CN114804551A - 一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，属于污泥的处理技术领域领域。将污泥输入对辊机破碎，将完成破碎的破碎污泥泥浆输入水力空化破壁设备破解；破解后输入三级振动筛进行筛分，筛分后的三级筛上物收集作为建筑材料；收集最终的筛下物，对筛下物先后通交电和直流电，使重金属阳离子富集到负极板上，最优对剩余物进行脱水，脱水后给入炭化炉进行炭化，利用炭化物修复土壤。其步骤简单，废物利用，对土壤生态修复效果好，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明公开了一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，尤其适用于污泥的处理技术领域。
技术背景
污泥的处置方式通常以填埋和焚烧为主。填埋需要占用大量土地，加剧了土地资源的紧张局势，且处理不当可能造成土壤和地下水的污染，受到多方面的限制。污泥通常含水率高、热值低，焚烧时需要与其他可燃物(如煤、生活垃圾和生物质等)进行混合燃烧。
工业革命以后，由于化石燃料的大量使用和土地利用方式的变化，导致大气中CO2快速升高。大气CO2的吸收与固定是缓解全球变暖的有效途径之一，而土壤碳库作为陆地生态系统中重要的碳库之一，在缓解全球气候变化，特别是全球气候变暖方面发挥着重要作用。污泥中含有大量有机质，在当前“碳中和”“碳达峰”背景下，将污泥妥善处理后用于土地，在缓解气候问题和改善土壤性质方面具有重大的意义。
传统的污泥处置是多站式的。以两站式为例介绍：在第一站中，先对产生的污泥进行调理，改善脱水性能，再进行脱水干化，形成含水率降低的污泥泥饼。接着将泥饼运输到第二站，在第二站内进行二次干化，使含水率进一步降低，符合焚烧要求，然后将污泥进行焚烧。
在多站式的处置方式中，需要将经处理的污泥在多个站点之间运输，因此会增加污泥运输费用。污泥焚烧对污泥的含砂量也有一定的要求，而传统的污泥处理也缺少将泥沙从污泥中分离的过程。不对污泥进行有机物和无机物的分选，而将污泥中的有机物和无机物一并用同样的方法进行处置和资源化利用，资源化效率较低。
传统的污泥处置是多站式的。以两站式为例介绍：在第一站中，先对产生的污泥进行调理，改善脱水性能，再进行脱水干化，形成含水率降低的污泥泥饼。接着将泥饼运输到第二站，在第二站内进行二次干化，使含水率进一步降低，符合焚烧要求，然后将污泥进行焚烧。
在多站式的处置方式中，需要将经处理的污泥在多个站点之间运输，因此会增加污泥运输费用。
传统的污泥处置是多站式的。以两站式为例介绍：在第一站中，先对产生的污泥进行调理，改善脱水性能，再进行脱水干化，形成含水率降低的污泥泥饼。接着将泥饼运输到第二站，在第二站内进行二次干化，使含水率进一步降低，符合焚烧要求，然后将污泥进行焚烧。
在多站式的处置方式中，需要将经处理的污泥在多个站点之间运输，因此会增加污泥运输费用。污泥焚烧对污泥的含砂量也有一定的要求，而传统的污泥处理也缺少将泥沙从污泥中分离的过程。不对污泥进行有机物和无机物的分选，而将污泥中的有机物和无机物一并用同样的方法进行处置和资源化利用，资源化效率较低。
发明内容
技术问题：针对上述技术问题，提供一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，减少在多个站点之间运输的成本；有效分离污泥中的泥沙与有机物，分别对无机物和有机物进行资源化利用，提高各种物料的利用效率；将污泥中的有机物制成生物炭，用于矿山或园林土壤改良，在缓解气候问题和改善土壤性质方面具有重大的意义。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其步骤如下：
S1将污泥输入对辊机，利用对辊机对污泥进行破碎处理，减小污泥粒径至6-10mm；
S2将完成破碎的破碎污泥泥浆输入水力空化破壁设备进行微生物破壁与胶体颗粒破解，大幅度破坏水与污泥成分的结合，从而大幅度降低污泥含水率，使污泥颗粒粒径进一步减小至200-1000μm；
S3将经过破壁的污泥输入三级振动筛进行筛分，所述三级振动筛第一级振动筛为100目筛，第二级振动筛为200目筛，第三级振动筛为300目筛，筛分后的三级筛上物均为泥沙为主的无机物，将振动筛分离出来的筛上物用于修路或生产建筑材料；收集最终的筛下物，最终的筛下物包括有机物和重金属；
S4、将最终的筛下物输入盛水的水池中，在水池中设置交电和直流电电极，向水池内通20-80kHz高频交流电，破坏水池中筛下物的化学键，再通低频直流电不少于2min，使重金属阳离子富集到负极板上，包括污泥中Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni，最后将水池中剩余有机物料输入板框式压滤机，剩余物为重金属含量低、粒径小、不含无机成分的污泥；
S5、利用板框式压滤机对输入的有机物料进行脱水，使含水量率降为65％；
S6、将板框式压滤机脱水后的有机物料输入干化机，采用圆盘式干化工艺对有机物进一步干化使含水率降低至38％。
S7、将干化后的物料输入炭化炉中进行炭化得到用以作为土壤改良剂的炭化产品，将炭化产品用于土地，既可以保证炭化物实际的改良效果，同时有避免引入新的有害重金属；炭化过程产生的废气，一部分通过管路引导用于圆盘干化过程，为干化提供余热，另一部分进行废气处理。
炭化炉包括三级螺旋送料机构，三级螺旋送料机构上设有加热装置；
具体包括筒体，筒体底部设有底座支架，筒体的顶部和底部分别设有供热装置，三级螺旋送料机构设置在筒体内部，具体包括在筒体内自上向下设置的一级运输管道、二级运输管道、三级运输管道，其中一级运输管道向筒体左侧延伸部分，二级运输管道向筒体)右侧延伸部分，三级运输管道向筒体的左右两侧均延伸出部分，其中一级运输管道向筒体左侧延伸部分上设有进料口，二级运输管道向筒体右侧延伸部分的下方设有一号出料口，三级运输管道向筒体左侧延伸的部分下方设有三号出料口，向右侧延伸的部分下方设有二号出料口，所述一级运输管道在筒体内的左侧设有与二级运输管道连接的通道，二级运输管道在筒体内的右侧设有与三级运输管道连接的通道；所述一级运输管道、二级运输管道、三级运输管道的内轴向设有可以旋转的螺杆，螺杆上设有推动物料移动的螺纹。
所述一级运输管道、二级运输管道、三级运输管道上螺杆的螺纹的方向相反设置。
螺纹与一级运输管道、二级运输管道、三级运输管道的管壁不想接触，间距为3mm。
进一步，一级运输管道内旋转的螺杆在螺纹的作用下将通过进料口给入的物料向右侧运输，并在运输的过程中进行加热炭化，当物料移动到左侧一级运输管道与二级运输管道连接的通道后落入二级运输管道中；
若落入二级运输管道中的污泥已完成炭化，则控制二级运输管道内的转轴反向转动从而将污泥向一号出料口处推动，最终使完成炭化的污泥从一号出料口排出；若落入二级运输管道中的污泥还需继续炭化，则二级运输管道内的转轴正向转动，推动污泥向二级运输管道与三级运输管道连接的通道移动；
当持续炭化的污泥从二级运输管道与三级运输管道连接的通道落入三级运输管道后，若此时污泥还需继续炭化，则三级运输管道内的转轴正向转动，通过螺杆推动螺纹推动污泥向右侧的三号出料口移动；若落入三级运输管道后的污泥已完成炭化，则三级运输管道内的转轴反向转动，通过螺纹推动污泥向二号出料口移动,，移动过程中继续通过供热装置对污泥进行炭化加热。
进一步，所述运输管道的长度与数量根据物料炭化需要进行修改和增减，从而保证总有一个出料口能够排出合格的炭化物料。
有益效果：
本方法将将污泥制成可以作为土壤改良剂的炭化产品，用于矿山或园林土壤改良，施入土壤主要是为了增加土壤有机碳和养分含量，在缓解气候问题和改善土壤性质方面具有重大的意义。其步骤简单，执行成本低，采用的炭化设备筒体长度不长，但是又能保证污泥炭化充分的装置。在短筒体内部设置曲折的污泥运输管道，以增加污泥在筒体内运输路径的长度，保证污泥在筒体中停留足够长的时间，达到充分炭化的目的。
附图说明
图1为本发明污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法流程示意图；
图2为本发明使用的炭化炉结构示意图。
图中：1-供热装置；2-筒体；3-进料口；4-螺纹；5-螺杆；6-转轴；7-底座支架；8-一级运输管道；9-二级运输管道；10-三级运输管道；11-一号出料口；12-二号出料口；13-三号出料口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的实施例做进一步说明
如图1所示，本发明的污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，生产所需要的生物炭，之后利用生物炭对土壤进行改良，其步骤如下：
S1将污泥输入对辊机，利用对辊机对污泥进行破碎处理，减小污泥粒径至6-10mm；
S2将完成破碎的破碎污泥泥浆输入水力空化破壁设备进行微生物破壁与胶体颗粒破解，大幅度破坏水与污泥成分的结合，从而大幅度降低污泥含水率，使污泥颗粒粒径进一步减小至200-1000μm；
S3将经过破壁的污泥输入三级振动筛进行筛分，所述三级振动筛第一级振动筛为100目筛，第二级振动筛为200目筛，第三级振动筛为300目筛，筛分后的三级筛上物均为泥沙为主的无机物，将振动筛分离出来的筛上物用于修路或生产建筑材料；收集最终的筛下物，最终的筛下物包括有机物和重金属；
S4、将最终的筛下物输入盛水的水池中，在水池中设置交电和直流电电极，向水池内通20-80kHz高频交流电，破坏水池中筛下物的化学键，再通低频直流电不少于2min，使重金属阳离子富集到负极板上，包括污泥中Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni，最后将水池中剩余有机物料输入板框式压滤机，剩余物为重金属含量低、粒径小、不含无机成分的污泥；
S5、利用板框式压滤机对输入的有机物料进行脱水，使含水量率降为65％；
S6、将板框式压滤机脱水后的有机物料输入干化机，采用圆盘式干化工艺对有机物进一步干化使含水率降低至38％。
S7、将干化后的物料输入炭化炉中进行炭化得到用以作为土壤改良剂的生物炭产品，将炭化产品用于土地，既可以保证炭化物实际的改良效果，同时有避免引入新的有害重金属；炭化过程产生的废气，一部分通过管路引导用于圆盘干化过程，为干化提供余热，另一部分进行废气处理。
如图2所示，本发明的炭化炉包括三级螺旋送料机构，三级螺旋送料机构上设有加热装置；
具体包括筒体2，筒体2底部设有底座支架7，筒体2的顶部和底部分别设有供热装置1，三级螺旋送料机构设置在筒体2内部，具体包括在筒体2内自上向下设置的一级运输管道8、二级运输管道9、三级运输管道10，其中一级运输管道8向筒体2左侧延伸部分，二级运输管道9向筒体2右侧延伸部分，三级运输管道10向筒体2的左右两侧均延伸出部分，其中一级运输管道8向筒体2左侧延伸部分上设有进料口3，二级运输管道9向筒体2右侧延伸部分的下方设有一号出料口，三级运输管道10向筒体2左侧延伸的部分下方设有三号出料口，向右侧延伸的部分下方设有二号出料口，所述一级运输管道8在筒体2内的左侧设有与二级运输管道9连接的通道，二级运输管道9在筒体2内的右侧设有与三级运输管道10连接的通道；所述一级运输管道8、二级运输管道9、三级运输管道10的内轴向设有可以旋转的螺杆6，螺杆6上设有推动物料移动的螺纹4。
所述一级运输管道8、二级运输管道9、三级运输管道10上螺杆6的螺纹4的方向相反设置。螺纹4与一级运输管道8、二级运输管道9、三级运输管道10的管壁不想接触，间距为3mm。
本发明采用的炭化炉为螺杆式污泥炭化炉，通过一级运输管道8、二级运输管道9、三级运输管道10增长污泥在筒体2中的运输路径(停留时间)，使污泥受热时间充足。螺纹4转动推动污泥移动的同时，也翻动了污泥，可使污泥受热均匀。
供热装置1使筒体2内部温度到达炭化所需的温度。干化的污泥从进料口3进入炭化装置。一级运输管道8内的转轴6转动，带动该管道内的螺杆5转动，螺纹4也随之转动，并推动污泥向一级运输管道与二级运输管道的连接口移动。
污泥从一级运输管道8级落入二级运输管道9后，若此时污泥还需继续炭化，则二级运输管道9内的转轴6转动，带动该管道内的螺杆5转动，螺纹4也随之转动，并推动污泥向二级运输管道与三级运输管道的连接口移动；若此时污泥已完成炭化，则二级运输管道9内的转轴6朝反方向转动，带动该管道内的螺杆5反方向转动，螺纹4也随之反方向转动，并推动污泥向①号出料口11移动。
污泥从二级运输管道9级落入三级运输管道10后，若此时污泥还需继续炭化，则三级运输管道10内的转轴6转动，带动该管道内的螺杆5转动，螺纹4也随之转动，并推动污泥向③号出料口13移动；若此时污泥已完成炭化，则三级运输管道10内的转轴6朝反方向转动，带动该管道内的螺杆5反方向转动，螺纹4也随之反方向转动，并推动污泥向②号出料口12移动。
将该方法得到的炭化产品作为土壤改良剂进行土壤改良。当改良剂施用量为土壤质量的10％时，土壤改良前后的相关参数如下表1和表2所示：
表1改良前土壤相关参数
表2改良后土壤相关参数
以上数据表明，炭化产品的施用，提高了土壤营养元素含量(总氮、总磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量升高)和有机碳含量，对植物的生长发育有较好的促进作用。此外，土壤有机碳含量升高，表明土壤的固碳能力增强，温室气体从土壤向大气的排放量减少，对缓解全球变暖起到积极的作用。
Claims (6)
1.一种污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于步骤如下：
S1将污泥输入对辊机，利用对辊机对污泥进行破碎处理，减小污泥粒径至6-10mm；
S2将完成破碎的破碎污泥泥浆输入水力空化破壁设备进行微生物破壁与胶体颗粒破解，大幅度破坏水与污泥成分的结合，从而大幅度降低污泥含水率，使污泥颗粒粒径进一步减小至200-1000μm；
S3将经过破壁的污泥输入三级振动筛进行筛分，所述三级振动筛第一级振动筛为100目筛，第二级振动筛为200目筛，第三级振动筛为300目筛，筛分后的三级筛上物均为泥沙为主的无机物，将振动筛分离出来的筛上物用于修路或生产建筑材料；收集最终的筛下物，最终的筛下物包括有机物和重金属；
S4、将最终的筛下物输入盛水的水池中，在水池中设置交电和直流电电极，向水池内通20-80kHz高频交流电，破坏水池中筛下物的化学键，再通低频直流电不少于2min，使重金属阳离子富集到负极板上，包括污泥中Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni，最后将水池中剩余有机物料输入板框式压滤机，剩余物为重金属含量低、粒径小、不含无机成分的污泥；
S5、利用板框式压滤机对输入的有机物料进行脱水，使含水量率降为65％；
S6、将板框式压滤机脱水后的有机物料输入干化机，采用圆盘式干化工艺对有机物进一步干化使含水率降低至38％。
S7、将干化后的物料输入炭化炉中进行炭化得到用以作为土壤改良剂的炭化产品，将炭化产品用于土地，既可以保证炭化物实际的改良效果，同时有避免引入新的有害重金属；炭化过程产生的废气，一部分通过管路引导用于圆盘干化过程，为干化提供余热，另一部分进行废气处理。
2.根据权利要求1所述污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于：炭化炉包括三级螺旋送料机构，三级螺旋送料机构上设有加热装置；
具体包括筒体(2)，筒体(2)底部设有底座支架(7)，筒体(2)的顶部和底部分别设有供热装置(1)，三级螺旋送料机构设置在筒体(2)内部，具体包括在筒体(2)内自上向下设置的一级运输管道(8)、二级运输管道(9)、三级运输管道(10)，其中一级运输管道(8)向筒体(2)左侧延伸部分，二级运输管道(9)向筒体(2))右侧延伸部分，三级运输管道(10)向筒体(2)的左右两侧均延伸出部分，其中一级运输管道(8)向筒体(2)左侧延伸部分上设有进料口(3)，二级运输管道(9)向筒体(2)右侧延伸部分的下方设有一号出料口，三级运输管道(10)向筒体(2)左侧延伸的部分下方设有三号出料口，向右侧延伸的部分下方设有二号出料口，所述一级运输管道(8)在筒体(2)内的左侧设有与二级运输管道(9)连接的通道，二级运输管道(9)在筒体(2)内的右侧设有与三级运输管道(10)连接的通道；所述一级运输管道(8)、二级运输管道(9)、三级运输管道(10)的内轴向设有可以旋转的螺杆(6)，螺杆(6)上设有推动物料移动的螺纹(4)。
3.根据权利要求2所述污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于：所述一级运输管道(8)、二级运输管道(9)、三级运输管道(10)上螺杆(6)的螺纹(4)的方向相反设置。
4.根据权利要求2所述污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于：螺纹(4)与一级运输管道(8)、二级运输管道(9)、三级运输管道(10)的管壁不想接触，间距为3mm。
5.根据权利要求2所述污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于：
一级运输管道(8)内旋转的螺杆(6)在螺纹(4)的作用下将通过进料口(3)给入的物料向右侧运输，并在运输的过程中进行加热炭化，当物料移动到左侧一级运输管道(8)与二级运输管道(9)连接的通道后落入二级运输管道(9)中；
若落入二级运输管道(9)中的污泥已完成炭化，则控制二级运输管道(9)内的转轴(6)反向转动从而将污泥向一号出料口(11)处推动，最终使完成炭化的污泥从一号出料口(11)排出；若落入二级运输管道(9)中的污泥还需继续炭化，则二级运输管道(9)内的转轴(6)正向转动，推动污泥向二级运输管道(9)与三级运输管道(10)连接的通道移动；
当持续炭化的污泥从二级运输管道(9)与三级运输管道(10)连接的通道落入三级运输管道(10)后，若此时污泥还需继续炭化，则三级运输管道(10)内的转轴(6)正向转动，通过螺杆(5)推动螺纹(4)推动污泥向右侧的三号出料口(13)移动；若落入三级运输管道(10)后的污泥已完成炭化，则三级运输管道(10)内的转轴(6)反向转动，通过螺纹(4)推动污泥向二号出料口(12)移动,，移动过程中继续通过供热装置(1)对污泥进行炭化加热。
6.根据权利要求5所述污泥处置并用于生态修复的资源化利用的一站式方法，其特征在于：所述运输管道的长度与数量根据物料炭化需要进行修改和增减，从而保证总有一个出料口能够排出合格的炭化物料。
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