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城市污泥破解與能源轉化技術及城市污泥處理方法

發布時間:2019-6-18 9:23:37  中國污水處理工程網

  申請日2018.05.29

  公開(公告)日2018.11.06

  IPC分類號C02F11/02; C02F11/12; C02F11/14

  摘要

  本發明涉及一種城市污泥破解與能源轉化裝置及城市污泥處理方法,裝置包括破解反應器、離心機、水箱、螺旋輸送機、生態反應器,生態反應器內種有植物,生態反應器內交替設有木屑層和泥渣層,在位于最上方的泥渣層內安裝碳棒,其余的泥渣層一端均通過導線與碳棒連接,導線上安有指示燈;城市污泥在破解反應器內經破解后,經離心機分離后,固態泥渣和液體分別經螺旋輸送機和水箱進入生態反應器內,在生態反應器內經微生物燃料電池作用進一步得到處理。本發明首先對城市污泥進行破解和固液分離,使固態泥渣和液體進入生態反應器,促進植物的生長,又借助植物根系微生物的作用,將污水污泥有機物中的化學能直接轉化成了電能,實現了能源轉化利用。

  權利要求書

  1.一種城市污泥破解與能源轉化裝置,其特征在于,包括破解反應器(1)、離心機(6)、水箱(7)、螺旋輸送機(8)和生態反應器(13);

  破解反應器(1)的輸入端與城市污泥輸送管道連通,破解反應器(1)的輸出端與離心機(6)的輸入端連通;離心機(6)的液體輸出端與水箱(7)的輸入端連接,水箱(7)的輸出端與生態反應器(13)連通;離心機(6)的固體輸出端和螺旋輸送機(8)的輸入端連接;

  生態反應器(13)內種有植物(14),生態反應器(13)內設有若干層木屑層(16)和若干層泥渣層(21),木屑層(16)和泥渣層(21)交替設置,不同層之間設有隔離網(22);螺旋輸送機(8)的輸出端與生態反應器(13)的泥渣層(21)連通;

  位于頂層的泥渣層(21)作為陰極區(C),其余的泥渣層(21)作為陽極區(A),頂層的泥渣層(21)內設有碳棒(23),其余泥渣層(21)的一端均通過導線(18)與碳棒(23)連接,導線(18)上安裝有指示燈(19),陰極區(C)通過碳棒(23)和導線(18)連接陽極區(A)形成外電路;位于頂層的泥渣層(21)通過氣泵(11)連接供氧設備,用于給最上方的泥渣層(21)提供氧氣。

  2.根據權利要求1所述的一種城市污泥破解與能源轉化裝置,其特征在于,生態反應器(13)下端側壁上設有污水進口(24),在生態反應器(13)上端側壁上設有污水出口(20),且污水進口(24)與污水出口(20)非同側設置。

  3.根據權利要求2所述的一種利用城市污泥的能源轉化裝置,其特征在于,在生態反應器(13)內還設有液體分布器(15),液體分布器(15)與污水進口(24)連通。

  4.根據權利要求2所述的一種利用城市污泥的能源轉化裝置,其特征在于,破解反應器(1)的輸出端依次通過第一球閥(4)和第一蠕動泵(5)與離心機(6)連通;

  水箱(7)的輸出端依次通過第二球閥(9)和第二蠕動泵(10)與污水進口(24)連接。

  5.根據權利要求1所述的一種利用城市污泥的能源轉化裝置,其特征在于,在泥渣層(21)所處位置對應的生態反應器(13)側壁一端設有泥渣入口(12),另一端位置對應處設有泥渣出口(17)。

  6.根據權利要求5所述的一種利用城市污泥的能源轉化裝置,其特征在于,所述泥渣入口(12)和泥渣出口(17)上均設有開關。

  7.根據權利要求5所述的一種城市污泥破解與能源轉化裝置,其特征在于,螺旋輸送機(8)的輸出端與泥渣入口(12)連接。

  8.根據權利要求1所述的一種城市污泥破解與能源轉化裝置,其特征在于,生態反應器(13)采用不銹鋼桶。

  9.根據權利要求1所述的一種城市污泥破解與能源轉化裝置,其特征在于,破解反應器(1)上設有堿改性粉煤灰入口(2)、酸改性氣化渣入口(3)以及攪拌槳。

  10.采用權利要求1~9任一項所述裝置對城市污泥進行處理的方法,其特征在于,包括以下步驟:

  1)城市污泥由破解反應器(1)的輸入端進入,向破解反應器(1)內添加堿改性粉煤灰與酸改性氣化渣,邊添加邊攪拌,調節城市污泥的pH值為7.5±1.0;

  2)在攪拌作用下,城市污泥在破解反應器(1)內進行破解反應,污泥破解完成后,破解污泥進入離心機(6)進行固液分離,泥渣在螺旋輸送機(8)的作用下進入生態反應器(13)的泥渣層(21),分離后的液體進入水箱(7),然后輸送至生態反應器(13)底部,同時通過氣泵(11)向陰極區(C)內補給氧氣;

  3)在陽極區(A)厭氧環境下,泥渣中的有機物在植物(14)根系存在的微生物分解作用下,釋放出電子和質子,電子在陽極區(A)進行傳遞,并通過外電路傳遞到陰極區(C)形成電流,指示燈(19)工作,而質子在生態反應器(13)內部傳遞到陰極區(C),氧化劑在陰極區(C)得到電子被還原與質子結合成水。

  說明書

  一種城市污泥破解與能源轉化裝置及城市污泥處理方法

  技術領域

  本發明涉及生活污泥處理技術領域,特別是涉及一種城市污泥破解與能源轉化裝置及城市污泥處理方法。

  背景技術

  隨著城鎮化的加速,作為污水處理廠的副產物-污泥的產量在急劇上升,污泥的處理與處置已成為困擾污水處理廠的重大難題與挑戰。據調查顯示,以含水率80%計,我國污泥總產量將很快突破3000萬噸,到2020年將突破6000萬噸。由于污泥含水率高、體積大,并且污泥中病原菌、重金屬等污染物若處理不當將會導致嚴重的二次污染,給生態環境造成極大的危害,同時也嚴重地制約著污水處理廠的運行。目前,有很多種方法可以用來處理城市污泥,例如如物理和化學的方法有:濃縮、脫水、干化或焚燒、臭氧氧化、氯氧化等,生物方法有:生物修復、傳統堆肥等。

  據研究顯示,城市污泥中含有豐富的營養成分、土地利用前景廣闊。進入21世紀以來,許多國家城市污泥土地利用的比例均在不斷增加。而碳化、焚燒、發電、厭氧消化等污泥能源化途徑則逐年降低。污泥土地利用以最自然的粗產品形式(基質土、肥料等)將城市污泥所含的來自土壤的資源再次返回土地。相比于污泥的其他資源化途徑,土地利用優點明顯,前景廣闊,但城市污泥直接土地利用往往存在利用率不高、見效慢、污染較嚴重等風險。因此,有必要開發一種新的城市污泥處理技術克服上述這些問題。

  發明內容

  本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題,提供一種城市污泥破解與能源轉化裝置及城市污泥處理方法,結構新穎、綠色環保,不僅可以實現城市污泥的破解,降低污泥的毒害作用,微生物將污水污泥中的化學能直接轉化成電能,同時污水污泥中的有機物、氮等也得到了處理,還可以實現城市污泥的資源化利用與能源轉化。

  本發明是通過以下技術方案來實現:

  一種城市污泥破解與能源轉化裝置,包括破解反應器、離心機、水箱、螺旋輸送機和生態反應器;

  破解反應器的輸入端與城市污泥輸送管道連通,破解反應器的輸出端與離心機的輸入端連通;

  離心機具有液體輸出端和固體輸出端,液體輸出端與水箱的輸入端連接,水箱的輸出端與生態反應器連通;固體輸出端和螺旋輸送機的輸入端連接;

  生態反應器內種有植物,生態反應器內設有若干層木屑層和若干層泥渣層,木屑層和泥渣層交替設置,不同層之間設有隔離網;

  位于最上方的泥渣層作為陰極區,其余的泥渣層作為陽極區,最上方的泥渣層內設有碳棒,其余的泥渣層一端均通過導線與碳棒連接,導線上安裝有指示燈,陰極區通過碳棒和導線連接與陽極區形成外電路;位于最上方的泥渣層通過氣泵連接供氧設備,用于給最上方的泥渣層提供氧化劑;

  螺旋輸送機的輸出端與生態反應器的泥渣層連通。

  進一步,生態反應器底部側壁上設有污水進口,在生態反應器上方且與污水進口不在同一側的側壁上設有污水出口。

  進一步,生態反應器底部內側設有液體分布器,液體分布器與污水進口連通。

  進一步,水箱的輸出端依次通過第二球閥和第二蠕動泵與污水進口連接。

  進一步,在生態反應器側壁上且與泥渣層一端位置對應處設有泥渣入口,在生態反應器側壁上且與泥渣層另一端位置對應處設有泥渣出口。

  進一步,所述泥渣入口和泥渣出口上均設有開關。

  進一步,螺旋輸送機的輸出端與泥渣入口連接。

  進一步,破解反應器的輸出端依次通過第一球閥和第一蠕動泵與離心機連通。

  進一步,破解反應器上設有堿改性粉煤灰入口與酸改性氣化渣入口以及攪拌槳。

  采用上述裝置對城市污泥進行處理,具體包括以下步驟:

  1)城市污泥由破解反應器的輸入端進入,向破解反應器上的內添加添加堿改性粉煤灰與酸改性氣化渣,邊添加邊攪拌,調節城市污泥的pH在7.5±1.0范圍,停止添加;

  2)在攪拌作用下,城市污泥在破解反應器內進行破解反應,污泥破解完成后,破解污泥進入離心機進行固液分離,分離后的液體進入水箱,泥渣進入螺旋輸送機;

  3)泥渣在螺旋輸送機的作用下進入生態反應器的泥渣層;

  4)液體進入生態反應器底部,同時,氣泵向陰極區內補給氧氣;

  5)植物生長過程根系微生物大量繁殖,在陽極區厭氧環境下,泥渣中的有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子,電子在陽極區進行傳遞,并通過外電路傳遞到陰極區形成電流,指示燈工作,而質子在生態反應器內部傳遞到陰極區,氧化劑在陰極區得到電子被還原與質子結合成水。

  與現有技術相比,本發明具有以下有益的技術效果:

  本發明裝置包括用于破解分離城市污泥的破解反應器、離心機、水箱及螺旋輸送機和用于進行微生物反應的生態反應器,在生態反應器內種有植物,在破解反應器內經破解后的污泥經離心機固液分離后,由水箱和螺旋傳送機將液體和固態泥渣分別送入生態反應器內,泥渣中的有機質、氮等被栽在生態反應器內的植物吸收,促進植物生長;作為陰極區的泥渣層通過碳棒和導線連接與作為陽極區的泥渣層形成外電路,氣泵給陰極區供氧化劑,植物生長過程根系微生物大量繁殖,在陽極區厭氧環境下,有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子,電子陽極區進行傳遞,并通過外電路傳遞到陰極區形成電流,指示燈工作,而質子在生態反應器內部傳遞到陰極,氧化劑在陰極得到電子被還原與質子結合成水;微生物將污水污泥有機物中的化學能直接轉化成了電能,實現了能源轉化利用,同時污水污泥中的有機物、氮等也得到了處理。

  進一步,污水進口在生態反應器下方,污水出口在生態反應器上方,且不在同側設置,是為了讓污水由下至上慢慢滲透,更好地被植物根系吸收,進一步提高了污水的處理效率,同時也可防止植物根系的腐爛。

  進一步,通過在生態反應器底部設置液體分布器,使液體均勻分布,使得水分均勻滲透至各層。

  進一步,通過在管路上設置球閥和蠕動泵,能輕松的輸送固、液或固液混合流體,維修費用低。

  進一步,通過在泥渣層兩端設置有泥渣入口和泥渣出口,可以不斷地使新的污泥流入生態反應器內,提高工作效率。

  進一步,通過在泥渣入口和泥渣出口處設置開關,可以控制污泥的進入或流出,想讓污泥進入或流出那層就開啟對應的開關,根據污泥的產生量和處理情況來選擇開關的閉合情況。

  進一步,通過在破解反應器上設有堿改性粉煤灰入口與酸改性氣化渣入口,調節污泥的PH值,借助改性粉煤灰與改性氣化渣特有的物理化學性質進行城市污泥的破解,即可實現廢物利用、又達到了以廢制廢的目的。

  本發明將生物方法與化學方法有機聯合對城市污泥進行無害化、資源化、減量化、穩定化處理。首先,借助改性粉煤灰與改性氣化渣特有的物理化學性質進行城市污泥的破解,即可實現廢物利用、又達到了以廢制廢的目的;破解后的污泥進行資源化利用與能源轉化處理,污泥中的有機質、氮等一方面被植物吸收,促進植物生長,另一方面植物生長過程根系微生物大量繁殖,在陽極室(A區)厭氧環境下,有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子,電子在陽極區進行傳遞,并通過外電路傳遞到陰極(C區)形成電流,彩燈工作,而質子在桶內部傳遞到陰極,氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質子結合成水,本方法利用微生物將污水污泥有機物中的化學能直接轉化成了電能,實現了能源轉化利用。本發明不僅可以實現城市污泥的破解,降低污泥的毒害作用,還可以實現城市污泥的資源化利用與能源轉化。

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