專利名稱：通過與加入添加劑的氧化和化學反應結合的水湍流效應處理親水淤渣的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于處理淤渣(sludge)和粘泥(slime)，使其能夠再用于土壤改良和建筑材料系統的裝置。
本發明的技術領域是制造用于處理淤渣和粘泥的設備。
這些產品傳統上是通過蒸發、通過離心或通過過濾，以從液體部分中分離出固體部分而進行脫水的。
在蒸發的情況下，加熱產品以提取其液相。
采用過濾分離液相和固相。過濾是最廣泛使用的處理方法。這些技術可以是真空過濾、在過濾器密封箱中加壓過濾、箱板壓濾(chamber plate presses)、膜板(membrane plate)或自動壓濾，甚至是壓力帶式(pressure strip)過濾機、摩擦壓濾或離心壓濾。
當將這些技術投入實際應用時，尤其待處理產品中水的物理特征而導致收率相當低。水有游離或捕集在固體結構中這兩種形式。通常通過加入絮凝劑或促凝劑改善這些裝置的產率。
由于處理后產品的結構，這些蒸發和過濾技術的效果有限。淤渣和粘泥是具有固相和液相的產品，由于膠質的存在而難以分離。尺寸非常小，小于十分之一微米的分子分布在這些材料中，非常難于在水中傾析并收集在固體部分之間的親水包(hydrophilic packets)中。通過水的這一保留效應，這些材料妨礙了淤渣和粘泥的有效脫水，由此得到仍然非常潮濕、沉重、無孔的產品，尤其在農業領域中改良效果較差。
本發明方法的目的在于排除淤渣和粘泥中由于在膠質上的強作用而存在的分離問題。通過對這種材料的結構進行深入研究并落實到這些產品改良潛力的視角，此處描述的方法包括在特定裝置內連續進行的一系列機械震動、氧化和化學反應。
用該裝置處理的淤渣和粘泥是強烈水合和流動的，其中至少含70％水。其余部分包括固體無機和有機物質，其中的一部分是膠質。機械震動、氧化和化學反應通過將膠質粉碎并使其與反應物反應，以改善其形態并從中提取出結構水而特別直接作用于膠質。通過上述處理，最初親水的這種材料與其余固體疏水部分再結合，因此有助于液固兩相的分離。
處理后的產物是有機物的比例通常大于總干物質40％的有機親水產物，諸如來自純化站的淤渣和來自食品加工產業、釀造廠、屠宰場、奶牛場、罐頭廠、育種場的污水，其中有機物的含量也可以超過40％，諸如從河流、溝渠、池塘、湖泊、水坑、港口中挖出的粘泥，甚至是造紙工業的纖維淤渣。
以下描述參照附圖和給出的非限制性實施例，用于闡述本發明一個優選實施方案。
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圖1是使用本方法的設備圖。
-圖2是圖1所示設備沿線A-A的橫向剖視圖。
該設備是一個通過間隔層分隔為中空隔室6的平行六面體形的沉箱(caisson)，可以使材料從一個隔室傳送傳送9至另一個隔室，并且所述隔室的至少一個面帶有彈性裝置，能夠在各個隔室內通過逆流引起強湍流。
每個中空隔室通過與壓縮機、泵或其它類似裝置連接的至少一個圓形開口2和3向外開放。沉箱在形狀上是延長的。末端部分帶有待處理產品的入口裝置1和處理后產品的出口裝置4。
在其較低部分中，該設備裝配了過濾裝置，用于在液相于沉箱的過程中排出部分液相。過濾是通過占據至少一個隔室的面的紡織結構8而進行的。排出是通過重力在裝置下進行的。根據待處理的產物，該重力排出裝置5隨徑流開或關。該設備是由不銹鋼制成的，以得益于Fe3+離子的催化作用。設備工作時通過調整直徑而無需限制流量。它是由，例如平行六面體型的中空隔室構成的，其特征在于與流動呈橫向的小的表面區域，并且與流動平行的長度相當于與流動呈橫向的區域最長一側的長度的至少3倍。
該方法包括兩個階段一個階段是引起材料的機械震動和氧化，一個階段是通過加入添加劑引發化學反應。兩個階段是連續的。該方法連續進行而沒有保留階段。
將待處理的產物從設備的一個末端引入其中。進行通過由引入壓縮空氣以及進一步通過固定在構成設備的間隔層上(或與間隔層一體)的彈性裝置的存在而引起的強湍流階段。位置與流動垂直的間隔層劃定了中空隔室。保證了產物流動的這些間隔層也是有孔的，并且裝配了引起材料反向流動及隨后的所需震動的彈性裝置。逆流引起材料的組分的震動，因此粉碎了膠質并使產物在其不同部分之間進行自動過濾，引發了液體和固體部分之間的篩選。因此，這些效應促進了固液兩相的分離。強制和湍性通風有助于材料的強氧化。產物通風的效果是破壞了可能已經在產物中生成的厭氧微生物。
通過損失動力和水，產物從一個隔室通往另一個。
水通過位于各隔室底部的過濾纖維結構。這些過濾結構傳遞了水，使其經位于設備底部的小孔排出。產物通過越來越弱的湍流和壓力繼續在設備中前進。通過設備內的相對壓降引入液體或固體添加劑。這些帶有凝結特性的添加劑包括氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、氯代硫酸鐵、聚合物絮凝劑、硅酸鈉、鋁酸鈉和強堿、粉末石灰、鎂質石灰(magnesium lime)、生石灰(live lime)、苛性氫氧化鈉和氧化鎂，或者這些物質的至少兩種的混合物。
影響固體物質的這些添加劑浸浴在氧化介質中，以改性其宏觀和微觀結構。促凝劑和絮凝劑引起了對于使固體疏水顆粒聚集，以增加固體部分的成粒的電磁條件的需要。強堿、促凝劑和絮凝劑作為化學試劑和離子催化劑出現。這些添加劑在其宏觀結構已經在之前的通氣隔室中被粉碎的有機物和膠質上發生反應。通過由金屬離子提供的有利電磁條件的促進，發生了有助于氧化的酸-堿和氧化還原反應，并因此使有機物和膠質的部分離子化結構礦化。隨后將氫電勢升高至非常高的值(10-12)，以破壞可能已經在產物中形成的需氧微生物。
由于引入多孔性間隙真空，宏觀疏水聚集物和微觀礦物結構的形成還導致固體部分的密度降低。
由于劇烈的增氧攪拌并加入反應物，容量交換引起針對材料所需穩定性的適當氧吸收以及正電金屬離子的不可逆氧化。
在或長或短的延長缺氧狀態中形成的分子因此轉化為其氧化形式。氨氣NH3轉化為硝酸鹽NO3，硫化氫H2S轉化為亞硫酸H2SO3。甲烷CH4轉化為二氧化碳CO2和水H2O。
該方法不會產生任何令人不快的氣味。最終的產物也是這樣。
在待處理產物中發現的離子形式的常規和重金屬轉化為其氧化物。
產物通過與入口相對的末端離開設備。汽提氣體CO2和NO3隨處理后的產物一起離開設備。處理后的產物仍與水混合，大部分水目前是間隙形式。處于該形式的水變得容易通過蒸發、引流、離心或將產物加壓而除去。
處理后得到的產物可以通過幾種途徑出售。在農業領域，產物變為能夠改進土壤的腐殖粘土復合的表面多孔土壤，條件是其重金屬、銅、鋅、鉛、鎘、鎳、汞或硒含量較低，可以用于該領域。在置換材料領域，如果產物來源于最初的強礦化產物或采用本方法礦化，可以將其引入制造磚、建筑構件或其它建材的工業生產過程中。
實施例處理設備包括長10米，直徑2米的大鋼桶，其中放置了2個間隔層，將間隔層中各個隔斷的通過面繪制為螺旋狀，這樣各個間隔層保證了待處理淤渣從一個隔室向鄰近隔室的傳遞功能，以及用于產物震動和逆流的彈性裝置。
該設備裝配了2個阿基米德螺旋泵(screw)，用于在處理后提取并傳遞淤渣。空著時的總重量是14噸。
設備還包括在1.7bar的壓力(絕對)下提供1000m3/h空氣流的低壓空氣壓縮機，以及兩個用于將試劑計量并傳遞至大桶的系統。
通過70kW的發電機組進行全部的進料。
使用兩類試劑占進入設備的淤渣中所含有機物比例的5％的熟石灰Ca(OH)2，以及占進入設備的淤渣中所含干物質(有機和無機物質)比例的0.05％的陽離子聚合物。
位于大桶內的間隔層相對于淤渣的流動(以及大桶的縱軸)垂直放置。
它們劃定了三個連續的隔室。在置于淤渣流動方向中的第一個隔室中，除淤渣外，還引入了壓縮空氣和石灰水溶液。水溶液形式的聚合物引入第二隔室。通過使用大桶底部的阿基米德螺旋泵提取，在第三隔室中進行重物質的傾析。通過溢流，將固體部分中分離出的水從該第三隔室中排出。
密度為1.15的淤渣以407m3/h或450T/h的速率進料。其中在進入的淤渣總量中，10％的固體物質(密度2.5)的速率是45T/h或18m3/h。
在該固體物質中的有機物質的速率是10％的比率，或4.5T/h；其它固體物質是無機物質。
在1.7bar下，引入1000m3/h空氣、225kg/h熟石灰和22.5kg/h聚合物。
在通過阿基米德螺旋泵傾析和提取之后，以40m3/h或67T/h的速率得到密度為1.7的淤渣。離開設備的處理后的淤渣含有45T/h或18m3/h固體物質以及22T/h或22m3/h水(密度1)。
從淤渣固體部分分離出來的水溢流離開大桶，以383T/h或383m3/h的速率得到。所述水包含固體物質的比例是0.02％或77kg/h。
權利要求
1.一種用于處理水含量至少等于或大于70％的親水淤渣和粘泥的連續方法，其特征在于使淤渣和粘泥進行脫膠質、脫水、氧化、通風、穩定、礦化、過濾和制孔。
2.權利要求1的方法，包括使用與氧化結合的強水湍流和通過引入添加劑的化學反應的引發。
3.權利要求1或2的方法，其特征在于脫膠質、通風、礦化和創建多孔性間隙真空的效果是通過引入促凝劑、絮凝劑和強堿而部分獲得的。
4.一種連續處理水含量至少等于70％，并含有膠質的淤渣的方法，其特征在于包括以下操作·將淤渣進行震動和強制通風；·將淤渣與至少一種具有促凝劑、絮凝劑和/或堿性特性的添加劑混合；以及·通過傾析、過濾、排放、蒸發和/或離心分離水。
5.權利要求1-4任一項的方法，其特征在于將淤渣或粘泥與選自氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、氯代硫酸鐵、聚合物絮凝劑、硅酸鈉、鋁酸鈉、強堿、熟石灰、鎂質石灰、生石灰、苛性氫氧化鈉和氧化鎂，或者這些物質的至少兩種的混合物的添加劑混合。
6.一種用于連續處理水含量至少等于或大于70％的親水淤渣的連續設備，其特征在于其包括處理后的產物沿縱向運行的中空沉箱，所述沉箱帶有至少一個待處理產物的入口(1)和至少一個處理后產物的出口(4)。
7.權利要求6的設備，其特征在于其在至少兩個物理分隔點(2，3)上包括用于將壓縮空氣和化學添加劑引入中空沉箱的裝置。
8.權利要求6或7的設備，其特征在于沉箱包括至少兩個互相連接的中空隔室(6)，可以使將產物從一個隔室傳遞(9)至另一個隔室。
9.權利要求6-8任一項的設備，其特征在于其還包括用于在沉箱的至少一個隔室中引起機械震動和水湍流的設備(7)。
10.權利要求6-9任一項的設備，其特征在于其還包括用于在沉箱的至少一個隔室中引起機械震動和水湍流的彈性設備(7)。
11.權利要求6-10任一項的設備，其特征在于沉箱具有一個與流動呈橫向的區域，并且測得與流動平行的長度相當于與流動呈橫向的區域最長一側的長度的至少3倍。
12.權利要求6-11任一項的設備，其特征在于沉箱包括將沉箱分隔為兩個隔室的間隔層，間隔層上的開孔是處理后產物的流動口，間隔層上還裝配了引起震動和逆流的彈性裝置(7)。
13.權利要求6-12任一項的設備，其特征在于沉箱包括過濾設備(8)。
14.權利要求11的設備，其特征在于與流動呈橫向的區域具有小的表面。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理淤渣和粘泥，使其能夠再用于土壤改良和建筑材料系統的裝置。本發明涉及一種用于連續處理水含量至少等于或大于70％的親水淤渣和粘泥的方法，能夠使淤渣和粘泥進行脫膠質、脫水、氧化、通風、穩定、礦化、過濾和制孔。本發明還涉及一種用于連續處理水含量至少等于或大于70％的親水淤渣的連續設備，其特征在于其包括處理后的產物沿縱向運行的中空沉箱，所述沉箱帶有至少一個待處理產物的入口(1)和至少一個處理后產物的出口(4)。
文檔編號C02F1/52GK1608035SQ02825924
公開日2005年4月20日 申請日期2002年11月22日 優先權日2001年11月22日
發明者H·布里塞特 申請人:地中海自然環境公司