申请日2017.10.19
公开(公告)日2018.01.16
IPC分类号C02F11/00; C01B25/26; C07K1/22; C12M1/40; C12M1/02; C12P19/14; B01J20/08; B01J20/30
摘要
本发明公开的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置及方法，属于剩余污泥处理设备技术领域。借助超声空化作用及化学药剂的协同作用，达到高效破解生活污泥的效果。污泥破解液进入装有类水滑石过滤器的立式不锈钢桶，借助类水滑石对磷的强吸附作用，获取破解液中的磷;然后除磷破解液再进入装有水滑石过滤器的不锈钢桶中，借助水滑石与蛋白较强的亲和力，获取破解液中蛋白。过滤器内吸附的磷和蛋白再通过各自加入的解吸液解吸得到磷浓缩液和蛋白浓缩液。在纤维素酶和污泥蛋白的作用下，制得还原糖。本发明不仅可以实现生活污泥的有效破解达到污泥的减量化处理，还可以实现生活污泥的高效资源化利用。
权利要求书
1.一种城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，包括反应釜(3)、干卧式离心机(9)、立式不锈钢桶(15)、卧式不锈钢桶(17)及酶解反应罐(21);
生活污泥通过管路输送至反应釜(3)，在该管路上设有第一球阀(1)和第一离心泵(2);反应釜(3)的出料口通过管路与卧式离心机(9)相连，在该管路上设有第二球阀(7)和第二离心泵(8);卧式离心机(9)的液体出口通过管路与立式不锈钢桶(15)相连，在该管路上设有第三球阀(14)，立式不锈钢桶(15)通过管路与卧式不锈钢桶(17)相连，在该管路上设有第四球阀(16);卧式离心机(9)的固体出口通过管路与酶解反应罐(21)相连，在该管路上设有第五球阀(12)和第三离心泵(13);卧式不锈钢桶(17)的液体出口及污泥出口分别通过管路连接至酶解反应罐(21)，在液体出口与酶解反应罐相连的管路上设有第六球阀(18);
还包括与反应釜(3)相连的超声波单元，在反应釜(3)顶部还设有加药口;在立式不锈钢桶(15)中填装有若干层能够吸附磷的类水滑石过滤器，在卧式不锈钢桶(17)中填装有若干层能够吸附蛋白的水滑石过滤器;在立式不锈钢桶(15)设有解吸磷的1#解吸液入口，卧式不锈钢桶(17)上设有解吸蛋白的2#解吸液入口。
2.根据权利要求1所述的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，所述超声波单元，由伸入反应釜(3)内的超声波探头(5)及与超声波探头(5)相连的超声波发生器(4)组成。
3.根据权利要1所述的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，还包括顺次设置在卧式离心机(9)的固体出口与酶解反应罐(21)相连的管路上的干燥器(10)及粉碎机(11)。
4.根据权利要1所述的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，还包括设置在卧式不锈钢桶(17)外的温度控制组件，该温度控制组件由加热器(20)及与其相连的温度控制器(19)组成。
5.根据权利要1～4中任意一项所述的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，还包括能够调节反应釜(3)内液体pH值的pH调节单元，包括pH计(6)，pH计(6)的探头伸入反应釜(3)内。
6.根据权利要1～4中任意一项所述的城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，其特征在于，在酶解反应罐(21)上设有取样口及搅拌装置。
7.采用权利要求1～6中任意一项所述的装置处理城市生活污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打开第一球阀(1)和第一离心泵(2)，生活污泥被输送至反应釜(3)中，打开加药口添加药剂，然后启动超声波单元对污泥进行超声波处理;
2)待污泥充分破解后，打开第二球阀(7)和第二离心泵(8)，破解污泥溶液进入卧式离心机(9)中，进行固液分离，在离心力作用下，固体泥渣与污泥上清液分离;
3)启动第三球阀(14)，污泥破解液进入立式不锈钢桶(15)中，在类水滑石过滤器的作用下，磷被吸附;然后启动第四球阀(16)，污泥破解液进入卧式不锈钢桶(17)中，在水滑石过滤器的作用下，蛋白被吸附;
4)待立式不锈钢桶(15)与卧式不锈钢桶(17)中的污泥破解液全部流出后，通过各自的解吸液入口分别加入1#解吸液与2#解吸液，在解吸液的作用下，得到磷与蛋白浓缩液;
5)立式不锈钢桶(15)与卧式不锈钢桶(17)中流出的污泥破解液进入酶解反应罐(21)中，打开球阀第五球阀(12)、第六球阀(18)和第三离心泵(13)，泥渣与蛋白进入酶解反应罐(21)，然后加入纤维素酶，纤维素酶解反应发生，获得还原糖。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)中，固体泥渣与污泥上清液分离，泥渣进入干燥器(10)中于80℃下进行干燥处理，干燥后的污泥在粉碎机(11)中进行粉碎;步骤5)中，通过酶解反应罐(21)上的取样口进行取样分析，判断反应进行程度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述类水滑石过滤器由以下方法制得，包括步骤：
(1)选取二价含有金属阳离子Zn2+和三价金属阳离子Al3+的化合物，用去离子水按照Zn2：Al3+=(2.5～3.5)：1的摩尔比配制成金属氯化物混合溶液，移取该溶液于烧杯中，调节溶液pH值为9.5～9.8，使之发生沉淀反应;
(2)将得到的沉淀物于85～93℃恒温陈化24h后，用去离子水反复抽滤洗涤至无Cl-检出，制得膏体;
(3)将所得膏体烘干、研磨，得到粉体;将所得粉末与聚乙烯醇按质量比1:3.5混合，制得混合液;
(4)取若干条与立式不锈钢桶的内径大小相当的海绵，将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后于50±4℃烘干，以相同的条件反复浸泡、烘干处理5次;将最后一次烘干的海绵于300±50℃处理3小时，冷却，制得类水滑石过滤器。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水滑石过滤器由以下方法制得，包括步骤：
a、将镁铝水滑石与聚乙烯醇按照质量比1:(3～3.5)混合，制得混合液;
b、取若干条与卧式不锈钢桶内径大小相当海绵，将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后于55±4℃烘干，以相同的条件反复浸泡、烘干5次;将最后一次烘干的海绵于900±30℃处理4小时，冷却，制得水滑石过滤器。
说明书
城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置及方法
技术领域
本发明属于剩余污泥处理设备技术领域，具体涉及一种城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置及方法。
背景技术
生活污泥是城镇生活污水处理厂产生的污泥，是一种成分复杂、产量大、处置困难的固体废弃物。现阶段，我国污水处理厂的建设普遍存在“重水轻泥”的现象，随着全国范围降污减排工作的大力推进，城镇污水集中处理设施不断增加，污泥产生量持续扩大，污泥的有效处理处置刻不容缓。
生活污水主要来源于城市居民生活及配套服务业排水系统，污染物成分相对单一，主要为有机物(蛋白质、碳水化合物、尿素、脂肪以及表面活性剂)、无机物(包括氮、磷以及无机盐)等;重金属及无机有毒物质(砷、氰化物)的含量少，因此在污水处理过程中形成的生活污泥营养物质(氮磷等)含量丰富、有机质含量高(干基含量≥45%)，重金属及无机有毒物质含量低。因此，生活污泥极具资源化利用价值。
传统的污泥处理方法如投海、填埋等都会对环境造成严重的污染。目前，关于生活污泥资源化的研究报道也很多，且都取得了显著的成效，为污泥资源化利用提供了一定的理论指导与技术支持。然而现实中生活污泥资源开发利用率并不高，研究报道大部分仅仅是单独获取其中某一有用物质(如单一提取污泥蛋白、或单一获取污泥中磷)，造成了开发过程中其他资源的流失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置及方法，该装置结构设计合理，使用方便，能够实现生活污泥中蛋白和磷的回收利用以及纤维素等资源的转化处理，显著提高生活污泥资源化利用率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种城市生活污泥中蛋白和磷的回收及还原糖转化处理装置，包括反应釜、干卧式离心机、立式不锈钢桶、卧式不锈钢桶及酶解反应罐;
生活污泥通过管路输送至反应釜，在该管路上设有第一球阀和第一离心泵;反应釜的出料口通过管路与卧式离心机相连，在该管路上设有第二球阀和第二离心泵;卧式离心机的液体出口通过管路与立式不锈钢桶相连，在该管路上设有第三球阀，立式不锈钢桶通过管路与卧式不锈钢桶相连，在该管路上设有第四球阀;卧式离心机的固体出口通过管路与酶解反应罐相连，在该管路上设有第五球阀和第三离心泵;卧式不锈钢桶的液体出口及污泥出口分别通过管路连接至酶解反应罐，在液体出口与酶解反应罐相连的管路上设有第六球阀;
还包括与反应釜相连的超声波单元，在反应釜顶部还设有加药口;在立式不锈钢桶中填装有若干层能够吸附磷的类水滑石过滤器，在卧式不锈钢桶中填装有若干层能够吸附蛋白的水滑石过滤器;在立式不锈钢桶设有解吸磷的1#解吸液入口，卧式不锈钢桶上设有解吸蛋白的2#解吸液入口。
优选地，所述超声波单元，由伸入反应釜内的超声波探头及与超声波探头相连的超声波发生器组成。
优选地，还包括顺次设置在卧式离心机的固体出口与酶解反应罐相连的管路上的干燥器及粉碎机。
优选地，还包括设置在卧式不锈钢桶外的温度控制组件，该温度控制组件由加热器及与其相连的温度控制器组成。
优选地，还包括能够调节反应釜内液体pH值的pH调节单元，包括pH计，pH计的探头伸入反应釜内。
优选地，在酶解反应罐上设有取样口及搅拌装置。
本发明还公开了采用上述装置处理城市生活污泥的方法，包括以下步骤：
1)打开第一球阀和第一离心泵，生活污泥被输送至反应釜中，打开加药口添加药剂，然后启动超声波单元对污泥进行超声波处理;
2)待污泥充分破解后，打开第二球阀和第二离心泵，破解污泥溶液进入卧式离心机中，进行固液分离，在离心力作用下，固体泥渣与污泥上清液分离;
3)启动第三球阀，污泥破解液进入立式不锈钢桶中，在类水滑石过滤器的作用下，磷被吸附;然后启动第四球阀，污泥破解液进入卧式不锈钢桶中，在水滑石过滤器的作用下，蛋白被吸附;
4)待立式不锈钢桶与卧式不锈钢桶中的污泥破解液全部流出后，通过各自的解吸液入口分别加入1#解吸液与2#解吸液，在解吸液的作用下，得到磷与蛋白浓缩液;
5)立式不锈钢桶与卧式不锈钢桶中流出的污泥破解液进入酶解反应罐中，打开球阀第五球阀、第六球阀和第三离心泵，泥渣与蛋白进入酶解反应罐(21)，然后加入纤维素酶，纤维素酶解反应发生，获得还原糖。
优选地，步骤2)中，固体泥渣与污泥上清液分离，泥渣进入干燥器中于80℃下进行干燥处理，干燥后的污泥在粉碎机中进行粉碎;步骤5)中，通过酶解反应罐上的取样口进行取样分析，判断反应进行程度。
优选地，所述类水滑石过滤器由以下方法制得，包括步骤：
(1)选取二价含有金属阳离子Zn2+和三价金属阳离子Al3+的化合物，用去离子水按照Zn2：Al3+=(2.5～3.5)：1的摩尔比配制成金属氯化物混合溶液，移取该溶液于烧杯中，调节溶液pH值为9.5～9.8，使之发生沉淀反应;
(2)将得到的沉淀物于85～93℃恒温陈化24h后，用去离子水反复抽滤洗涤至无Cl-检出，制得膏体;
(3)将所得膏体烘干、研磨，得到粉体;将所得粉末与聚乙烯醇按质量比1:3.5混合，制得混合液;
(4)取若干条与立式不锈钢桶的内径大小相当的海绵，将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后于50±4℃烘干，以相同的条件反复浸泡、烘干处理5次;将最后一次烘干的海绵于300±50℃处理3小时，冷却，制得类水滑石过滤器。
优选地，所述水滑石过滤器由以下方法制得，包括步骤：
a、将镁铝水滑石与聚乙烯醇按照质量比1:(3～3.5)混合，制得混合液;
b、取若干条与卧式不锈钢桶内径大小相当海绵，将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后于55±4℃烘干，以相同的条件反复浸泡、烘干5次;将最后一次烘干的海绵于900±30℃处理4小时，冷却，制得水滑石过滤器。
整套装置所涉及的所有接口处均由机械密封部件密封连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的城市生活污泥资源化处理装置，借助超声空化作用及化学药剂的协同作用，达到高效破解生活污泥的效果。污泥破解液首先进入装有类水滑石过滤器的立式不锈钢桶，借助类水滑石对磷的强吸附作用，获取破解液中的磷;然后除磷破解液再进入装有水滑石过滤器的不锈钢桶中，借助水滑石与蛋白较强的亲和力，获取破解液中的蛋白。过滤器内吸附的磷和蛋白再通过各自加入的解吸液解吸得到磷浓缩液和蛋白浓缩液。由于生活污泥中含有大量木质纤维素生物质，在本处理过程中经过超声破解，木质纤维素失稳，可溶性纤维素进入液相，不可溶纤维素进入泥渣，两部分纤维素最后进入酶解反应罐，在纤维素酶和污泥蛋白的作用下，制得还原糖。本发明不仅可以实现生活污泥的有效破解，达到污泥的减量化处理，还可以实现生活污泥的高效资源化利用(可同时获得磷、蛋白与还原糖)。装置结构新颖、绿色环保、使用方便、效率高、经济效益显著。
进一步地，还包括顺次设置在卧式离心机的固体出口与酶解反应罐相连的管路上的干燥器及粉碎机，反应物料在卧式离心机经过固液分离后，固体泥渣进入干燥器内干燥，富含纤维素的泥渣干燥后在粉碎机内被粉碎，更加利于后续的处理。
进一步地，由于蛋白为大分子物质，吸附与解吸较为困难，可通过在卧式不锈钢桶外部设置温度控制组件来调节温度，以强化吸附与解吸速率。
进一步地，还包括能够调节反应釜内液体pH值的pH调节单元，所加药剂仅仅用于pH值的微调，添加量通常较少，避免了大量化学药剂进入污泥而造成污泥蛋白的过度破坏及后续复杂的分离程序。
进一步地，在酶解反应罐上设有搅拌装置和取样口，搅拌装置可对反应物料进行搅拌，使各物质充分混合，加快反应速率。通过取样口进行取样分析，更好地判断反应进行程度。
本发明公开的方法，操作简单，环境友好，不仅可以实现生活污泥的有效破解，达到污泥的减量化处理，还可以实现生活污泥的高效资源化利用(可同时获得磷、蛋白与还原糖，显著提高生活污泥资源化利用率。
