申请日2019.02.15
公开(公告)日2019.04.30
IPC分类号C02F11/121; C02F11/02; C02F11/00; C02F101/20
摘要
污泥重金属汽爆脱除系统本发明涉及一种对污泥中重金属进行汽爆脱除的系统装置，属于环境保护领域。本发明主要包括汽爆、生物发酵、固液分离三个工艺阶段。首先，通过瞬时弹射式蒸汽爆破(ICSE)过程，使污泥从絮体状态转变为混合浆液状态，使重金属转换为离子态进入料浆溶液中;然后在生物发酵反应器中进行好氧或厌氧反应，进一步增加了污泥中离子态重金属的溶出量，并使污泥固形物总量进一步减量;最后再将混合浆液进行固液分离，把脱除重金属的剩余固相排出系统，液相部分经浓缩成为重金属底渣隔离处理。由于ICSE处理成本低，无害化水平高，处理周期短，为大规模的污泥处理项目开辟了全新模式。
权利要求书
1.一种对污泥中重金属进行汽爆脱除的系统装置，包括汽爆、生物发酵、固液分离三个工艺阶段，主要由瞬时弹射式汽爆(ICSE)主机及其出料暂存仓、生物发酵反应器、固液分离机、料浆泵、配套管道及阀门等组成，其中, 汽爆出料暂存仓经由入料料浆泵与一个或多个生物发酵反应器入料口的相对接，生物发酵反应器的出料口经由出料料浆泵与固液分离机的进料口通过管道相连，其特征是: 污泥在汽爆主机中通入1~2MPa的饱和水蒸气并保压1~10min后，被瞬间爆破形成液态料浆，从而使污泥中的重金属转换为离子态进入料浆溶液中。
2.根据权利要求1所述的污泥重金属汽爆脱除系统，其特征在于：经汽爆形成的污泥液态料浆在生物发酵反应器中经24~48小时的生物发酵降解后被排出，进一步增加了污泥中离子态重金属的溶出量，并使污泥固形物总量进一步减量。
3.根据权利要求1所述的污泥重金属汽爆脱除系统，其特征在于：在生物发酵降解的基础上对污泥混合料浆进行固液分离，经重金属脱除后的固相发酵底物排出系统，液相部分则被浓缩成为重金属底渣隔离处理。
说明书
污泥重金属汽爆脱除系统
技术领域
本发明涉及一种对污泥中重金属进行汽爆脱除的系统装置，属于环境保护领域。
背景技术
重金属是污泥中有毒有害的主要物质。在污泥絮凝过程中，污水中的重金属离子被絮体表面吸附，并转化为不同形态。如果对污泥不加处理而直接填埋或露天存放，其中的重金属将从污泥中释放出来，对环境及地下水造成持续污染。目前对污泥及污染土壤中的重金属脱除方式中，以化学法和生物法为主。其中化学法通过酸液溶解污泥中的重金属离子进入到抽提液中，然后再对污泥进行脱水处理。这一方法虽然具有一定效果，但是需要消耗大量无机酸或有机酸以及相应中和的碱，这使系统成本难以降低，在规模化项目中难以实施，也难以达到较高的环保排放标准。生物法虽然摆脱了对化学药剂的依赖，但是由于污泥中的菌体结构屏障难以打破，降低了微生物在污泥中的可及性，使得生化反应进程缓慢，也难以适应大规模污泥处理项目的需求。总之，无论是化学法还是生物法，都遇到污泥中菌体生物屏障及絮体结构屏障问题，需要一种方法能够高效率地将有机结合态及被污泥絮体结构包裹和吸附的重金属解离出来，同时降低成本，不依赖化学药剂，满足日处理千吨规模以上的污泥处理项目需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术之不足，提供一套新的污泥重金属脱除处理装置，主要包括汽爆、生物发酵、固液分离三个工艺阶段。首先，在汽爆预处理工艺阶段，仅使用饱和水蒸汽，通过瞬时弹射式蒸汽爆破(ICSE)过程，实现污泥絮体的微观抗降解结构破坏，使污泥从絮体状态转变为混合浆液状态，并使大部分重金属溶解到液相，成为离子态;然后将这一混合浆液泵入生物发酵反应器进行好氧或厌氧反应，降低污泥中有机可降解成分含量;当生物发酵基本结束后再将混合浆液送入固液分离装置中，将发酵后脱除重金属的剩余固相分离出来，达到国家农用污泥标准，液相部分一部分循环回到发酵系统中，另一部分则经沉降浓缩成为减量化重金属底渣单独处理。首先，该系统通过ICSE处理使污泥快速转化成为混合浆液，加速了离子态重金属的溶出。其次，这一转变为生物发酵系统充分降解和快速反应奠定了基础。同时ICSE处理成本每吨仅为40～60元，为大规模的污泥处理项目开辟了全新模式。此外，通过汽爆过程，可严格灭杀污泥中的病菌、虫卵，并降解生物毒素，大大提高了处置后农用污泥的环境卫生安全性。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
本发明包括：瞬时弹射式汽爆主机及其出料暂存仓、生物发酵反应器、固液分离机、料浆泵、配套管道及阀门等。其中，汽爆出料暂存仓经由入料料浆泵与一个或多个生物发酵反应器入料口的相对接，生物发酵反应器的出料口经由出料料浆泵与固液分离机的进料口通过管道相连。其工作过程是这样的：
污泥原料首先被送入汽爆主机处理仓中。然后通入1～2MPa的饱和水蒸汽并保压1～10min后，污泥在汽爆主机中被瞬间爆破形成液态料浆，并瞬间降温至40～50℃，大量重金属转换为离子态进入料浆溶液中;汽爆后的污泥料浆在汽爆出料暂存仓中暂存，然后由入料料浆泵送入生物发酵反应器中进行好氧厌氧混合发酵;经过24～48小时的生物发酵降解后，生物发酵反应器中的混合料浆由出料料浆泵抽出并送至固液分离机进料口。经固液分离后的固相底物排出系统，送至下道有机肥加工工序，并经脱水后制成农用污泥营养土;液相部分一部分被送至后续液体浓缩沉降单元，排出减量化浓缩重金属底渣，另一部分则返回生物发酵反应器参与后批次生物发酵反应，从而完成全部污泥汽爆脱除生产过程。
本发明的优点是：
1、本发明中的瞬时弹射式汽爆过程仅采用单一的水蒸汽做为介质，通过水分子的高速爆破动能使污泥中的微观胞壁结构被彻底破碎，摆脱了对化学品的依赖，实现了污泥中重金属的解离和离子态转化。
2、本发明的系统设计在污泥液化条件下进行的，可以最大程度提高生物发酵反应速度及深度，反应器的容积负荷比传统工艺提高了3～5倍，同时提高了污泥处理过程中的能源转化效率，降低了系统整体COD排放量。
3、由于爆破产生的冲击波可以在分子层面产生断裂和重组效应，使得污泥中存在的病菌、虫卵被完全灭活并破碎，黄曲霉毒素等生物毒素大分子被剪切而失去生物毒性，污泥无害化的综合水平超越了重金属去除的单一功能。
4、系统以简洁高效的工艺程序替代了以往化学法的药剂添加、萃取、中和及回收的繁琐工艺，并将整体处理周期缩短至1～2天，大大降低了系统建设和运行成本，可以被应用于规模化的大型污泥处理项目中。
5、本发明的运行过程实现了物料、水、气体的封闭运行，既避免了传统工艺过程的大量耗水和化学品添加，又实现了重金属脱除后污泥中化学品的零残留，实现了污泥重金属脱除工艺的环境友好和零排放。
