背景技术
我国制革工业经过近20年的飞速发展,已经成为世界制革工业大国,制革工业的发展在给国民经济带来显著效益的同时,也给环境保护,生态平衡带来了巨大的压力和负担。在我国,每加工生产一吨原料皮革,所产生的废水高达50~150吨(t),每年制革工业要向环境排放废水1000t以上,约占我国工业废水排放总量的0.3%。制革废水的特点:含大量悬浮物、有机物、无机盐和硫化物、铬等有害有毒物质,色度深。目前国内外较为成熟的高负荷废水处理方法有物化处理法、生化处理法、以及组合工艺法等,其中以生化处理法应用最为广泛。目前制革废水常用的生化处理方法有:普通活性污泥法、氧化沟法、SBR法(序批式活性污泥法)、氧化膜法和厌氧生物处理法等。虽然在实际工程应用上已经取得了很大成效,但由于处理效率太低、水力停留时间较长,造成基建费和运行费用巨大,由于过多依赖物化处理,导致制革废水处理过程中产生大量污泥,增加处理成本。随着国家对固体废弃物管控的严格化和处理成本的大幅度上升,很大程度上制约了皮革行业的发展。皮革污泥的体积庞大,后续的处理处置都十分不便。皮革污泥中含有大量重金属、病菌等毒害物质,且容易腐烂产生刺激性气味。如果处置不当,不仅影响污水处理厂的正常稳定运行,且会对环境造成严重的二次污染。
污泥中的水分包括间隙水、毛细水、附着水和内部水。其中间隙水和毛细水都能通过物理方法分离出来,而粘附于污泥颗粒表面的附着水和存在于内部的内部水,约占污泥中水分的10%,普通污泥脱水干化的方法无法将其分离。传统的干化工艺是日晒和热干燥法,日晒的方法耗时长,效率低,而热干燥法热能需求较大,成本较高。
中国专利申请201711060199.7公开了一种化学预处理-固化稳定化-压滤处理制革污泥的方法,包括以下步骤:将制革污泥在污泥浓缩池浓缩后,加入污泥调理池;首先向污泥调理池中加入硫酸溶液,调节pH值至6.5-8,接着向污泥调理池中加入助凝剂粉煤灰,粉煤灰加入量为0.5g~1.5g/10g制革污泥,搅拌均匀然后向污泥调理池中加入硫酸铁和硫酸亚铁,与制革污泥的质量比为2.5~3.5/1000,搅拌均匀,再向污泥调理池中加入高分子絮凝剂,高分子絮凝剂的质量为硫酸铁和硫酸亚铁的0.5~1.5%,搅拌均匀得到预处理污泥;将预处理污泥加入污泥固化池,向固化池中加入改性剂,搅拌均匀至无团聚物,得到改性污泥;将改性污泥加入压滤机,经过压滤,得到35重量%含水率的滤饼;最后把泥饼养护后填埋处理。污泥经过该工艺流程的化学与处理和改性处理,可以大大改善污泥的脱水性,降低脱水难度,节约能源,但是投入大量药剂,增加后续处理量;且污泥含水率并不能降至足够低,使得污泥的干化减量不充分。
中国专利205152019U公开了一种污泥低温干化系统,该系统包括带式干化机、干燥风机、冷却风机、空气加热器和物料冷却器;带式干燥机具有干燥区和冷却区两个区域,干燥区通过管路连接干燥风机和空气加热器,再接入干燥区形成干燥空气回路,冷却风区通过管路连接冷却风机和物料冷却器,再接入冷却区形成冷却空气回路;带式干化机还通过管路连接外排风机,外排风机出口连接气—气热回收交换器,热回收交换器的入口引入环境空气进行预热后接入干燥风机的上游管路,通过选用经济型的低温带式干化技术,使得感化所需要的热消耗减少,从而大幅降低干燥的成本,使干化的运行费用下降至经济合理的水平。但该装置未对污泥进行预处理,干化效率受限,干化效果不理想。
中国专利申请CN106524729A公开了一种粉末旋风干燥器,其特征在于,空气加热器现将空气加热至一定温度,在通过脉冲干燥器将空气变成脉冲气流,并进行有热交换的干燥处理,螺旋进料器将物料加入旋风分离器,在脉冲干燥气流的作用下进行旋风分离,接着通入布袋除尘器进行除尘处理,后面再接上排风装置;袋式除尘器底部设置有物料收集器。该装置可以连续干化污泥,运用旋流技术,干化效率也较高,但是改装需要干燥空气,提高能耗,提高成本,且布袋除尘器需定期更换和清理布袋,增加操作成本,降低干化效率;且皮革污泥本身颗粒较大,布袋很快就会堵塞,所以不适合该专利申请所描述的装置。
因此,本领域迫切需要开发出一种高效、环保、节能、工艺流程简单的皮革污泥干化减量方法和装置,以实现皮革污泥连续,高效,节能,环保的干化减量。
发明内容
本公开提供了一种新颖的皮革污泥干化减量方法和装置,解决了现有技术中存在的问题。
一方面,本公开提供了一种皮革污泥干化减量方法,该方法包括以下步骤:
(A)物理沉降浓缩:对皮革污泥沉降浓缩,以降低污泥含水率;
(B)物理挤压初步脱水:对步骤(A)中得到的污泥进行挤压脱水,得到污泥滤饼;
(C)污泥滤饼剪切破碎:对步骤(B)中得到的污泥滤饼进行剪切破碎,得到粒径为1~2mm的污泥颗粒;
(D)破碎污泥颗粒一级旋流自转脱水:将步骤(C)中得到的污泥颗粒送入一级旋流自转脱水分离器中,利用旋流自转、公转耦合,使污泥颗粒在旋流场内公转的同时自转,诱导污泥颗粒中的残余水分迁移出来,得到干燥的污泥颗粒;
(E)污泥颗粒造粒干化:将步骤(D)中得到的污泥颗粒送入造粒干化柱中,使污泥颗粒造粒干化,加快其干化,并将污泥变为颗粒状;
(F)造粒干化后的污泥颗粒二级旋流自转干化:将步骤(E)中得到的污泥颗粒送入二级旋流自转脱水分离器中,再次利用旋流自转、公转耦合作用对污泥颗粒进行干化,促使污泥内部水分迁移,得到干化污泥;以及
(G)湿空气气液分离:将步骤(F)中二级旋流自转脱水分离器溢流口排出的湿空气送入空气净化塔中,对湿空气进行气液分离,得到干燥的洁净空气循环利用。
在一个优选的实施方式中,在步骤(A)中,将皮革污泥通入污泥沉降池后,在静止一段时间后发生物理沉降作用,除去上层清液,得到含水率为98重量%的浓缩污泥。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(B)中,将步骤(A)中得到的含水率为98重量%的浓缩污泥送入板框式压滤机进行初步机械脱水,得到含水率降低至58~65重量%的污泥滤饼。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(C)中,将步骤(B)中得到的污泥滤饼送入滤饼破碎机进行剪切破碎。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(D)中,以室温至80℃的脉动热载空气为介质,将步骤(C)中得到的污泥颗粒送入一级旋流自转脱水分离器中,污泥颗粒在旋流场内自转和剪切,利用污泥颗粒自转产生的离心力克服毛细阻力脱除污泥颗粒中夹带的水分,使污泥颗粒干燥。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(E)中,以室温至80℃的脉动热载空气为介质,利用造粒干化翻抛的干燥原理,使步骤(D)中得到的污泥颗粒在造粒干化柱中不断上下造粒干化,与脉动热载空气充分接触,使得污泥颗粒干化速度加快。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(F)中,以室温至80℃的脉动热载空气为介质,将步骤(E)中得到的污泥颗粒送入二级旋流自转脱水分离器中,利用污泥颗粒自转产生的离心力克服毛细阻力脱除污泥颗粒中夹带的残余水分,使污泥得到进一步干燥,得到的干化污泥颗粒含水率在10重量%以下。
在另一个优选的实施方式中,在步骤(G)中,将步骤(F)中二级旋流自转脱水分离器溢流口排出的湿空气送入空气净化塔中,利用聚结和旋流方式防止气体带液,得到干燥的洁净空气返回脉动气流发生器中循环利用。
另一方面,本公开提供了一种皮革污泥干化减量装置,该装置包括:
污泥沉降池,用于进行步骤(A)物理沉降浓缩:对皮革污泥沉降浓缩,以降低污泥含水率;
与污泥沉降池连接的板框式压滤机,用于进行步骤(B)物理挤压初步脱水:对步骤(A)中得到的污泥进行挤压脱水,得到污泥滤饼;
与板框式压滤机连接的滤饼破碎机,用于进行步骤(C)污泥滤饼剪切破碎:对步骤(B)中得到的污泥滤饼进行剪切破碎,得到粒径为1~2mm的污泥颗粒;
与滤饼破碎机连接的一级旋流自转脱水分离器,用于进行步骤(D)破碎污泥颗粒一级旋流自转脱水:将步骤(C)中得到的污泥颗粒送入一级旋流自转脱水分离器中,利用旋流自转、公转耦合,使污泥颗粒在旋流场内公转的同时自转,诱导污泥颗粒中的残余水分迁移出来,得到干燥的污泥颗粒;
与一级旋流自转脱水分离器连接的造粒干化柱,用于进行步骤(E)污泥颗粒造粒干化:将步骤(D)中得到的污泥颗粒送入造粒干化柱中,使污泥颗粒造粒干化,加快其干化,并将污泥变为颗粒状;
与造粒干化柱连接的二级旋流自转脱水分离器,用于进行步骤(F)造粒干化后的污泥颗粒二级旋流自转干化:将步骤(E)中得到的污泥颗粒送入二级旋流自转脱水分离器中,再次利用旋流自转、公转耦合作用对污泥颗粒进行干化,促使污泥内部水分迁移,得到干化污泥;以及
与二级旋流自转脱水分离器连接的空气净化塔,用于进行步骤(G)湿空气气液分离:将步骤(F)中二级旋流自转脱水分离器溢流口排出的湿空气送入空气净化塔中,对湿空气进行气液分离,得到干燥的洁净空气循环利用。
在一个优选的实施方式中,该装置还包括:
与一级旋流自转脱水分离器连接的脉动气流发生器和管道加热器,用于产生步骤(D)、(E)和(F)中所需的脉动热载空气,其中,所述脉动气流发生器产生正余弦波形的脉动气流,脉动频率为1.5Hz~2.5Hz;
所述一级旋流自转脱水分离器、造粒干化柱和二级旋流自转脱水分离器可并联多级。
有益效果:
本发明的方法和装置的主要优点在于:
本发明结合了传统污泥干化预处理方式、并结合了旋流自转脱水干化与造粒干化的技术,可以在传统干化技术的基础上使污泥与热空气充分接触,并利用旋流自转脱水原理实现污泥干化脱水的连续化、高效化和低能耗化。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现,常见的热烘干法用于污泥干化,热能消耗量巨大,导致污泥干化能耗成本较大,加入化学药剂又会增加其后续处理量,同样增加成本,且不能连续操作;因此需要一种高效、简便、节能、可连续操作的方法来实现污泥的干化减量。
本申请的发明人还发现,旋流自转干化与造粒干化结合可以简便、高效地将污泥干化到含水率10重量%以下,并且其中物料都是连续操作的,热能消耗也比常见烘干法大大降低,是一种非常绿色、高效、能耗低和简便的方法。
本申请的发明人进一步发现,脉动气流可以使污泥在造粒干化柱中进行造粒,形成稳定的污泥颗粒,有利于二级旋流自转分离,且与脉动热气充分接触,大大加快了污泥颗粒的干化速度,加大了处理量,降低了能量消耗。
基于上述研究及发现,本发明开发了一种皮革污泥干化减量方法和装置,具有流程简单、效率高,能耗低等优点,实现了皮革污泥的干化脱水减量的目的,从而有效解决了现有技术中存在的问题。
在本公开的第一方面,提供了一种皮革污泥干化减量方法,该方法包括以下步骤:
(A)物理沉降浓缩:使用污泥沉降池对皮革污泥沉降浓缩,以降低污泥含水率;
(B)物理挤压初步脱水:使用板框式压滤机对剩余污泥进行初步脱水,得到污泥滤饼;
(C)污泥滤饼剪切破碎:使用滤饼破碎机对污泥滤饼进行剪切破碎,得到粒径为1~2mm的污泥颗粒;
(D)破碎污泥颗粒一级旋流自转脱水:在一级旋流自转脱水分离器中,利用旋流自转、公转耦合,使污泥颗粒在旋流场内公转的同时高速自转,诱导污泥颗粒中的残余水分迁移出来,得到较干的污泥颗粒;
(E)污泥颗粒造粒干化:使用造粒干化柱,通以脉动干化气流,使一级旋流自转后的污泥颗粒造粒干化起来,促使其干化加快,并将污泥变为颗粒状;
(F)造粒干化后的污泥颗粒二级旋流自转干化:在二级旋流自转脱水分离器中,再次利用旋流自转公转耦合作用对污泥颗粒进行干化,促使污泥内部水分迁移,得到干化污泥;以及
(G)湿空气气液分离:在空气净化塔中通入二级旋流自转脱水分离器溢流口的湿空气,利用聚结以及旋流的方式防止气体带液,得到干燥的洁净空气返回到脉动气流发生器中循环利用。
在本公开中,在步骤(A)中,皮革污泥通入污泥沉降池后,在静止一段时间后发生物理沉降作用,除去上层清液,得到含水率约为98重量%的浓缩污泥。
在本公开中,在步骤(B)中,含水率约为98重量%的浓缩污泥通过板框式压滤机进行初步机械脱水得到的滤饼含水率可以降低至约58~65重量%(具体含水率取决于皮革污泥的性质和压滤机的参数)。
在本公开中,在步骤(C)中,使用滤饼破碎机对步骤(B)中得到的污泥滤饼进行剪切破碎,将滤饼破碎成粒径为1mm~2mm的污泥颗粒,并通过脉动气流将污泥颗粒送入一级旋流自转脱水分离器。
在本公开中,在步骤(D)中,以室温至80℃,优选室温至60℃,更优选室温至40℃的脉动热载空气为介质,将步骤(C)中已经破碎的污泥颗粒送入二级旋流自转脱水分离器中,污泥颗粒在旋流场内高速自转和剪切,利用污泥颗粒高速自转产生的离心力克服毛细阻力脱除污泥颗粒中夹带的水分,使污泥干燥。
在本公开中,在步骤(E)中,利用造粒干化翻抛的干燥原理,通入脉动气流,使得污泥颗粒在造粒干化柱里不断上下造粒干化,与脉动热载空气充分接触,使得污泥颗粒干化速度加快,干化程度更为彻底;干化过程中随着污泥颗粒含水量的降低,污泥颗粒的质量也逐渐下降,当污泥颗粒干化至一定程度,就随气流流出造粒干化柱,进行进一步干化。
在本公开中,在步骤(F)中,将步骤(E)中得到的造粒干化污泥颗粒送入二级旋流自转脱水分离器,利用污泥颗粒高速自转产生的离心力克服毛细阻力脱除污泥颗粒中夹带的残余水分,使污泥得到进一步干燥,得到的干化污泥颗粒含水率在10重量%以下;从二级旋流自转脱水分离器溢流口出来的湿空气进行下一步处理后循环利用。
在本公开中,步骤(G)中,将步骤(F)中得到的湿空气通入空气净化塔中进行气液分离,使湿空气中的水分净化出去,干空气循环利用。
在本公开的第二方面,提供了一种皮革污泥干化减量装置,该装置包括:
污泥沉降池,用于进行上述步骤(A);
与污泥沉降池连接的板框式压滤机,用于进行上述步骤(B);
与板框式压滤机连接的滤饼破碎机,用于进行上述步骤(C);
与滤饼破碎机连接的一级旋流自转脱水分离器,用于进行上述步骤(D);
与一级旋流自转脱水分离器连接的造粒干化柱,用于进行上述步骤(E);
与造粒干化柱连接的二级旋流自转脱水分离器,用于进行上述步骤(F);以及
与二级旋流自转脱水分离器连接的空气净化塔,用于进行上述步骤(G)。
在本公开中,该装置还包括:与一级旋流自转脱水分离器连接的脉动气流发生器和管道加热器,用于产生步骤(D)、(E)和(F)中所需的脉动热载空气。
在本公开中,所述脉动气流发生器产生正余弦波形的脉动气流,脉动频率为1.5Hz~2.5Hz。
在本公开中,所述一级旋流自转脱水分离器、造粒干化柱和二级旋流自转脱水分离器可并联多级。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的皮革污泥干化减量工艺流程图。如图1所示,污泥沉降池1对皮革污泥进行物理沉降浓缩,得到的浓缩污泥输送至板框压滤机2中预脱水处理,污泥预脱水后外排的污泥滤饼输送进入到滤饼破碎机3中,得到污泥颗粒,粒径在1mm~2mm的污泥颗粒从滤饼破碎机3的出料口排出,脉动气流发生器8与管道加热器9产生脉动热载空气,和污泥颗粒一起通过一级旋流自转脱水分离器4-1后实现污泥的进一步干化;一级旋流脱水后的污泥颗粒从一级旋流自转脱水分离器4-1的底流口排出,在脉动热载空气的作用下进入到造粒干化柱5-1中,干化后质量减小的污泥颗粒随着脉动热载空气从造粒干化柱5-1的溢流口排出,进入二级旋流自转脱水分离器6-1中经过二级旋流自转脱水后实现最终的污泥干化减量,干化污泥直接从二级旋流自转脱水分离器6-1底流口排出,而含有杂质的脉动热载空气由二级旋流自转脱水分离器6-1溢流口排出,进入空气净化塔7,经过聚结与旋流结合的工艺,将空气流中的液态水等液体杂质(废液)除去,再通入脉动气流发生器8中循环利用;同时,载气通过脉动气流发生器8和管道加热器9产生正余弦波形的室温至80℃的脉动气流,将污泥颗粒输送到一级旋流自转脱水分离器4-1中,完成整个干化工艺流程,其中,一级旋流自转脱水分离器、造粒干化柱和二级旋流自转脱水分离器可并联多级,如第二级的一级旋流自转脱水分离器4-2、造粒干化柱5-2和二级旋流自转脱水分离器6-2。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是,应该明白,这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明,所有的百分比和份数按重量计。
实施例1:
在某皮革厂皮革污泥干化减量装置中,按照本发明方法和装置进行皮革污泥干化减量,其具体运作过程及效果描述如下:
1.概述
将30kg含水率66.67重量%的浓缩皮革污泥加入料斗中,经过板框式压滤后进入滤饼破碎机形成粒径为1mm~2mm的污泥颗粒,同时脉动气流发生器和管道加热器产生不同温度的脉动热气流,脉动热气流携带着污泥颗粒进入一级旋流自转脱水分离器,以及进行接下来的干化流程。其中,脉动干化气流温度分别是40℃、50℃、60℃、70℃、80℃,污泥停滞时间为35分钟,气速为3~8m/s,脉冲频率为2Hz。不同温度下的皮革污泥脱水效果如下表1所示。
表1:不同温度下的皮革污泥脱水效果
2.实施过程
参照本发明方法实施,具体如下:
(1)污泥沉降池对皮革污泥进行沉降浓缩,得到含水率约为98重量%的浓缩污泥。
(2)板框式压滤机对30kg皮革污泥进行预脱水处理,得到的含水率为66.67重量%的污泥滤饼通过滤饼破碎机进行剪切破碎后,得到粒径为1mm~2mm的污泥颗粒,实现皮革污泥机械预脱水和剪切破碎处理。
(3)脉动气流发生器产生的脉冲频率为2Hz的脉动气流进入管道加热器,加热至室温至80℃,产生的脉动热气流与剪切破碎后的粒径为1mm~2mm的污泥颗粒一同进入一级旋流自转脱水分离器中,其中热载气体为空气。
(4)脉动热气流携带着污泥颗粒进入一级旋流自转脱水分离器,利用污泥颗粒在旋流自转脱水分离器中高速自转产生的离心力脱除污泥颗粒携带的一部分余留水分。
(5)一级旋流自转脱水后的皮革污泥颗粒携带部分水分进入到造粒干化柱中,同时,室温至80℃的热空气通过脉动气流发生器产生频率为2Hz的正余弦波形的脉动气流,与皮革污泥颗粒一同进入到造粒干化柱中,实现皮革污泥颗粒的造粒干化。
(6)经过造粒干化的污泥颗粒进入到二级旋流自转脱水分离器中,实现污泥颗粒的二级旋流自转脱水,以去除皮革污泥中大部分水分实现皮革污泥的干化减量,以保证脱水干化后的污泥达到排放标准。
(7)污泥颗粒经过二级旋流自转脱水后得到的干化污泥从二级旋流自转脱水分离器底流口排出,而含杂质的空气则进入到空气净化塔,经过聚结及旋流结合的工艺流程除去其中液体水分等杂质,从空气净化塔的溢流口重新回到脉动气流发生器,实现空气的循环利用。
3.实施效果
污泥沉降池将含水率极大的皮革污泥进行物理沉降浓缩的处理;得到含水率约98重量%的浓缩污泥,板框式压滤机将淌水状态的皮革污泥机械预脱水为含水率为66.67重量%的滤饼,经过一级旋流自转脱水加造粒干化后,皮革污泥含水率在温度40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下逐渐降低,如上表1所示,含水率最高为58.20重量%,最低为39.39重量%,效果并不理想,说明了需要二级旋流自转脱水分离器将含水率进一步降低,而经过二级旋流自转脱水处理后,污泥含水率最高也只有17.32重量%,最低可以低至6.48重量%,效果十分显著,表明了预干化+造粒干化+旋流自转干化的工艺能够实现皮革污泥的干化减量,且效果显著;整个工艺流程简便、高效、绿色,实现了皮革污泥干化减量的连续化,无需添加其他药剂,大大减小了处理量,同时降低了能耗。
从二级旋流自转脱水分离器溢流口排出的含有杂质的空气通入空气净化塔进行净化处理后又通入脉动气流发生器,实现了空气的循环利用,达到了节能减排的目的。
该技术的实施能有效降低工艺的运行成本,节约资源,保护环境,符合工业污泥处理领域“低碳、环保、高效、节能”的可持续发展战略方向。
上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例,并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰,都应为本发明的技术范畴。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。