申请日2011.07.20
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F11/12; C02F1/48; C02F1/38
摘要
本发明涉及一种方法，以及相应的操作装置，用于改性污泥(特别是来源于民用和工业类型废水的净化处理的有机污泥)的结构，以使其经受脱水和/或干燥，其中，所述污泥暴露于直流电生成的电场的作用。
权利要求书
1.用于改性待经受脱水和/或干燥的有机污泥的结构的方法，其包含所述有 机污泥在其中暴露于电场的作用的步骤，其中所述电场由直流电生成，包含30 V/0.01m～62V/0.01m，所述有机污泥为湿固体形式，具有按照重量计高于污泥总 重量的20%的干物质含量;
其中所述污泥暴露于所述电场的时间段包含在2秒～10分钟从而在污泥中引 起细胞内水的释放，所述释放的细胞内水的量在重量上占污泥总重量的 5%～40%。
2.根据权利要求1的方法，其中生成的所述电场为50V/0.01m。
3.根据权利要求1的方法，其中所述电场由正极和负极生成，在两者之间所 述污泥以连续的方式进料。
4.根据权利要求1的方法，其中所述污泥在暴露于所述电场之后，经受脱水 和/或干燥步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中所述污泥在暴露于所述电场的同时，经受脱 水和/或热干燥步骤。
6.根据权利要求3的方法，其中所述电极，正极和负极，由二圆筒压延机的 第一滚筒(2)和第二滚筒(3)组成。
7.根据权利要求6的方法，其中所述第一滚筒(2)和第二滚筒(3)以彼此 不同的速度旋转。
8.根据权利要求3的方法，其中所述电极，正极和负极，由被绝缘元件(20) 隔开的第一板(18)和第二板(19)组成，限定具有所述污泥的进料(21)和 出料(22)开口的管状体(17)。
9.根据权利要求3的方法，其中所述电极，正极和负极，由涡轮混合器的圆 柱形管状体和在所述圆柱形管状体内部同轴的具有叶片的旋转体组成。
10.根据权利要求3的方法，其中所述电极，正极和负极，由涡轮干燥器(8) 的圆柱形管状体(9)和在所述圆柱形管状体内部同轴的具有叶片的旋转体(15) 组成。
11.根据权利要求1的方法，包括对可能由所述污泥在所述电场的暴露而生 成的自由基化合物的失活步骤。
12.根据权利要求11的方法，其中所述失活步骤通过使用活性炭进行。
13.用于改性待经受干燥的有机污泥的结构的装置，所述有机污泥具有高于 污泥总重量的20%的干物质含量，该装置包含分别用于进料至所述装置和从所 述装置排出有机污泥流的进料(5,21)和出料(6,22)开口，被包含在所述进料 和出料开口之间以使所述污泥流通过的通道，所述通道由分别适于形成正极和 负极的第一元件和第二元件至少部分地限定，用于在所述装置内部生成电场， 所述电场来源于直流电，包含30V/0.01m～62V/0.01m，其中
所述第一元件和所述第二元件由二圆筒压延机的第一滚筒(2)和第二滚筒 (3)组成。
14.用于改性有机污泥的结构并同时干燥它的装置，所述有机污泥具有高于 污泥总重量的20%的干物质含量，该装置包含分别用于进料至所述装置和从所 述装置排出有机污泥流的进料(13)和出料(14)开口，包含在所述进料和出 料开口之间以使所述污泥流通过的通道，所述通道由分别适于形成正极和负极 的第一元件和第二元件至少部分地限定，用于在所述装置内部生成电场，所述 电场来源于直流电，其中所述第一元件和所述第二元件由涡轮干燥器(8)的圆 柱形管状体(9)和在圆柱形管状体(9)内同轴的具有叶片的旋转体(15)组 成，所述旋转体被支撑以旋转，其旋转速度为200～1500rpm，该圆柱形管状体 (9)具有加热套(10)，其在相对的端部由底板(11,12)封闭，并且具有叶片 的旋转体(15)的叶片(16)为螺旋形排布并被定向以离心和同时向出料开口 (14)输送被进料到所述涡轮干燥器(8)内的污泥流。
15.根据权利要求1的方法，其中所述污泥暴露于所述电场的时间段包含在 3秒～5分钟。
说明书
用于改性有机污泥结构的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改性污泥结构的方法和一种用于实施所述方法的装 置。
特别地，本发明涉及一种方法和装置，它们用于改性源自民用或工业类型 废水的净化的有机污泥的结构，以使其经受脱水和/或干燥。
背景技术
已知需要对污泥和有机物质在水相中的相似分散体进行脱水或干燥。
基于最终产品的干物质的量，污泥被称为脱水污泥或干燥污泥。
特别地，在干燥污泥中，干物质的量按照重量可能占污泥总重量的约90%， 并且按照重量通常高于60%，然而在脱水污泥中，干物质的量通常表现为污泥 总重量的20-35%之间。
为了满足上文所述需要，现有技术提供了各种方法，例如，其中通过使有 机污泥在干燥器内部经受高温获得干燥。
有时也可通过离心作用的方法获得干燥，例如当使用涡轮干燥器时。
上文所述类型的方法不尽如人意，虽然解决了问题，但是没有克服缺点， 像例如在污泥干燥过程中发生的热产量的衰退。
特别地，当在污泥中水的百分比仍然较高时，为第一阶段，此时干燥较为 容易并且具有高热效率，然而，伴随其后的是趋向效率降低的趋势，与污泥中 水含量的降低相对。
该热效率的衰退是一个相关的缺点，因为它对干燥方法的操作成本有消极 影响，其不得不在高温下延长较长时间，以获得期望的结果。
如果期望脱水污泥，现有技术提供了方法，它们例如预先过滤并压缩处理 污泥。
即使所述方法虽然解决了以上问题，但仍具有缺点，因为它们需要例如较 长的过滤时间和用于在压滤机中在高压下泵送有机污泥的相当大的能源成本， 特别是如果需要具有高干含量的污泥时。
此外，甚至在这种情况下，随着水被从污泥去除，方法的效率降低。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种方法，以及一种相应的实施装置，用于改性 源自民用或工业类型废水的净化方法的有机污泥结构，即，在污泥的脱水基本 上通过机械方法实行的情况下，例如离心或者或多或少的强化过滤，还有在基 本上通过热方法干燥污泥的情况下，以及在基本上通过机械和热方法(它们是 基本同时或依次的)结合的情况下，其能够允许污泥被高效率地脱水和/或干燥。
根据本发明，上述目的通过一种方法和一种用于实施所述方法的装置实现， 其中，源自民用或工业类型废水的净化方法并且是湿固体形式(其具有的干物 质的含量根据污泥总重量的重量计高于10%)的有机污泥暴露于由直流电生成 的电场。
已发现，当暴露于直流电生成的电场时，上述类型的污泥进行细胞水平的 结构转化(主要是菌丝细胞)，并且特别是进行细胞分生组织的破坏，同时，有 机细胞内的水(按照重量计高达污泥总重量40%)随之释放，其中该百分比通 常占污泥总重量的5-15%。
已经过所述转化的有机污泥获得流态化的糊状物的物理外观。
细胞内水(即存在于污泥细胞内的水)代表了与孔隙水(其通过热作用相 当容易去除)相比在干燥过程中最难以去除的水的百分比例。
另一方面，脱水方法(例如通过压滤)不能实现细胞内水从污泥中的大量 去除。
因此，根据本发明，将所述有机污泥暴露于直流电生成的所述电场，其等 于或低于100V/0.01m，优选30-70V/0.01m，甚至更优选为约50V/0.01m。
关于生成所述电场的直流电的强度，应当注意的是，它依赖于所采用装置 的工艺参数和处理量的值。
优选地，根据本发明，将有机污泥连续向生成所述电场的正极和负极之间 的区域进料。
优选地，本发明方法包括使任意自由基化合物(其可能通过将污泥暴露于 所述电场生成)失活的步骤。
优选地，该失活步骤通过将大气暴露于活性炭的作用而进行，所述大气转 而被暴露于电场，即，所述大气接触由电场处理的污泥，然而不排除使用对所 述自由基化合物具有选择作用的其它物质。
所述失活步骤可以在将污泥暴露于电场之后，或者可以与将污泥暴露于电 场基本同时。
在第一种情况下，所述失活步骤优选通过将所述大气输送(例如通过吸入) 至密闭空间内进行，它被限制在其中并且经受活性炭或相似物质的作用，然而 在第二种情况下，所述大气在其中生成电场的空间的基本相同的区域内经受活 性炭或相似物质的作用。
因此，在两种情况下，与在电场中处理的污泥接触的大气都被处理，以便 消除或避免可能对人类健康有损害的自由基化合物的分散，并且所述自由基化 合物可能在改性污泥有机基体的结构的方法中生成。
有利地，本方法可能构成污泥的预处理，随后进行上述类型的脱水和/或干 燥步骤，或者可能与脱水和/或干燥污泥的步骤同时进行，如在下文中所赞赏的， 其中在两种情况下，所述有机污泥被暴露于所述电场的时间优选2秒-10分钟， 并且更优选3秒-5分钟。
优选地，暴露于电场的污泥来源于机械脱水预备步骤，并且具有的干物质 含量以重量计优选等于或高于污泥总重量的20%。
根据本发明，本方法在一种装置中进行，所述装置包括用于进给和排出所 述污泥的进料和出料开口，和在所述开口之间的通道，以使所述污泥通过，其 中所述通道由分别提供正极和负极的第一和第二元件至少部分地限定，所述正 极和负极生成来源于直流电的所述电场。
所述第一和第二元件可以彼此间预定的距离被定位并且可能基本上由圆筒 组成，所述圆筒可能以相反的方向旋转，具有相同或不同的旋转速度，或者可 能基本上由板或半壳(halfshells)组成，或者所述第一和第二元件可能是彼此 同轴的并且基本上被一个套着一个放置，如下文中即将阐述的。
为了产生形成所述两极的第一和第二元件的相反的极化，提供了工具和电 子连接，所述电子连接可能由导电金属材料(例如铜或铝)，或导电金属合金， 或基于一种或多种导电聚合物的塑料制成。
特别地，预见所属领域已知的非本征型以及本征型导电(或传导的)聚合 物的使用是可能的，所述导电(或传导的)聚合物例如聚乙炔(PA)、聚对亚苯 基(PPP)、聚对苯硫醚(PPS)、聚对亚苯基乙炔(PPV)、聚苯胺(PANI)、聚 吡咯(PPy)、聚噻吩(PT)、聚异硫茚(PITN)、聚亚乙基二氧噻吩(PEDOT) 和相应的混合物。
如前文提到的并且根据本发明，将所述污泥暴露于所述电场之后，可将所 述污泥进料入脱水单元，进料入干燥单元，或者也可以至以上类型的串行连接 的单元，并且为了这个目的，可以使用包括一个或多个带式过滤器、真空或压 力过滤器，一个离心机，一个常规干燥器(例如旋转型)，一个涡轮混合器或一 个涡轮干燥器的单元，或者所述脱水或干燥可以在相同的装置中实施，在所述 装置中，将污泥暴露于电场，例如，通过使用涡轮混合器或涡轮干燥器。
因此，根据上文描述，根据一个实施方案，本装置基本上包括一个二圆筒 的压延机，其中所述第一和第二元件基本上分别由第一和第二滚筒组成，优选 地，它们相互平行，以彼此间预定的距离被定位，它们分别以顺时针和逆时针 方向旋转，具有相反的极性，它们提供了所述的正极和负极，生成所述电场， 待处理的污泥流在它们之间以连续的方式进料，即通过。
根据该实施方案，所述工具和电子连接可能由第一和第二导电刷提供，所 述第一和第二导电刷向各自的滚筒提供直流电。
优选地，上述装置包含密闭或受限的箱体，在其中封装有所述压延机，其 具有待处理污泥流的进料和出料出口，在其中封装有合适的工具，所述工具具 有对自由基化合物(其可能在污泥暴露于电场的过程中生成)有选择性的一种 或更多种物质。这些工具优选由具有活性炭或相似物质的过滤器组成，其对所 述自由基化合物具有活性或选择性。
所述污泥以连续流进料至所述装置并被输送至由所述第一和第二旋转的滚 筒之间组成的所述压延机的通道区域，所述污泥经过滚筒之间的区域中的电场， 由于所述电场而经受结构改性，所述结构改性引起污泥细胞中包含的水的释放 以及污泥至相应的流态化糊状物的物理状态的转化。
如前文所述，然后，所述以流态化糊状物离开所述压延机的污泥可以进料 至一个或更多个脱水和/或干燥单元，其可能为连续或不连续循环类型，实现已 被污泥释放的所述细胞内水的去除以及孔隙水的去除，它们的量依赖于脱水和/ 或干燥方法的操作参数以及期望的最终产品的特征。
如果期望最终产品具有高含量的干物质，优选将离开压延机的污泥流进料 至涡轮干燥器，其基本上包含圆柱形管状体，具有加热套，其在相对的端部由 底板封闭，其具有进料和出料开口，同轴的具有叶片的旋转体可旋转地支撑在 其内部。
在具有合适的电动机(该电动机以200-1500rpm，优选400-600rpm的速度 使所述旋转体旋转)的涡轮干燥器中，所述污泥流通过加热套提供的热作用以 及通过来自于具有叶片的旋转体的离心作用进行干燥步骤，所述加热套与圆柱 形管状体同轴并且有流体(例如导热油或蒸汽)流过，所述旋转体具有叶片， 所述叶片以螺旋形排布和定向以便向出料开口离心和同时地输送进料入所述涡 轮干燥器的污泥流。
因此，所述涡轮干燥器排出被干燥的污泥流，其具有高含量的干物质，按 重量计高于污泥总重量的70%，优选按重量计高于80%。
根据以上描述，并且根据本发明的进一步的实施方案，用于改性有机污泥 结构的方法在一种装置中进行，在其中，提供了所述两极的所述第一和第二元 件基本上分别由产生所述电场的半壳或板组成，在它们之间，绝缘材料的元件 被纵向布置，其中所述元件限定了具有待处理污泥的进料和出料开口的基本管 状体(扩散器)。
特别地，第一和第二板之一提供了阴极或阳极，反之，另一板通过相反的 一极与地接触。
在优选具有基本上是平行四边形形状的截面(不排除其它不同的几何图形) 的所述管状体中，根据需要所述第一和第二板可彼此平行或向扩散器末端(即， 向进料或出料开口之一)发散。
根据本实施方案，污泥流以连续方式通过进料开口进料入所述管状体，并 且在管状体内部，污泥流暴露于电场的作用，该电场由提供至所述板的直流电 生成，其因此生成正极和负极，在两者之间，电场生成。
也是在这种情况下，污泥流经受结构改性，所述结构改性包含细胞膜的破 裂和污泥细胞内水的释放，其获得了流态化糊状物的一致性。
暴露于电场之后，即，已通过出料开口从所述管状体排出之后，在一个或 多个所述单元中，污泥流可经受机械脱水和/或热干燥步骤，如在之前的描述中 所表明的，对其进行参照。
根据上文描述并且根据本发明的进一步的实施方案，用于改性有机污泥结 构的方法在一种装置中进行，在其中，形成所述两极的所述第一和第二元件基 本上由管状圆柱体和同轴的具有叶片的旋转体组成，置于涡轮混合器或涡轮干 燥器的圆柱形管状体内部。
特别地，在这种情况下，所述涡轮干燥器类似于上文所述的涡轮干燥器(对 其进行参照)，并且也能够在内部生成所述电场。
所述涡轮混合器也能够在内部生成所述电场，并且类似于所述涡轮干燥器 (对其进行参照)，除了不提供加热套。
特别地，所述涡轮混合器和涡轮干燥器的圆柱形管状体是这样的，以形成 正极，反之具有叶片的旋转体提供了负极，或反之亦然，即，生成所述电场的 阴极和阳极是由于之前所述电子工具和连接。
在这些实施方案中，污泥流连续进料至圆柱形管状体内，它在其中暴露于 电场作用，引起污泥流结构的改性，同时从污泥细胞中释放细胞内水，其获得 流态化糊状物的物理状态。
同时，污泥也经受由具有叶片的旋转体引起的离心作用，并且如果提供了 加热套，它也经受通过热作用的干燥步骤。
如之前所描述的，已发现，来自于废水的净化方法的有机污泥暴露于直流 电生成的电场，经受结构改性，所述结构改性引起包含在细胞中的水(细胞内 水)的释放，其因此变得易于在机械脱水步骤过程中从污泥去除，所述机械脱 水步骤通过例如或多或少密集的离心或过滤，和/或热干燥进行。
没有将本发明的保护范围限制为某种理论，我们认为，在对结构改性的污 泥进行的干燥步骤过程中，热产量的相当大的增加可被如下解释。
在脱水污泥中的水由孔隙水和结构水生成，其中后者存在于污泥有机基体 的细胞内。
在常规热干燥步骤过程中，孔隙水更易于去除，因为进行了热传导输送。
已去除孔隙水后，有机污泥细胞变得有弹性，并且通过热空气对流进行热 传递，即，来自于热方法的被加热的空气与污泥接触，去除细胞内水。
从通过传导的热传递至通过对流的热传递的转变引起干燥器热效率的退 化。
根据本发明，受到电场影响的污泥细胞进行结构转化以及细胞内结构水的 排出，所述结构转化基本上包含细胞膜的炸裂。
细胞内水的去除引起干燥器中大部分热通过传导被传递，以及热效率的提 高。
此外，易于去除结构水(其随着细胞的破裂从细胞排出)的可能性引起了 效率的提高，即使当污泥经受机械脱水(例如通过过滤、冲压或离心)时。
通过以下描述，本发明的进一步的特征和优势将是显而易见的，它们以说 明性的并且非限制性的方式提供，同时参考附图。