污泥干化產(chǎn)電及重金屬富集的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種污泥干化生物產(chǎn)電的方法及裝置，其特征將污泥通過(guò)人工作用形成氧化還原分區(qū)，即利用污泥脫水形成空氣接觸氧化的正電位層和水封厭氧還原的負(fù)電位層，實(shí)現(xiàn)污泥中微生物電化學(xué)產(chǎn)電，氧化還原電位之差為兩者間電勢(shì)，向外部電路產(chǎn)生電流的同時(shí)驅(qū)動(dòng)污泥內(nèi)重金屬向陰陽(yáng)電極富集；在利用污泥發(fā)電的同時(shí)，利用燃煤煉鋼企業(yè)含硫和氮氧化物的高溫?zé)煔膺M(jìn)行濕污泥干化，實(shí)現(xiàn)污泥微生物對(duì)煙氣脫氮脫硫；本發(fā)明除具有促進(jìn)氧化還原反應(yīng)降解污泥，干化污泥并收集污泥電能之外，還能提高鋼鐵廠和電廠的脫氮脫硫效果和尾氣的熱利用，本發(fā)明可以多層堆疊產(chǎn)電，連續(xù)自動(dòng)化處理。
【專利說(shuō)明】
污泥干化產(chǎn)電及重金屬富集的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥干化處理過(guò)程中產(chǎn)電的技術(shù)，尤其涉及利用污水處理運(yùn)行后獲得的污泥進(jìn)行微生物產(chǎn)電收集能量并富集污泥中重金屬的裝置，裝置同時(shí)可以與煙氣脫硫脫硝和污泥干化技術(shù)結(jié)合，屬于環(huán)保處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，污水處理廠在我國(guó)大面建設(shè)，污水處理率逐步提高，導(dǎo)致產(chǎn)生的市政污泥量越來(lái)越多，目前對(duì)污泥處理都是采用干化脫水后焚燒或填埋工藝，但是由于污泥含水量高(一般脫水污泥含水率仍在80%以上)，污泥干化成本高昂，焚燒處置容易產(chǎn)生二噁英污染，污泥農(nóng)田堆肥利用本身存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，污泥直接填埋又會(huì)導(dǎo)致填埋場(chǎng)不穩(wěn)定，因此，現(xiàn)階段需要找到一種污泥減量化和資源化方式。目前實(shí)際應(yīng)用的主要還是基于污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣燃燒發(fā)電，而其需要大型的厭氧發(fā)酵罐，沼氣收集裝置和沼氣的脫硫凈化提純裝置等，最后通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，施工組裝運(yùn)營(yíng)成本高昂。由于污泥厭氧產(chǎn)生沼氣發(fā)電裝置運(yùn)行控制復(fù)雜，投資成本巨大，目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用效果并不好。
[0003]因此，現(xiàn)階段尋找低成本的可以直接應(yīng)用的污泥直接發(fā)電技術(shù)，提高污泥的減量化和資源化，降低污泥的重金屬等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和干化處理能耗，同時(shí)提高鋼鐵熱電等的脫氮脫硝效果，本發(fā)明就是試圖將污泥直接發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)污泥處理和尾氣生物脫硫脫硝過(guò)程中低能耗的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)直接污泥干化產(chǎn)電的方法及裝置，其方法特征為將市政污水廠等產(chǎn)生的污泥通過(guò)人工作用形成氧化還原電位的分區(qū)，即污泥層上下形成好氧氧化的正電位層和厭氧還原的負(fù)電位層，通過(guò)電極材料收集兩區(qū)域之間電勢(shì)差的電流，形成原電池反應(yīng)池。
[0005]為實(shí)現(xiàn)污泥中的微生物電化學(xué)產(chǎn)電，本發(fā)明利用污泥脫水干化作用人工形成空氣接觸的好氧氧化區(qū)域和脫水水封的厭氧還原區(qū)域，本方法分別在好氧氧化區(qū)和厭氧還原區(qū)布設(shè)導(dǎo)電電極，通過(guò)導(dǎo)線收集微生物作用過(guò)程中產(chǎn)生的氧化還原電勢(shì)電能，電極之間的電勢(shì)差即為氧化還原電位之差，電流大小受到微生物產(chǎn)電量及污泥內(nèi)部電阻值的影響。
[0006]本發(fā)明裝置利用污泥陰陽(yáng)電極之間的氧化還原電位差實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電，將還原區(qū)陽(yáng)極的電子通過(guò)外電路導(dǎo)體傳輸?shù)胶醚跹趸瘏^(qū)的陰極電極，同時(shí)污泥的陽(yáng)極與陰極間上下對(duì)應(yīng)放置，以在兩電極之間形成內(nèi)部電容和增強(qiáng)對(duì)電容容量，本發(fā)明可以在外電路產(chǎn)生電流的同時(shí)，內(nèi)電路通過(guò)電泳驅(qū)動(dòng)污泥內(nèi)的重金屬向陰陽(yáng)電極處富集，實(shí)現(xiàn)電吸附強(qiáng)化去除污泥中重金屬的效果。
[0007]本發(fā)明所述的直接污泥產(chǎn)電的方法，其特征還包括裝置可以多層堆疊干化產(chǎn)電，每個(gè)污泥層的厚度為2-lOOcm，每一層分別形成上部空氣接觸陰極區(qū)和下部水封密閉還原區(qū)，污泥層本身經(jīng)過(guò)壓實(shí)，污泥上層通風(fēng)，上部有多孔陰極電極，下部密閉水封，底部有陽(yáng)極電極；污泥層上部采用通風(fēng)在污泥頂部干化污泥，裝置對(duì)含水率95% -85%的濕污泥流體特性可以通過(guò)伸縮管進(jìn)行輸送平鋪，干化后含水率75 % -55 %的干污泥可以自動(dòng)排出清理。
[0008]本發(fā)明所述裝置為多層剪叉式升降臺(tái)置于密封空間內(nèi)，每層有污泥盛裝盒，污泥可以多層疊加并連續(xù)自動(dòng)化進(jìn)行污泥裝料、壓實(shí)脫水和卸料處理，裝置壓實(shí)脫水過(guò)程可以恒定壓力或恒定位移模式進(jìn)行，裝置驅(qū)動(dòng)力可以是氣動(dòng)，液壓，鏈條或齒輪的機(jī)械傳動(dòng)，密封空間強(qiáng)制氣體流動(dòng)干化。
[0009]本發(fā)明所述裝置的電極模塊的導(dǎo)電層厚度為0.5-20_，導(dǎo)電材料包括碳纖維氈，碳?xì)?，碳粉，石墨烯，氧化石墨烯，焦炭，半焦炭，?dǎo)電瀝青，導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電布，不銹鋼網(wǎng)，石墨板，活性炭包被，活性炭膠結(jié)板，泡沫金屬及合金等導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料形狀可以為板狀，為增強(qiáng)陰極電極透氣性，陰極內(nèi)部可以有矩形，菱形，圓形，三角形等透氣孔陣列。
[0010]本發(fā)明所述裝置的導(dǎo)電層有保護(hù)支撐層上下包裹導(dǎo)電材料同時(shí)引出連接導(dǎo)線，其材料包括透水性的塑料網(wǎng)，橡膠網(wǎng)，滌綸化纖網(wǎng)金屬絲網(wǎng)等包覆支撐固定連接，所述導(dǎo)線為即插即通式防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，連接之后通過(guò)聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯硫醚，硅酮，丁基，環(huán)氧樹脂，有機(jī)硅等材料進(jìn)行絕緣防水密封。
[0011]本發(fā)明所述裝置的特征還包括污泥上部除自然通風(fēng)或引入熱廢氣外，還可以通入燃煤電廠煉鋼等含有二氧化硫和氮氧化物的高溫?zé)煔?，?shí)現(xiàn)污泥干化的同時(shí)以二氧化硫和氮氧化物為電子受體的生物脫硫脫硝，從而對(duì)煙氣實(shí)現(xiàn)凈化和余熱利用，即利用污泥本身發(fā)電和對(duì)濕污泥進(jìn)行干化處理。
[0012]本發(fā)明提出的污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，其特征包括陽(yáng)極電極固定于污泥水封液面以下位置，水封四周通過(guò)惰性材料絕緣密封，所述惰性材料包括:玻璃鋼，塑料，水泥，竹板，木質(zhì)，玻璃，陶瓷，橡膠等。
[0013]優(yōu)選地，為了增強(qiáng)污泥壓縮過(guò)程中水分的析出，提高污泥壓縮過(guò)程中脫水效果，空氣陰極還可以通過(guò)透水材料包裹，包括無(wú)紡布，氣凝膠，絲綢，滌綸，PET,尼龍透水氈，透水石，透水海綿，微濾平板膜等透水材料。
[0014]本發(fā)明提出的污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，與現(xiàn)有市政污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷和通過(guò)提純凈化后熱氣輪機(jī)發(fā)電技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的方法及裝置成本較低，工藝簡(jiǎn)單，不需要建立大型的厭氧裝置和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備，其工藝復(fù)雜度和成本顯著降低。生產(chǎn)過(guò)程不額外增加能量輸入，便于現(xiàn)有裝置改造，設(shè)備易操作，能耗低。本發(fā)明除具有促進(jìn)氧化還原反應(yīng)降解污泥，分離富集污泥中重金屬，干化污泥并收集污泥電能，此外，還能提高鋼鐵廠和電廠的脫氮脫硫效果和尾氣的熱利用。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的污泥干化發(fā)電的方法原理性結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的污泥干化發(fā)電裝料時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的污水干化發(fā)電卸料時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的污泥干化發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖例說(shuō)明:1-處理污泥本身，2-污泥密封支撐板及底部陽(yáng)極，3-污泥壓縮密封板及上部陰極，4-污泥壓縮脫水升降裝置(剪叉式)，5-污泥排泥側(cè)活動(dòng)支撐板，6-污泥輸料滑動(dòng)板(含電磁閥門)，7-污泥進(jìn)料伸縮管，8-污泥高壓注射管，9-干化污泥排泥口，10-烘干反應(yīng)氣體出氣口，11-烘干氣體進(jìn)氣口，12-凈化后尾氣，13-需凈化的入口尾氣。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為充分了解本發(fā)明的發(fā)明目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0021]本發(fā)明提出的用于污泥干化過(guò)程中的微生物氧化還原產(chǎn)電反應(yīng)裝置為多層疊加式剪叉升降裝置，其運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖2所示，構(gòu)筑物整體為密封裝置，內(nèi)部為多層污泥盒體，污泥層由支撐盒體鋪裝，盒體底部四周防水密封，還原陽(yáng)極2的導(dǎo)電電極層位于污泥盒體內(nèi)底部，在其上方有鋪裝的處理污泥I覆蓋，盒體固定于剪叉式升降裝置4上，盒體彼此疊加，盒體底部外接的下方污泥層支撐盒體的透水壓力板和空氣陰極電極3，當(dāng)污泥注入之后，剪叉式升降裝置收縮，污泥被頂部陰極板壓縮，脫水由于重力作用積存在在支撐盒體中下部，形成對(duì)于底部陽(yáng)極的水封。
[0022]污泥盒體側(cè)面為污泥注入具有污泥注料功能的輸料滑動(dòng)板(含電磁閥門)6，其通過(guò)連接污泥進(jìn)料伸縮管7與污泥高壓注射管8連接，含水率85% -95%的濕污泥從高壓注射管8經(jīng)伸縮管7后通過(guò)輸料滑動(dòng)板(電磁閥門狀態(tài)為開)6注入后污泥盒體中。裝置如圖3所示，空氣陰極3通過(guò)剛性透水板固定于盒體的外側(cè)下部，與下部的盒體組成密閉空間，注入的各個(gè)污泥盒體的密封空間大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)剪叉式升降臺(tái)調(diào)節(jié)，空氣陰極3與下層盒體中的污泥接觸形成陰極，剛性透水板將剪叉式升降裝置4收縮時(shí)產(chǎn)生的壓力傳導(dǎo)到污泥之上，從而使得上部盒體的空氣陰極底部污泥微生物產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)陽(yáng)極與陰極之間導(dǎo)線連接的外電路傳輸?shù)娇諝怅帢O3產(chǎn)生電流，干化氣體通過(guò)烘干進(jìn)氣口 11從下部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)污泥上方蒸發(fā)水分之后從烘干排氣口 10排出，排出尾氣可以進(jìn)行活性炭吸附脫臭處理。隨著污泥干化脫水后孔隙度增大，剪叉式升降裝置持續(xù)壓縮污泥，提高污泥本身密度，減少污泥內(nèi)裂縫和孔隙度，從而維持污泥氧化還原電位分區(qū)。干化氣體可以采用電廠或鋼鐵廠含硫含氮氧化物尾氣，一方面尾氣溫度高，提高干化效率，同時(shí)利用污泥本身所含有大量的微生物進(jìn)行生物吸附和生物化學(xué)作用去除二氧化硫和氮氧化物。
[0023]隨著污泥上部的干化進(jìn)行，污泥進(jìn)一步壓縮，保持的底部水封不斷降低。當(dāng)上下電極間的氧化還原電位之差逐步減小，內(nèi)阻不斷增大，說(shuō)明污泥干化達(dá)到一定程度可以排泥。本實(shí)施例之中當(dāng)污泥產(chǎn)電電壓降低到小于0.2-0.05V或內(nèi)阻大于I兆歐時(shí)，污泥停止干化，剪叉式升降裝置4提升，被壓縮干化的污泥排出被污泥進(jìn)料伸縮管7連接的輸料滑動(dòng)板(電磁閥門狀態(tài)為關(guān))6推出，滑動(dòng)板驅(qū)動(dòng)力可以是氣動(dòng)，液壓或機(jī)械傳動(dòng)，另一側(cè)的擋板下部打開，滑動(dòng)板刮干化后污泥被推出并從排泥口 9排出。
[0024]本實(shí)施例中污泥從高壓注射管8經(jīng)伸縮管7后通過(guò)輸料滑動(dòng)板(電磁閥門狀態(tài)為開)6注入后污泥盒體中，每層濕污泥厚度為30cm，剪叉式升降裝置壓縮污泥，壓力強(qiáng)度為100Pa?300000Pa之間，隨著干化過(guò)程壓力增大，裝置中陰極和陽(yáng)極的尺寸均為與盒體尺寸比略小，每層污泥盒體為lm2，每層初始高度為30cm，每個(gè)電極模塊對(duì)(陰極/陽(yáng)極)組成的污水產(chǎn)電裝置的污水產(chǎn)電電壓為0.9-0.6V，電流為350-0.8mAο污泥經(jīng)過(guò)干化脫水，在該過(guò)程中污泥體積不斷縮小，經(jīng)該裝置處理后，污泥含水率從95% -85%降低到75-55%，體積縮減為原來(lái)1/2-1/3。
[0025]可選地，本實(shí)施例上述的污泥處理發(fā)電裝置采用的干化氣體為鋼鐵廠含塵尾氣，經(jīng)過(guò)初級(jí)布袋除塵和電除塵后，通入本發(fā)明裝置中，高溫除塵后的鋼鐵廠尾氣在加熱干化濕污泥的同時(shí)，含有的二氧化硫和氮氧化物被污泥和其上覆的空氣陰極吸附吸收，通過(guò)污泥內(nèi)的微生物電化學(xué)作用還原成單質(zhì)硫和脫氮反硝化作用，降低了除塵尾氣的氮硫含量，提高污泥干化和發(fā)電效果。
[0026]盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是并不是限定于此處描述的特定形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利要求限制。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在其它部件或步驟。此外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可以被有利地組合，且在不同權(quán)利要求中包含的內(nèi)容不意味著特征的組合是不可行和/或不利的。此外，單個(gè)的含義不排除多個(gè)。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以作出若干改進(jìn)、修改、和變形，這些改進(jìn)、修改、和變形都應(yīng)視為落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，其特征包括:將污泥通過(guò)人工作用形成氧化還原電位的分區(qū)，即污泥上下層分別形成好氧氧化的正電位層和厭氧還原的負(fù)電位層，通過(guò)空氣接觸的好氧氧化陰極和脫水水封的厭氧還原陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)污泥中的微生物電化學(xué)產(chǎn)電，將還原區(qū)陽(yáng)極的電子通過(guò)外電路導(dǎo)體傳輸?shù)胶醚跹趸瘏^(qū)的陰極電極，兩者間的電勢(shì)差取決于微生物作用過(guò)程的氧化還原電位之差。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，其特征包括裝置利用污泥陰陽(yáng)電極之間的氧化還原電位差實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電，同時(shí)污泥的陽(yáng)極與陰極間上下對(duì)應(yīng)放置，以在兩電極之間形成內(nèi)部電容和增強(qiáng)對(duì)電容容量，可以在外電路產(chǎn)生電流的同時(shí)，內(nèi)電路通過(guò)電泳驅(qū)動(dòng)污泥內(nèi)的重金屬向陰陽(yáng)電極處富集，實(shí)現(xiàn)電吸附強(qiáng)化去除污泥中重金屬的效果。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，其特征還包括污泥上部除自然通風(fēng)或引入熱廢氣外，還可以通入燃煤電廠煉鋼廠含二氧化硫和氮氧化物高溫?zé)煔?，在利用污泥發(fā)電和對(duì)濕污泥進(jìn)行干化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)污泥干化的同時(shí)以二氧化硫和氮氧化物為電子受體的污泥微生物脫硫脫硝，從而對(duì)煙氣實(shí)現(xiàn)凈化和余熱利用，即利用污泥本身發(fā)電和對(duì)濕污泥進(jìn)行干化處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的污泥干化處理產(chǎn)電的方法及裝置，其特征還包括裝置可以多層堆疊污泥干化產(chǎn)電，每個(gè)污泥層的厚度為2-lOOcm，每一層分別形成上部空氣接觸陰極區(qū)和下部水封密閉還原區(qū)，污泥層本身可以恒定壓力或恒定位移模式壓實(shí)，污泥上層通風(fēng)干化污泥，上部有多孔陰極電極，下部密閉水封，底部固定有陽(yáng)極電極，置于密閉空間內(nèi)，強(qiáng)化氣體流動(dòng)干化。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的污泥干化產(chǎn)電裝置，其特征還包括:裝置為剪叉式升降裝置，可以連續(xù)自動(dòng)化進(jìn)行污泥裝料，壓實(shí)脫水和卸料處理，裝置驅(qū)動(dòng)力可以是氣動(dòng)，液壓，鏈條或齒輪的機(jī)械傳動(dòng)，利用含水率95% -85%濕污泥流體可以通過(guò)伸縮管進(jìn)行輸送平鋪，裝置可以連續(xù)自動(dòng)化進(jìn)行污泥壓縮脫水，干化后含水率75 % -55 %的干污泥可以自動(dòng)排出清理。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的污泥干化產(chǎn)電裝置，其特征還包括:所述電極模塊的導(dǎo)電層厚度為0.5-20mm,電極材料包括碳纖維氈，碳?xì)?，碳粉，石墨烯，氧化石墨烯，焦炭，半焦炭，?dǎo)電瀝青，導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電布，不銹鋼網(wǎng)，石墨板，活性炭包被，活性炭膠結(jié)板，泡沫金屬及合金等導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料形狀可以為板狀，為增強(qiáng)陰極電極透氣性，陰極內(nèi)部可以有矩形，菱形，圓形，三角形等透氣孔陣列。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的污泥干化產(chǎn)電裝置，其特征還包括:導(dǎo)電層有保護(hù)支撐層上下包裹導(dǎo)電材料同時(shí)引出連接導(dǎo)線，其材料包括透水性的塑料網(wǎng)，橡膠網(wǎng)，滌綸化纖網(wǎng)金屬絲網(wǎng)等包覆支撐固定連接，所述導(dǎo)線為即插即通式防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，連接之后通過(guò)聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯硫醚，硅酮，丁基，環(huán)氧樹脂，有機(jī)硅等材料進(jìn)行絕緣防水密封。8.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的污泥干化產(chǎn)電裝置，其特征還包括:其特征陽(yáng)極電極固定于污泥水封液面以下位置，水封四周通過(guò)惰性材料絕緣密封，所述惰性材料包括:玻璃鋼，塑料，水泥，竹板，木質(zhì)，玻璃，陶瓷，橡膠等。9.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的污泥干化產(chǎn)電裝置，其特征還包括:為了增強(qiáng)污泥壓縮過(guò)程中的水份析出，提高污泥壓縮過(guò)程中脫水效果，空氣陰極還可以通過(guò)透水材料包裹，包括無(wú)紡布，氣凝膠，絲綢，滌綸，PET,尼龍透水氈，透水石，透水海綿，微濾平板膜等透水材料。
【文檔編號(hào)】B01D53/84GK105985001SQ201510070724
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日
【發(fā)明人】李澤唐
【申請(qǐng)人】李澤唐