混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的工艺方法及装置
技术领域
本发明属于污泥处置与利用领域，提出一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的工艺方法及装置，通过调质、除杂等预处理协同空化旋流初步分离污泥中的有机与无机组分，将分离出的有机组分进一步经过高压脱水以制备衍生燃料。
背景技术
随着社会发展与城市化规模的不断扩大，污泥产量逐年增加，污泥的处理问题急需得到解决。现阶段，污泥的减量化和稳定化处理处置已初有成效，但污泥的资源化利用技术仍需发展，其中利用污泥制备衍生燃料作为污泥资源化处理的一种途径得到越来越多的重视。由于污泥具有含水率高、有机物丰富、不利于运输、性质不稳定等特点，因此在污泥处理处置前期有必要进行调质改性以降低初始含水率、分离有机与无机组分。
现有污泥调理技术，按调理机质可分为三大类：化学法、物理法、生物法，其中化学法因其具有效果可靠、设备简单、操作方便、节省投资和运行成本等优点而得到广泛应用。化学法所使用的调理剂又可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，无机絮凝剂包括常用的铝盐类絮凝剂、铁盐类絮凝剂等，然而化学调理剂在生产和改性过程中会消耗大量的化学药剂，调理剂的使用虽然显著降低了污泥的含水率，但会污染生态环境。随着污泥调理技术的不断发展，相继出现了比传统絮凝剂絮凝效果更好的无机高分子絮凝剂和有机絮凝剂。此外，单独使用一种絮凝剂易出现投加量过大导致污泥脱水效果急剧下降，而对絮凝剂进行合理的联用则可避免这种情况发生，且效果更佳。
因此，考虑到传统化学调理剂在制取和调理中存在的不足以及药剂联用取得的调理效果，本申请发明了一种掺杂阳离子型絮凝剂的污泥基生物炭，其中阳离子型絮凝剂为硫酸铁絮凝剂。经证实，由活化污泥通过一定的方法制得的污泥基生物炭有助于污泥调质改性，可以将初始含水率较大的污泥降低至含水率50％以下。利用掺杂硫酸铁絮凝剂的污泥基生物炭作为污泥调理剂具有以下优点：1、污泥调理效果好，含水率可以降至50％以下；2、掺杂硫酸铁絮凝剂可以提高调理剂的调理效果，且无铝、氯及重金属离子等有害物质，对生态环境破坏小；3、适用的污泥初始PH值范围宽，对处理设备腐蚀性小；4、不会改变污泥有机质含量，且一定程度上能够提高污泥的有机性能，调质后有利于进行无机和有机组分分离。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的工艺方法及装置，对污泥进行调质、除杂等预处理，同时协同空化旋流初步分离污泥中的有机与无机组分，将分离出的有机组分经过高压脱水以制备衍生燃料，为污泥后续高效资源化利用奠定基础。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的工艺方法，包括以下步骤：
1)调质改性
将掺杂硫酸铁絮凝剂的污泥基生物炭用以调质改性的调理剂，污泥基生物炭通过活性污泥除杂热解后制得；污泥基生物炭的添加不仅能够提高污泥的脱水性能，同时在一定程度上增加了污泥的有机质含量，调质也有利于后期无机和有机组分分离，并且铁盐类絮凝剂的掺混可以提高污泥基生物炭的脱水性能，同时铁盐也有利于污泥中重金属的稳定化；
2)稀释除杂
金属除杂过程为：设置湿式磁选机、污泥储存箱和金属杂物收集箱，湿式磁选机内部设置有上下履带，且上下履带水平放置并有部分重叠，上履带重叠部分具有磁性。当下履带输送加水稀释后的混合污泥经过与上履带重叠部分时，混合污泥中的金属杂物将会被磁性吸附至上履带，经过上履带后端无磁性段时会落入下方的金属杂物收集箱。脱除金属后的混合污泥再通过下履带送至污泥储存箱，继续后期无机除杂处理；
无机除杂处理过程为：设置污泥过滤箱、滤网、污泥储存箱和杂物收集箱，污泥过滤箱内部依次等间距放置有不同滤径的金属滤网，金属滤网与箱壁呈一定角度倾斜，且至上而下金属滤网的滤孔直径逐级减小；经金属除杂后的混合污泥进入过滤箱，将依次通过上中下三层不同孔径滤网，而后落入滤网正下方的污泥储存箱中，经滤网过滤后的无机杂物落入与之相邻的杂物收集箱，便于后续处理；
3)有机无机组分分离
混合污泥的有机和无机组分分离采用空化加旋流的方式实现，调质改性、稀释、除杂后的混合污泥流经文丘里空化机内部的最小截面时，混合污泥的流速增大，压力降低，当压力降低至蒸汽压甚至负压时，混合污泥内部将产生大量空化泡，随着压力迅速恢复，空化泡会瞬间破灭，产生空化现象以此来破坏混合污泥内部细微组分的细胞壁，释放出胞内所含成分和细胞质，此时混合污泥内部的结合水转变为自由水的形式，这将有利于后期有机无机组分分离和高压脱水；利用污泥内部有机物和无机矿物组分的比重不同，采用旋流分离器将二者分离，进一步提高有机组分含量，分离后的无机矿物收集于旋流分离器下方的无机物收集槽，有机物通过旋流分离器上方的管道输送至板框压滤机进一步高压压滤脱水；
4)高压脱水
采用板框压滤机对混合污泥进行高压压滤，压滤之后的泥饼具有较低的含水率，可以用作衍生燃料。
进一步，所述步骤1)中，污泥调质改性工艺方法通过配置药剂箱和污泥调质罐实现。
再进一步，所述步骤3)中，有机无机组分分离工艺方法通过配置文丘里空化机13和旋流分离器14实现。
一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的装置，包括污泥储存仓、药剂箱、污泥调质罐、污泥稀释罐、湿式磁选机、污泥过滤箱、文丘里空化机、旋流分离器和污泥板框压滤机，污泥储存仓与污泥调质罐之间以及药剂箱与污泥调质罐之间设有调节阀，污泥调质罐内设置有搅拌装置1和阻隔装置；污泥调质罐与污泥稀释罐之间设有输送泵；污泥稀释罐一侧连接有出水口，污泥稀释罐另一侧连接有进水口，且污泥稀释罐设置有搅拌装置；污泥稀释罐的出料口与湿式磁选机的进口相接，湿式磁选机下端分别放置有污泥储存箱和金属杂物收集箱，污泥储存箱与污泥过滤箱之间连接有输送泵；污泥过滤箱下端并排放置有污泥储存箱和杂物收集箱；污泥储存箱与文丘里空化机之间连接有输送泵和三通阀；文丘里空化机的出料口与旋流分离器的进口相接，旋流分离器下端连接有无机物收集槽，旋流分离器上端连接至污泥板框压滤机。
所述污泥板框压滤机包括滤板和滤框、横梁、出水口和出料装置，滤板和滤框位于横梁上，滤板和滤框的下方连接有并排出水口，出水口下方设置有泥饼出料装置。
本发明的有益效果主要表现在：(1)适用范围广，可以适用于市政污泥、工业污泥或河道污泥；(2)脱水效果明显，利用掺混硫酸铁絮凝剂的污泥基生物炭作为调理剂，脱水效果好，环境污染小，可以提高污泥有机组分含量；利用空化旋流可以使污泥内部结合水转化为自由水更有利于后续压滤脱水；(3)除杂彻底，可以除去混合污泥中含有的磁性金属杂物、大块无机杂物和无机矿物，可以提高污泥脱水效率和泥饼有机质含量；(4)泥饼有机质含量高具有作衍生材料的应用潜力。
附图说明
图1是混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的装置的示意图。1.污泥储存仓 2.调节阀1 3.调节阀2 4.药剂箱 5污泥调质罐 5-1.搅拌装置 5-2.阻隔装置 6.输送泵 7.污泥稀释罐 7-1.搅拌装置 7-2.入水口 7-3.出水口 8.湿式磁选机 9.污泥储存箱 10.金属杂物收集箱 11.污泥过滤箱 11-1.滤网 11-2.污泥储存箱 11-3.杂物收集箱12.三通阀 13.文丘里空化机 14.旋流分离器 14-1.筛分滤网 14-2.无机矿物收集槽 15.板框压滤机 15-1.滤板和滤框 15-2.横梁 15-3.出水口 15-4.出料装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的工艺方法，包括以下步骤：
1)调质改性
污泥调质改性工艺方法通过配置药剂箱4和污泥调质罐5实现，由于传统的调理剂或絮凝剂在生产和改性过程中会消耗大量的化学药剂，如氢氧化钠、引发剂等，调理剂的使用虽然显著降低了污泥的含水率，但也会严重破坏环境。因此考虑传统调理剂的弊端，本发明提出将掺杂硫酸铁絮凝剂的污泥基生物炭用以调质改性的调理剂，污泥基生物炭通过活性污泥除杂热解后制得。污泥基生物炭的添加不仅能够提高污泥的脱水性能，同时在一定程度上增加了污泥的有机质含量，调质也有利于后期无机和有机组分分离，并且铁盐类絮凝剂的掺混可以提高污泥基生物炭的脱水性能，同时铁盐也有利于污泥中重金属的稳定化。
2)稀释除杂
稀释除杂工艺方法主要通过污泥稀释罐7、湿式磁选机8和污泥过滤箱11完成。混合污泥含有大量的无机杂物，如布头、砖块等，以及其他金属杂物，它们的存在会影响后续泥饼产出的质量和整体处理效率，因此在污泥处理处置中进行除杂是十分必要的。本发明中除杂过程由金属除杂和无机大块杂物除杂两部分共同实现；
解决金属除杂采用的工艺方法是：设置湿式磁选机8、污泥储存箱9和金属杂物收集箱10。其中，湿式磁选机内部设置有上下履带，且上下履带水平放置并有部分重叠，上履带重叠部分具有磁性。当下履带输送加水稀释后的混合污泥经过与上履带重叠部分时，混合污泥中的金属杂物将会被磁性吸附至上履带，经过上履带后端无磁性段时会落入下方的金属杂物收集箱。脱除金属后的混合污泥再通过下履带送至污泥储存箱，继续后期无机除杂处理。
解决大块无机物、布头等无机杂质采用的工艺方法是：设置污泥过滤箱11、滤网11-1、污泥储存箱11-2和杂物收集箱11-3。过滤箱内部依次等间距放置有不同滤径的金属滤网，金属滤网与箱壁呈一定角度倾斜，且至上而下金属滤网的滤孔直径逐级减小。经金属除杂后的混合污泥进入过滤箱，将依次通过上中下三层不同孔径滤网，而后落入滤网正下方的污泥储存箱中，经滤网过滤后的无机杂物落入与之相邻的杂物收集箱，便于后续处理。过滤箱可有效过滤混合污泥中含有的大量无机杂质，如砖块、布料等，三层不同孔径滤网的设置可有效地去除不同尺寸的无机杂质，且分层可一定程度上减轻由于滤网同时过滤而造成的堵塞问题，但该过滤箱的滤网需要定时清洗与更换。
3)有机无机组分分离
有机无机组分分离工艺方法涵盖文丘里空化机13和旋流分离器14的设置与运行。本发明中混合污泥的有机和无机组分分离采用空化加旋流的方式实现，调质改性、稀释、除杂后的混合污泥流经文丘里空化机内部的最小截面时，混合污泥的流速增大，压力降低，当压力降低至蒸汽压甚至负压时，混合污泥内部将产生大量空化泡，随着压力迅速恢复，空化泡会瞬间破灭，产生空化现象以此来破坏混合污泥内部细微组分的细胞壁，释放出胞内所含成分和细胞质，此时混合污泥内部的结合水转变为自由水的形式，这将有利于后期有机无机组分分离和高压脱水。利用污泥内部有机物和无机矿物组分的比重不同，采用旋流分离器将二者分离，进一步提高有机组分含量，分离后的无机矿物收集于旋流分离器下方的无机物收集槽，有机物通过旋流分离器上方的管道输送至板框压滤机进一步高压压滤脱水。
4)高压脱水
经过调质改性、稀释、金属除杂、无机大块除杂、空化、组分分离之后的混合污泥具有更好的脱水能力。基于此，本发明采用板框压滤机对混合污泥进行高压压滤，压滤之后的泥饼具有较低的含水率，可以用作衍生燃料。
一种混合污泥调质改性协同高压脱水制备衍生燃料的装置，包括污泥储存仓1、药剂箱4、污泥调质罐5、污泥稀释罐7、湿式磁选机8、污泥过滤箱11、文丘里空化机13、旋流分离器14和污泥板框压滤机15，污泥储存仓1与污泥调质罐5以及药剂箱3与污泥调质罐5之间设有调节阀2；污泥调质罐5内设置有搅拌装置5-1和阻隔装置5-2；污泥调质罐5与污泥稀释罐7之间设有输送泵6；污泥稀释罐7左侧连接有出水口7-2，右侧连接有进水口7-3，且污泥稀释罐7同样设置有搅拌装置7-1；污泥稀释罐7的出料口与湿式磁选机8的进口相接，湿式磁选机8下端分别放置有污泥储存箱9和金属杂物收集箱10，污泥储存箱9与污泥过滤箱11之间连接有输送泵；污泥过滤箱11下端并排放置有污泥储存箱11-2和杂物收集箱11-3；污泥储存箱11与文丘里空化机13之间连接有输送泵和三通阀12；文丘里空化机的出料口与旋流分离器14的进口相接，旋流分离器14下端连接有无机物收集槽14-2，上端连接至污泥板框压滤机15。
所述污泥板框压滤机15包括滤板和滤框15-1、横梁15-2、出水口15-3和出料装置15-4，滤板和滤框15-1位于横梁15-2上，滤板和滤框15-1的下方设置有并排出水口15-3，出水口15-3下方放置有泥饼出料装置15-4。
本实施例的工作过程为：首先，污泥储存仓1中的混合污泥(含水率95％左右)将被输送至污泥调质罐5中调质改性，管道内的污泥流量可由调节阀2进行调节控制；储存于污泥调质罐5中的混合污泥添加来自于药剂箱4中的污泥调理剂(掺杂硫酸铁絮凝剂的污泥基生物炭)并在搅拌作用下对污泥进行调质改性，提高污泥脱水能力；污泥调质罐5中还设有搅拌装置5-1和阻断阀门5-2，以确保调制时间和调质效率。经调质改性后的污泥通过输送泵6泵入污泥稀释罐7中进行加水搅拌稀释，进水口7-2和出水口7-3可以实现污泥稀释罐内的加水排水过程。其次，经过一系列预处理(调质、改性、稀释)后的污泥将被送入湿式磁选机8中进行金属除杂，当加水稀释后的污泥被下履带输送至与上下履带重叠部分时，污泥中的磁性金属杂物将被吸附至上履带，被磁性吸附的金属杂物落入金属杂物收集箱10中便于后续回收利用，经金属除杂后的污泥将暂存于污泥储存箱9中。之后，通过输送泵泵入污泥过滤箱11中进行无机大块除杂，污泥过滤箱11内的污泥将依次通过不同孔径的三层金属滤网11-1并落入正下方的污泥储存箱11-2中，筛滤后的无机杂物落入杂物储存箱11-3中便于后续处理。经过调质改性、稀释、除杂后的污泥将会进入文丘里空化机13中进行水力空化，破坏混合污泥内部细胞的细胞壁，进一步释放混合污泥内部结合水，空化之后的污泥送入旋流分离器14中进行有机和无机组分分离，根据污泥内部有机物和无机矿物的比重不同，在旋流分离器的作用下，无机矿物通过筛分滤网14-1落入下方的无机矿物收集槽14-2，分离后的有机组分再从旋流分离器上方进入污泥板框压滤机15中进行高压压滤脱水制备衍生燃料。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
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