污泥处理装置和利用该装置进行污泥处理的方法

摘要

本发明提供了一种用于污泥处理装置，包括：塔体，所述塔体内限定有反应腔室；第一进料口，所述第一进料口设置在塔体上，用于向所述反应腔室内供给待处理的污泥；第二进料口，所述第二进料口设置在所述塔体上，用于向所述反应腔室内供给水蒸气；第一出料口，所述第一出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出经过处理的污泥；第二出料口，所述第二出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出水蒸气；其中，所述第一进料口的位置高于所述第二进料口的位置。本发明还提供了利用该污泥处理装置处理污泥的方法。可以有效地对污泥进行处理。

说明书

技术领域

本发明涉及环保领域。更具体的，涉及一种污泥处理装置，以及使用该污泥处理装置进行污泥处理的方法。

背景技术

目前国内外污泥处理技术采用了热干化、水解、焚烧等不同的技术，但是所面临的主要问题是能耗高、气味异味不好消除等问题。

因而，现有的污泥处理设备和方法有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有能够有效处理污泥的装置。

根据本发明的实施例，提供了一种污泥处理装置，其特征在于包括：塔体，所述塔体内限定有反应腔室；第一进料口，所述第一进料口设置在塔体上，用于向所述反应腔室内供给待处理的污泥；第二进料口，所述第二进料口设置在所述塔体上，用于向所述反应腔室内供给水蒸气；第一出料口，所述第一出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出经过处理的污泥；第二出料口，所述第二出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出水蒸气；其中，所述第一进料口的位置高于所述第二进料口的位置。

借助根据本发明实施例的污泥处理装置，由于第一进料口的位置高于第二进料口的位置，因而，在运行过程中，通过第一进料口向反应腔室内供给的待处理的污泥会由于重力作用自上而下运动，同时，通过第二进料口向反应腔室内供给的水蒸气会自自下而上运动，进而能够增加待处理的污泥与水蒸气的接触面积，在反应腔室内发生反应，反应原理为：处理污泥，主要是处理污泥中含有大量的水和有机质，特别是去除这些水分，这些水分是分子间、细胞间、细胞内的水分，物理学已经证明靠机械方法无法实现排出这些水分，而污泥在与一定的温度和压力的水蒸气充分接触一定时间的情况下，随着污泥温度的升高，污泥中水分子和各类有机质分子、细胞被破碎，这一过程使得细胞间/内、分子间的水分因此析出，这个过程也可以称为污泥改性过程。在这一过程中有机质发生了物理和化学变化。由此，可以对污泥进行净化处理，达到排放标准，通过第一出料口排出。

另外，根据本发明的实施例，污泥处理装置还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的实施例，进一步包括：物料返回管路，所述物料返回管路的两端分别与所述第一出料口和所述反应腔室连通，用于将经过处理的污泥返回至所述反应腔室内。由此，可以通过物料返回管路，将经过处理的污泥返回至反应腔室内进行循环处理，以提高经过处理的污泥的净化程度。

根据本发明的实施例，所述物料返回管路上设置有开关，用于控制物料返回管路的启动和关闭。由此，可以方便地控制将经过处理的污泥返回反应腔室进行循环处理，或者直接通过第一出料口进行排出。

根据本发明的实施例，所述反应腔室内限定有多个子反应腔室，各个子反应腔室分别设置有试剂进料口，用于向各个子反应腔室内供给用于处理污泥的试剂。由此，可以在子反应腔室内对污泥进行附加的处理，以提高处理污泥的效率。

根据本发明的实施例，进一步包括：污泥预处理设备，所述污泥预处理设备与所述污泥处理装置的第一进料口相连，用于对所述待处理的污泥进行预处理。由此，可以在将污泥供给到污泥处理装置的反应腔室内之前，对污泥进行预处理，例如调节pH值至接近中性，由此，可以提高利用污泥处理装置进行污泥处理的效率，以及保护污泥处理装置免于受到污泥中所含物质的影响，延长污泥处理装置的寿命。

根据本发明的实施例，进一步包括：水蒸气热交换设备，所述水蒸气热交换设备分别与所述第二出料口和第二进料口相连，用于将通过所述第二出料口排出的水蒸气进行热交换后，经过所述第二进料口返回至所述污泥处理装置的反应腔室内。由此，可以将水蒸气进行回收循环使用，降低成本，节省能耗。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用污泥处理装置处理污泥的方法。

根据本发明的实施例，提供了一种利用污泥处理装置处理污泥的方法，所述污泥处理装置包括：塔体，所述塔体内限定有反应腔室；第一进料口，所述第一进料口设置在塔体上，用于向所述反应腔室内供给待处理的污泥；第二进料口，所述第二进料口设置在所述塔体上，用于向所述反应腔室内供给水蒸气；第一出料口，所述第一出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出经过处理的污泥；第二出料口，所述第二出料口设置在所述塔体上，用于从所述反应腔室内排出水蒸气；所述第一进料口的位置高于所述第二进料口的位置；所述方法包括：开启所述第一进料口，并向所述反应腔室内供给待处理的污泥；开启所述第二进料口，并向所述反应腔室内供给用于处理污泥的水蒸气；控制所述反应腔室内的温度为200-270摄氏度，压力为20-25个大气压，使得所述待处理的污泥与所述水蒸气在高温高压下接触反应一定的时间；开启所述第一出料口排出经过处理的污泥，并开启所述第二出料口排出水蒸气。通过利用所述的污泥处理装置以及所设定的具体的运行参数，可以有效地提高污泥处理的效率。

根据本发明的实施例，处理污泥的方法还可以具有以下附加技术特征：

根据本发明的实施例，所述污泥处理装置进一步包括物料返回管路，所述物料返回管路的两端分别与所述第一出料口和所述反应腔室连通，用于将经过处理的污泥返回至所述反应腔室内。

根据本发明的实施例，所述物料返回管路上设置有开关，用于根据第一出料口排出的经过处理的污泥的品质控制物料返回管路的启动和关闭。

根据本发明的实施例，所述反应腔室内限定有多个子反应腔室，各个子反应腔室分别设置有试剂进料口，用于向各个子反应腔室内供给用于处理污泥的试剂，所述试剂为选自氧化剂、还原剂、螯合剂的至少一种。

根据本发明的实施例的污泥处理的方法利用了根据本发明实施例的污泥处理装置，自然也具有其全部优点，在此不再赘述。另外，根据本发明实施例的污泥方法可以至少实现下列技术效果之一：

1、生产过程能耗降低20％以上。

2、热能循环利用率提高3-4倍。

3、能耗损失降低至六分之一至九分之一。

4、设备制造成本降低20％。

5、生产系统的复杂性大大降低，操作使用简单。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的污泥处理装置的示意图；

图2是根据本发明的另一个实施例的污泥处理装置的示意图；

图3是根据本发明的另一个实施例的污泥处理装置的示意图；以及

图4是根据本发明的另一个实施例的污泥处理装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。在本发明中使用的术语“第一”、“第二”等类似术语是为了描述各个设备或组件之间进行区别而使用的，并不以任何方式限定各个组件之间的重要性。

本发明的一个方面，提供了一种污泥处理装置1000。参考图1，根据本发明的实施例的污泥处理装置1000包括：塔体1001、第一进料口100、第二进料口200、第一出料口300、第二出料口400。其中，在塔体1001内限定有反应腔室1100，以提供允许水蒸气与污泥发生反应的空间，从而对污泥进行净化处理。第一进料口100设置在塔体1001上，用于向所述反应腔室1100内供给待处理的污泥。第二进料口200，所述第二进料口200设置在所述塔体1001上，用于向所述反应腔室1100内供给水蒸气。参考图1，第一进料口100的位置高于所述第二进料口200的位置，由此在污泥处理设备的运行过程中，通过第一进料口100向反应腔室内1100供给的待处理的污泥会由于重力作用自上而下运动，同时，通过第二进料口200向反应腔室1100内供给的水蒸气会自自下而上运动，进而能够增加待处理的污泥与水蒸气的接触面积，在反应腔室1100内发生反应，在这一过程中有机质发生了物理和化学变化，从而能够有效地对污泥进行净化处理。第一出料口300设置在所述塔体1001上，用于从所述反应腔室1100内排出经过处理的污泥。第二出料口400设置在塔体1001上，用于从反应腔室1100内排出水蒸气。由此，分别通过第一出料口300和第二出料口400分别派出经过处理的污泥和水蒸气。

根据本发明的实施例，塔体1001的类型不受特别限制。根据本发明的实施例，优选所述塔体1001为立式反应塔，更优选能够耐受高温高压的立式反应塔。由此可以便于增加待处理的污泥与水蒸气之间的接触面积、提高反应效率，从而进一步提高污泥的处理效率和处理效果。需要说明的是，本领域技术人员能够理解的是，这里所使用的术语“塔体”的含义应作广义理解，其体积和形状并不受到任何限制，可以是任何其内可以限定反应空间的容器，其体积也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要对“塔体”的体积和尺寸进行选择。

参考图2，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000可以进一步包括物料返回管路500。如图2所示，物料返回管路500的两端分别与第一出料口300和反应腔室1100连通。由此，用于将经过处理的污泥返回至反应腔室1100内。进而，可以通过该物料返回管路500，将经过处理的污泥返回至反应腔室1100内进行继续进行净化处理，实现循环处理，从而提高了经过处理的污泥的净化程度。根据本发明进一步的实施例物料返回管路500上还可以设置有开关501，用于控制物料返回管路500的启动和关闭。由此，可以方便地控制将经过处理的污泥返回反应腔室1100进行循环处理，或者直接通过第一出料口300进行排出。在运行过程中，可以根据需要对开关501进行启动和关闭。例如，可以根据从第一出料口300进行取样分析经过处理的污泥样品的成分是否符合需要，如果需要进行循环处理，则启动开关501，将所排出的经过处理的污泥通过物料返回管路500返回至反应腔室1100内进行继续处理。本领域技术人员可以理解的是，物料返回管路500仅将从第一出料口300中排出的污泥的一部分返回至反应腔室1100内进行循环处理，其余部分经过处理的污泥可以直接排放。

参考图3，根据本发明的实施例，反应腔室1100内限定有多个子反应腔室(1101，1102)，各个子反应腔室(1101，1102)分别设置有试剂进料口(11011，11012)，用于向各个子反应腔室(1101，1102)内供给用于处理污泥的试剂。由此，可以在子反应腔室(1101，1102)内对污泥进行附加的处理，以提高处理污泥的效率。当然，虽然图3中仅示出了两个子反应腔室(1101，1102)，但本领域技术人员可以理解的是，可以需要限定更多数目的子反应腔室。根据本发明的实施例，子反应腔室(1101，1102)的形成，可以通过本领域常用的手段进行，例如可以在反应腔室1100设置隔板，只要不影响污泥的下降和水蒸气的上升即可。根据本发明的实施例，在各个子反应腔室(1101，1102)中添加的试剂的类型不受特别限制，只要能够有利于污泥的净化处理即可。根据本发明具体示例，可以采用试剂为选自氧化剂、还原剂、螯合剂的至少一种。通常，在污泥中可能存在许多重金属例如Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb及Zn，通过加入氧化剂，可以逐渐将重金属转化为此环境中溶解度低的固态化合物。另外，对于污泥中可能存在的一些可氧化性化学类物质，通过添加还原剂，会形成相对稳定的硫化物、氢氧化物、或金属有机固态化物。上述反应产物均是稳定的且溶解度相对较低。螯合剂能够与污泥中可能存在的重金属形成螯合物。根据本发明的实施例，可以采用的螯合剂不受特别限制，可以为任何能够与重金属离子起螯合作用的有机化合物。例如，包括但不限于有机多元膦酸、EDTA。根据本发明实施例，可以采用的氧化剂的类型不受特别限制，例如可以采用过氧化物类氧化剂或者臭氧。根据本发明的实施例，可以采用还原剂的类型也不受特别限制，例如可以采用亚铁盐。由此，能够进一步提高处理污泥的效率和效果。

参考图4，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000还可以进一步包括污泥预处理设备2001用于对待处理的污泥进行预处理。污泥预处理设备2001与所述污泥处理装置1000的第一进料口100相连，用于对所述待处理的污泥进行预处理。由此，可以在将污泥供给到污泥处理装置1000的反应腔室1100内之前，对污泥进行预处理。进行预处理的类型不受特别限制。根据本发明的实施例，可以在污泥预处理设备2001，将污泥的pH值调节至接近中性，例如6.0-8.0。由此，可以提高利用污泥处理装置进行污泥处理的效率，以及保护污泥处理装置免于受到污泥中所含物质的影响，延长污泥处理装置的寿命。

参考图4，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000还可以进一步包括水蒸气热交换设备2002用于对水蒸气进行热交换回收循环使用。参考图4，水蒸气热交换设备2002分别与第二出料口400和第二进料口200相连，用于将通过第二出料口400排出的水蒸气进行热交换后，提高水蒸气温度，再经过第二进料口200返回至污泥处理装置1000的反应腔室1100内。由此，可以将水蒸气进行回收循环使用，降低成本，节省能耗。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用上述根据本发明实施例的污泥处理装置处理污泥的方法。

根据本发明实施例的污泥处理方法是基于申请人的下列发现而完成的：反应原理为：处理污泥，主要是处理污泥中含有大量的水分和有机质，特别是去除这些水分，这些水分通常还包括分子间、细胞间和细胞内的水分。现有技术已经证明通过机械手段无法实现排出这些水分。申请人发现，污泥在与一定温度和压力的水蒸气充分接触一定时间的情况下，随着污泥温度的升高，污泥中水分子和各类有机质分子、细胞被破碎，这一过程使得细胞间、细胞内、分子间的水分会因此而被析出，在这一过程中有机质也会发生物理和化学变化。从而能够有效地对污泥进行净化处理。

根据本发明的实施例，提供了一种利用根据本发明实施例的污泥处理装置1000处理污泥的方法。污泥处理装置1000可以为根据本发明实施例的任一种污泥处理装置1000，在此不再赘述。下面详细描述，利用污泥处理装置1000处理污泥的方法。开启第一进料口100，并向所述反应腔室1100内供给待处理的污泥。开启所述第二进料口200，并向所述反应腔室1100内供给用于处理污泥的水蒸气。将反应腔室1100内的温度控制在200-270摄氏度，压力控制在20-25个大气压，使得待处理的污泥与水蒸气在高温高压下接触反应一定的时间。开启第一出料口300排出经过处理的污泥，并开启第二出料口400排出水蒸气。发明人发现，通过利用这样的污泥处理装置1000，借助上述方法，可以有效地提高污泥处理的效率。需要说明的是，根据本发明的实施例，上述所列举的步骤并没有明确的先后之分，本领域技术人员可以根据具体情况进行调整。这里所使用的术语“一定的时间”可以理解为能够对污泥进行充分处理的时间。本领域技术人员能够理解该时间是可以根据具体情况进行调整的。例如可以通过取样分析进行确定时间是否充分。根据本发明的实施例的污泥处理方法能够处理的污泥的类型和来源不受特别限制，可以是现有的任何需要处理的污泥。

参考图2，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000可以进一步包括物料返回管路500。如图2所示，物料返回管路500的两端分别与第一出料口300和反应腔室1100连通。由此，在进行污泥处理是，可以将经过处理的污泥返回至反应腔室1100内。进而，可以通过该物料返回管路500，将经过处理的污泥返回至反应腔室1100内进行继续进行净化处理，实现循环处理，从而提高了经过处理的污泥的净化程度。根据本发明进一步的实施例物料返回管路500上还可以设置有开关501，用于控制物料返回管路500的启动和关闭。由此，可以方便地控制将经过处理的污泥返回反应腔室1100进行循环处理，或者直接通过第一出料口300进行排出。在进行污泥处理的过程中，可以根据需要对开关501进行启动和关闭。例如，可以根据从第一出料口300进行取样分析经过处理的污泥样品的成分是否符合需要，如果需要进行循环处理，则启动开关501，将所排出的经过处理的污泥通过物料返回管路500返回至反应腔室1100内进行继续处理。本领域技术人员可以理解的是，物料返回管路500仅将从第一出料口300中排出的污泥的一部分返回至反应腔室1100内进行循环处理，其余部分经过处理的污泥可以直接排放。根据本发明的实施例，这些取样、控制操作可以自动完成。

参考图3，根据本发明的实施例，反应腔室1100内限定有多个子反应腔室(1101，1102)，各个子反应腔室(1101，1102)分别设置有试剂进料口(11011，11012)，用于向各个子反应腔室(1101，1102)内供给用于处理污泥的试剂。由此，可以在子反应腔室(1101，1102)内对污泥进行附加的处理，以提高处理污泥的效率。当然，虽然图3中仅示出了两个子反应腔室(1101，1102)，但本领域技术人员可以理解的是，可以需要限定更多数目的子反应腔室。根据本发明的实施例，在进行污泥处理时，在各个子反应腔室(1101，1102)中添加的试剂的类型不受特别限制，只要能够有利于污泥的净化处理即可。根据本发明具体示例，可以采用试剂为选自氧化剂、还原剂、螯合剂等的至少一种。通过添加氧化剂、还原剂，螯合剂可以发生以下化学反应，在污泥中通过添加氧化剂、还原剂、螯合剂可以发生以下化学反应：在污泥中的许多重金属(例如Cd，Cr，Cu，Fe，Hg，Mn，Ni，Pb及Zn)，氧化性的环境会逐渐将重金属转化为此环境中最低可溶性的固态化合物，一些可氧化性化学类物质在还原性的环境中也会形成相当稳定的硫化物、氢氧化物、或金属有机固态化物。上述两类即可还原性及可氧化性化学物类的重金属物质在经过上述处理过程，其生成物均会逐渐形成该环境下最稳定、最低可溶性的重金属固态化合物，这类化合物是无法被植物吸收。螯合剂的反应原理是：如果分子结构中的配位体中只有一个配位原子，则中心离子与配位体之间只能形成一个配位键。而有些配位体中含有两个以上的配位原子而且这两个原子间相隔着两至三个其他非配位原子时，这就可以与中心离子(或原子)同时形成两个以上的配位键，并形成一个包括两个配位剿五元或六元环的特殊结构，把这种配合物称为螯合物。能形成螯合物的配位体叫螯合剂。根据本发明的实施例，所采用的螯合剂的类型不受特别限制，可以为选自能与重金属离子起螯合作用的有机化合物很多，如类似羧酸型、有机多元膦酸等中的至少一种，但是这些添加剂均来自天然。由此，能够进一步提高处理污泥的效率和效果。

参考图4，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000还可以进一步包括污泥预处理设备2001用于对待处理的污泥进行预处理。污泥预处理设备2001与所述污泥处理装置1000的第一进料口100相连，用于对所述待处理的污泥进行预处理。由此，在进行污泥处理的过程中，在将污泥供给到污泥处理装置1000的反应腔室1100内之前，可以对污泥进行预处理。进行预处理的类型不受特别限制。根据本发明的实施例，可以在污泥预处理设备2001，将污泥的pH值调节至接近中性，例如6.0-8.0。由此，可以提高利用污泥处理装置进行污泥处理的效率，以及保护污泥处理装置免于受到污泥中所含物质的影响，延长污泥处理装置的寿命。

参考图4，根据本发明的实施例，污泥处理装置1000还可以进一步包括水蒸气热交换设备2002用于对水蒸气进行热交换回收循环使用。参考图4，水蒸气热交换设备2002分别与第二出料口400和第二进料口200相连。由此，根据本发明的实施例，在进行污泥处理的过程中，可以将通过第二出料口400排出的水蒸气进行热交换，提高水蒸气温度，然后，在将经过热交换的水蒸气经过第二进料口200返回至污泥处理装置1000的反应腔室1100内。由此，可以将水蒸气进行回收循环使用，降低成本，节省能耗。

下面，根据本发明的具体示例对本发明进行描述。需要说明的是，这些示例并不以任何方式对本发明的范围作出限制。

示例1

使用图4所示的污泥处理装置，按照下列运行条件进行污泥的处理：

首先，在预处理装置中，将污泥的PH值调节至6.7-7.02之间，立式反应塔内的温度为170度-270度，压力为20-25个大气压。

经塔内处理后的污泥和水排出时，带有大量的热量，这些热量的附带物水和气体经过回流管，进入塔体内循环使用，该回流循环过程是连续不断和可控的。

污泥处理前成分中含有：含水量90％以上，寄生物、病菌、重金属Ni、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As等离子。

污泥处理后成分中含有：含水量40％以下，无寄生物和病菌，重金属Ni、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As等离子形成盐类或形成纯物质符合国家排放标准。

现有设备和工艺每处理1吨污泥消耗蒸汽0.8吨-2吨，本设备和工艺消耗蒸汽在0.3吨或更少，生产过程能耗降低20％以上。

由于在污泥处理过程中，利用了流体动力学的原理和工艺，一个塔内就完成了所有工序，使得塔内和塔外的热能交换方式效率大大提高，测算热能循环利用率比现有设备和工艺提高3-4倍。

由于在污泥处理过程中，仅有一个塔内就完成了所有工序，避免了多个反应塔或塔之间的物质流动，使得塔内的热能损失大大降低，测算热能损失为现有设备和工艺的10％左右。

由于采用了塔式结构，避免了多个反应塔之间的物质交换操作，使得设备和工艺之间的联结大大简化，工序控制简单，设备数量减少，因此设备和工艺的复杂性大大降低，设备的制造成本降低20％左右。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。