CN110285429A - 一种污泥处理装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥处理装置及其工艺，利用超重力技术原理，对污泥进行超重力处理后，再将污泥引入污泥流化氧化反应器中，利用反应器的独特结构，使得污泥进入反应器后经雾化产生污泥滴，悬浮于空气中，每个污泥滴团聚后成团，每个污泥滴与空气接触大大提高了雾化后污泥的氧化速度，同时利用雾化污泥在高温下的氧化焚烧，避免了明火燃烧导致的污泥的其他反应，不产生二噁英，对环境友好，从而有效地实现了对污泥的充分处理。

Description

一种污泥处理装置及其工艺

技术领域

本发明涉及一种污泥处理装置及其工艺，属于环保技术领域。

背景技术

随着国家对环保的进一步要求，目前国标对污泥污染物控制提出了进一步严格的要求。其中，不仅对镉、汞、铅、铜等化学元素含量，根据A类污泥产物及B类污泥产物进行了要求，同时还对污泥产物的物理指标进行了要求，具体为含水率需要小于60％，pH值需要控制在5.5-8.5，粒径小于等于10，有机质大于等于20。

目前，工业生产中常见的污泥有两种，分别是含油污泥和活性污泥；其中：

含油污泥是油田和石油化工企业重要的排放物，其含油量为5-8％，含水量为90％；含油污泥的化学性质十分复杂，含有老化油、沥青、胶质和固体悬浮物，细菌、寄生虫等生物质，铜、汞、镉、锌等金属盐类，苯系物、蒽、酚类、芘和有机硫化物等有毒和发臭物质；且COD含量高达100000ppm。所以含油污泥是目前油田和石油化工企业重要的需要治理的污染源。

活性污泥主要来源于工业污水，主要包括细菌、原生物和藻类等，而细菌和原生物是主要的两大类。其中，细菌主要有菌胶团细菌、丝状细菌，其次还有酵母菌、真丝真菌、放线菌及微型藻类，这些整体构成了活性污泥的骨架。活性污泥的有机物和无机物组成比例因处理污水的不同而有一定程度的差异，一般有机成分占75-85％，无机成分占15-25％。

针对以上污泥的处理，常规处理方法包括堆放、无害化处理。常规的堆放处理一般处理成本较低，但是由于污泥含水量高，体积量大，占地面积大，很容易造成二次污染。无害化处理可以使污泥得以有效处理，但是投资巨大，一般处理量为20t/h的污泥装置至少需要投资一亿元。

对于无害化处理工艺，常见的工艺包括中温带式干燥工艺、微负压低温干燥工艺、高温热水解耦合厌氧消化及板框压滤工艺、热干化工艺：

1、中温带式干燥工艺是利用蒸汽或热风在110-150℃下对污泥进行处理，该工艺需要燃料供给，能耗高，设备复杂且投资较高，即便如此，经过该工艺处理后，污泥的水含量仍然很高，泥量大，含危废。

2、微负压低温干燥工艺，利用蒸汽或烟气余热进行加热，加热温度为80-85℃，该工艺所需设备复杂，投资高，且同样存在处理后污泥水含量高、泥量大、含危废的问题。

3、高温热水解耦合厌氧消化及板框压滤工艺，该工艺克服了以上两个工艺能耗大的问题，但同样存在含水量大、泥量大、流程长、COD未去除的问题。

4、热干化工艺降低了泥量，但需要燃煤，能耗仍然高，含水量高，COD去除率少。

为此，现有技术中急需一种有效的污泥处理装置和工艺。

发明内容

本发明提供了一种新的污泥处理装置和对应工艺。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种污泥处理装置，包括：

第一超重力机，所述超重力机具有外壳，在外壳的中轴线上贯通外壳设置有动力驱动的中空转轴，所述转轴上设置有可密封的流体进口，在转轴内具有流体通道；在转轴外部，与所述转轴同轴套设连接有套筒，从而在所述转轴与所述套筒内壁之间成形气体通道，在套筒上设置有多个气孔和气体出口；所述转轴朝向所述套筒延伸设置有多个旋转通道，在旋转通道内设置有凸起或者凹入的螺旋通道；所述旋转通道贯通所述套筒设置；

与所述转轴、套筒同轴套设连接有填料筒，在所述填料筒内成形填料区；所述旋转通道、所述气孔均与所述填料区连通；在外壳上设置有气体进口和流体出口，所述气体进口、流体出口均和填料区连通；

所述流体入口连接脱水机，脱水机另一端连接过滤器；

还包括污泥流化氧化反应器，其具有上壳体和下壳体；在上壳体顶部设置有燃烧气出口，底部一侧设置有固废出口，还设置有二次风入口，二次风入口高于固废出口；下壳体底部设置有主风入口，下壳体两侧设置有燃料入口和污泥喷嘴进口；

第一超重力机的流体出口和污泥流化氧化反应器的污泥喷嘴进口连接。

所述气体出口连接第二超重力机的气体进口。

两个及两个以上燃烧火嘴和两个及两个以上污泥喷嘴均轴向呈30-60°对称设置。

污泥流化氧化反应器的燃烧气出口通过换热器后连接第一超重力机的气体进口。

优选所述下壳体的顶端开口，贯通所述上壳体底部延伸至上壳体内；所述上壳体的高径比为2∶1，下壳体的高径比为1.5∶1。

进一步公开了一种污泥处理工艺，其包括如下步骤：

污泥经过滤脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下温度40-600℃，转速200-1200r/min，经填料切割后接触反应；

反应后的污泥经雾化后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为400-700℃，进行污泥焚烧处理。

优选，在温度100-400℃，进行过滤脱水。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

其中，雾化粒径为200-400微米。

一种污泥流化氧化反应器，其具有上壳体和下壳体；在上壳体顶部设置有燃烧气出口，底部一侧设置有固废出口，还设置有二次风入口，二次风入口高于固废出口；下壳体底部设置有主风入口，下壳体两侧设置有燃料入口和污泥喷嘴进口；

所述下壳体的顶端开口，贯通所述上壳体底部延伸至上壳体内；所述上壳体的高径比为2∶1，下壳体的高径比为1.5∶1。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的污泥处理装置，使用超重力技术进行了主体处理设计，超重力机通过在外壳的中轴线上贯通外壳设置具有流体通道的中空转轴，并且在中空转轴外套设具有气体通道功能的套筒，同时在此基础上还成形了与填料区连通的具有螺旋通道的旋转通道，实现了污泥经中空转轴后再经旋转通道，实现流体的自旋进入，并在进入填料区的一刻，在旋转作用力、剪切力和流体的自旋作用力下，轴向速度增加，所产生的离心力将污泥推向外缘，在这个过程中污泥被填料区内的填料充分地切割、破碎、分散，从而形成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大、快速更新的相界面，在众多弯曲孔道的填料中产生流动接触，进一步通过和气体的破碎、撕裂混合，提高了气液接触的充分度，获得了很好的气液交换效果。利用上述技术原理，对污泥进行超重力处理后，再将污泥引入污泥流化氧化反应器中，利用反应器的独特结构，使得污泥进入反应器后经雾化产生污泥滴，悬浮于空气中，每个污泥滴团聚后成团，每个污泥滴与空气接触大大提高了雾化后污泥的氧化速度，同时利用雾化污泥在高温下的氧化焚烧，避免了明火燃烧导致的污泥的其他反应，不产生二噁英，对环境友好，从而有效地实现了对污泥的充分处理。

2、本发明所述的污泥处理装置，将污泥流化氧化反应器分为上下壳体，且两壳体之间采用嵌套连接式结构，从而将上壳体对应为稀相床，将下壳体对应为提升段，从而保证了在反应器的提升段迅速提升污泥滴的温度，将污泥中的水分汽化，中部高温氧化后，较大颗粒下沉，在下沉过程中继续氧化，以保证氧化彻底性，进入上壳体后，汽化的有机物继续氧化，更大程度提高了污泥的氧化度。

3、本发明所述的污泥处理工艺，使得污泥在超重力机适宜的自旋速度和自旋状态下进行充分地超重力自旋，并且设置温度为100-400℃，从而进一步提高填料区内污泥和气体的充分接触；并通过雾化污泥，对经雾化后的污泥在400-700℃下进行进一步的氧化处理，从而使得污泥在经空气喷射，将污泥雾化为小泥滴后，污泥中的有机物可以在500-600℃下，与氧发生氧化反应，生成二氧化碳和水，污泥中的硫化物则被氧化为二氧化硫和水，金属和部分盐则被氧化成低毒的金属氧化物。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是超重力机的结构示意图；

图2是本发明所述污泥流化氧化反应器的结构示意图；

图中附图标记表示为：

1-外壳，2-转轴，3-流体通道，4-套筒，5-气体通道，6-旋转通道，7-填料筒，8-填料区，9-流体进口，10-气体出口，11-气体进口，12-流体出口，13-气孔，14-燃烧气出口，15-固废出口，16-二次风出口，17-主风出口，18-燃料入口，19-污泥喷嘴进口，

具体实施方式

本发明公开了一种超重力污泥处理装置，该装置包括第一超重力机和污泥流化氧化反应器。

其中，第一超重力机具有外壳1，在外壳1上设置有气体进口11和流体出口12，所述外壳1用以固定超重力机内部的旋转结构，并且和旋转结构相配套。对于旋转结构，即在外壳1的中轴线上，贯通外壳1设置有动力驱动的中空转轴2，对于动力的选择，在本实施例中选择通过中空转轴2和电机连接，来实现在电机启动后对中空转轴2的驱动旋转。此外，在转轴2上设置有流体进口9，并且与流体进口9配套设置有密封结构，转轴2为中空结构，从而在转轴2内的中空部分实现了对流体通道3的成形。在本实施例中，对于气体的通道设置，采用在转轴2外部与转轴2相套设连接套筒4来实现，从而在转轴2与套筒4内壁之间形成了气体通道5，在套筒4上设置有多个气孔13；在所述套筒4上还设置有气体出口10；与转轴2内部连通并且朝向套筒4延伸设置有多个旋转通道6，在旋转通道6内设置有凸起或者凹入的螺旋通道，且旋转通道6贯通所述套筒4设置。

在本实施方式中，优选多个旋转通道6均垂直于所述转轴2设置，从而更加利于流体的流动。

超重力机还设置有与转轴2、套筒4同轴套设的填料筒7，填料筒7设置在套筒4外，在填料筒7内成形填料区8，该填料区8和旋转通道6、气孔13均连通，同时填料区8还和气体进口11、流体出口12均连通。在填料筒7内，根据实际需要设置填料，填料可以整体填充，也可以多层铺设，从而将填料区8设置为多层填料区8，目的只要能够保证在超重力机工作时，利用旋转实现在填料区8作用下对气体、液体的旋转切割。

作为优选的实施方式，优选多个所述旋转通道6的入口直径之和等于或者小于中空转轴2的内径。当然，在实际的工程实施中，需要根据处理物、处理效果要求的不同，设置不同的入口直径和中空转轴2的尺寸关系。同样地，优选多个所述气孔13的面积之和大于或者等于气体进口11的面积。

此外，还优选气体进口11的设置为气体切线进入。

第一超重力机的流体入口连接脱水机，脱水机另一端连接过滤器；待处理污泥经过滤器进行过滤后进入脱水机进行初步的脱水处理。

还包括污泥流化氧化反应器，该反应器包括上壳体和下壳体；在上壳体顶部设置有燃烧气出口14，底部一侧设置有固废出口15，还设置有二次风入口16，二次风入口16高于固废出口15；下壳体底部设置有主风入口17，下壳体两侧设置有燃料入口18和污泥喷嘴进口19；第一超重力机的流体出口和污泥流化氧化反应器的污泥喷嘴进口连接。其中，污泥喷嘴进口选择为雾化喷嘴，目的是将污泥经喷嘴进入反应器后成污泥滴状态呈现。

所述气体出口连接第二超重力机的气体进口。

优选，两个及两个以上燃烧火嘴和两个及两个以上污泥喷嘴均轴向呈30-60°对称设置。

污泥流化氧化反应器的燃烧气出口14通过换热器后连接第一超重力机的气体进口。

优选所述下壳体的顶端开口，贯通所述上壳体底部延伸至上壳体内；所述上壳体的高径比为2∶1，下壳体的高径比为1.5∶1。

在上述实施例的基础上，优选第一超重力机的气体出口连接第二超重力机的气体进口，在第二超重力机内利用碱液进行脱硫处理。

在工作时，污泥经过过滤器、脱水机后进一步初步地脱水处理，经初步脱水处理后的污泥通过流体入口进入第一超重力机内，此时第一超重力机开始在电机驱动下利用转轴2进行转轴2、套筒4、填料筒7的统一旋转，高温气体经气体进口11进入超重力机外壳1内并进一步进入填料区8内，污泥经超重力机的流体进口9进入中空转轴2内的流体通道3内，并流动至旋转通道6的入口，再次经旋转通道6入口进入旋转通道6内，在旋转通道6内部的凸起或者凹入的螺旋通道的引流作用下，形成污泥的旋转流动，并在此作用下进入与通道连通的填料区8内，并在进入填料区8的一刻形成流体的自旋作用力和自旋流向。与此同时，气体则通过气体进口11进入套筒4内，经套筒4这个气体通道5充满整个套筒4，最后通过若干气孔13进入填料区8内。气体和污泥均进入填料区8内，并在进入填料区8的一刻在旋转作用力、剪切力和流体的自旋作用力下，轴向速度增加，所产生的离心力将流体推向外缘，在这个过程中污泥被填料区8内的填料切割、破碎、分散，彻底将污泥表面顽固的表面张力破坏，从而形成微米至纳米级的泥膜、泥滴和泥丝，产生巨大、快速更新的相界面，在众多弯曲孔道的填料中产生流动接触，使得气体和污泥发生传质过程或化学反应，实现气液交换。之后，污泥汇集后经流体出口12离开超重力机，气体自气体出口10离开超重力机。

经超重力处理后的污泥，经污泥喷嘴进入污泥流化氧化反应器中，经喷嘴后使得污泥成为雾化状态，在污泥进入污泥流化氧化反应器的同时，炉内的燃烧火嘴被点燃，雾化后的污泥泥滴在高温下被氧化，从而将污泥中的有害物质氧化为无害化物质。

实施例1

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

城市污水污泥经过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为40℃，转速200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为200微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为400℃，进行污泥焚烧处理。

实施例2

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度100℃，对城市污水污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为300℃，转速800r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为300微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为600℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

实施例3

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度300℃，对城市污水污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为600℃，转速1200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为400微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为700℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

实施例4

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度400℃，对城市污水污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为600℃，转速1200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为400微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为700℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

实施例5

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度300℃，对活性污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为600℃，转速1200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为400微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为700℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

实施例6

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度300℃，对含油污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为600℃，转速1200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为400微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为700℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

实施例7

本实施例公开了一种污泥的处理工艺，包括如下步骤：

在温度300℃，对油田含油污泥进行过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下、设置温度为600℃，转速1200r/min，经填料切割后接触反应。

在上述处理过程中，可以根据污泥来选择填料，便于利用填料实现对污泥的切割和表面张力的破坏。

反应后的污泥经雾化至粒径为400微米后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为700℃，进行污泥焚烧处理。

氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

测试例

在上述实施例中，实施例1-4所使用的污泥为城市污水污泥，其中，测试数据显示，固体含量30-40％，COD 5000-20000mg/l；

在上述实施例5中，所使用的污泥为化工厂活性污泥，其中，测试数据显示，固体含量30-40％，COD 5000-30000mg/l；

在上述实施例6中，所使用的污泥为工厂含油污泥，其中，测试数据显示，固体含量75-85％，COD 20000-150000mg/l；

在上述实施例7中，所使用的污泥为油田含油污泥，其中，测试数据显示，固体含量70-80％，COD 20000-60000mg/l。

经上述实施例处理后，数据如下：

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种污泥处理装置，包括：

第一超重力机，所述超重力机具有外壳，在外壳的中轴线上贯通外壳设置有动力驱动的中空转轴，所述转轴上设置有可密封的流体进口，在转轴内具有流体通道；在转轴外部，与所述转轴同轴套设连接有套筒，从而在所述转轴与所述套筒内壁之间成形气体通道，在套筒上设置有多个气孔和气体出口；所述转轴朝向所述套筒延伸设置有多个旋转通道，在旋转通道内设置有凸起或者凹入的螺旋通道；所述旋转通道贯通所述套筒设置；

与所述转轴、套筒同轴套设连接有填料筒，在所述填料筒内成形填料区；所述旋转通道、所述气孔均与所述填料区连通；在外壳上设置有气体进口和流体出口，所述气体进口、流体出口均和填料区连通；

所述流体入口连接脱水机，脱水机另一端连接过滤器；

还包括污泥流化氧化反应器，其具有上壳体和下壳体；在上壳体顶部设置有燃烧气出口，底部一侧设置有固废出口，还设置有二次风入口，二次风入口高于固废出口；下壳体底部设置有主风入口，下壳体两侧设置有燃料入口和污泥喷嘴进口；

第一超重力机的流体出口和污泥流化氧化反应器的污泥喷嘴进口连接。

2.根据权利要求1所述的污泥处理装置，其特征在于，所述气体出口连接第二超重力机的气体进口。

3.根据权利要求3所述的污泥处理装置，其特征在于，两个及两个以上燃烧火嘴和两个及两个以上污泥喷嘴均轴向呈30-60°对称设置。

4.根据权利要求1-3任一所述的污泥处理装置，其特征在于，污泥流化氧化反应器的燃烧气出口通过换热器后连接第一超重力机的气体进口。

5.根据权利要求1-3任一所述的污泥处理装置，其特征在于，所述下壳体的顶端开口，贯通所述上壳体底部延伸至上壳体内；所述上壳体的高径比为2∶1，下壳体的高径比为1.5∶1。

6.一种污泥处理工艺，其包括如下步骤：

污泥经过滤、脱水后，进入超重力机，和处理气在超重力旋转状态下，温度40-600℃，转速200-1200r/min，经填料切割后接触反应；

反应后的污泥经雾化后进入污泥流化氧化反应器内，设置温度为450-70℃进行污泥焚烧处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，接触反应时温度为100-400℃。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，氧化处理后的气体经换热后进入超重力机中进行给热。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，雾化粒径为200-400微米。

10.一种污泥流化氧化反应器，其特征在于，具有上壳体和下壳体；在上壳体顶部设置有燃烧气出口，底部一侧设置有固废出口，还设置有二次风入口，二次风入口高于固废出口；下壳体底部设置有主风入口，下壳体两侧设置有燃料入口和污泥喷嘴进口；

所述下壳体的顶端开口，贯通所述上壳体底部延伸至上壳体内；所述上壳体的高径比为2∶1，下壳体的高径比为1.5∶1。