污泥中微生物的细胞壁不容易破坏，加之高黏性ECP(胞外聚合物)层存在于细胞壁的表面，并表现为负电荷，污泥表面电荷呈现电性相反，使得污泥吸附水具有高表面张力。

现有技术中，污泥处理脱水的方法主要有热处理法、冻融法、超声波法、微波法、化学处理法和生物处理法。以上各种方法对污泥都具有一定程度的脱水作用，但因各自存在的不足而难以实现产业化。如热处理法的缺点是：会产生大量臭气，设备易被腐蚀，需要增加高温高压设备、热交换设备以及气味控制设备等，费用很高。冻融法的不足：污泥脱水量有限，难以适用于活性污泥，冻融法通常作为其他污泥处理方法的辅助方法。超声波法的缺点：能量消耗高。微波法的不足：微波穿透介质的深度有限，用微波处理污泥时要注意污泥量的控制，同时，微波对人体有害，调理时还要注意密封。化学处理法易造成二次污染，生物处理法成本高、产量低。

2010年，北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的杨军与陈大勇在论文《利用爆炸冲击波作用促进污泥改性试验探索》（安全与环境学报，2010, Vol.10 No.6）中，报道了利用爆炸产生的冲击波促进污泥改性的方法。该方法是直接将雷管放置于散堆的污泥中进行爆炸，然后对爆后的污泥进行离心脱水处理，再通过显微观察检测其性能改变情况。在此方法中，污泥直接受到雷管爆炸冲击波的冲击，其主要作用是利用冲击波对污泥进行改性，而污泥的脱水工作则需要通过离心机来完成。

发明内容：

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种利用爆炸冲击波直接喷射雾化污泥，从而使污泥高效脱水的方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，包括将炸药放置于污泥中进行爆炸，其特征在于，所述污泥是被放置于刚性的密封容器中，并且在该密封容器的周壁上至少有一个用于喷射污泥的通孔，最好该孔口径是内小外大的喇叭形或先减小后增大的“喉管”形，其内口口径为3-10mm，这种结构可以增加污泥在离开通孔时的运动速度和雾化效果；所述密封容器周壁上单位面积上能承受的压力大于炸药爆炸产生的冲击波压力；所使用的炸药重量和污泥重量满足下列公式：q=km。其中，q是炸药使用量，m是污泥处理量，k是炸药单耗系数，指所使用的炸药量与有效处理的污泥量之比，通常取值为1%-8%。一般而言，当污泥的含水量低于40%时，k取值4-8%；当污泥的含水量为40%-80%时，k取值2-4%；当污泥的含水量高于80%时，k取值1%-2%。

在上述方法中，所述刚性的密封容器通常为圆柱形或球形，也可以是其它特定形状，需根据一次污泥的处理量来确定容器内腔的尺寸；所述炸药是指常用炸药，如钝化RDX、HMX、TNT、PETN、乳化炸药、硝铵炸药等炸药中的一种或两种以上混合炸药；其装药方式可以是条形药包，也可以是球形药包中心装药，或者使用导爆索等爆破器材。

在实际使用中，为了取得更好的污泥喷射效果，可以在圆柱形容器中设置一块圆形飞板，将容器内腔分为两部分或三部分，设置有喷射污泥通孔的部分放置污泥，另一边或中间部分放置炸药，利用炸药爆炸产生的冲击波推动飞板运动，飞板挤压污泥从通孔中形成雾化喷射出来。

本发明的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，利用炸药爆炸产生的冲击波和高温高压环境达到改性并脱水的目的。在爆炸冲击波作用下，首先是污泥的絮状胶体结构被破坏，从而使其粒径变小，实现了改性；然后在高压作用下，污泥从容器上的小孔中高速喷射出来，在喷射过程中形成雾化，达到脱水的目的。相比现有技术，本发明不再需要通过离心机实现污泥的脱水，大大节省了生产成本。实验表明，经过本发明的爆炸并喷射雾化处理后的污泥，其污泥含水率能够由原来的99%降到97%时，其体积降至原有体积的1/3-2/3。

下面通过附图并结合实施例作进一步描述。

附图说明：

图1是一种爆炸喷射雾化装置的实施例结构示意图。

图2是实施例1的爆炸喷射雾化处理的污泥与原始污泥在微波加热条件下的失水率-时间关系图。

图3是另一种爆炸喷射雾化装置的实施例结构示意图。

图4是具有飞板结构的圆筒形爆炸喷射雾化容器实施例结构示意图。

图5是一种球形爆炸喷射雾化容器的实施例结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

参见图1，由圆柱形筒身1和密封螺帽2两部分构成爆炸喷射雾化污泥的处理装置。密封螺帽2中心有一个直径为8mm的通孔，作为污泥的喷射孔。筒身1高度为420mm，外径200mm，内径100mm，侧壁厚50mm，底部厚60mm，内部容积2827cm³，能装污泥约3.0Kg。本实施例中污泥处理量为3.0Kg，污泥含水率大于95%，炸药单耗k选取1.3%。根据q=km计算得到，所需钝化RDX炸药约40g。

利用以上处理装置对原始污泥进行本发明所述的爆炸喷射雾化处理：先在筒身内腔底部装入40g的钝化RDX药包，导爆索从通孔中引出，再装入3.0Kg的污泥，药包质量为污泥质量的1.3%。然后将密封螺帽拧紧，起爆。实验观察到：起爆时污泥从密封螺帽小孔喷射而出。

将喷射出的污泥收集100g进行微波脱水实验，并每分钟记录一次脱水量，共记录10次。然后将数据记录在图2所示的直角坐标图中绘制曲线。图2中，横坐标表示时间(min)，纵坐标表示样品的失水质量(g)。其曲线B即根据本实验污泥失水量的10次记录得到的。图中的另一根曲线C是100g原始污泥进行微波脱水实验得到的，也是每分钟记录一次脱水量，共记录10次。

由图2可以看出：在相同的微波脱水实验条件下，经爆炸喷射雾化处理后的污泥的失水量和失水速率明显优于原始污泥情况。这表明：爆炸喷射物化法对污泥脱水是非常有利的，其体积大为缩小。

实施例2：

图3是污泥容量为10Kg的爆炸喷射雾化污泥的处理装置。装置分为圆柱形筒身3和盖板4两部分。筒身3高度400mm，内径200mm，侧壁厚8mm，底部厚10mm，筒身部分由3块法兰等距焊接，加强筒身强度。盖板4厚度为10mm，盖板中心有1个喇叭形通孔，内表面的孔口直径为6mm，外孔口为10 mm。筒身3的容积为12566cm³。

本实施例中需处理的污泥量为5.0Kg，污泥含水率约75%，炸药单耗k选取2.1%。根据q=km计算得到，所需钝化RDX炸药105g。

用于处理污泥时，先在筒身内腔装入6根长度350mm的导爆索6。导爆索6的装药线密度为50g/m，共使用炸药105g。两根并排捆绑在一起竖直放置，其下端与容器底部接触。起爆雷管7设置在导爆索6下端部，其导爆管8从盖板中心通孔引出，具体参见图3。然后装入5.0Kg污泥5，并用螺母将盖板4与筒身固连后起爆。

将喷射出的污泥收集称量，共得到喷射雾化后的污泥量约为800g，约占污泥总量10%。再将此污泥放到50^oC的烘箱内烘干，经1小时后，失水量可达到76%。这表明爆炸喷射雾化法处理污泥具有较好的脱水效果，其体积大为缩小。

实施例3：

在实施例2处理装置的筒身中增加飞板元件10，具体结构见图4。筒身3和盖板4的尺寸与实施例3相同，不同的是在盖板4上除内口径8 mm中心通孔外，还有两个对称分布直径均为6mm的小通孔，三孔均为先减小后增大的喉管形，其中心在同一直线上，两小孔中心相距50mm。筒身3内腔中装填4.0Kg污泥5，污泥含水率约为38%，取炸药单耗系数k=4%。钝化RDX炸药包9为160g。它设置在距离3底部60mm的位置处。雷管7的一端插入在药包9内，另一端与导爆管8连接，导爆管8的另一端从盖板上的一个小通孔中引出。钢制的圆形飞板10（）与筒底面平行放置，它与筒底面的距离为80mm（即与炸药包9的距离为20 mm）。

按图4所示装填各个部件后。起爆，试验后称量表明：喷射雾化的污泥量约为1580g，占污泥总量的15.8%，喷射雾化后污泥在50^oC的烘箱内，经1小时烘干后，失水率可达到69%。本实验表明：爆炸喷射雾化法处理污泥具有较好的脱水效果，其体积大为缩小。

实施例4：

图5是一种球形爆炸喷射雾化污泥的处理装置。钢板材料的球形装置11的外径为1000mm，壁厚30mm，内部容积0.434m³，可容纳污泥5约450Kg，其加料口由同壁厚的钢板封堵，并用螺钉拧紧密封。球形装置11的周壁上设置有12个直径为10mm的通孔，通孔分为4组，每组3个通孔，每组孔的三根轴线与经过球形容器中心在同一个平面上，相邻组的孔的轴线所在平面之间夹角为90度，每组内相邻孔的轴线夹角为20⁰。炸药包9位于球心处，雷管7用来起爆药包，导爆管8从装置上的任意一个通孔接出。

Claims

1.一种利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，包括将炸药放置于污泥中进行爆炸，其特征在于，所述污泥是被放置于刚性的密封容器中，并且在该密封容器的周壁上至少有一个用于喷射污泥的通孔，其内口口径为3-10mm；所述密封容器周壁上单位面积上能承受的压力大于炸药爆炸产生的冲击波压力；所使用的炸药重量和污泥重量满足下列公式：q=km，其中，q是炸药使用量，m是污泥处理量，k为炸药单耗系数，是指所使用的炸药量与有效处理的污泥量之比，取值为1%-8%。

2.如权利要求1的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，其特征在于，所述用于喷射污泥的通孔是口径内小外大的喇叭形或先减小后增大的“喉管”形。

3.如权利要求1的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，其特征在于，所述炸药单耗系数k的取值是：当污泥的含水量低于40%时，k取值5-8%；当污泥的含水量为40%-80%时，k取值2-5%；当污泥的含水量高于80%时，k取值1%-2%。

4.如权利要求1的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，其特征在于，所述刚性的密封容器为圆柱形或球形。

5.如权利要求4的利用爆炸喷射雾化处理污泥的方法，其特征在于，所述圆柱形容器中设置一块圆形飞板，将容器内腔分为两部分或三部分，设置有喷射污泥通孔的部分放置污泥，另一边或中间部分放置炸药。