CN110272176B

CN110272176B - 基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置及方法

Info

Publication number: CN110272176B
Application number: CN201910612572.8A
Authority: CN
Inventors: 江艳存; 王贵山
Original assignee: Zhaoyuan Huichao New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Zhaoyuan Huichao New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: CN110272176A

Abstract

本发明提供一种基于分布式超强吸液小球的污泥快速深度干化装置和方法，装置包括主系统和辅助系统，主系统的主体包括依次联通的混料搅拌装置、筛分装置、固液分离装置，还包括循环利用装置，辅助系统包括固渣储集装置、流体处理装置。驱动设备连接和驱动混料搅拌装置，将来自进料口的待处理污泥和吸液小球搅拌均匀后送入筛分装置，污泥的固相颗粒通过筛分孔进入固渣储集装置；剩下的吸液小球通过固液分离装置施力后排出孔隙中流体，所排出流体进入流体处理装置，吸液小球则通过固液分离装置出料口排出，沿着循环利用装置推进到混料搅拌装置的进料口，再次用于干化处理。本发明通过分布式介入方式增加吸液小球的比表面积，加大吸液强度，与机械方法结合实现了污泥连续性、集约化的高效干化和减量处理，污泥含水率可以降至10％以下，吸液材料可以循环利用，从而使成本大幅下降。

Description

基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置及方法

技术领域

本发明涉及固废干化处理领域，尤其是涉及一种基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置及方法。

背景技术

污泥水分大致可以分成以下四个部分：即间隙水(游离水)约占总水分的70％，毛细水约占总水分的20％，颗粒表面吸附水和内部水约占10％；水中除了可能易腐、有恶臭、含大量寄生虫卵与病原微生物外，重金属也是污泥中的主要污染物之一，这些重金属容易聚集、难以迁移，严重制约了污泥的再利用。除此之外污泥中往往有不等含量的油相和或乳化油相。因此，如何在做好污泥深度干化(含水率小于10％)的同时，妥善处理排出液的微生物，祛除干化物的重金属残留，处理和利用残余油相和或乳化油相，是污泥干化处理面临的主要难题；而要有效降低成本，无疑需要增加技术的集约化程度。

(一)深度干化技术

污泥脱水或干化大体经历了四代技术发展：(1)自然干化；(2)机械式干化；(3)高分子材料干化；(4)纳米材料干化。技术的复合程度不断增大。

机械式干化靠机械动能或热能实现固液分离，主要包括叠螺脱水机、带式压滤机、板框式压滤机、离心式脱水机及回转窑烘干机等方式；一般处理后的污泥含水率在20％以上；污泥经过调制后，处理后的污泥含水率能够到15％左右，难以降至10％的主要原因是部分污泥团聚。叠螺脱水机、带式压滤机、板框式压滤机、离心式脱水机均存在处理后的泥饼含水率高、设备噪音大、单机处理量小、能耗高、设备占地面积大、不易维护、应用领域范围受限等缺陷；回转窑烘干机虽然可以将泥饼处理的含水率低，但处理成本高，尾气排放污染严重，投资成本高。为了进一步降低含水率到10％以下，以减小后期深度处理的耗能，就必须对颗粒表面吸附水进行解吸附，以及对内部水进行破壁。就需要采用高分子材料或纳米材料法。

超强吸水材料技术始于1938年，我国研究始于上世纪80年代；目前主要材料包括聚丙烯酸类和淀粉接枝丙烯酸类、聚丙烯腈水解物类和淀粉接枝聚丙烯腈水解物类、纤维素类、聚乙烯醇类。其中，聚丙烯酰胺(PAM)等水溶性高分子聚合物作为絮凝剂，被用于祛除颗粒表面吸附水，但面临二次污染。超强吸水高分子树脂(SAP)吸水能力可达自身重量的500～2000倍，但不能生物降解并存在生物毒性；氧化石墨烯被引入到丙烯酸树脂的高分子网络中，进一步提高了材料的吸水和保水效果，但吸水后不易快速挤压脱水复用。近期公开的“一种加有高吸水树脂的碱渣基生活污泥固化剂”用碱渣、磷石膏、电石渣和偏高岭土的混合粉体材料与粒径<6μm的钢渣粉混合，加SAP、水玻璃、聚丙烯酰胺，形成高吸水树脂的碱渣基生活污泥固化剂，掺混后可将污泥含水率降到5％以下，但材料不可复用。

基于纳米科技的超强吸液材料和各类分离膜技术研究始于上世纪80年代中期，90年代后快速发展。如Oasis超强吸水纤维、印度理工学院开发出一种由微型纳米纤维制成的吸水健康环保新材料，可降解，对环境影响较小。但是这些材料由于技术门槛和成本较高，目前基本没有被用于污泥处理。

(二)其它组分的祛除

1、去重金属残留的方法：主要包括吸附法、化学淋滤法、电动修复法、生物淋滤和膜分离法等。其中，和本发明相似的膜分离技术是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法，包括电渗析和隔膜电解。

2、有机物排出液的微生物处理方法：目前主要方法包括污泥初步干燥、热处理、消毒液和快速真空脉冲法，通常与干化技术配套。

3、污泥中油相和或乳化油相的处理方法：采用旋流机、破乳剂、热裂解等方式祛除油污，近年来利用石墨烯等新型材料的超强吸油能力进行处理。

总体上，由于污泥的固液相组分十分复杂，以上各种传统处理技术分别针对不同类型的固相、液相组分进行，因此形成了庞大而分散的技术群；各技术方向自上世纪80年代以来快速发展和不断深化，但处理效率不高、二次污染明显、成本无实质性降低。

发明内容

本发明提供了一种基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置及方法，解决了污泥深度干化的问题，其技术方案如下所述：

一种基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置，装置包括主系统和辅助系统，主系统的主体包括依次联通的混料搅拌装置、筛分装置、固液分离装置，还包括循环利用装置，辅助系统包括固渣储集装置、流体处理装置。驱动设备连接和驱动混料搅拌装置，将来自进料口的待处理污泥和吸液小球搅拌均匀后送入筛分装置，污泥的固相颗粒通过筛分孔进入固渣储集装置；剩下的吸液小球通过固液分离装置施力后排出孔隙中流体，所排出流体进入流体处理装置，吸液小球则在恢复体积后通过固液分离装置出料口排出，沿着循环利用装置推进到混料搅拌装置的进料口，再次用于干化处理。

其中，“通量”是指单位时间通过流经单位面积的物料重量。搅拌时流体会进入孔隙，导致体积减小，但重量和物质组成不变。搅拌装置出料口通量与筛分装置进料口通量一致；筛分装置出料口通量与固液分离装置进料口通量一致。

对于混料搅拌装置、筛分装置和固液分离装置，相邻装置进出料通量相同，混料搅拌装置的长度为筛分装置的2～3倍。

吸液小球由纳米材料制成，纳米材料的成分至少包括如下中的一种：石墨烯、聚氨酯、碳纳米管、活性碳、纤维素、丙烯酸纳盐_、岩石纤维、淀粉、乙烯、乙酸、乙烯酯、APAO、PT3385、偶氮二甲酰胺、CaCO、过氧化二异丙苯、H2O2，并且材料内部具有增大储液能力的网状结构。

超强吸液小球采用颗粒级配原理，针对待处理物料的固相物特征进行优化组合，小球直径小于25mm。

混料搅拌装置、筛分装置、固液分离装置和循环利用装置均设置有药液滴注孔，用于注入杀菌药液，对待处理物料和装置进行杀菌。

流体处理装置设置有去重金属残留膜和油水分离膜，将流体进行重金属过滤，以及油水分离。

筛分装置包括筛管作为内部管柱，内部管柱中有分散状磨料。

筛分装置包括管状筛管或带状振动筛等器械，将待污泥的固相颗粒与吸液小球分离。

固液分离装置包含施力段和卸压段，通过在施力段中对吸液小球施力排出孔隙流体，施力方式包括但不限变距螺旋、履带式挤压、强力抽真空、旋离器等，其中，变距螺旋从进料口向出料口方向至少有一段螺距快速变小的挤压段，挤压段最小螺距的螺旋腔容积为无孔隙的吸液小球基材体积的1.1～1.2倍；卸压段中吸液小球恢复原有体积。

根据上述基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置的污泥深度干化方法，包括下列步骤：

(1)将吸液小球和待干化物送入混料搅拌装置；

(2)通过混料搅拌装置使吸液小球在外力作用下分布式嵌入待干化物；

(3)通过筛分装置实现吸液小球与待干化物固相颗粒的分离；

(4)通过固液分离装置排出吸液小球中流体，吸液小球离开固液分离装置时恢复原始体积，并对流体残渣再次吸附并卷动残渣排出；

(5)吸液小球通过固液分离装置的吸液球出料口进入循环利用装置，通过循环利用装置推进到混料搅拌装置的进料口进行重复利用。

进一步的，在混料搅拌装置中，吸液小球的总体积为待干化物总体积的1.5-2.5倍；吸液小球和待干化物的总体积为混料搅拌装置容积的2/3～3/5。

筛分装置包括筛管作为内部管柱，孔眼为超强吸水微孔小球直径的1/2～1/3；内部管柱中有分散状磨料，磨料的体积为内部管柱容积的1/5～1/4；筛分装置进料口处第一螺旋腔的容积不小于混料搅拌装置最后一个螺旋腔的容积。

筛分装置采用振动筛的振动电机激振，向前作直线运动并合理匹配筛网，从而筛分吸液小球与污泥固相物；振动筛通量与混料搅拌装置一致；筛网网眼直径不大于吸液小球最小粒径。

本发明通过使用超强吸液小球，能够将污泥进行深度干化，处理后的污泥含水率能够不高于10％，同时有效的分离重金属、油相等其他组分，处理效率高，同时超强吸液小球能够循环使用，降低成本，实现了连续性、一体化、集约化、零排放的快速处理。

附图说明

图1是所述基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置的结构示意图；

图2是所述基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化方法的流程示意图；

各部件名称如下：

1-待处理污泥进料口；2-吸液小球；3-待处理污泥进料箱；4-吸液球进料口；5-驱动装置；6-混料搅拌装置；7-筛分装置；8-磨料；9-干化污泥罐；10-固液分离装置；11-储液罐；12-吸液球出口；13-药液滴注孔；14-去重金属残留膜；15-油水分离膜；16-上下料位传感器；17-上下液位传感器；18-第二固相物出料口；19-螺旋送料中轴；20-螺旋叶片；21-固渣滤网；22-富重金属残液出口；23-水出口；24-油出口；25-液体出口；26-循环利用装置。

具体实施方式

如图1所示，基于分布式超强吸液小球的污泥深度干化装置包括依次联通的混料搅拌装置6、筛分装置7、固液分离装置10，混料搅拌装置6的出料端联通筛分装置7的进料端，筛分装置7的出料端联通固液分离装置10的进料端。固液分离装置10与循环利用装置相连接，部分吸液小球通过固液分离装置10的出料口排出，沿着循环利用装置26推进到混料搅拌装置6的进料口，再次用于干化处理。

混料搅拌装置6、筛分装置7、固液分离装置10的外径相同，混料搅拌装置6的长度为筛分装置7的2～3倍。

三个装置共用同一驱动装置5，驱动装置5连接有螺旋送料中轴19，螺旋送料中轴19依次穿过混料搅拌装置6、筛分装置7、固液分离装置10，并在各装置对应设置有螺旋叶片20。

所述混料搅拌装置6的前端设置有待处理污泥进料箱3和吸液球进料口4，所述待处理污泥进料箱3上端开有待处理污泥进料口1，用于接收待处理污泥。吸液球进料口4的上端开口用于接收吸液小球2，以及从固液分离装置10末端传送来的吸液小球2。

吸液小球2由纳米材料制成，纳米材料的成分至少包括如下中的一种：石墨烯、聚氨酯、碳纳米管、活性碳、纤维素、丙烯酸纳盐_、岩石纤维、淀粉、乙烯、乙酸、乙烯酯、APAO、PT3385、偶氮二甲酰胺、CaCO、过氧化二异丙苯、H2O2，材料内部具有增大储液能力的网状结构。超强吸液小球可以为任意形状的颗粒状物，内部孔隙空间可以具有任意形状，表面可以经过选择性吸液或污染无吸附或反吸附处理，形成超强吸水微孔小球。小球吸液前后体积变化不大，但挤压排液时体积变化大，排液后体积恢复原状。

所述吸液小球2具有以下特点：(1)粒径大于待干化物的最大固相粒径；(2)有极好的耐磨性；(3)有极好的柔软性且弹性极强；(4)内部具有网状结构，网状链长10^-9～10^-8m；(5)采用的基材具有快速超强吸水性，吸水后体积基本不变，吸液时间短于10秒；(6)蓄积的水可以通过施力后有效排出，排液时间短于10秒；(7)小球可降解、无生物毒性；(8)小球可重复利用。

混料搅拌装置6还设置有药液滴注孔13。同理，可以在筛分装置7和固液分离装置10设置药液滴注孔13。

筛分装置7的下端连接有干化污泥罐9，干化污泥罐9内设置有上下料位传感器16，用于确定进料速度。

筛分装置7包括筛管，筛管作为内部管柱，孔眼为超强吸水微孔小球直径的1/2～1/3；内部管柱中有分散状磨料8，磨料8的体积为内部管柱容积的1/5～1/4；进口处第一螺旋腔的容积不小于混料搅拌装置6最后一个螺旋腔的容积。

固液分离装置10的进料端的第一螺旋腔容积与筛分装置7出料端最后一个螺旋腔的容积相等；从进料口向出料口方向至少有一段螺距快速变小的挤压段，挤压段最小螺距的螺旋腔容积为超强吸液小球基材体积(无孔隙)的1.1～1.2倍；固液分离装置10的底部具有过滤固相颗粒的固渣滤网21。

固液分离装置10的挤压段的下端通过液体出口25与储液罐11相连接，储液罐11从下到上依次设置有重金属分离段、出水段和出油段，重金属分离段和出水段之间设置有去重金属残留膜14，出水段和出油段之间设置有油水分离膜15，重金属分离段设置有富重金属残液出口22，出水段设置有水出口23，出油段设置有油出口24。进一步的，在油水分离膜15处安装有上下液位传感器17。

固液分离装置10的末端设置有用于排出吸液小球2的吸液球出口12，末端下部设置有第二固相物出料口18。

本发明是将吸液小球2在外力作用下分散式嵌入待干化物中，待干化物为待处理污泥，通过至少三段等外径共中心轴的螺旋搅拌送料机实现连续处理，使用时结合图2所示，包括以下步骤：

根据污泥固相颗粒的粒径，以及液相组分确定吸液小球2的类型、直径和比例；将吸液小球2和待处理污泥1通过吸液球进料口4和待处理污泥3进料口，倒入混料搅拌装置6；通过驱动装置5带动混料搅拌装置6，使吸液小球2均匀分散到待处理污泥1中。在混料搅拌装置6中，吸液小球2的总体积为待干化物总体积的1.5-2.5倍；吸液小球2和待干化物的总体积为混料搅拌装置6容积的2/3～3/5。

吸液小球2通过选择性吸液，使待处理污泥1快速固液分离；污泥中的流体蓄积在吸液小球2中，流体从连续密相转变为分散相，污泥中团聚的固相物转变为分散状污泥颗粒。混料搅拌装置6使吸液小球2反向运动，增大吸液小球2与待干化物(污泥)的接触时间，充分挂浆。

将充满流体的吸液小球2和分散的污泥颗粒混合物被送入筛分装置7，磨料在螺片20卷动下与吸液小球2充分碰撞，去掉吸液小球2表面吸附的污泥颗粒；污泥颗粒通过固相出料口进入干化污泥罐9。

将筛分装置7后的吸液小球2送入固液分离装置10，变螺距螺旋施压段叶片挤压吸液小球2使流体经固渣滤网21，经由液体出口25排出到储液罐11；吸液小球2进入螺旋卸压段恢复原始体积，并对滤网上部残渣再次吸液，卷动残渣从第二固相物出料口18排出。

进入储液罐11的流体从下部进入，向上穿过去重金属残留膜14，富含重金属残液通过富重金属残液出口22排入相应罐体；剩余流体进入上部腔体。

可选的：进入干化污泥罐9和储液罐11的固废和废液，送入热裂解装置进行无害化处理和资源利用。

可选的：沿螺旋中轴的各药液滴注孔13注入杀菌药液，对待处理物料和装置进行杀菌，避免二次污染。

可选的：在固液分离后增加一个处理短节，处理腔体具有清水进水孔和出水孔，清水中可以添加消毒液；吸液小球2通过变螺距螺旋吸水和挤压后通过出料口进入吸液球进料口4进行重复使用。

本发明基于超强吸液能力的多功能小球，与机械方法结合实现污泥深度干化和无害化的连续性、一体化、集约化、零排放的快速处理，从而使成本大幅下降。

Claims

1.一种基于分布式吸液小球的污泥深度干化装置，其特征在于：装置包括主系统和辅助系统，主系统的主体包括依次联通的混料搅拌装置、筛分装置、固液分离装置，还包括循环利用装置，辅助系统包括固渣储集装置、流体处理装置；混料搅拌装置中，吸液小球的总体积为待干化物总体积的1.5-2.5倍；吸液小球和待干化物的总体积为混料搅拌装置容积的2/3～3/5；

驱动设备连接和驱动混料搅拌装置，将来自进料口的待处理污泥和吸液小球搅拌均匀后送入筛分装置，污泥的固相颗粒通过筛分装置的筛分孔进入固渣储集装置；

剩下的吸液小球通过固液分离装置施力后排出孔隙中流体，所排出流体进入流体处理装置，吸液小球则在恢复体积后通过固液分离装置出料口排出，沿着循环利用装置推进到混料搅拌装置的进料口，再次用于干化处理；

固液分离装置包含施力段和卸压段，通过在施力段中对吸液小球施力排出孔隙流体，施力方式为变距螺旋，变距螺旋从进料口向出料口方向至少有一段螺距快速变小的挤压段，挤压段最小螺距的螺旋腔容积为无孔隙的吸液小球基材体积的1.1～1.2倍；卸压段中吸液小球恢复原有体积；固液分离装置的末端设置有用于排出吸液小球的吸液球出口，末端下部设置有第二固相物出料口；

吸液小球的粒径大于待干化物的最大固相粒径，内部具有网状结构，网状链长10⁹～10⁸m，挤压排液时体积变化大；

筛分装置包括筛管，筛管作为内部管柱，孔眼为吸水微孔小球直径的1/2～1/3；内部管柱中有分散状磨料，磨料的体积为内部管柱容积的1/5～1/4。

2.根据权利要求1所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化装置，其特征在于：对于混料搅拌装置、筛分装置和固液分离装置，相邻装置进出料通量相同，混料搅拌装置的长度为筛分装置的2～3倍。

3.根据权利要求1所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化装置，其特征在于：吸液小球采用颗粒级配原理，针对待处理物料的固相物特征进行优化组合，小球直径小于25mm。

4.根据权利要求1所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化装置，其特征在于：混料搅拌装置、筛分装置、固液分离装置和循环利用装置均设置有药液滴注孔，用于注入杀菌药液，对待处理物料和装置进行杀菌。

5.根据权利要求1所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化装置，其特征在于：流体处理装置设置有去重金属残留膜和油水分离膜，将流体进行重金属过滤，以及油水分离。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化方法，包括下列步骤：

(1)将吸液小球和待干化物送入混料搅拌装置；

(3)通过筛分装置实现吸液小球与待干化物固相颗粒的分离；

7.根据权利要求6所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化方法，其特征在于：在混料搅拌装置中，吸液小球的总体积为待干化物总体积的1.5-2.5倍；吸液小球和待干化物的总体积为混料搅拌装置容积的2/3～3/5。

8.根据权利要求6所述的基于分布式吸液小球的污泥深度干化方法，其特征在于：筛分装置包括筛管作为内部管柱，孔眼为吸水微孔小球直径的1/2～1/3；内部管柱中有分散状磨料，磨料的体积为内部管柱容积的1/5～1/4；筛分装置进料口处第一螺旋腔的容积不小于混料搅拌装置最后一个螺旋腔的容积。