CN109467290B - 一种污泥处理设备用磨球 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥处理设备用磨球，磨球包括陶瓷本体以及包覆于陶瓷本体外表面的惰性聚合物层。本发明的污泥处理设备用磨球用于污泥处理，通过冷冻法使污泥细胞壁破裂，破坏污泥中胶体结构，满足污泥细胞中间隙水的释放需要污泥细胞的破裂要求，从而改善污泥的脱水性能，解决了现有脱水工艺只能去除自由水和部分间隙水的缺陷。

Description

一种污泥处理设备用磨球

本发明属于发明名称为一种污泥处理设备、申请日为2016年11月3日、申请号为2016109913599发明申请的分案申请，属于部件技术部分。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污泥处理设备用磨球。

背景技术

污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物，随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加，污泥的处理投资和运行成本非常巨大，用于污泥处理的费用占污水处理厂运行费用的20％～50％，给污水处理厂带来了沉重的负担。污水污泥中除了含有大量的有机物和氮、磷等营养物质，还存在重金属、致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，污水污泥的处理处置在我国污水处理中占有的位置已日益突出。市政污水厂污泥经浓缩和脱水后，污泥在含水率80％左右，脱水污泥可进行卫生填埋、发酵制肥、干化处理。污泥直接填埋处理会影响填埋场的正常运行，并且占用填埋场大量面积，目前已被禁止采用。由于我国污泥中重金属含量超标，若污泥堆肥后农用会影响农作物的价值，市场接受程度低。污泥干化技术一般采用蒸汽作为热源，是“以热换热”，能耗较高，运行成本高；并且高温干燥还存在粉尘爆炸风险。采用污泥热水解破壁，需要使用高温热源加热污泥，能耗较高；并且在实际生产中高温热源还存在着安全隐患。

现有技术中，污泥含水率高是制约污泥处置和利用关键问题，生物污泥中包含着不同状态的水分，包括自由水、间隙水、吸附水和表面结合水。传统脱水工艺只能去除自由水和部分间隙水，污泥细胞间隙水的去除率很低。因此，需要研发新的手段以有效的提高污泥去水率，同时，作为污泥处理工艺，还需要资源消耗少，并且对环境污染小。

发明内容

本发明的目的是提供一种污泥处理方法，可以有效改善污泥的脱水性能，利于污泥处理降低成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种污泥处理设备，配合上述污泥处理方法，包括依次连通的污泥冷却机、冷冻机、球磨机、输送螺旋、离心机，还包括制冷机；所述污泥冷却机设有冷却流体进口以及冷却流体出口；所述冷冻机设有冷冻气体入口以及冷冻气体出口；所述球磨机设有冷却气体入口以及冷却气体出口；所述输送螺旋设有加热流体入口以及加热流体出口；所述离心机设有清液出口；所述制冷机设有空气入口与空气出口；所述污泥冷却机的冷却流体进口与所述输送螺旋的加热流体出口连通，污泥冷却机的冷却流体出口与输送螺旋的加热流体入口连通；所述制冷机的空气入口与冷冻机的冷冻气体出口以及球磨机的冷却气体出口连通，制冷机的空气出口与冷冻机的冷冻气体入口以及球磨机的冷却气体入口连通；所述球磨机内设有磨球；所述磨球包括陶瓷本体以及包覆于陶瓷本体外表面的惰性聚合物层；所述惰性聚合物层厚度为0.2～0.3微米。

本发明的污泥处理设备还包括污泥泵，含水率80％的污泥经污泥泵输送至污泥冷却机。污泥冷却机、冷冻机、球磨机、输送螺旋、离心机都有污泥进出口，依次连接后，形成污泥传输路径。球磨机内设有磨球，将二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化镁、氧化硼混合制得混合粉末；再将混合粉末于1500℃熔炼1小时，急冷得到块体；将块体粉碎后过325目标准筛，得陶瓷粉；然后将陶瓷粉配加石灰混合后压球；最后于950℃烧结半小时后于1200℃烧结1小时，得到陶瓷本体；将丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、苯乙烯以及异构十三醇聚氧乙烯醚加入水中制成乳液；然后滴加过硫酸钾水溶液，于70～75℃反应1.5～2小时，得到惰性聚合物的浆料。将陶瓷本体分散在乙醇中，再加入惰性聚合物的浆料；混合2小时，再加入马来酸酐与亚磷酸二乙酯；继续混合2小时；然后除去溶剂，再于120～135℃处理20分钟，即于陶瓷本体外表面包覆惰性聚合物层，即得磨球。

本发明中，污泥冷却机为桨叶冷却机；所述冷冻机为带式冷冻机。污泥冷却机采用桨叶式冷却设备，以间接换热的方式将污泥降温冷却，在带式冷冻机内，低温冷却气体从底部进入冷冻机，与污泥直接接触，污泥温度降低。随着污泥在皮带上的输送，污泥温度进一步降低；优选的，在冷冻机底部设有冷冻气体入口；冷冻机还设有感温探头，防止冷冻破壁关键参数出问题，有效监控冷冻污泥的温度，保证冷冻除水质量。

将上述设备用于污泥处理，包括以下步骤：待处理污泥输送至冷却机；然后将污泥温度调整为5～10℃；然后将污泥送入冷冻机，将污泥温度调整为-10～-5℃；然后将冷冻后的污泥送入球磨机，冷却气体中，利用磨球球磨污泥；利用输送螺旋将球磨后的污泥输送至离心机，离心分离后，去除清液，即完成污泥冷冻破壁脱水；所述输送螺旋的表面温度为15～20℃；所述磨球包括陶瓷本体以及包覆于陶瓷本体外表面的惰性聚合物层。

冷冻法使污泥细胞壁破裂，破坏污泥中胶体结构，改变污泥中水分的分布情况，满足污泥细胞中间隙水的释放需要污泥细胞的破裂要求，从而改善污泥的脱水性能，其中冷冻球磨是关键，球磨效果直接关系到污泥与水分子的处理效果，除了温度外，磨球的选择对球磨质量有非常高的影响，现有磨球一般用来研磨刚性强的无机材料，对污泥材质不适应；本发明以陶瓷烧结本体作为磨球主体结构，对污泥有优异的研磨的效果，避免了现有磨球硬度过高不利于韧性污泥碾碎的缺陷；特别是本发明在磨球外表面包裹一层惰性聚合物，其惰性相对于污泥而言，克服了污泥会粘在磨球外表的问题，提高球磨效果；同时陶瓷本体通过配伍不同无机组分，并采用阶梯烧结工艺，避免了现有陶瓷烧结体有间隙的问题，在聚合物包覆陶瓷本体时，乳液聚合产物在小分子配合下与陶瓷本体相容性好，附着力高，固化后紧贴陶瓷本体；尤其是陶瓷本体外侧设有惰性聚合物层厚度为0.2～0.3微米，既不影响陶瓷本体性能的发挥又能实现惰性聚合物的功能。

本发明中，市政污水厂污泥经浓缩和脱水后，污泥在含水率80％左右，因此待处理污泥的含水率一般为80％。

本发明中，采用间接换热的方式将污泥温度调整为5～10℃；采用直接气冷的方式将污泥温度调整为-10～-5℃。从而污泥降温缓慢均匀，冷冻快速，可以减少诸如内部胶粒之类的缺陷产生，为后续冷冻破壁提供良好的基础。冷却气体的温度为-20～-15℃。球磨机内通入冷却气体，维持球磨机内的低温环境，进一步增加破壁效果外，还保证球磨效果的均匀性。

本发明中，离心分离时，转速为2800～3500转/分钟；离心分离时间为2～3分钟。可以有效分离固体与破壁而出的液体。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明首次公开的污泥冷冻破壁处理设备，通过冷冻法使污泥细胞壁破裂，破坏污泥中胶体结构，改变污泥中水分的分布情况，满足污泥细胞中间隙水的释放需要污泥细胞的破裂要求，从而改善污泥的脱水性能，解决了现有脱水工艺只能去除自由水和部分间隙水的缺陷。

2.本发明的设备采用间接换热的方式冷却污泥，使得污泥降温缓和、均匀，避免内部胶粒的产生；采用冷冻气体直接接触污泥的方式，已均匀冷却的污泥中的水分由液态变为固态，污泥的微生物结构被破坏；采用球磨机粉碎固态污泥，污泥的物理、生物结构被进一步破坏，破壁效果更好；污泥含水率由80％降低至40％，取得了意想不到的效果。

3.本发明公开的污泥处理设备组成合理、结构紧凑，冷却介质，包括冷却气体以及冷却流体可以重复利用，特别是冷却流体可以在冷却机与输送螺旋之间循环使用，大大减少了能源、材料的浪费，而且有利于解决环境二次污染的问题。

4.本发明公开的磨球可以有效地研磨污泥，并在外侧聚合物层的作用下，避免与污泥粘接，为破壁出水提供良好的基础。

5.本发明提供的设备处理污泥时臭气产生量小，通过完善的工艺步骤，利用合理的处理设备，实现了污泥的低温除水；避免了现有技术中高温热源的缺陷，不仅安全，更大大地节约了成本，还能更加减少对环境的污染，更适于工业化生产。

附图说明

图1为污泥处理设备的结构示意图；

其中，污泥冷却机1、冷冻机2、球磨机3、输送螺旋4、离心机5、制冷机6、污泥泵7、清液出口8。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

磨球的制备：将二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化镁、氧化硼混合制得混合粉末；再将混合粉末于1500℃熔炼1小时，急冷得到块体；将块体粉碎后过325目标准筛，得陶瓷粉；然后将陶瓷粉配加石灰混合后压球；最后于950℃烧结半小时后于1200℃烧结1小时，得到陶瓷本体；将丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、苯乙烯以及异构十三醇聚氧乙烯醚加入水中制成乳液；然后滴加过硫酸钾水溶液，于70～75℃反应1.5～2小时，得到惰性聚合物的浆料。将陶瓷本体分散在乙醇中，再加入惰性聚合物的浆料；混合2小时，再加入马来酸酐与亚磷酸二乙酯；继续混合2小时；然后除去溶剂，再于120～135℃处理20分钟，即于陶瓷本体外表面包覆惰性聚合物层，得到磨球。陶瓷本体、惰性聚合物、马来酸酐与亚磷酸二乙酯的质量比为1∶0.4∶0.1∶0.05；二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化镁、氧化硼的质量比为5∶1∶0.5∶2∶2.5；丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、苯乙烯、异构十三醇聚氧乙烯醚、水、过硫酸钾的质量比为5∶18∶35∶20∶100∶1；惰性聚合物层厚度为0.2～0.3微米。

实施例一

参见图1，一种污泥处理设备，包括依次连通的桨叶污泥冷却机1、带式冷冻机2、球磨机3、输送螺旋4、离心机5，还包括制冷机6、污泥泵7；所述污泥冷却机设有冷却流体进口以及冷却流体出口；所述冷冻机设有冷冻气体入口以及冷冻气体出口(位于底部)；所述球磨机设有冷却气体入口以及冷却气体出口，内部设有磨球，磨球的设置方式常规；所述输送螺旋设有加热流体入口以及加热流体出口；所述离心机设有清液出口8；所述制冷机设有空气入口与空气出口；所述污泥冷却机的冷却流体进口与所述输送螺旋的加热流体出口连通，污泥冷却机的冷却流体出口与输送螺旋的加热流体入口连通，如此流体可以在冷却机与输送螺旋之间流通，带动热量输送；所述制冷机的空气入口与冷冻机的冷冻气体出口以及球磨机的冷却气体出口连通，制冷机的空气出口与冷冻机的冷冻气体入口以及球磨机的冷却气体入口连通。图1中，单箭头方向为污泥输送方向，双箭头方向为气体输送方向，三箭头方向为流体输送方向；污泥依次经过污泥泵、桨叶污泥冷却机、带式冷冻机、球磨机、输送螺旋、离心机；冷却气体从制冷机出，供给冷冻机与球磨机；流体在冷却机与输送螺旋之间流通，带动热量输送。

采用上述设备进行污泥除水：含水率80％的市政污泥由污泥泵输送至污泥冷却机，污泥冷却机采用桨叶式冷却设备，以间接换热的方式将污泥降温冷却，冷却介质来自输送螺旋，经过换热降温后，污泥的温度由常温降为5℃。从桨叶冷却机降温后的污泥进入带式冷冻机，在带式冷冻机内，低温冷却气体从底部进入冷冻机，与污泥直接接触，污泥温度降低。随着污泥在皮带上的输送，污泥温度进一步降低，根据污泥性质的不同，污泥从冷冻机内排出时温度控制在-10℃。随着污泥温度的降低，污泥的结构也发生变化，液态水变为固态水，同时污泥的微生物结构被破坏。从冷冻机排出的气体经过制冷机降温后重复使用。从冷冻机内排出的污泥进入球磨机，在磨球作用下固态污泥被破碎，污泥的物理、生物结构被进一步破坏。球磨机内通入冷却气体，维持球磨机内的温度在-20℃。从球磨机输送出的污泥经过输送螺旋输送至离心机，输送螺旋夹套内通入换热介质水，污泥吸热后温度升至常温，污泥转换为液态，水换热后进入桨叶冷却机冷却污泥。液态污泥经过转速为3500转/分钟、时间为3分钟离心分离机械脱水后，污泥的含水率可降至30％。

实施例二

一种污泥处理设备，与实施例一类似，包括依次连通的桨叶污泥冷却机、带式冷冻机、球磨机(带磨球)、输送螺旋、离心机，还包括制冷机、污泥泵；冷冻机还设有感温探头，防止冷冻破壁关键参数出问题，有效监控冷冻污泥的温度，保证冷冻除水质量。

采用上述设备进行污泥除水：含水率80％的市政污泥由污泥泵输送至污泥冷却机，污泥冷却机采用桨叶式冷却设备，以间接换热的方式将污泥降温冷却，冷却介质来自输送螺旋，经过换热降温后，污泥的温度由常温降为10℃。从桨叶冷却机降温后的污泥进入带式冷冻机，在带式冷冻机内，低温冷却气体从底部进入冷冻机，与污泥直接接触，污泥温度降低。随着污泥在皮带上的输送，污泥温度进一步降低，根据污泥性质的不同，污泥从冷冻机内排出时温度控制在-5℃。随着污泥温度的降低，污泥的结构也发生变化，液态水变为固态水，同时污泥的微生物结构被破坏。从冷冻机排出的气体经过制冷机降温后重复使用。从冷冻机内排出的污泥进入球磨机，在磨球作用下固态污泥被破碎，污泥的物理、生物结构被进一步破坏。球磨机内通入冷却气体，维持球磨机内的温度在-15℃。从球磨机输送出的污泥经过输送螺旋输送至离心机，输送螺旋夹套内通入换热介质水，污泥吸热后温度升至常温，污泥转换为液态，水换热后进入桨叶冷却机冷却污泥。液态污泥经过转速为2800转/分钟、时间为2分钟离心分离机械脱水后，污泥的含水率可降至32％。

Claims (4)

1.一种污泥处理设备用磨球，其特征在于：所述磨球包括陶瓷本体以及包覆于陶瓷本体外表面的惰性聚合物层；所述惰性聚合物层厚度为0.2～0.3微米；所述磨球的制备包括以下步骤：

（1）将二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化镁、氧化硼混合制得混合粉末；再将混合粉末于1500℃熔炼1小时，急冷得到块体；将块体粉碎后过325目标准筛，得陶瓷粉；然后将陶瓷粉配加石灰混合后压球；最后于950℃烧结半小时后于1200℃烧结1小时，得到陶瓷本体；

（2）将丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、苯乙烯以及异构十三醇聚氧乙烯醚加入水中制成乳液；然后滴加过硫酸钾水溶液，于70～75℃反应1.5～2小时，得到惰性聚合物的浆料；

（3）将陶瓷本体分散在乙醇中，再加入惰性聚合物的浆料；混合2小时，再加入马来酸酐与亚磷酸二乙酯；继续混合2小时；然后除去溶剂，再于120～135℃处理20分钟，于陶瓷本体外表面包覆惰性聚合物层，得到磨球。

2.根据权利要求1所述污泥处理设备用磨球，其特征在于：二氧化硅、氧化硼、氧化钇、氧化镁、氧化硼的质量比为5∶1∶0.5∶2∶2.5。

3.根据权利要求1所述污泥处理设备用磨球，其特征在于：丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、苯乙烯、异构十三醇聚氧乙烯醚、水、过硫酸钾的质量比为5∶18∶35∶20∶100∶1。

4.根据权利要求1所述污泥处理设备用磨球，其特征在于：陶瓷本体、惰性聚合物、马来酸酐与亚磷酸二乙酯的质量比为1∶0.4∶0.1∶0.05。

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