申请日2018.09.29
公开(公告)日2018.11.30
IPC分类号C02F11/06
摘要
本发明涉及污泥的环保处理领域，特别涉及一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法及设备，所述制备方法包括如下步骤：步骤1：制备污泥浆料;步骤2：加热污泥浆料;步骤3：水解污泥浆料;步骤4：氧化污泥浆料;步骤5：固液分离;制备方法和设备均较简单，通过预先将城市污泥加水搅拌制得污泥浆料，通过喷头将城市污泥喷洒入氧化反应器中进行氧化反应，实现污泥浆料在氧化反应器中的均匀分布，增加城市污泥中的有机物与氧化反应器中的氧气的接触面积，使城市污泥在气相中完全湿式氧化，在饱和蒸气压的作用下进行快速的输送，实现城市污泥的处理过程的无害化和制得的污泥基物料的无害化。
权利要求书
1.一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：制备污泥浆料：混合城市污泥和水，搅拌均匀制得污泥浆料，所述污泥浆料的含水率为87%-99%;
步骤2：加热污泥浆料：加热步骤1制得污泥浆料，加热后的污泥浆料的温度为180℃-300℃;
步骤3：水解污泥浆料：将步骤2加热后的污泥浆料保温水解，保温时间15-60min;
步骤4：氧化污泥浆料：将步骤3水解后的污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化，所述氧化反应器中充装有氧气;
步骤5：固液分离：收集步骤4氧化后的污泥浆料，去除多余水分后得到固体污泥基物料，所述固体污泥基物料的含水率为30%-50%。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3保温后的污泥浆料的温度为180℃-300℃。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化反应器中的氧气浓度大于80%，氧气压力0.01MPa-2.0MPa。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化反应器内设置有至少一个阻拦网，所述喷头朝向所述阻拦网喷洒污泥浆料，使污泥浆料附着在所述阻拦网上，形成若干污泥液滴，所述污泥液滴的直径为20μm-300μm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5中所述固液分离方式包括过滤、离心、板框压滤中的至少一种。
6.一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备设备，其特征在于，包括依次通过管道连通的搅拌装置、加热装置、水解装置、氧化反应器和固液分离装置，所述搅拌装置用于制备可流动的污泥浆料，所述氧化反应器连接有空分制氧机，污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化。
7.如权利要求6所述的制备设备，其特征在于：所述搅拌装置和加热装置之间的管道上设置有输送泵和单向阀，所述水解装置和氧化反应器之间的管道上设置有用于控制管道导通和/或截断的阀门。
8.如权利要求6所述的制备设备，其特征在于：所述氧化反应器包括至少一个反应罐，所述反应罐顶部通过输气管道与搅拌装置连通，底部通过出料管道与固液分离装置连通。
9.如权利要求8所述的制备设备，其特征在于：所述反应罐内设置有阻拦网，所述阻拦网上设置有若干通孔，所述喷头朝向所述阻拦网喷洒污泥浆料，使污泥浆料附着在所述阻拦网上，形成若干污泥液滴。
10.如权利要求9所述的制备设备，其特征在于：当反应罐的数量为两个或两个以上时，相邻反应罐之间通过出料管道连通，沿物料的输送方向，相邻反应罐内氧气压力逐级递减。
说明书
一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法及设备
技术领域
本发明涉及污泥的环保处理领域，特别涉及一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法及设备。
背景技术
城市生活污水处理厂在污水处理过程中会产生大量的城市污泥，城市污泥中含有大量的微生物、腐殖质和纤维素，并含有大量病原菌、寄生虫卵以及各种重金属和难以降解的有毒有害及致癌物质，城市污泥直接进行排放会给环境造成较大的污染，所以现有城市污泥一般通过各种干化技术处理后，进行焚烧、填埋，使对城市污泥进行减量化处理，但是，城市污泥中富含的有机物和颗粒均匀的无机物在减量化处理过程中并未得到有效利用，造成资源浪费。
随着技术的发展和污泥资源化的探索，目前的厌氧消化、碳化、好氧堆肥发酵、热水解、湿式氧化等处理方式，为城市污泥提供了的资源化利用的途径，但是，由于目前城市污泥的资源化处理过程对处理环境的温度、压力等条件要求较高、运行较复杂、对资源化处理的设备要求也较高，不容易达到符合要求的处理环境，导致无法完全实现城市污泥的减量化、无害化和稳定化的处理要求，使处理后的城市污泥中有害物质处理不彻底，且处理过程复杂，不利于城市污泥的资源化利用的推广利用。
综上所述，目前亟需要一种技术方案，解决现有城市污泥资源化处理过程无法完全实现城市污泥的减量化、无害化和稳定化的处理要求，使处理后的城市污泥中有害物质处理不彻底，且处理过程复杂，不利于城市污泥的资源化利用的推广利用的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有城市污泥资源化处理过程无法完全实现城市污泥的减量化、无害化和稳定化的处理要求，使处理后的城市污泥中有害物质处理不彻底，且处理过程复杂，不利于城市污泥的资源化利用的推广利用的技术问题，提供了一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法及设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：制备污泥浆料：混合城市污泥和水，搅拌均匀制得污泥浆料，所述污泥浆料的含水率为87%-99%;步骤2：加热污泥浆料：加热步骤1制得污泥浆料，加热后的污泥浆料的温度为180℃-300℃;步骤3：水解污泥浆料：将步骤2加热后的污泥浆料保温水解，保温时间15-60min;步骤4：氧化污泥浆料：将步骤3水解后的污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化，所述氧化反应器中充装有氧气;步骤5：固液分离：收集步骤4氧化后的污泥浆料，去除多余水分后得到固体污泥基物料，所述固体污泥基物料的含水率为30%-50%。
本发明的一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法，预先将城市污泥加水搅拌制得污泥浆料，使污泥具有较好的流动性，方便城市污泥在封闭环境下顺利的进行氧化过程，使得从城市污泥至污泥基物料的制备过程不会产生污染，使该方法的城市污泥的处理过程具有无害稳定的特点，同时，具有较好的流动性的高温污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化反应，污泥浆料在喷头的作用下分散，实现污泥浆料在氧化反应器中的均匀分布，增加城市污泥中的有机物与氧化反应器中的氧气的接触面积，物质的传递和有机物与氧气的接触问题不再是限制湿式氧化效率的问题，使城市污泥中的有机物充分氧化，且氧化效率较高，充分去除城市污泥中的病毒病菌、寄生虫等有害生物，使制得的污泥基物料具有无害化的特点，可用于造纸、建材、农业材料、土壤改良、堆肥添加料等各种用途，适用范围较广。
优选的，步骤1通过搅拌的方式混合城市污泥和水，可减小或者去除城市污泥中的大纤维物质，使制得的污泥浆料质地均匀，能较容易的通过管道输送，并顺利的通过喷头均匀的喷洒入氧化反应器中，有利于城市污泥氧化过程的顺利进行，并加速氧化过程的进行，同时，制得的污泥浆料含水率较高，具有较好的流动性，有利于避免污泥浆料在加热过程中由于水分散失而导致污泥浆料干化而影响氧化过程的顺利进行。
优选的，步骤2和步骤3使污泥浆料保持较高的温度，污泥浆料中的病毒病菌、寄生虫等有害生物在高温状态下充分杀灭，也加速有机物的氧化过程，并通过高温使得污泥浆料在自身水解氧化的过程中产生压力值较高的水解饱和蒸气压，使污泥浆料在自身水解饱和蒸气压的作用下进行快速的输送。
优选的，步骤4通过采用喷头将污泥浆料喷洒入氧化反应器中进行氧化，使污泥浆料形成若干的污泥液滴，在气相中与氧气充分接触，氧化较彻底，进一步的方便制得无害化的污泥基物料。
作为优选，步骤2中采用电磁加热和/或微波加热。采用电磁加热和/或微波加热的方式，较方便的实现污泥浆料与加热源之间的热交换，方便将污泥浆料加热并维持在较高的温度。
作为优选，步骤3保温后的污泥浆料的温度为180℃-300℃。将污泥浆料加热到较高温度，使得污泥浆料中的胶体、胞外聚合物、大分子有机物等得到充分水解，产生较多的水分，优选步骤3在密封环境下进行，使在步骤3的温度和时间条件下，在密封环境产生具有一定压强的饱和蒸气压，当保温用容器与氧化反应器连通时，污泥浆料在饱和蒸气压的压力作用下进入氧化反应器中，有利于通过污泥浆料的自身水解饱和蒸气压驱动污泥浆料通过喷头喷洒到氧化反应器内，使污泥浆料形成污泥液滴与氧化反应器中的氧气充分接触，并减少输送污泥浆料所耗费的能源，使污泥基物料的制备更经济环保。
作为优选，所述氧化反应器中的氧气浓度大于80%，氧气压力0.01MPa-2.0MPa。氧化反应器中的高浓度氧气使污泥浆料喷洒形成的污泥液滴与氧气充分接触，氧化较充分彻底，进一步使快速稳定的制得无害化的污泥基物料。
作为优选，所述喷头为螺旋喷头。采用螺旋喷头喷洒污泥浆料，避免污泥浆料堵塞喷头，保证污泥浆料的顺利喷洒，同时，通过螺旋喷头将污泥浆料与连续变小的螺旋面相切和碰撞后，变成直径较小的雾状，增加污泥浆料与氧化反应器中的高浓度氧气的接触面积和接触时间，使污泥浆料充分快速的进行氧化反应。
作为优选，所述氧化反应器内设置有至少一个阻拦网，所述喷头朝向所述阻拦网喷洒污泥浆料，使污泥浆料附着在所述阻拦网上，形成若干污泥液滴。通过设置阻拦网，使通过喷头喷洒入氧化反应器中的污泥浆料在阻拦网上形成若干污泥液滴，使污泥浆料呈液滴状的停留在阻拦网上，增加污泥浆料与氧化反应器中氧气的接触时间，进一步使污泥浆料在气相中湿式氧化过程更彻底，制得无害化的污泥基物料。
作为优选，所述污泥液滴的直径为20μm-300μm。可通过控制污泥浆料的输送压力和喷头的型号调整形成的污泥液滴的尺寸大小，进一步方便污泥浆料的气相中的湿式氧化过程的进行。
作为优选，步骤5中所述固液分离方式包括过滤、离心、板框压滤中的至少一种。根据制备条件采用适宜的固液分离方式去除经氧化后的污泥浆料中的水分，使制得具有适宜含水率方便使用的污泥基物料，分离得到的液体可回到污水厂或另设水处理设备进行处理达标后再进行排放。
一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备设备，包括依次通过管道连通的搅拌装置、加热装置、水解装置、氧化反应器和固液分离装置，所述搅拌装置用于制备可流动的污泥浆料，污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化。
本发明的一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备设备，通过采用管道连通的各个装置，使城市污泥沿管道输送依步骤进行处理，避免城市污泥处理过程中产生有毒有害气体，实现城市污泥的处理过程的无害化，同时，由于污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器中进行氧化，使城市污泥在气相中进行湿式氧化，液滴状的污泥浆料与氧气充分接触，其中的有机物与氧气充分接触，氧化较彻底，使制得的污泥基物料无害化。
作为优选，所述氧化反应器连接有空分制氧机，所述空分制氧机为所述氧化反应器提供氧气。采用空分制氧机实时为氧化反应器内提供氧气，较容易的维持氧化反应器中的高浓度、并具有一定压力的氧气，方便污泥浆料中的有机物充分氧化。
作为优选，所述搅拌装置和加热装置之间的管道上设置有输送泵和单向阀，所述水解装置和氧化反应器之间的管道上设置有用于控制管道导通和/或截断的阀门。设置输送泵和单向阀，使搅拌均匀后制得的污泥浆料顺利的进入加热装置内进行加热处理，并受单向阀和阀门的作用，将污泥浆料被封闭在加热装置和水解装置内，在密闭加热的过程中，污泥浆料中的水分不断的蒸发，形成具有一定的压强的饱和蒸气压，并随加热温度的增加饱和蒸汽压增加，有利于将污泥浆料输送入水解装置中进行保温水解，提高用于输送污泥浆料的水解饱和蒸气压，使当阀门开启时，通过污泥浆料的自身水解饱和蒸气压输送污泥浆料通过喷头喷洒入氧化反应器内，使污泥浆料中的有机物被氧化较彻底，同时，因为城市污泥中的胶体、胞外聚合物、大分子有机物等得到充分水解，保证了后续氧化过程的快速进行。
作为优选，所述氧化反应器包括至少一个反应罐，所述反应罐顶部通过输气管道与搅拌装置连通，底部通过出料管道与固液分离装置连通，所述反应罐内侧设置有至少一个与水解装置连通的喷头。通过设置反应罐并将反应罐通过输气管道与搅拌装置连通，使得反应罐内污泥浆料产生的高温蒸汽通过输气管道进入搅拌装置内，不仅增加搅拌装置内的水分，方便污泥浆料的制备，而且使得高温蒸汽预加热城市污泥，使进入加热装置的污泥浆料已经具有一定的温度，减少加热资源的浪费，节约能源，同时，将反应罐底部与固液分离装置通过出料管道连通，使得氧化反应器内与氧气充分接触氧化后的污泥浆料在水分蒸发后受自身重力落入到反应罐底部统一沿出料管道输送入固液分离装置进行干化处理，方便污泥浆料的收集和输送。
作为优选，所述反应罐内设置有阻拦网，所述阻拦网上设置有若干通孔，所述喷头朝向所述阻拦网喷洒污泥浆料，使污泥浆料呈液滴状的附着在所述阻拦网上，形成若干污泥液滴。在反应罐内设置阻拦网，由于从喷头中喷洒出的污泥浆料具有较多的水分，容易附着在阻拦网上，并聚集成具有一定尺寸的污泥液滴，方便污泥浆料能停留在阻拦网上与氧化反应器中的氧气充分接触，延长污泥浆料中有机物与氧气的接触时间，使氧化过程进行更彻底。
作为优选，所述喷头由下往上朝向所述阻拦网喷洒污泥。采用喷头由下往上的喷洒污泥浆料，进一步增加从喷头中喷洒出的污泥浆料在反应罐中停留的时间，使氧化过程进行更彻底，制得无害化的污泥基物料。
作为优选，所述通孔直径为5-20mm。阻拦网上的通孔孔径较大，一方面有利于部分污泥浆料在冲击阻拦网时从通孔中穿过，并停留在阻拦网上，另一方面也避免阻拦网被污泥中的小纤维堵塞，且不会影响氧化反应器内氧气的正常流动。
作为优选，当反应罐的数量为两个或两个以上时，相邻反应罐之间通过管道连通，沿物料的输送方向，相邻反应罐内氧气压力逐级递减，每一个反应罐内均设置有所述喷头和阻拦网。将反应罐内氧气压力设置为逐级递减，有利于喷头和其他装置的正常工作，使该结构的设备使用寿命较长，同时，使污泥浆料在不断的降温降压过程中，经过不同的温度和压力的环境，实现城市污泥的气相氧化过程，使氧化过程进行更彻底。
作为优选，沿物料输送方向的最后一个反应罐内为大气压。将物料输送方向的最后一个反应罐内压力设置为大气压，方便在最后一个反应罐中进行污泥浆料的收集，使方便进行集中的固液分离处理，方便污泥基物料的制备。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备方法的有益效果是：
1、预先将城市污泥加水搅拌制得污泥浆料，使污泥具有较好的流动性，同时难氧化有机物充分水解，促进了城市污泥后续的氧化过程，使该方法的城市污泥的处理过程具有快速反应的特点;
2、通过喷头将城市污泥喷洒入氧化反应器中进行氧化反应，实现污泥浆料在氧化反应器中的均匀分布，增加城市污泥中的有机物与氧化反应器中的氧气的接触面积，使城市污泥中的有机物充分氧化，且氧化效率较高，充分去除城市污泥中的病毒病菌、寄生虫等有害生物，使制得的污泥基物料具有无害化的特点;
3、通过搅拌的方式混合城市污泥和水，可减小或者去除城市污泥中的大纤维物质，使制得的污泥浆料质地均匀，能较容易的通过管道输送，并顺利的通过喷头均匀的喷洒入氧化反应器中，有利于城市污泥氧化过程的顺利进行，并加速氧化过程的进行，避免污泥浆料在加热过程中由于水分散失而导致污泥浆料干化而影响氧化过程的顺利进行。
4、通过高温使污泥浆料在自身水解氧化的过程中产生压力值较高的水解饱和蒸气压，使污泥浆料在自身水解饱和蒸气压的作用下进行快速的输送，节约资源。
本发明的一种基于多相湿式氧化的污泥基物料的制备设备的有益效果是：
1、通过采用管道连通的各个装置，使城市污泥沿管道输送依步骤进行处理，避免城市污泥处理过程中产生有毒有害气体，实现城市污泥的处理过程的无害化;
2、通过喷头将污泥浆料喷洒入氧化反应器中进行氧化，使城市污泥在气相中进行湿式氧化，液滴状的污泥浆料与氧气充分接触，其中的有机物与氧气充分接触，氧化较彻底，使制得的污泥基物料无害化。
