CN1608035A - 通过与加入添加剂的氧化和化学反应结合的水湍流效应处理亲水淤渣的方法和装置 - Google Patents

通过与加入添加剂的氧化和化学反应结合的水湍流效应处理亲水淤渣的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于处理淤渣和粘泥，使其能够再用于土壤改良和建筑材料系统的装置。本发明涉及一种用于连续处理水含量至少等于或大于70％的亲水淤渣和粘泥的方法，能够使淤渣和粘泥进行脱胶质、脱水、氧化、通风、稳定、矿化、过滤和制孔。本发明还涉及一种用于连续处理水含量至少等于或大于70％的亲水淤渣的连续设备，其特征在于其包括处理后的产物沿纵向运行的中空沉箱，所述沉箱带有至少一个待处理产物的入口(1)和至少一个处理后产物的出口(4)。

Description

通过与加入添加剂的氧化和化学反应结合的 水湍流效应处理亲水淤渣的方法和装置
本发明涉及一种用于处理淤渣(sludge)和粘泥(slime)，使其能够再用于土壤改良和建筑材料系统的装置。
本发明的技术领域是制造用于处理淤渣和粘泥的设备。
这些产品传统上是通过蒸发、通过离心或通过过滤，以从液体部分中分离出固体部分而进行脱水的。
在蒸发的情况下，加热产品以提取其液相。
采用过滤分离液相和固相。过滤是最广泛使用的处理方法。这些技术可以是真空过滤、在过滤器密封箱中加压过滤、箱板压滤(chamber plate presses)、膜板(membrane plate)或自动压滤，甚至是压力带式(pressure strip)过滤机、摩擦压滤或离心压滤。
当将这些技术投入实际应用时，尤其待处理产品中水的物理特征而导致收率相当低。水有游离或捕集在固体结构中这两种形式。通常通过加入絮凝剂或促凝剂改善这些装置的产率。
由于处理后产品的结构，这些蒸发和过滤技术的效果有限。淤渣和粘泥是具有固相和液相的产品，由于胶质的存在而难以分离。尺寸非常小，小于十分之一微米的分子分布在这些材料中，非常难于在水中倾析并收集在固体部分之间的亲水包(hydrophilic packets)中。通过水的这一保留效应，这些材料妨碍了淤渣和粘泥的有效脱水，由此得到仍然非常潮湿、沉重、无孔的产品，尤其在农业领域中改良效果较差。
本发明方法的目的在于排除淤渣和粘泥中由于在胶质上的强作用而存在的分离问题。通过对这种材料的结构进行深入研究并落实到这些产品改良潜力的视角，此处描述的方法包括在特定装置内连续进行的一系列机械震动、氧化和化学反应。
用该装置处理的淤渣和粘泥是强烈水合和流动的，其中至少含70％水。其余部分包括固体无机和有机物质，其中的一部分是胶质。机械震动、氧化和化学反应通过将胶质粉碎并使其与反应物反应，以改善其形态并从中提取出结构水而特别直接作用于胶质。通过上述处理，最初亲水的这种材料与其余固体疏水部分再结合，因此有助于液固两相的分离。
处理后的产物是有机物的比例通常大于总干物质40％的有机亲水产物，诸如来自纯化站的淤渣和来自食品加工产业、酿造厂、屠宰场、奶牛场、罐头厂、育种场的污水，其中有机物的含量也可以超过40％，诸如从河流、沟渠、池塘、湖泊、水坑、港口中挖出的粘泥，甚至是造纸工业的纤维淤渣。
以下描述参照附图和给出的非限制性实施例，用于阐述本发明一个优选实施方案。
-图1是使用本方法的设备图。
-图2是图1所示设备沿线A-A的横向剖视图。
该设备是一个通过间隔层分隔为中空隔室6的平行六面体形的沉箱(caisson)，可以使材料从一个隔室传送传送9至另一个隔室，并且所述隔室的至少一个面带有弹性装置，能够在各个隔室内通过逆流引起强湍流。
每个中空隔室通过与压缩机、泵或其它类似装置连接的至少一个圆形开口2和3向外开放。沉箱在形状上是延长的。末端部分带有待处理产品的入口装置1和处理后产品的出口装置4。
在其较低部分中，该设备装配了过滤装置，用于在液相于沉箱的过程中排出部分液相。过滤是通过占据至少一个隔室的面的纺织结构8而进行的。排出是通过重力在装置下进行的。根据待处理的产物，该重力排出装置5随径流开或关。该设备是由不锈钢制成的，以得益于Fe3+离子的催化作用。设备工作时通过调整直径而无需限制流量。它是由，例如平行六面体型的中空隔室构成的，其特征在于与流动呈横向的小的表面区域，并且与流动平行的长度相当于与流动呈横向的区域最长一侧的长度的至少3倍。
该方法包括两个阶段：一个阶段是引起材料的机械震动和氧化，一个阶段是通过加入添加剂引发化学反应。两个阶段是连续的。该方法连续进行而没有保留阶段。
将待处理的产物从设备的一个末端引入其中。进行通过由引入压缩空气以及进一步通过固定在构成设备的间隔层上(或与间隔层一体)的弹性装置的存在而引起的强湍流阶段。位置与流动垂直的间隔层划定了中空隔室。保证了产物流动的这些间隔层也是有孔的，并且装配了引起材料反向流动及随后的所需震动的弹性装置。逆流引起材料的组分的震动，因此粉碎了胶质并使产物在其不同部分之间进行自动过滤，引发了液体和固体部分之间的筛选。因此，这些效应促进了固液两相的分离。强制和湍性通风有助于材料的强氧化。产物通风的效果是破坏了可能已经在产物中生成的厌氧微生物。
通过损失动力和水，产物从一个隔室通往另一个。
水通过位于各隔室底部的过滤纤维结构。这些过滤结构传递了水，使其经位于设备底部的小孔排出。产物通过越来越弱的湍流和压力继续在设备中前进。通过设备内的相对压降引入液体或固体添加剂。这些带有凝结特性的添加剂包括氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、氯代硫酸铁、聚合物絮凝剂、硅酸钠、铝酸钠和强碱、粉末石灰、镁质石灰(magnesium lime)、生石灰(live lime)、苛性氢氧化钠和氧化镁，或者这些物质的至少两种的混合物。
影响固体物质的这些添加剂浸浴在氧化介质中，以改性其宏观和微观结构。促凝剂和絮凝剂引起了对于使固体疏水颗粒聚集，以增加固体部分的成粒的电磁条件的需要。强碱、促凝剂和絮凝剂作为化学试剂和离子催化剂出现。这些添加剂在其宏观结构已经在之前的通气隔室中被粉碎的有机物和胶质上发生反应。通过由金属离子提供的有利电磁条件的促进，发生了有助于氧化的酸-碱和氧化还原反应，并因此使有机物和胶质的部分离子化结构矿化。随后将氢电势升高至非常高的值(10-12)，以破坏可能已经在产物中形成的需氧微生物。
由于引入多孔性间隙真空，宏观疏水聚集物和微观矿物结构的形成还导致固体部分的密度降低。
由于剧烈的增氧搅拌并加入反应物，容量交换引起针对材料所需稳定性的适当氧吸收以及正电金属离子的不可逆氧化。
在或长或短的延长缺氧状态中形成的分子因此转化为其氧化形式。氨气NH3转化为硝酸盐NO3，硫化氢H2S转化为亚硫酸H2SO3。甲烷CH4转化为二氧化碳CO2和水H2O。
该方法不会产生任何令人不快的气味。最终的产物也是这样。
在待处理产物中发现的离子形式的常规和重金属转化为其氧化物。
产物通过与入口相对的末端离开设备。汽提气体CO2和NO3随处理后的产物一起离开设备。处理后的产物仍与水混合，大部分水目前是间隙形式。处于该形式的水变得容易通过蒸发、引流、离心或将产物加压而除去。
处理后得到的产物可以通过几种途径出售。在农业领域，产物变为能够改进土壤的腐殖粘土复合的表面多孔土壤，条件是其重金属、铜、锌、铅、镉、镍、汞或硒含量较低，可以用于该领域。在置换材料领域，如果产物来源于最初的强矿化产物或采用本方法矿化，可以将其引入制造砖、建筑构件或其它建材的工业生产过程中。
实施例
处理设备包括长10米，直径2米的大钢桶，其中放置了2个间隔层，将间隔层中各个隔断的通过面绘制为螺旋状，这样各个间隔层保证了待处理淤渣从一个隔室向邻近隔室的传递功能，以及用于产物震动和逆流的弹性装置。
该设备装配了2个阿基米德螺旋泵(screw)，用于在处理后提取并传递淤渣。空着时的总重量是14吨。
设备还包括在1.7bar的压力(绝对)下提供1000m3/h空气流的低压空气压缩机，以及两个用于将试剂计量并传递至大桶的系统。
通过70kW的发电机组进行全部的进料。
使用两类试剂：占进入设备的淤渣中所含有机物比例的5％的熟石灰Ca(OH)2，以及占进入设备的淤渣中所含干物质(有机和无机物质)比例的0.05％的阳离子聚合物。
位于大桶内的间隔层相对于淤渣的流动(以及大桶的纵轴)垂直放置。
它们划定了三个连续的隔室。在置于淤渣流动方向中的第一个隔室中，除淤渣外，还引入了压缩空气和石灰水溶液。水溶液形式的聚合物引入第二隔室。通过使用大桶底部的阿基米德螺旋泵提取，在第三隔室中进行重物质的倾析。通过溢流，将固体部分中分离出的水从该第三隔室中排出。
密度为1.15的淤渣以407m3/h或450T/h的速率进料。其中在进入的淤渣总量中，10％的固体物质(密度2.5)的速率是45T/h或18m3/h。
在该固体物质中的有机物质的速率是10％的比率，或4.5T/h；其它固体物质是无机物质。
在1.7bar下，引入1000m3/h空气、225kg/h熟石灰和22.5kg/h聚合物。
在通过阿基米德螺旋泵倾析和提取之后，以40m3/h或67T/h的速率得到密度为1.7的淤渣。离开设备的处理后的淤渣含有45T/h或18m3/h固体物质以及22T/h或22m3/h水(密度1)。
从淤渣固体部分分离出来的水溢流离开大桶，以383T/h或383m3/h的速率得到。所述水包含固体物质的比例是0.02％或77kg/h。

Claims (14)

1.一种用于处理水含量至少等于或大于70％的亲水淤渣和粘泥的连续方法，其特征在于使淤渣和粘泥进行脱胶质、脱水、氧化、通风、稳定、矿化、过滤和制孔。
2.权利要求1的方法，包括使用与氧化结合的强水湍流和通过引入添加剂的化学反应的引发。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于脱胶质、通风、矿化和创建多孔性间隙真空的效果是通过引入促凝剂、絮凝剂和强碱而部分获得的。
4.一种连续处理水含量至少等于70％，并含有胶质的淤渣的方法，其特征在于包括以下操作：
·将淤渣进行震动和强制通风；
·将淤渣与至少一种具有促凝剂、絮凝剂和/或碱性特性的添加剂混合；以及
·通过倾析、过滤、排放、蒸发和/或离心分离水。
5.权利要求1-4任一项的方法，其特征在于将淤渣或粘泥与选自氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、氯代硫酸铁、聚合物絮凝剂、硅酸钠、铝酸钠、强碱、熟石灰、镁质石灰、生石灰、苛性氢氧化钠和氧化镁，或者这些物质的至少两种的混合物的添加剂混合。
6.一种用于连续处理水含量至少等于或大于70％的亲水淤渣的连续设备，其特征在于其包括处理后的产物沿纵向运行的中空沉箱，所述沉箱带有至少一个待处理产物的入口(1)和至少一个处理后产物的出口(4)。
7.权利要求6的设备，其特征在于其在至少两个物理分隔点(2，3)上包括用于将压缩空气和化学添加剂引入中空沉箱的装置。
8.权利要求6或7的设备，其特征在于沉箱包括至少两个互相连接的中空隔室(6)，可以使将产物从一个隔室传递(9)至另一个隔室。
9.权利要求6-8任一项的设备，其特征在于其还包括用于在沉箱的至少一个隔室中引起机械震动和水湍流的设备(7)。
10.权利要求6-9任一项的设备，其特征在于其还包括用于在沉箱的至少一个隔室中引起机械震动和水湍流的弹性设备(7)。
11.权利要求6-10任一项的设备，其特征在于沉箱具有一个与流动呈横向的区域，并且测得与流动平行的长度相当于与流动呈横向的区域最长一侧的长度的至少3倍。
12.权利要求6-11任一项的设备，其特征在于沉箱包括将沉箱分隔为两个隔室的间隔层，间隔层上的开孔是处理后产物的流动口，间隔层上还装配了引起震动和逆流的弹性装置(7)。
13.权利要求6-12任一项的设备，其特征在于沉箱包括过滤设备(8)。
14.权利要求11的设备，其特征在于与流动呈横向的区域具有小的表面。
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