CN105645730A - 一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法 - Google Patents

Abstract

一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，在所述泥质生物质垃圾中投入胶凝去水剂并混合均匀，进入太阳能夹层干化系统中进行布料，利用所述胶凝去水剂对所述泥质生物质垃圾进行调理形成疏水性，通过该胶凝去水剂与泥质生物质垃圾的化学反应释放部分热量用于脱水，使得内部水分快速迁移到表面进行蒸发，将所述泥质生物质垃圾中的水分与污泥有效分开，实现内部结构的快速破解，同时结合太阳能的直接干化作用，达到所述泥质生物质垃圾的节能快速去水。胶凝去水剂由质量比例为25-60％：20-40％：10-35％：10-20％的氧化镁或者氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁组成，投加量为泥质生物质垃圾(干基)质量的5-20％。本发明干化效率高，干化速度快，干化时间比直接太阳能干化节省30％以上，干化后的污泥能够直接进入资源化利用阶段。

Description

一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法

技术领域

本发明涉及一种固体废物处理方法，具体涉及一种用于泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，属于环保技术领域。

背景技术

随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥的产量也急剧增加。预测到2015年，全年城镇污水处理厂湿污泥(含水率80％)的产生量将达到3359万吨，即日产污泥9.2万吨。剩余污泥的一个最大的问题是其含水率高，一般污水厂二沉池污泥的含水率为97％～99％，其中间隙水约占70％，毛细水占20％左右，吸附水约为7％，胞内水约为3％。通过一般的脱水处理，如离心脱水、板框压滤等，其最终含水率只能达到75-85％之间，此时污泥中水分的主要形态为吸附水和胞内水。而普通压滤机和离心脱水机则无法对该污泥再进行进一步的深度脱水，因此无法满足后续处理的要求，如填埋需要达到含水率在60％以下，而焚烧、热解制碳等，则要求污泥的含水率达到<30％，甚至到20％以下，从而如何高效率、低能耗地处理污泥脱水成为关键所在。

现有污泥的脱水方法主要包括污泥固化、提高压滤机压榨压力以实现机械深度脱水等，但这些技术中，由于污泥填埋库容、填埋存在的恶臭和填埋气爆炸等问题，使得填埋已经逐渐成为不得已的托底技术。但是污泥干化资源化已成为目前污泥处理的重要一环节，因此，如何提高太阳能干化的效率，加速污泥中细胞内的吸附水、胞内水和毛细水的快速排除，成为污泥等泥质生物质垃圾节能快速干化的根本所在。现有的污泥干化脱水过程，直接依靠太阳能干化等技术，其过程较为繁琐，效率偏低，虽然能够获得一定的干化效果，但其速率较慢，且受太阳能利用时间的限制等因素影响。

在公开号为CN102531322B的专利中，提出了一种节能型污泥干燥系统，该污泥干燥系统包括太阳能温室、太阳能集热器系统、热泵系统、蓄热装置和污泥干燥装置；太阳能集热器系统置于太阳能温室屋顶，热泵系统、蓄热装置和污泥干燥装置安装在太阳能温室内，蓄热装置安装在热泵系统管路中；其利用最新的储热装置，提高了系统的稳定性和干燥效率。但是该发明专利主要依靠太阳能进行加热，虽然可以快速实现污泥表面水的快速蒸发，但对于污泥等细胞内的吸附水、胞内水和毛细水等的脱除仍显得速度较慢。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有污泥脱水方法中效率低、太阳能干化速度慢、太阳热利用效率不高等问题，采用投加胶凝去水剂结合太阳能直接干化的方法，利用胶凝去水剂调理污泥性质，使得污泥等形成疏水性，将污泥内部水快速迁移到表面，快速提升污泥中表面水的蒸发，从而提高干化效率，实现泥质生物质垃圾的节能快速去水，提高污泥干化的社会效益和经济效益。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：在所述泥质生物质垃圾中投入胶凝去水剂并混合均匀，进入太阳能夹层干化系统中进行布料，利用所述胶凝去水剂对所述泥质生物质垃圾进行调理形成疏水性，通过该胶凝去水剂与泥质生物质垃圾的化学反应释放部分热量用于脱水，使得内部水分快速迁移到表面进行蒸发，将所述泥质生物质垃圾中的水分与污泥有效分开，实现内部结构的快速破解，同时结合太阳能的直接干化作用，达到所述泥质生物质垃圾的节能快速去水。

作为进一步改进，所述的胶凝去水剂由氧化镁或者氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁组成，各组分的质量比例依次为25-60％：20-40％：10-35％：10-20％，并且充分搅拌均匀；该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％。

作为进一步改进，所述的泥质生物质垃圾是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富营养化产生的包括蓝藻在内的含水率较高的生物质，或者是人体和畜禽产生的粪便类生物质，含水率在80-95％之间，极易形成混合泥质状态。

作为进一步改进，所述的泥质生物质垃圾干化到含水率<20％。

作为进一步改进，所述的太阳能夹层干化系统包括从上到下依次排列的透光层、柔性输送带、刚性输送带、中水源热泵加热系统和保温层，四周侧面围置有保温材料以减少热量逸散，该保温材料与最顶层的透光层和最底层的保温层形成一保温的夹层空间；泥质生物质垃圾首先在所述柔性输送带上，受透过所述透光层的太阳光的照射，通过太阳能直接加热预干化成型、脱臭、杀菌和光催化变性作用，然后通过重力自动从所述柔性输送带脱落到刚性输送带上，单独利用所述夹层空间内的空气源或者共同利用该空气源及其下方的所述中水源热泵加热系统进行再次加热，进一步实现干化。

作为进一步改进，所述的方法包括下列步骤：

步骤一，将制备好的胶凝去水剂与泥质生物质垃圾进行混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％；

步骤二，将步骤一混合均匀后的泥质生物质垃圾，用布料器或者高压泵直接输送到柔性输送带，进入太阳能夹层干化系统，泥层厚度保持在1-10cm之间，随柔性输送带间歇性向前移动并进行干化，到达柔性输送带的尽头后，辅助以机械刮板，使得泥质生物质垃圾自动脱落到下层的刚性输送带上进一步干化，直至泥质生物质垃圾含水率<20％；

步骤三，步骤二过程中产生的水蒸气在透光层的冷凝作用下化为冷凝水，通过自流或者冷凝水去除装置收集后进入太阳能夹层干化系统，降低冷凝水对太阳光的屏蔽效应；

步骤四，利用刮泥板将步骤二获得的干化后的泥质生物质垃圾送入自动收料系统进行打包，然后外运，或就地进行焚烧和热解。

与现有技术相比，本发明充分利用了太阳能制热效果和胶凝去水剂对泥质生物质垃圾的调理作用，通过胶凝去水剂的化学作用，破除污泥内部结构，使得其中的水分和污泥物质能够有效分开，之后借助于太阳能夹层干化系统，将其内部水分快速表面化，实现泥质生物质垃圾的快速成型和去水作用。

本发明的优点主要体现在以下几个方面：

1)充分利用了太阳能作用，将污泥等泥质生物质垃圾中的水分进行干化，利用夹层内微小空间的快速升温及有效保温作用，实现了污泥等表面水分的快速去除。

2)充分利用了胶凝去水剂的调理功效，改变了泥质生物质垃圾中水分的形态，实现了污泥中水分快速迁移到表面，在太阳能夹层干化系统中进行快速脱水。

所述泥质生物质垃圾的节能快速去水方法首先通过胶凝去水剂的调理，有利于提高太阳能夹层干化过程的效率，胶凝去水剂的混合过程有利于提高污泥等的温度，从而蒸发泥质生物质垃圾中的水分；因此，本发明既可以通过太阳能直接加热干化，又可以起到杀菌及催化变性功能，提高了效率；同时解决了泥质生物质垃圾去水、光催化变性、杀菌和存储需要的问题，为后续资源化过程做好了准备。

附图说明

图1本发明的工艺示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，在所述泥质生物质垃圾中投入胶凝去水剂并混合均匀，进入太阳能夹层干化系统中进行布料，利用所述胶凝去水剂对所述泥质生物质垃圾进行调理形成疏水性，通过该胶凝去水剂与泥质生物质垃圾的化学反应释放部分热量用于脱水，使得内部水分快速迁移到表面进行蒸发，将所述泥质生物质垃圾中的水分与污泥有效分开，实现内部结构的快速破解，同时结合太阳能的直接干化作用，达到所述泥质生物质垃圾的节能快速去水。

其中，泥质生物质垃圾厚度在1-10cm之间，太阳能夹层干化系统的倾斜角度在30-60°之间，取决于泥质生物质垃圾的含水率，以泥质生物质垃圾的表面张力能够抵御泥质生物质垃圾滑动为最终目标。

所述的泥质生物质垃圾，是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤污泥，或者是湖泊中富营养化产生的蓝藻类的含水率较高的生物质，或者是人体和畜禽产生的粪便类生物质，含水率为80-95％，极易形成混合泥质状态。

所述的胶凝去水剂由氧化镁或者氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁组成，各组分的质量比例依次为25-60％：20-40％：10-35％：10-20％，并且充分搅拌均匀；该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％。

所述的布料，可以通过螺旋式进料器进行布料，也可以选择采用高压泵将含水率达到80％以上的泥质生物质垃圾直接泵入太阳能夹层干化系统。

所述的太阳能夹层干化系统包括从上到下依次排列的透光层、柔性输送带、刚性输送带、中水源热泵加热系统、保温层、外置的太阳能供热系统(太阳能集热板、太阳能热交换器)以及自动控制系统，四周侧面围置有保温材料以减少热量逸散，该保温材料与最顶层的透光层和最底层的保温层形成一保温的夹层空间。

所述透光层能够透射太阳光；所述柔性输送带位于所述透光层的下方且用于铺置和输送所述污泥；所述刚性输送带位于所述柔性输送带的下方且用以铺置和输送所述污泥；所述中水源热泵加热系统位于所述刚性输送带的下方且连接外置的太阳能供热系统；所述保温层位于所述中水源热泵加热系统的下方以减少热量向下的传导。

所述的太阳能夹层干化系统的夹层厚度在10-30cm之间，四周设置8cm双层PC等保温层材料或者其他保温材料(如石英棉)，用于减少夹层内热量逸散。

所述的透光层，优选玻璃、塑料薄膜、石英玻璃等透光玻璃或者薄膜构建，方便太阳光照射进入夹层干化系统，透光层与污泥层距离在1-10cm。

所述的透光层，安装有冷凝水的去除装置，通过自动或者手动，不定时将玻璃上冷凝的水蒸气汇集到水蒸气储水槽，从而减少玻璃上冷凝水阻挡太阳入射光，以及减少夹层内的湿度。

所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法将泥质生物质垃圾与胶凝去水剂混合均匀，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％，胶凝去水剂由氧化镁或者氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁组成，各组分的质量比例依次为25-60％：20-40％：10-35％：10-20％，并且充分搅拌均匀；之后进行布料，布料后泥质生物质垃圾厚度在1-10cm之间，泥质生物质垃圾首先在柔性输送带上，受透过所述透光层的太阳光的照射，通过太阳能直接加热预干化成型、脱臭、杀菌和光催化变性作用，然后通过重力自动从柔性输送带脱落到刚性输送带上，单独利用夹层空间内的空气源或者共同利用该空气源及其下方的中水源热泵加热系统进行再次加热，进一步直接干化到<20％。

本发明适用于对污泥类的泥质生物质垃圾的干化过程，如市政污泥、河道淤泥、畜禽粪便和人体粪便、藻类、沼渣、中药提炼渣等，其应用方法包括下列步骤：

步骤一，采用胶凝去水剂，以干基5-20％比例与泥质生物质垃圾进行混合，搅拌均匀。

步骤二，将步骤一混合均匀后的泥质生物质垃圾，用布料器或者高压泵直接输送到板式输送带，进入太阳能夹层干化系统，泥层厚度保持在1-10cm之间，间歇性向前移动，进入到柔性输送带尽头，辅助以机械刮板，使得泥质生物质垃圾自动脱落到下层刚性输送带，直至泥质生物质垃圾含水率<20％。

步骤三，将步骤二形成的冷凝水，通过玻璃等的冷凝，自流或者接刮水系统，进入太阳能夹层干化系统的下沿，降低太阳能夹层干化系统中太阳光的屏蔽效应。

步骤四，将步骤二中达到干化的泥质生物质垃圾，利用刮泥板，送入自动收料系统，打包，外运或就地进行焚烧、热解等干化过程研究。

下述实施例以本发明的技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明技术方案前提下所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利要求的保护范围。

实施例1

按照胶凝去水剂配方，由氧化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁均匀混合组成胶凝去水剂，其质量比例依次为25％：40％：25％：10％，再与泥质生物质垃圾混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5％，其中泥质生物质垃圾的含水率为80％，混合均匀，以高压泵打入，在太阳能夹层干化系统中均匀布料，在正常太阳光条件下晾晒，夹层内温度白天在38-80℃之间波动，泥质生物质垃圾含水率从80％降低到20％所需时间为2d(实际有效时间在18h)，而未添加胶凝去水剂的单纯太阳能干化，达到相同效果需要3.5d(太阳光实际照射时间在32h)。含水率的测试采用《城市污水处理厂污泥检测方法》(CJ/T221-2005)。

实施例2

按照胶凝去水剂配方，由氧化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁均匀混合组成胶凝去水剂，其质量比例依次为60％：20％：10％：10％，再与泥质生物质垃圾混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的10％，其中泥质生物质垃圾的含水率为88％，混合均匀，以高压泵打入，在太阳能夹层干化系统中均匀布料，在正常太阳光条件下晾晒，夹层内温度白天在38-80℃之间波动，泥质生物质垃圾含水率从88％降低到20％所需时间为2d(实际有效时间在24h)，而未添加胶凝去水剂的单纯太阳能干化，达到相同效果需要4d(太阳光实际照射时间在36h)。含水率的测试采用《城市污水处理厂污泥检测方法》(CJ/T221-2005)。

实施例3

按照胶凝去水剂配方，由氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁均匀混合组成胶凝去水剂，其质量比例依次为35％：30％：15％：20％，再与泥质生物质垃圾混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的15％，其中泥质生物质垃圾的含水率为92％，混合均匀，以螺旋式进料器在太阳能夹层干化系统中均匀布料，在正常太阳光条件下晾晒，夹层内温度白天在38-80℃之间波动，泥质生物质垃圾含水率从92％降低到20％所需时间为2d(实际有效时间在24h)，而未添加胶凝去水剂的单纯太阳能干化，达到相同效果需要4d(太阳光实际照射时间在44h)。含水率的测试采用《城市污水处理厂污泥检测方法》(CJ/T221-2005)。

实施例4

按照胶凝去水剂配方，由氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁均匀混合组成胶凝去水剂，其质量比例依次为25％：25％：35％：15％，再与泥质生物质垃圾混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的20％，其中泥质生物质垃圾的含水率为95％，混合均匀，以螺旋式进料器在太阳能夹层干化系统中均匀布料，在正常太阳光条件下晾晒，夹层内温度白天在38-80℃之间波动，泥质生物质垃圾含水率从95％降低到20％所需时间为3d(实际有效时间在28h)，而未添加胶凝去水剂的单纯太阳能干化，达到相同效果需要4d(太阳光实际照射时间在52h)。含水率的测试采用《城市污水处理厂污泥检测方法》(CJ/T221-2005)。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：在所述泥质生物质垃圾中投入胶凝去水剂并混合均匀，进入太阳能夹层干化系统中进行布料，利用所述胶凝去水剂对所述泥质生物质垃圾进行调理形成疏水性，通过该胶凝去水剂与泥质生物质垃圾的化学反应释放部分热量用于脱水，使得内部水分快速迁移到表面进行蒸发，将所述泥质生物质垃圾中的水分与污泥有效分开，实现内部结构的快速破解，同时结合太阳能的直接干化作用，达到所述泥质生物质垃圾的节能快速去水。

2.根据权利要求1所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：所述的胶凝去水剂由氧化镁或者氯化镁、阳离子型聚合物、CaO和氯化铁组成，各组分的质量比例依次为25-60％：20-40％：10-35％：10-20％，并且充分搅拌均匀；该胶凝去水剂的投加量为脱水后的所述泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％。

3.根据权利要求1所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：所述的泥质生物质垃圾是市政污水厂的剩余污泥，或者是湖泊、河道、排水管道或泵站中的清淤淤泥，或者是湖泊中富营养化产生的包括蓝藻在内的含水率较高的生物质，或者是人体和畜禽产生的粪便类生物质，含水率在80-95％之间，极易形成混合泥质状态。

4.根据权利要求1所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：所述的泥质生物质垃圾干化到含水率<20％。

5.根据权利要求1所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：所述的太阳能夹层干化系统包括从上到下依次排列的透光层、柔性输送带、刚性输送带、中水源热泵加热系统和保温层，四周侧面围置有保温材料以减少热量逸散，该保温材料与最顶层的透光层和最底层的保温层形成一保温的夹层空间；泥质生物质垃圾首先在所述柔性输送带上，受透过所述透光层的太阳光的照射，通过太阳能直接加热预干化成型、脱臭、杀菌和光催化变性作用，然后通过重力自动从所述柔性输送带脱落到刚性输送带上，单独利用所述夹层空间内的空气源或者共同利用该空气源及其下方的所述中水源热泵加热系统进行再次加热，进一步实现干化。

6.根据权利要求5所述的泥质生物质垃圾的节能快速去水方法，其特征在于：所述的方法包括下列步骤：

步骤一，将制备好的胶凝去水剂与泥质生物质垃圾进行混合，该胶凝去水剂的投加量为脱水后的泥质生物质垃圾的污泥干基质量的5-20％；

步骤二，将步骤一混合均匀后的泥质生物质垃圾，用布料器或者高压泵直接输送到柔性输送带，进入太阳能夹层干化系统，泥层厚度保持在1-10cm之间，随柔性输送带间歇性向前移动并进行干化，到达柔性输送带的尽头后，辅助以机械刮板，使得泥质生物质垃圾自动脱落到下层的刚性输送带上进一步干化，直至泥质生物质垃圾含水率<20％；

步骤三，步骤二过程中产生的水蒸气在透光层的冷凝作用下化为冷凝水，通过自流或者冷凝水去除装置收集后进入太阳能夹层干化系统，降低冷凝水对太阳光的屏蔽效应；

步骤四，利用刮泥板将步骤二获得的干化后的泥质生物质垃圾送入自动收料系统进行打包，然后外运，或就地进行焚烧和热解。