申请日2019.12.13
公开(公告)日2020.02.21
IPC分类号C02F11/00; C02F11/06; C02F11/125; C02F11/13; C02F11/131
摘要
本发明涉及污泥处理系统及其方法技术领域，提供了一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法，包括污泥储罐、螺旋除渣器、均质器、电解电磁加热器、分段阶梯式加热器组件和反应釜，以上设备均通过管道依次连接。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，通过采用分段梯度式加热结构，使每段加热器中污泥进出口温升恒定，针对不同污泥工艺参数可调节加热线圈功率达到升温需求。在污泥进入加热器前，采用预电解的方式对初步换热后的污泥进行预处理，降低污泥粘度以辅助污泥流程中的输送和反应。采用处理后污泥与原泥换热的形式，强化余热回收，提高系统热效率。
权利要求书
1.一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：包括污泥储罐、螺旋除渣器、均质器、电解电磁加热器、分段阶梯式加热器组件和反应釜，以上设备均通过管道依次连接，且管道上设置有污泥螺杆泵;
所述反应釜上设置有电机，电机的驱动轴连接有搅拌杆，搅拌杆延伸至反应釜内并连接有搅拌叶片，反应釜上设置有污泥出口。
2.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：所述电解电磁加热器的两端分别插接有电极阳极和电极阴极，且电解电磁加热器上缠绕有第一加热线圈。
3.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：还包括催化剂储罐，催化剂储罐贯通连接在通往均质器的管道上。
4.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：所述分段阶梯式加热器组件包括多个分段阶梯式加热器，多个分段阶梯式加热器通过连接管首尾连接，分段阶梯式加热器的数量大于等于四个，且多个分段阶梯式加热器的加热效果自左向右依次递增。
5.如权利要求1或4所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：所述分段阶梯式加热器上缠绕有第二加热线圈，且分段阶梯式加热器上设置有PID温度控制器。
6.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：还包括余热回收换热器，所述余热回收换热器设置有两个进液口分别为第一进液口和第二进液口，第一进液口通过管道与反应釜贯通连接，第二进液口通过管道与螺旋除渣器贯通连接，余热回收换热器上设置有与第一进液口相对应的第一出液口，余热回收换热器上设置有与第二进液口相对应的第二出液口，第二出液口通过管道与均质器贯通连接。
7.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：还包括制氧罐，所述制氧罐通过管道与反应釜贯通连接，制氧罐设置有压力表。
8.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：所述反应釜上设置有保温材料。
9.如权利要求1所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，其特征在于：所述分段阶梯式加热器组件和反应釜之间设置有两个并联连接的计量罐。
10.如权利要求1-9所述的一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.使用烘干法测量初始污泥含水率，通过向污泥加入去离子水，使原污泥含水率为85%，同时测定污泥PH后，根据原污泥酸碱度不同，通过NaOH溶液(或H2SO4)调节污泥PH值为9。
步骤2.通过污泥泵将污泥抽入螺旋过滤除渣器中，将污泥中的渣类杂质及头发等过滤除去，设置螺旋过滤除渣器转速为200r/min。
步骤3.污泥随后进入均质器，同时将催化剂即调配好的Cu(NO3)2溶液加入均质器中，均匀搅拌5min，其中催化剂用量为3g/L。
步骤4.污泥均质均匀后导入污泥电解电磁加热器，电解电磁加热器对污泥进行电解和加热，当污泥升温至90℃进入最左端的分段阶梯式加热器，此时污泥流量为1.5m3/h左右。
步骤5.污泥进入最左端的分段阶梯式加热器，污泥出最左端的分段阶梯式加热器后温度为115℃，同样地通过调节PID温度控制器调节后面几个分段阶梯式加热器内电加热功率，使污泥每段达到25℃温度梯度上升。
步骤6.污泥升温至190℃后导入其中一个计量罐中，污泥升温进入该计量罐至需要体积的过程需1h，此时前一批污泥在反应釜内反应，当前一批污泥完成反应放料后，该计量罐内污泥达到规定体积开始导入反应釜内，此时通过制氧罐将氧气注入污泥中，通过查看压力表当氧分压达到1.6MPa时停止添加，并搅拌反应30min，此时反应过程中，下一批物料通过分段阶梯式加热器加热后导入另一个计量罐，通过氧气高温催化氧化能使高分子有机物断链，使污泥中的细菌微生物破壁，继而能够提高污泥的处理效果，最终污泥高分子有机物去除率达可到80%以上，符合排放标准，同时可实现反应釜不间断持续反应，提高系统产能。
步骤7.符合排放标准的污泥通过余热回收换热器离开的同时再与除渣除杂后的原污泥进行换热，吸收热量的原污泥导入均质器进行下一步操作。
说明书
一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及污泥处理系统及其方法技术领域，具体涉及一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法。
背景技术
随着科学技术的高速发展，在生产生活中会产生很多的污泥，这些污泥主要成分包括水、微生物、微生物代谢物、无机固型物，这些污泥对环境危害很大，需要对污泥进行处理，是之符合排放标准重复利用。
通过常规的污泥处理系统难以对多种污染物处理彻底，这就对污泥中的结合水和胞内水的脱除带来极大困难，，因为这些污泥中的水含有特殊性能的高分子有机物，这些高分子有机物严重影响污泥的排放标准，同时由于这些高分子有机物的存在，导致污泥与水结合非常紧密，分离十分困难。
由于其反应需要高温(180-300℃)，设备大型化后还会存在许多问题，难以工业化应用，目前现有的工艺和系统存在以下几个问题：
1、设备大型化后，传统的夹套加热反应釜能耗过大，且加热效果差，单独利用夹套加热污泥升温过慢，而夹套内温度与反应前的污泥温差可达到200-300度，污泥沾壁后焦化现象严重且难以清理。
2、通常反应活性污泥的含水率为80%-90%，而污泥近似假塑性流体，当高粘污泥含水量较低时其粘度较大，不利于加热和管道输送，当污泥含水量较高时，虽有效降低了污泥的粘度，但是污泥的体积也随之增大，导致了储存量增大以及处理量的下降。
3、处理后污泥仍然携带大量热量，直接排放会造成热污染，还造成了资源浪费。
4、针对高分子有机物含量高的污泥难以氧化彻底。
为此，我们提出一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，通过采用分段梯度式加热结构，使每段加热器中污泥进出口温升恒定，针对不同污泥工艺参数可调节加热线圈功率达到升温需求。加热过程与反应过程分开，使工艺中加热环节和反应环节可同时进行，提高了系统的产能与效率，在污泥进入加热器前，采用预电解的方式对初步换热后的污泥进行预处理，降低污泥粘度以辅助污泥流程中的输送和反应。采用处理后污泥与原泥换热的形式，强化余热回收，提高系统热效率。通过输入双氧水提高污泥中有机物及微生物的氧化率，提高系统的处理效率。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统，包括污泥储罐、螺旋除渣器、均质器、电解电磁加热器、分段阶梯式加热器组件和反应釜，以上设备均通过管道依次连接，且管道上设置有污泥螺杆泵;
所述反应釜上设置有电机，电机的驱动轴连接有搅拌杆，搅拌杆延伸至反应釜内并连接有搅拌叶片，反应釜上设置有污泥出口。
进一步的，所述电解电磁加热器的两端分别插接有电极阳极和电极阴极，且电解电磁加热器上缠绕有第一加热线圈。
进一步的，还包括催化剂储罐，催化剂储罐贯通连接在通往均质器的管道上。
进一步的，所述分段阶梯式加热器组件包括多个分段阶梯式加热器，多个分段阶梯式加热器通过连接管首尾连接，分段阶梯式加热器的数量大于等于四个，且多个分段阶梯式加热器的加热效果自左向右依次递增。
进一步的，所述分段阶梯式加热器上缠绕有第二加热线圈，且分段阶梯式加热器上设置有PID温度控制器。
进一步的，还包括余热回收换热器，所述余热回收换热器设置有两个进液口分别为第一进液口和第二进液口，第一进液口通过管道与反应釜贯通连接，第二进液口通过管道与螺旋除渣器贯通连接，余热回收换热器上设置有与第一进液口相对应的第一出液口，余热回收换热器上设置有与第二进液口相对应的第二出液口，第二出液口通过管道与均质器贯通连接。
进一步的，还包括制氧罐，所述制氧罐通过管道与反应釜贯通连接，制氧罐设置有压力表。
进一步的，所述反应釜上设置有保温材料，减少热量流失，节能环保。
进一步的，所述分段阶梯式加热器组件和反应釜之间设置有两个并联连接的计量罐。
一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理方法，包括以下步骤：
步骤1.使用烘干法测量初始污泥含水率，通过向污泥加入去离子水，使原污泥含水率为85%，同时测定污泥PH后，根据原污泥酸碱度不同，通过NaOH溶液(或H2SO4)调节污泥PH值为9。
步骤2.通过污泥泵将污泥抽入螺旋过滤除渣器中，将污泥中的渣类杂质及头发等过滤除去，设置螺旋过滤除渣器转速为200r/min。
步骤3.污泥随后进入均质器，同时将催化剂即调配好的Cu(NO3)2溶液加入均质器中，均匀搅拌5min，其中催化剂用量为3g/L。
步骤4.污泥均质均匀后导入污泥电解电磁加热器，电解电磁加热器对污泥进行电解和加热，当污泥升温至90℃进入最左端的分段阶梯式加热器，此时污泥流量为1.5m3/h左右。电解目的是为了使污泥中的细菌微生物初步破壁，降低污泥整体粘度，同时后续催化氧化反应时间，防止系统中某一环节污泥挂壁结焦，影响系统安全稳定运行。
步骤5.污泥进入最左端的分段阶梯式加热器，污泥出最左端的分段阶梯式加热器后温度为115℃，同样地通过调节PID温度控制器调节后面几个分段阶梯式加热器内电加热功率，使污泥每段达到25℃温度梯度上升。污泥分段多级加热可以有效提高污泥加热效率，使污泥快速升温，解决了反应釜中夹套加热低效的问题，提高热效率且更为节能，同时有效地防止了污泥的结焦。
步骤6.污泥升温至190℃后导入其中一个计量罐中，污泥升温进入该计量罐至需要体积的过程需1h，此时前一批污泥在反应釜内反应，当前一批污泥完成反应放料后，该计量罐内污泥达到规定体积开始导入反应釜内，此时通过制氧罐将氧气注入污泥中，通过查看压力表当氧分压达到1.6MPa时停止添加，并搅拌反应30min，此时反应过程中，下一批物料通过分段阶梯式加热器加热后导入另一个计量罐，通过氧气高温催化氧化能使高分子有机物断链，使污泥中的细菌微生物破壁，继而能够提高污泥的处理效果，最终污泥高分子有机物去除率达可到80%以上，符合排放标准，同时可实现反应釜不间断持续反应，提高系统产能。
步骤7.符合排放标准的污泥通过余热回收换热器离开的同时再与除渣除杂后的原污泥进行换热，吸收热量的原污泥导入均质器进行下一步操作。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种基于预电解的湿式催化氧化污泥处理系统及其方法。具备以下有益效果：
1、通过分阶段式对污泥进行加热，提高加热的效率。通过PID温度控制器调节多个分段阶梯式加热器的加热温度，使多个分段阶梯式加热器自左向右温差均为25℃递增，使污泥在分段阶梯式加热器组件可以有效提高污泥加热效率，使污泥快速升温，解决了反应釜中夹套加热低效的问题，提高热效率且更为节能。
2、能够降低污泥的粘度，方便污泥进行输送，通过电解电磁加热器中的电极阳极和电极阴极对污泥进行电解使污泥中的细菌微生物初步破壁，降低污泥整体粘度，防止挂壁，同时通过多个分段阶梯式加热器分阶段对污泥进行逐渐加热，能够减少污泥与分段阶梯式加热器内壁之间的温差，防止污泥挂壁。
3、能够对大量的污泥进行同时加热，提高加热的效率。同时通过多个分段阶梯式加热器能够对大量的污泥进行加热，提高加热的效率。
4、能够降低符合排放标准的污泥的温度，同时对热量进行回收再利用，节能环保。符合排放标准的污泥通过余热回收换热器离开的同时再与除渣除杂后的原污泥进行换热，对符合排放要求的污泥进行降温，防止热污染，同时能够对除渣除杂后的原污泥进行升温，减少后续加热的能耗，更加节能环保。
5、能够高效的氧化污泥中的高分子有机物。通过注入氧气能够提高对污泥的氧化程度，高温氧化能使高分子有机物断链，使污泥中的细菌微生物破壁，继而能够提高污泥的处理效果，最终污泥高分子有机物去除率达可到90%以上，符合排放标准。
6、通过设置两个计量罐，可实现反应釜不间断持续反应，提高系统产能。（发明人章泉志;蒋文春）
