專(zhuān)利名稱(chēng)：利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用爆炸噴射霧化技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行處理的方法。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境保護(hù)重視程度的增強(qiáng)，水環(huán)境保護(hù)越來(lái)越得到重視，眾多污水處理廠(chǎng)在各主要城市相繼建成并投入運(yùn)行。大量污水處理設(shè)施的運(yùn)行將有效地改善水質(zhì)環(huán)境狀況，但伴隨污水處理產(chǎn)生的污泥成為新的環(huán)境問(wèn)題。污泥作為污水處理的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量也在迅速增加。我國(guó)城市污水處理廠(chǎng)每年排放的污泥量(干重)約為I. 30X 106t，年增長(zhǎng)率大于10%。目前，污水處理廠(chǎng)全部基建費(fèi)用中，用于處理污泥的費(fèi)用約占總費(fèi)用的20% 50%，甚至達(dá)到70%。因此，污泥處理是污水處理系統(tǒng)的重要組成部分，只有恰當(dāng)?shù)靥幚砦勰?，才能保證污水處理廠(chǎng)的正常運(yùn)行及其處理效果。污泥處理一直是污水處理廠(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行中存在的一大難題。污泥中含有大量重金屬，如果處理不當(dāng)，會(huì)造成不可逆的環(huán)境污染。污泥處理應(yīng)遵循減量化、無(wú)害化、資源化的原則。減量化即減少污泥最終體積。而污泥的容積取決于污泥的含水率，例如當(dāng)污泥含水率由99%(W/W)降到97%時(shí)，污泥的體積可縮小到原來(lái)的1/3。污泥脫水就是去除污泥中大量的水分，降低含水率，從而實(shí)現(xiàn)減量化。污泥的最后處置辦法主要有堆肥、填埋、焚燒、資源化利用等。在眾多處理方法中， 首要問(wèn)題是解決污泥脫水問(wèn)題。污泥含水量高，而且污泥脫水存在難度。其主要原因是污泥表面有親水性，污泥中微生物的細(xì)胞壁不容易破壞，加之高黏性ECP (胞外聚合物)層存在于細(xì)胞壁的表面，并表現(xiàn)為負(fù)電荷，污泥表面電荷呈現(xiàn)電性相反，使得污泥吸附水具有高表面張力?，F(xiàn)有技術(shù)中，污泥處理脫水的方法主要有熱處理法、凍融法、超聲波法、微波法、化學(xué)處理法和生物處理法。以上各種方法對(duì)污泥都具有一定程度的脫水作用，但因各自存在的不足而難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。如熱處理法的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量臭氣，設(shè)備易被腐蝕，需要增加高溫高壓設(shè)備、熱交換設(shè)備以及氣味控制設(shè)備等，費(fèi)用很高。凍融法的不足污泥脫水量有限，難以適用于活性污泥，凍融法通常作為其他污泥處理方法的輔助方法。超聲波法的缺點(diǎn)能量消耗高。微波法的不足微波穿透介質(zhì)的深度有限，用微波處理污泥時(shí)要注意污泥量的控制，同時(shí)，微波對(duì)人體有害，調(diào)理時(shí)還要注意密封?；瘜W(xué)處理法易造成二次污染，生物處理法成本高、產(chǎn)量低。2010年，北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的楊軍與陳大勇在論文 《利用爆炸沖擊波作用促進(jìn)污泥改性試驗(yàn)探索》(安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，Vol. 10 No. 6)中， 報(bào)道了利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波促進(jìn)污泥改性的方法。該方法是直接將雷管放置于散堆的污泥中進(jìn)行爆炸，然后對(duì)爆后的污泥進(jìn)行離心脫水處理，再通過(guò)顯微觀(guān)察檢測(cè)其性能改變情況。在此方法中，污泥直接受到雷管爆炸沖擊波的沖擊，其主要作用是利用沖擊波對(duì)污泥進(jìn)行改性，而污泥的脫水工作則需要通過(guò)離心機(jī)來(lái)完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用爆炸沖擊波直接噴射霧化污泥，從而使污泥高效脫水的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，包括將炸藥放置于污泥中進(jìn)行爆炸，其特征在于，所述污泥是被放置于剛性的密封容器中，并且在該密封容器的周壁上至少有一個(gè)用于噴射污泥的通孔，最好該孔口徑是內(nèi)小外大的喇叭形或先減小后增大的“喉管”形， 其內(nèi)口口徑為3-10_，這種結(jié)構(gòu)可以增加污泥在離開(kāi)通孔時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度和霧化效果；所述密封容器周壁上單位面積上能承受的壓力大于炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力；所使用的炸藥重量和污泥重量滿(mǎn)足下列公式q=km。其中，q是炸藥使用量，m是污泥處理量，k是炸藥單耗系數(shù)，指所使用的炸藥量與有效處理的污泥量之比，通常取值為1%_8%。一般而言，當(dāng)污泥的含水量低于40%時(shí)，k取值4-8% ;當(dāng)污泥的含水量為40%-80%時(shí)，k取值2-4% ;當(dāng)污泥的含水量高于80%時(shí)，k取值1%-2%。在上述方法中，所述剛性的密封容器通常為圓柱形或球形，也可以是其它特定形狀，需根據(jù)一次污泥的處理量來(lái)確定容器內(nèi)腔的尺寸；所述炸藥是指常用炸藥，如鈍化 RDX、HMX、TNT、PETN、乳化炸藥、硝銨炸藥等炸藥中的一種或兩種以上混合炸藥；其裝藥方式可以是條形藥包，也可以是球形藥包中心裝藥，或者使用導(dǎo)爆索等爆破器材。在實(shí)際使用中，為了取得更好的污泥噴射效果，可以在圓柱形容器中設(shè)置一塊圓形飛板，將容器內(nèi)腔分為兩部分或三部分，設(shè)置有噴射污泥通孔的部分放置污泥，另一邊或中間部分放置炸藥，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波推動(dòng)飛板運(yùn)動(dòng)，飛板擠壓污泥從通孔中形成霧化噴射出來(lái)。本發(fā)明的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓環(huán)境達(dá)到改性并脫水的目的。在爆炸沖擊波作用下，首先是污泥的絮狀膠體結(jié)構(gòu)被破壞，從而使其粒徑變小，實(shí)現(xiàn)了改性；然后在高壓作用下，污泥從容器上的小孔中高速?lài)娚涑鰜?lái)，在噴射過(guò)程中形成霧化，達(dá)到脫水的目的。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不再需要通過(guò)離心機(jī)實(shí)現(xiàn)污泥的脫水，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的爆炸并噴射霧化處理后的污泥，其污泥含水率能夠由原來(lái)的99%降到97%時(shí)，其體積降至原有體積的1/3-2/3。下面通過(guò)附圖并結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述。


圖I是一種爆炸噴射霧化裝置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施例I的爆炸噴射霧化處理的污泥與原始污泥在微波加熱條件下的失水率-時(shí)間關(guān)系圖。圖3是另一種爆炸噴射霧化裝置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是具有飛板結(jié)構(gòu)的圓筒形爆炸噴射霧化容器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是一種球形爆炸噴射霧化容器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例I :
參見(jiàn)圖1，由圓柱形筒身I和密封螺帽2兩部分構(gòu)成爆炸噴射霧化污泥的處理裝置。 密封螺帽2中心有一個(gè)直徑為8_的通孔，作為污泥的噴射孔。筒身I高度為420_，外徑200mm,內(nèi)徑100mm,側(cè)壁厚50mm,底部厚60mm,內(nèi)部容積2827cm3,能裝污泥約3. OKg0本實(shí)施例中污泥處理量為3. OKg,污泥含水率大于95%，炸藥單耗k選取I. 3%。根據(jù)q=km計(jì)算得到，所需鈍化RDX炸藥約40g。利用以上處理裝置對(duì)原始污泥進(jìn)行本發(fā)明所述的爆炸噴射霧化處理先在筒身內(nèi)腔底部裝入40g的鈍化RDX藥包，導(dǎo)爆索從通孔中引出，再裝入3. OKg的污泥，藥包質(zhì)量為污泥質(zhì)量的1.3%。然后將密封螺帽擰緊，起爆。實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到起爆時(shí)污泥從密封螺帽小孔噴射而出。將噴射出的污泥收集IOOg進(jìn)行微波脫水實(shí)驗(yàn)，并每分鐘記錄一次脫水量，共記錄 10次。然后將數(shù)據(jù)記錄在圖2所示的直角坐標(biāo)圖中繪制曲線(xiàn)。圖2中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間 (min)，縱坐標(biāo)表示樣品的失水質(zhì)量(g)。其曲線(xiàn)B即根據(jù)本實(shí)驗(yàn)污泥失水量的10次記錄得到的。圖中的另一根曲線(xiàn)C是IOOg原始污泥進(jìn)行微波脫水實(shí)驗(yàn)得到的，也是每分鐘記錄一次脫水量，共記錄10次。由圖2可以看出在相同的微波脫水實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)爆炸噴射霧化處理后的污泥的失水量和失水速率明顯優(yōu)于原始污泥情況。這表明爆炸噴射物化法對(duì)污泥脫水是非常有利的，其體積大為縮小。實(shí)施例2
圖3是污泥容量為IOKg的爆炸噴射霧化污泥的處理裝置。裝置分為圓柱形筒身3和蓋板4兩部分。筒身3高度400臟，內(nèi)徑200臟，側(cè)壁厚8臟，底部厚10mm，筒身部分由3塊法蘭等距焊接，加強(qiáng)筒身強(qiáng)度。蓋板4厚度為10mm，蓋板中心有I個(gè)喇叭形通孔，內(nèi)表面的孔口直徑為6mm,外孔口為10 mm。筒身3的容積為12566cm3。本實(shí)施例中需處理的污泥量為5. OKg,污泥含水率約75%，炸藥單耗k選取2. 1%。 根據(jù)q=km計(jì)算得到,所需鈍化RDX炸藥105g。用于處理污泥時(shí)，先在筒身內(nèi)腔裝入6根長(zhǎng)度350mm的導(dǎo)爆索6。導(dǎo)爆索6的裝藥線(xiàn)密度為50g/m，共使用炸藥105g。兩根并排捆綁在一起豎直放置，其下端與容器底部接觸。起爆雷管7設(shè)置在導(dǎo)爆索6下端部，其導(dǎo)爆管8從蓋板中心通孔引出，具體參見(jiàn)圖3。 然后裝入5. OKg污泥5，并用螺母將蓋板4與筒身固連后起爆。將噴射出的污泥收集稱(chēng)量，共得到噴射霧化后的污泥量約為800g，約占污泥總量 10%。再將此污泥放到50°C的烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)I小時(shí)后，失水量可達(dá)到76%。這表明爆炸噴射霧化法處理污泥具有較好的脫水效果，其體積大為縮小。實(shí)施例3
在實(shí)施例2處理裝置的筒身中增加飛板元件10，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。筒身3和蓋板4的尺寸與實(shí)施例3相同,不同的是在蓋板4上除內(nèi)口徑8 mm中心通孔外,還有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布直徑均為6mm的小通孔，三孔均為先減小后增大的喉管形，其中心在同一直線(xiàn)上，兩小孔中心相距50mm。筒身3內(nèi)腔中裝填4. OKg污泥5，污泥含水率約為38%，取炸藥單耗系數(shù)k=4%。 鈍化RDX炸藥包9為160g。它設(shè)置在距離3底部60mm的位置處。雷管7的一端插入在藥包9內(nèi)，另一端與導(dǎo)爆管8連接，導(dǎo)爆管8的另一端從蓋板上的一個(gè)小通孔中引出。鋼制的圓形飛板 10 (0180mm K IOmm )
與筒底面平行放置，它與筒底面的距離為80mm (即與炸藥包9的距離為20 mm)。按圖4所示裝填各個(gè)部件后。起爆，試驗(yàn)后稱(chēng)量表明噴射霧化的污泥量約為1580g,占污泥總量的15. 8%，噴射霧化后污泥在50°C的烘箱內(nèi)，經(jīng)I小時(shí)烘干后，失水率可達(dá)到69%。本實(shí)驗(yàn)表明爆炸噴射霧化法處理污泥具有較好的脫水效果，其體積大為縮小。
實(shí)施例4
圖5是一種球形爆炸噴射霧化污泥的處理裝置。鋼板材料的球形裝置11的外徑為 1000mm，壁厚30mm，內(nèi)部容積O. 434m3，可容納污泥5約450Kg，其加料口由同壁厚的鋼板封堵，并用螺釘擰緊密封。球形裝置11的周壁上設(shè)置有12個(gè)直徑為IOmm的通孔，通孔分為4 組，每組3個(gè)通孔，每組孔的三根軸線(xiàn)與經(jīng)過(guò)球形容器中心在同一個(gè)平面上，相鄰組的孔的軸線(xiàn)所在平面之間夾角為90度，每組內(nèi)相鄰孔的軸線(xiàn)夾角為20°。炸藥包9位于球心處，雷管7用來(lái)起爆藥包，導(dǎo)爆管8從裝置上的任意一個(gè)通孔接出。
權(quán)利要求
1.一種利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，包括將炸藥放置于污泥中進(jìn)行爆炸，其特征在于，所述污泥是被放置于剛性的密封容器中，并且在該密封容器的周壁上至少有一個(gè)用于噴射污泥的通孔，其內(nèi)口口徑為3-10mm ;所述密封容器周壁上單位面積上能承受的壓力大于炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力；所使用的炸藥重量和污泥重量滿(mǎn)足下列公式q=km， 其中，q是炸藥使用量，m是污泥處理量，k為炸藥單耗系數(shù)，是指所使用的炸藥量與有效處理的污泥量之比，取值為1%_8%。
2.如權(quán)利要求I的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，其特征在于，所述用于噴射污泥的通孔是口徑內(nèi)小外大的喇叭形或先減小后增大的“喉管”形。
3.如權(quán)利要求I的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，其特征在于，所述炸藥單耗系數(shù)k的取值是當(dāng)污泥的含水量低于40%時(shí)，k取值5-8% ;當(dāng)污泥的含水量為40%-80%時(shí)，k 取值2-5% ;當(dāng)污泥的含水量高于80%時(shí)，k取值1%-2%。
4.如權(quán)利要求I的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，其特征在于，所述剛性的密封容器為圓柱形或球形。
5.如權(quán)利要求4的利用爆炸噴射霧化處理污泥的方法，其特征在于，所述圓柱形容器中設(shè)置一塊圓形飛板，將容器內(nèi)腔分為兩部分或三部分，設(shè)置有噴射污泥通孔的部分放置污泥，另一邊或中間部分放置炸藥。
全文摘要
本發(fā)明屬于污泥處理技術(shù)，具體涉及利用爆炸噴射霧化技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行處理的方法。所述污泥是被放置于剛性密封容器該密封容器的周壁上至少有一個(gè)用于噴射污泥的通孔，該孔口徑內(nèi)小外大，其內(nèi)口口徑為3-10mm；所述密封容器周壁上單位面積上能承受的壓力大于炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力；所使用的炸藥重量和污泥重量滿(mǎn)足下列公式q=km。其中，q是炸藥使用量，m是污泥處理量，k是炸藥單耗系數(shù)(1%-8%)。本發(fā)明利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓環(huán)境達(dá)到改性并脫水，在爆炸沖擊波作用下，污泥的絮狀膠體結(jié)構(gòu)被破壞，其粒徑變小，實(shí)現(xiàn)了改性；然后在高壓作用下，污泥在噴射過(guò)程中形成霧化，達(dá)到脫水的目的。相比現(xiàn)有技術(shù)，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C02F11/12GK102583947SQ201210078020
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者倪小軍, 沈兆武, 馬宏昊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)