CN109678319A - 真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，即先将粘性废物制成含水率高的浆液，且浆液保持一定温度；再通过添加的辅料形成磷酸，磷酸致使结合水及重金属与粘性废物颗粒分离；磷酸与重金属反应生成可溶性的金属盐；经处理的粘性废物再通过改进的脱水装置进行脱水处理，最终得到无害化且低含水率的粘性废物，脱出来的水使用离子交换树脂处理，回收磷酸；本发明解决传统粘性废物处理方式中脱水效率低、重金属含量高的问题；处理后的粘性废物可实现无害化排放、资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法和装置。
背景技术
在经济飞速发展的浪潮中，人们也逐渐意识到生态环境的重要性，也就有了“金山银山如绿水青山”的理念，生态环境的治理刻不容缓。我国是工农业大国，目前以加工原材料为主的加工制造业和禽畜养殖的畜牧业的小农经济仍占主导地位；在简单的生产加工过程中会产生大量黏性固体废弃物，如工业污泥、废渣和养殖禽畜排泄物等，其具有高水分、高黏性、高持水性等特点；至于处理，一方面这些废弃物成分复杂，污染物滞留期长、危害性强、容易造成二次污染等，如果这些有机固体废弃物不经过处理，直接堆积或者填埋，不仅会占用大量的土地、造成疾病的传播，还会对周围环境（包括地下水等）造成巨大的破坏，严重威胁人类的生存空间，出于对环境的保护不得不对其进行处理；另一方面，其产生量大、种类繁多、采购价格低，所谓的废弃物只不过是在某一领域而言，这一领域的产生的废弃物是往往是另一领域的原材料，需要专职人员对其处理，因此也就有了经济产业链，针对利益最大化和经济全球化来说，对这些潜在的经济的发掘必然是大势所趋，要做到无害化、资源化、减量化。
针对粘性固体废弃物的处理主要涵盖了无害化处理和物质分离化处理两个方面；对有害物质的处理是针对其化学性质进行提取和分离；物质分离是一个杂质剔除过程，在不断地筛选分离后得到相对纯净的物质；而所谓的黏性固体废弃物的一大特点是含水率高，大大提升了物质分离难度，因此限制了其资源化开发和利用。所以如何便捷高效的对固体黏性废弃物进行脱水是关键。
粘性废物中含有大量的重金属等有害物质，如果不能合理安全地处理处置这些粘性废物，会对我们的生存环境造成严重的污染。这些存在于粘性废物中的重金属具有很强的毒性、环境持久性、广泛迁移性，且难以降解，可通过大气、水和迁徙物种作跨境迁移并沉积在远离其排放地点的地区，从而造成严重的污染。所以如何便捷高效的去除黏性废物中的重金属是无害化处理的关键。
目前脱水技术有：浓缩脱水，包括重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法；机械脱水方式又分为离心脱水式、螺旋挤压式、斜板筛、转动筛等。有机废物的脱水方法中，由于机械脱水方式使用方便、能耗低、能连续作业，因此使用较为广泛；斜板筛、转动筛都属于筛分的固液分离方式，去除率取决于筛孔的大小，缺点是去除率低、筛孔容易堵塞，不能满足高效脱水的需求；经过传统的浓缩和高效脱水工艺处理后的粘性废物的含水率需要进行深度脱水才能达到60%以下。螺旋挤压式脱水技术是一种利用重力浓缩和压力脱水降低含水率的技术。在螺旋不断的旋转和挤压中，水分逐渐从有机固体废弃物中分离，从而实现一定程度的固液分离，大大改善了固体废弃物的后续加工难度。现阶段螺旋式脱水机具有操作简单，低能耗等优点，但在使用过程中其缺点也逐渐暴露出来，例如叠螺式脱水机叠螺在挤压固体废弃物这一过程中，水分从脱水孔中流出，固体物质随叠螺旋转方向移动。由于重力的影响和叠螺的挤压，部分固体废弃物会源源不断的进入脱水孔中。部分泥物受压力的作用从排水孔中落入排水管道随水流走，而一些则彻底阻塞在排水孔中，导致水分无法及时从排水孔中流出。须在人为清理后方可工作，从而大大降低了脱水率和生产率。
目前脱除重金属的方法有：化学法、生物淋滤法、植物修复法、电动修复技术等。化学法去除污泥重金属时间短、效率高、效果好、操作方法易掌握．但是设备抗腐蚀要求高、费用高、易造成二次污染。相对于化学法而言．生物淋滤法消耗的化学试剂少。同时，生物淋滤法对重金属去除率高，操作简单，运行成本低。但是采用该方法微生物生长缓慢。粘性废物处理时间长，易受外界条件干扰，影响因素多；浸出液需要处理等。植物修复技术对重金属有较好的去除效果，且成本低廉。但是超富集植物往往只对1种或少数几种重金属有作用，植物生长缓慢，同时富集了重金属的植物也需要处理，不然会造成严重的环境污染。电动修复技术对重金属去除率高、处理时间短，但是它每次处理的污泥量有限，处理成本比较高，一般与其他技术联用。
近年来处理黏性废弃物的脱水设备及脱除重金属的技术发展迅速。但大多数技术任存在相应缺陷，未达到黏性废物后续处理处置的标准。
发明内容
针对现有技术处理粘性废物中重金属及含水率的局限性，即现有的去除重金属的效率低、存在二次污染及粘性废物粘性大导致难脱水、堵塞装置和经脱水的粘性废物含水率高的问题，本发明提供了一种真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，即先将粘性废物制成含水率高的浆液，且浆液保持一定温度；再通过添加的辅料形成磷酸，磷酸致使结合水及重金属与粘性废物颗粒分离；磷酸与重金属反应生成可溶性的金属盐；经处理的粘性废物再通过改进的脱水装置进行脱水处理，最终得到无害化且低含水率的粘性废物，脱出来的水使用离子交换树脂处理，回收磷酸；从而优化整个粘性废物的处理流程，高效地实现其无害化、资源化利用；具体包括以下步骤：
（1）化学法处理过程
将粘性废物制成含水率为90%以上的浆液，且浆液温度为30~50℃，在浆液中添加辅料P2O5，搅拌反应2~4h，实现结合水、间隙水以及重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；反应结束后静置分层，将浸出液排出，在剩余的废物中添加调理剂，搅拌混匀后，混合物通过滤网进入螺旋脱水机；
搅拌装置作用与间隙水反应生成磷酸（不断搅拌浆液），磷酸对粘性废物颗粒的腐蚀性，致使分子表面或粘性废物内部的结合水脱离出来，同时使颗粒中的重金属脱离出来，实现结合水、间隙水和重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；由于磷酸具备酸的通性，磷酸与脱离出来的重金属反应生成可溶性的金属盐，且在此过程中产生水；
（2）真空耦合挤压脱水过程
粘性废物进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，使粘性废物中的液体被挤出，同时采用间歇抽真空方式从螺旋脱水机内抽出气体，抽真空间隔时间为10~25min，每次抽真空时间为15~20min，反应器内真空度为0.01~100kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压时间2~4min，使反应器内压力在0.1~50Mpa；脱水后的粘性废物排出，脱除的水分排入集水槽；
（3）集水槽中的溶液用离子交换树脂进行处理，回收磷酸；通过离子交换和置换过程，重金属同时被回收，回收的磷酸用0.1M的NaOH溶液滴定分析回收的磷酸含量；经处理后的水溶液循环用于步骤（1）调制浆液。
所述化学法处理过程中添加的辅料为P2O5，其具有很强的吸水性、脱水性（能将浓硫酸脱水），所以能直接利用粘性废物中的间隙水；在热水中能直接生成磷酸；P2O5加入量为粘性废物质量的10%~40%。
所述滤网上的孔孔径为2~6目。
所述调理剂为铁盐调理剂（硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁水合物）、铝盐调理剂（硫酸铝、氯化铝、明矾）、无机聚合物调理剂（聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)以及聚合硫酸铁(PFS)）、矿物类调理剂（石灰、硅藻土、粉煤灰）中的一种或几种，铁盐调理剂的添加量为粘性废物质量的0.01%~1%，铝盐调理剂的添加量为粘性废物质量的0.05%~1%，无机聚合物调理剂的添加量为粘性废物质量的0.01%~2%，矿物类调理剂的添加量为粘性废物质量的0.1%~2%。
设定温度30~50℃是因为P2O5在热水中能直接生成磷酸，而在冷水下生成偏磷酸，尽管会慢慢变为磷酸，但会影响处理效率；而且低浓度磷酸在这温度范围内也能对粘性废物中的重金属有较好的脱除效果。
所述磷酸及偏磷酸的反应原理，
P2O5+H2O（冷）=2HPO3（偏磷酸）
P2O5+3H2O（热）=2H3PO4（磷酸）
所述去除重金属及结合水的机理，磷酸对粘性废物颗粒的腐蚀性，致使分子表面或粘性废物内部的结合水脱离出来，同时使颗粒中的重金属脱离出来，实现结合水、间隙水和重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；由于磷酸具备酸的通性，磷酸与脱离出来的重金属反应生成可溶性的金属盐，且在此过程中产生水；
3MO+ 2H3PO4= M3 ( PO4)2+ 3H2O
3M(OH)2+ 2H3PO4= M3( PO4)2+ 6H2O。
所述真空耦合挤压脱水过程中，将粘性废物加入到脱水机脱水的同时，对脱水机间歇抽真空；粘性废物进入脱水机后由转轴推动粘性废物在螺旋腔内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，进而使粘性废物中的液体从脱水孔挤出。在绕转轴旋转的过程中螺距逐渐变小，靠近末端部分在背压板的阻挡作用下，产生极大的压力挤压物料，进一步挤出水分。抽真空使筒体与滤筒之间腔体形成负压状态，造成的压力差会加大滤筒对粘性废物的吸滤，而且在真空中更容易脱除间隙水，从而提高脱水效率；筒体底部设有小孔，将脱除的水收集到排水槽中排出；最终处理后的粘性废物从连接背压板的排料口排入集料槽。
所述磷酸回收过程中，通过离子交换和置换过程回收重金属及磷酸使用的离子交换树脂为磺化煤阳离子交换树脂，其在回收结束后还可进行离子交换树脂的再生循环使用。
本发明另一目的是提供真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的装置，其包括搅拌池Ⅰ、搅拌池Ⅱ、过滤池、抽泥管、螺旋脱水机，搅拌池Ⅰ设置在搅拌池Ⅱ一侧并通过污泥螺旋泵Ⅰ与搅拌池Ⅱ连通，过滤池设置在搅拌池Ⅱ另一侧，搅拌池Ⅱ通过滤网与过滤池连通，隔板活动设置在过滤池内并位于滤网一侧，过滤池通过抽泥管与螺旋脱水机连通，抽泥管上设置有污泥螺旋泵Ⅱ；搅拌池Ⅰ、搅拌池Ⅱ内各设置一个搅拌器，搅拌池Ⅰ内设置有加热器，搅拌池Ⅰ顶部设置有进料口Ⅰ、进水口，搅拌池Ⅰ上部设置有出水口，搅拌池Ⅱ顶部设置有加料口。
所述螺旋脱水机包括电机Ⅱ、机架、滤筒、筒体、排水槽、集料槽，筒体底部开有多个出水孔，滤筒设置在筒体内，筒体与滤筒之间形成一个空气腔，电机Ⅱ固定在筒体一端上，电机Ⅱ的输出轴与带螺旋叶片的转轴一端固连，带螺旋叶片的转轴另一端通过轴承设置在筒体另一端上，滤筒固定在带螺旋叶片的转轴上并随其旋转，筒体上开有进料口Ⅱ，进料口Ⅱ与滤筒一端连通，背压板套装在带螺旋叶片的转轴上且固定在滤筒另一端上，排料时，背压板从滤筒端部脱离，背压板与滤筒端部之间形成排料口；排水槽设置在筒体底部并位于出水孔下方，排水槽一端设置有排水口；集料槽设置在排水槽下方，集料槽与筒体上的排料口连通，集料槽倾斜固定在机架上，筒体顶部开有气口和止逆阀，气口与真空泵或加压泵连接，抽泥管一端与进料口Ⅱ连通，另一端设置在过滤池内。
所述搅拌器包括螺旋杆、电机Ⅰ、螺桨，电机Ⅰ设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ顶部，电机Ⅰ的输出轴与螺旋杆一端连接，螺旋杆设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ内，螺桨固定在螺旋杆另一端上。
所述出水孔的孔径2cm~4cm，滤筒上孔的孔径为0.02～2cm。
所述带螺旋叶片的转轴上的螺旋叶片的螺距逐渐缩小，靠近电机Ⅱ一边的螺距小。
所述滤筒靠近排料口的3/4筒壁上开有孔，或者一半筒壁上开有孔。
使用时，将粘性废物和水分别从进料口Ⅰ和进水口进入搅拌池Ⅰ中，在搅拌器作用下制成含水率90%以上的浆料，并通过加热器保持浆液温度为30~50℃；搅拌反应后静置，将浸出液通过出水口排出，剩余的粘性废物通过污泥螺旋泵Ⅰ抽入搅拌池Ⅱ内，通过加料口在剩余的废物中添加调理剂，搅拌混合，搅拌混匀时隔板放在滤网一侧，混匀后移走隔板，粘性废物通过污泥螺旋泵Ⅱ，经过抽泥管进入螺旋脱水机的进料口Ⅱ中，废物经过进料口Ⅱ进入滤筒内，在电机Ⅱ带动下，带螺旋叶片的转轴旋转，粘性废物在滤筒内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，进而使粘性废物中的液体从滤筒上的孔中挤出，同时采用间歇抽真空方式由气口从空气腔抽出气体，抽真空间隔时间为1~2h，每次抽真空时间为15~20min，反应器内真空度为0.01~100kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压泵从气口进行加压，加压时间2~4min，使反应器内压力在0.1~50Mpa；并通过筒体底部的出水孔进入排水槽中，由排水口排出，脱水完成后，排料时，背压板从滤筒端部脱离，背压板与滤筒端部之间形成排料口，废物由带螺旋叶片的转轴上的螺旋叶片带入排料口中，排至集料槽中。
当筒体与滤筒之间空气腔内压力过大导致脱除的水无法通过出水孔排入排水槽或当筒体与滤筒之间空气腔内压力过小导致出水孔堵塞时打开止逆阀，当气压稳定时再关闭止逆阀并打开真空泵或加压泵。
所述抽真空使筒体与滤筒之间空气腔形成负压状态，造成的压力差会加大滤筒对粘性废物的吸滤，而且在真空中更容易脱除间隙水，从而提高脱水效率；吹空气使筒体与滤筒之间腔体内压力增大，产生的压力差能清除滤筒上的粘性废物，也能提高脱水效率；筒体底部设有出水孔，将水分及清除得到的粘性废物收集到排水槽。
本发明方法及装置的优点与效果如下：
（1）本发明采用的辅料P2O5具有很强的吸水性、脱水性（能将浓硫酸脱水），所以能直接去除粘性废物中的间隙水；而且P2O5在热水中能直接生成正磷酸，所以维持恒定温度30~50℃能使P2O5直接利用间隙水生成正磷酸；
（2）本发明所生成的正磷酸能与粘性废物中的重金属反应生成可溶性重金属盐，从而到达去除粘性废物中重金属的目的，且Hg、Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni 等重金属的去除率均大于90%；
（3）本发明所产生的磷酸是一种生命物质，在处理重金属后残留在粘性废物中的微量磷酸在排放后可以被微生物所利用而不会造成新的污染；
（4）本发明所使用的脱水机利用真空耦合挤压脱除粘性废物的水分，在提高脱水效率（经处理后的粘性废物的含水率低于30%）的同时解决了装置堵塞的问题；
（5）本发明实现了磷酸与重金属的回收，且离子交换树脂能回收再生循环利用，处理后的水溶液通过回流阀可用于制浆液，避免了造成二次污染；
（6）本发明原理清晰、结构简单、各处理过程作用分明、反应条件可控，制造适宜的反应条件，解决传统粘性废物处理方式中脱水效率低、重金属含量高的问题；显著增加了反应的可控性，处理后的粘性废物可实现无害化排放、资源化利用。
附图说明
图1本发明装置的结构示意图
图2为滤筒结构示意图；
图3为滤筒结构示意图；
图中：1-进料口Ⅰ；2-搅拌池Ⅰ；3-螺旋杆；4-电机Ⅰ；5-螺桨；6-污泥螺旋泵Ⅰ；7-出水口；8-进水口；9-滤网；10-搅拌池Ⅱ；11-搅拌器；12-过滤池；13-隔板；14-污泥螺旋泵Ⅱ；15-抽泥管；16-排水槽；17-排水口；18-气口；19-止逆阀；20-集料槽；21-电机Ⅱ；22-排料口；23-机架；24-带螺旋叶片的转轴；25-空气腔；26-出水孔；27-滤筒；28-加料口；29-背压板；30-筒体；31-进料口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会随着描述而更加清楚；但这些实施例仅是示范性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制；本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明的技术方案的细节和形式进行修改和替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：本实施例的处理对象为某奶牛养殖厂产生的奶牛粪便，其含水率为85%，密度为1t/m3，具体为：
将3吨新鲜牛粪制成含水率为95%的浆液，且浆液温度为40℃，在浆液中添加辅料P2O5，搅拌反应4h，P2O5加入量为粘性废物质量的40%（为1.2吨），通过搅拌使P2O5与粘性废物充分混合，P2O5加热后的间隙水反应生成磷酸，磷酸对粘性废物颗粒的腐蚀性，致使分子表面或粘性废物内部的结合水脱离出来，同时使颗粒中的重金属脱离出来，实现结合水、间隙水和重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；由于磷酸具备酸的通性，磷酸与脱离出来的重金属反应生成可溶性的金属盐；搅拌结束后静置0.5h，将浸出液排出，在处理的粘性废物中添加调理剂，铁盐调理剂硫酸铁加入量为粘性废物质量的0.02%；铝制调理剂硫酸铝的加入量为粘性废物质量的0.1%；聚合氯化铝的加入量为粘性废物质量的1%；石灰的加入量为粘性废物质量的1%；粘性废物与调理剂经搅拌混匀后，混合物通过滤网进入螺旋脱水机，滤网上的孔孔径为4目；
粘性废物进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，使粘性废物中的液体被挤出，在粘性废物进入脱水机3min后，采用间歇抽真空方式从螺旋脱水机内抽出气体，抽真空间隔时间为20min，每次抽真空时间为15min，反应器内真空度为50kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压时间3min，使反应器内压力在1Mpa；脱水后的粘性废物排出，脱除的水分排入集水槽；最终粘性废物含水率降到30%，重金属Hg、Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni等的去除率均大于90%；集水槽中的溶液用磺化煤阳离子交换树脂进行处理，回收磷酸；通过离子交换和置换过程，重金属同时被回收；经处理后的水溶液循环用于步骤（1）调制浆液，使用后的磺化煤阳离子交换树脂可再生循环利用。
如图1、2所示，完成上述方法的装置包括搅拌池Ⅰ2、搅拌池Ⅱ10、过滤池12、抽泥管15、螺旋脱水机，搅拌池Ⅰ2设置在搅拌池Ⅱ10一侧并通过污泥螺旋泵Ⅰ6与搅拌池Ⅱ10连通，过滤池12设置在搅拌池Ⅱ10另一侧，搅拌池Ⅱ10通过滤网9与过滤池12连通，隔板13活动设置在过滤池12内并位于滤网一侧，过滤池12通过抽泥管15与螺旋脱水机连通，抽泥管15上设置有污泥螺旋泵Ⅱ14；搅拌池Ⅰ2、搅拌池Ⅱ10内各设置一个搅拌器11，搅拌器11包括螺旋杆3、电机Ⅰ4、螺桨5，电机Ⅰ4设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ顶部，电机Ⅰ的输出轴与螺旋杆3一端连接，螺旋杆设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ内，螺桨5固定在螺旋杆3另一端上；搅拌池Ⅰ2内设置有加热器，搅拌池Ⅰ2顶部设置有进料口Ⅰ1、进水口7，搅拌池Ⅰ2上部设置有出水口8，搅拌池Ⅱ30顶部设置有加料口28；其中所述螺旋脱水机包括电机Ⅱ21、机架23、滤筒27、筒体30、排水槽16、集料槽20，筒体30底部开有多个出水孔26，滤筒27设置在筒体30内，滤筒靠近排料口的3/4筒壁上开有孔，筒体30与滤筒27之间形成一个空气腔25，电机Ⅱ21固定在筒体30一端上，电机Ⅱ21的输出轴与带螺旋叶片的转轴24一端固连，带螺旋叶片的转轴24另一端通过轴承设置在筒体另一端上，滤筒27固定在带螺旋叶片的转轴24上并随其旋转，筒体30上开有进料口Ⅱ31，进料口Ⅱ31与滤筒27一端连通，背压板29套装在带螺旋叶片的转轴上且固定在滤筒27另一端上，排料时，背压板29从滤筒端部脱离形成排料口22；排水槽16设置在筒体30底部并位于出水孔26下方，排水槽16一端设置有排水口17；集料槽20设置在排水槽16下方，集料槽20与筒体30上的排料口22连通，集料槽20倾斜固定在机架23上，筒体30顶部开有气口18和止逆阀19，气口18与真空泵或加压泵连接，抽泥管15一端与进料口Ⅱ31连通，另一端设置在过滤池12内，出水孔的孔径3cm，滤筒上孔的孔径为1cm；
使用时，将粘性废物和水分别从进料口Ⅰ1和进水口8进入搅拌池Ⅰ2中，在搅拌器11作用下制成含水率90%以上的浆料，并通过加热器保持浆液温度为40℃；搅拌反应后静置，将浸出液通过出水口7排出，剩余的粘性废物通过污泥螺旋泵Ⅰ6抽入搅拌池Ⅱ10内，通过加料口28在剩余的废物中添加调理剂，搅拌混合，搅拌混匀时隔板13放在滤网9一侧，混匀后移走隔板13，粘性废物通过污泥螺旋泵Ⅱ14，经过抽泥管15进入螺旋脱水机的进料口Ⅱ31中，废物经过进料口Ⅱ进入滤筒27内，在电机Ⅱ21带动下，带螺旋叶片的转轴24旋转，粘性废物在滤筒27内做径向的圆周运动，不断增大脱水压力，进而使粘性废物中的液体从滤筒上的孔中挤出，同时采用间歇抽真空方式由气口从空气腔25抽出气体，抽真空间隔时间为20min，每次抽真空时间为15min，反应器内真空度为50kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压泵从气口进行加压，加压时间3min，使反应器内压力在1Mpa；并通过筒体底部的出水孔26进入排水槽16中，由排水口17排出，脱水完成后，排料时，背压板29从滤筒27端部脱离，背压板29与滤筒端部之间形成排料口22，废物由带螺旋叶片的转轴上的螺旋叶片带入排料口22中，排至集料槽20中。
实施例2：本实施例的处理对象：某鸡养殖厂产生的鸡粪便，其含水率为75%，密度为1.25t/m3，方法如下：
（1）将粘性废物制成含水率为95%的浆液，且浆液温度为30℃，在浆液中添加辅料P2O5，P2O5加入量为粘性废物质量的25%，搅拌反应3h，实现结合水、间隙水以及重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；反应结束后静置分层，将浸出液排出，在剩余的废物中添加调理剂，铁盐调理剂氯化铁的加入量为粘性废物质量的0.5%，铝盐调理剂明矾的加入量为粘性废物质量的0.05 %；聚合氯化铁的加入量为粘性废物质量的2%；硅藻土加入量为粘性废物质量的0.1%、，搅拌混匀后，混合物通过滤网进入螺旋脱水机；
（2）粘性废物进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，使粘性废物中的液体被挤出，同时采用间歇抽真空方式从螺旋脱水机内抽出气体，抽真空间隔时间为15min，每次抽真空时间为15min，反应器内真空度为10kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压时间4min，使反应器内压力在25Mpa；脱水后的粘性废物排出，脱除的水分排入集水槽；最终粘性废物含水率降到30%，重金属Hg、Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni等的去除率均大于90%；
（3）集水槽中的溶液用磺化煤阳离子交换树脂进行处理，回收磷酸；通过离子交换和置换过程，重金属同时被回收；经处理后的水溶液循环用于步骤（1）调制浆液。
完成上述方法的装置结构同实施例1，不同在于滤网上的孔孔径为2目，滤筒一半筒壁上开有孔（图3），出水孔的孔径2cm，滤筒上孔的孔径为0.05cm。
实施例3：本实施例的处理对象：某城市污水处理厂产生的脱水污泥，其含水率为90%，密度为1.07t/m3，方法如下：
（1）将粘性废物制成含水率为92%的浆液，且浆液温度为50℃，在浆液中添加辅料P2O5，P2O5加入量为粘性废物质量的10%，搅拌反应2h，实现结合水、间隙水以及重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；反应结束后静置分层，将浸出液排出，在剩余的废物中添加调理剂，铁盐调理剂硫酸亚铁水合物的加入量为粘性废物质量的1%，铝盐调理剂氯化铝的加入量为粘性废物质量的1 %；聚合硫酸铁的加入量为粘性废物质量的0.05%；粉煤灰加入量为粘性废物质量的1%，搅拌混匀后，混合物通过滤网进入螺旋脱水机；
（2）粘性废物进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，使粘性废物中的液体被挤出，同时采用间歇抽真空方式从螺旋脱水机内抽出气体，抽真空间隔时间为10min，每次抽真空时间为18min，反应器内真空度为80kPa，在抽真空结束后4min进行加压操作，加压时间4min，使反应器内压力在45Mpa；脱水后的粘性废物排出，脱除的水分排入集水槽；最终粘性废物含水率降到30%，重金属Hg、Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni等的去除率均大于90%；
（3）集水槽中的溶液用磺化煤阳离子交换树脂进行处理，回收磷酸；通过离子交换和置换过程，重金属同时被回收；经处理后的水溶液循环用于步骤（1）调制浆液。
完成上述方法的装置结构同实施例1，不同在于滤网上的孔孔径为5目，出水孔的孔径4cm，滤筒上孔的孔径为1cm。
Claims (12)
1.一种真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将粘性废物制成含水率为90%以上的浆液，且浆液温度为30~50℃，在浆液中添加辅料P2O5，搅拌反应2~4h，实现结合水、间隙水以及重金属与粘性废物颗粒的分离，重金属以化合态存在于浆液中；反应结束后静置分层，将浸出液排出，在剩余的废物中添加调理剂，搅拌混匀后，混合物通过滤网进入螺旋脱水机；
（2）粘性废物进入螺旋脱水机后在其内做径向的圆周运动，使粘性废物中的液体被挤出，同时采用间歇抽真空方式从螺旋脱水机内抽出气体，抽真空间隔时间为10~25min，每次抽真空时间为15~20min，反应器内真空度为0.01~100kPa，在抽真空结束后2min进行加压操作，加压时间2~4min，使反应器内压力在0.1~50Mpa；脱水后的粘性废物排出，脱除的水分排入集水槽；
（3）集水槽中的溶液用离子交换树脂进行处理，回收磷酸；通过离子交换和置换过程，重金属同时被回收；经处理后的水溶液循环用于步骤（1）调制浆液。
2.根据权利要求1所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：P2O5加入量为粘性废物质量的10%~40%。
3.根据权利要求1所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：滤网上的孔孔径为2~6目。
4.根据权利要求1所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：调理剂为铁盐调理剂、铝盐调理剂、无机聚合物调理剂、矿物类调理剂中的一种或几种，铁盐调理剂的添加量为粘性废物质量的0.01%~1%，铝盐调理剂的添加量为粘性废物质量的0.05%~1%，无机聚合物调理剂的添加量为粘性废物质量的0.01%~2%，矿物类调理剂的添加量为粘性废物质量的0.1%~2%。
5.根据权利要求4所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：铁盐调理剂为硫酸铁、氯化铁或硫酸亚铁水合物。
6.根据权利要求4所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：铝盐调理剂为硫酸铝、氯化铝或明矾。
7.根据权利要求4所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：无机聚合物调理剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁或聚合硫酸铁。
8.根据权利要求4所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：矿物类调理剂为石灰、硅藻土或粉煤灰。
9.根据权利要求1所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法，其特征在于：离子交换树脂为磺化煤阳离子交换树脂。
10.完成权利要求1-9中任一项所述的真空耦合物理化学强化粘性废物脱水的方法的装置，其特征在于：包括搅拌池Ⅰ（2）、搅拌池Ⅱ（10）、过滤池（12）、抽泥管（15）、螺旋脱水机，搅拌池Ⅰ（2）设置在搅拌池Ⅱ（10）一侧并通过污泥螺旋泵Ⅰ（6）与搅拌池Ⅱ（10）连通，过滤池（12）设置在搅拌池Ⅱ（10）另一侧，搅拌池Ⅱ（10）通过滤网（9）与过滤池（12）连通，隔板（13）活动设置在过滤池（12）内并位于滤网一侧，过滤池（12）通过抽泥管（15）与螺旋脱水机连通，抽泥管（15）上设置有污泥螺旋泵Ⅱ（14）；搅拌池Ⅰ（2）、搅拌池Ⅱ（10）内各设置一个搅拌器（11），搅拌池Ⅰ（2）内设置有加热器，搅拌池Ⅰ（2）顶部设置有进料口Ⅰ（1）、进水口（7），搅拌池Ⅰ（2）上部设置有出水口（8），搅拌池Ⅱ（30）顶部设置有加料口（28）。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：螺旋脱水机包括电机Ⅱ（21）、机架（23）、滤筒（27）、筒体（30）、排水槽（16）、集料槽（20），筒体（30）底部开有多个出水孔（26），滤筒（27）设置在筒体（30）内，筒体（30）与滤筒（27）之间形成一个空气腔（25），电机Ⅱ（21）固定在筒体（30）一端上，电机Ⅱ（21）的输出轴与带螺旋叶片的转轴（24）一端固连，带螺旋叶片的转轴（24）另一端通过轴承设置在筒体另一端上，滤筒（27）固定在带螺旋叶片的转轴（24）上并随其旋转，筒体（30）上开有进料口Ⅱ（31），进料口Ⅱ（31）与滤筒（27）一端连通，背压板（29）套装在带螺旋叶片的转轴上且固定在滤筒（27）另一端上，排料时，背压板（29）从滤筒端部脱离形成排料口（22）；排水槽（16）设置在筒体（30）底部并位于出水孔（26）下方，排水槽（16）一端设置有排水口（17）；集料槽（20）设置在排水槽（16）下方，集料槽（20）与筒体（30）上的排料口（22）连通，集料槽（20）倾斜固定在机架（23）上，筒体（30）顶部开有气口（18）和止逆阀（19），气口（18）与真空泵或加压泵连接，抽泥管（15）一端与进料口Ⅱ（31）连通，另一端设置在过滤池（12）内。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：搅拌器（11）包括螺旋杆（3）、电机Ⅰ（4）、螺桨（5），电机Ⅰ设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ顶部，电机Ⅰ的输出轴与螺旋杆（3）一端连接，螺旋杆设置在搅拌池Ⅰ或搅拌池Ⅱ内，螺桨（5）固定在螺旋杆（3）另一端上。
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2018
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| CN116621250B (zh) * | 2023-07-18 | 2023-09-22 | 成都威克瑞节能技术有限公司 | 一种基于全流程优化的高效节能智慧循环水系统 |
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