一种固液混合物料处理方法及其装置与流程

本发明涉及工业生产活动生成物的固液深度分离工艺处理技术，涉及土壤淋洗、固废处理等环保领域，特别涉及污泥的深度脱水的一种方法，具体为一种固液混合物料处理方法及其装置。

背景技术：

污泥脱水的难易程度，除与水分在污泥中的存在形式有关外，还与污泥颗粒的大小，污泥比阻和有机物含量有关，污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大，其脱水的难度就越大。

污泥所含大量的水份除了间隙水外，另有很大一部分是由污泥颗粒组成了污泥团，形成许许多多的毛细孔道，污泥颗粒表面细菌分泌物等有机聚合物所持的水和毛细孔道中的水都为束缚水，这种束缚水是不能用单纯的机械法除掉。

传统污泥固液机械分离方法主要采取有板框压滤；离心分离；带式压滤；螺旋压榨等。凡此几种类型，固液分离后的固相终端含液相均在70%~85%左右的范围内，所以减容不彻底,对后续的资源化利用造成困难。

传统污泥深度固液分离方法还可采取热力干化法，市上所见方式诸多，例如回转套筒干化；立式回流干化；低温流化床；桨叶干化机；余热烟气干化等。但不管用何种形式，固液分离均是以热能去除水分，水的比热容分别约为4200j/(kg·k)，水的汽化热为2260千焦/千克，加热蒸发需求热量大。因此其结果是“以大置小”，在现实应用中投资大，运行成本高，因此只适应于危废污泥和附加值较高的物料干化领域。

目前污水处理厂各类污泥经普通脱水机脱水后的含水率大致为75%～85%。我国对污泥处理处置的总方针是减容、无害、资源化。欲达到这个要求，降低系统污泥的水份是关键。只有把污泥水分降至40～60%以下，诸多的资源化利用才有可能。但我国当前污泥干化市场要逾越含水40～60%这道“坎”困难重重。

申请号为201310713936.4的发明专利公开了首先将湿污泥压制成条状，然后将成型后的污泥在干化室内使用循环热风加热干化处理，得到含水10％的污泥。但是由于湿污泥在干化前经过压制成型，因此降低了污泥的比表面积，影响干化效率，为达到较低含水量的污泥，需要使用较高温度的循环热风，对循环热风的热源要求更高。

申请号为201610320264.4的发明专利公开了污泥处理系统及污泥处理方法，首先向湿污泥中加入固化剂，对污泥进行固化处理，然后将经过固化处理的污泥采用压滤设备去除其中的水分，该方法最终得到的污泥含水率为30％左右，能够有效去除污泥中的水分。但是该方法需要额外加入固化剂和稳定剂，固化剂和稳定剂与污泥在固态条件下反应，存在反应不完全、反应速率受限或反应不均匀等问题，而且，其压滤设备为加强型板框压滤机，对设备要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种固液分离效果好,能量消耗很低、干化速度快的深度处理工业固液混合物料的方法和设备。

一种固液混合物料处理方法，包括以下步骤：

1）根据待处理物料特性选择适合的隔离剂：隔离剂的密度介于物料中待分离的固相物质和液相物质的密度之间；

2）在待处理物料中添加物料质量20%-20倍的隔离剂，在固相与液相之间形成隔离剂层；

3）采用离心机进行离心分离；

4）分离后的固相物料进行干化处理，分离后的液相物料进行处理，隔离剂回收利用。

进一步的，隔离剂为沸点在100℃以下的有机溶剂。

进一步的，隔离剂为沸点在85℃以下的有机溶剂。

进一步的，隔离剂为醇类、氯代烃、石油烃中任意一种化合物，或者几种化合物的混合物。

进一步的，隔离剂比重范围在0.8g/cm³-1.8g/cm³之间。

进一步的，隔离剂比重范围在1.1g/cm³-1.5g/cm³之间。

进一步的，隔离剂为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷、三氯乙烯、石脑油、甲醇、乙醇中的一种或几种的混合物。

进一步的，固液混合物料为污泥，污泥中的液相可以是水、矿物油、植物油、有机溶剂中任意一种或几种的混合物；固液混合物料中可加入1-50%的调理剂用于增加固相比重或用于降低液相比重。

进一步的，步骤4）的具体操作方式为：

a.将固相物料进行干燥处理，并将其中的隔离剂蒸出，蒸出的隔离剂气体通过冷凝装置冷凝成液体，并循环使用，干燥后的固相物料排出；

b．离心机分离出的液相送往蒸发装置或膜分离装置进行处理；

c．蒸发装置将液相中的隔离剂蒸出，蒸发的隔离剂气体送往冷凝装置冷凝成液体，并循环使用，剩余的液相排出；

d．将隔离剂回输至装有固液混合物料的搅拌罐循环利用。

一种固液混合物料处理装置，所述固液混合物料处理装置包括搅拌罐、混合液输送泵、离心机、冷凝装置、蒸发装置、干燥装置；所述搅拌罐设置有进料口和隔离剂进口，搅拌罐的设置混合液出口并通过管路连接至混合液输送泵的进口，混合液输送泵的出口通过管路连接离心机的进口，离心机的固相出口连接干燥装置的进口，离心机的液相出口连接蒸发装置的进液口；干燥装置的气体出口通过管路连接至冷凝装置的进气端；蒸发装置的下端设置出液口，蒸发装置的出气口通过管路连接冷凝装置的进气端；冷凝装置的出液端连接至搅拌罐的隔离剂进口。

本发明的有益效果：

在固液分离过程中添加介于固相和液相之间的隔离剂层，可极大地提高固液分离效果。再与干化设备合理结合，可达到深度脱水的目的。

下面结合附图和实施例对发明作详细描述。

附图说明

图1为本发明处理流程图；

图2为本发明处理装置结构示意图。

附图标记：

1.进料口；2.搅拌罐；3.离心机；4.冷凝装置；5.蒸发装置；6.干燥装置；7.混合液输送泵；8.搅拌叶片。

具体实施方式

实施例1

一种固液混合物料处理方法，尤其适合于污泥处理，包括以下步骤：

1）根据待处理物料特性选择适合的隔离剂：隔离剂的密度介于物料中待分离的固相物质和液相物质的密度之间；

2）在待处理物料中添加物料质量20%-20倍的隔离剂，在固相与液相之间形成隔离剂层；

3）采用离心机进行离心分离；

4）分离后的固相物料进行干化处理，分离后的液相物料进行蒸发处理或膜分离，隔离剂回收利用；

步骤4）具体操作方式为（图1）：

a.将固相物料进行干燥处理，并将其中的隔离剂蒸出，蒸出的隔离剂气体通过冷凝装置冷凝成液体，并循环使用，干燥后的固相物料排出；

b．离心机分离出的液相送往蒸发装置或膜分离装置进行处理；

c．蒸发装置将液相中的隔离剂蒸出，蒸发的隔离剂气体送往冷凝装置冷凝成液体，并循环使用，剩余的液相排出；

d．将隔离剂回输至装有固液混合物料的搅拌罐循环利用。

隔离剂的选择及配制原则：

隔离剂的组成可选择低沸点有机溶剂，可选择沸点在摄氏100度以下的有机溶剂，首选沸点在摄氏85度以下的有机溶剂。

隔离剂的组成可选择有机溶剂种类为醇类、氯代烃、石油烃。复合隔离剂可选有机溶剂的一种或几种混合，通过几种溶剂的组合，可配置出复合隔离剂比重范围在0.8g/cm³-1.8g/cm³之间的任意比重值。

隔离剂优选为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷、三氯乙烯、石脑油、甲醇、乙醇中的一种或几种的混合物。

有机物含量高的污泥由于比重较低，可在污泥中加入1-50%的调理剂，用于增加污泥固相比重，也可配制复合隔离剂时加入1-50%液相调理剂，用于降低液相比重。以便扩大选择较高比重隔离剂的范围，提高固液分离效果。

本发明的核心是向固液混合物料（尤其适用于污泥）中加入20%-20倍的促进固液分离的复合隔离剂，隔离剂介于固相与水之间形成隔离层；固液分离设备选择离心机，浆料泵入离心机分离为固相、隔离剂、液相；分离后的固相物料进行干化处理，分离后的液相物料进行油水分离和蒸馏处理；固液分离后的物料经过后续净化处理，经实践证明可达到深度分离的目的。

离心机固液分离添加隔离剂的作用机理：

以含水污泥为例：

将隔离剂加入容器中。使容器绕轴旋转。将污泥混合物从隔离器液面上或者液面以下加入到容器中，由于污泥混合物的比重大于隔离剂的比重，在离心力场的作用下混合物整体会穿过隔离剂向容器底部运动。在混合物穿过隔离剂的过程中，混合物中密度不同的物质的受力状态会有所不同。混合物中的固相颗粒，由于其密度大于隔离剂密度，其所受离心力大于隔离剂对它的浮力，合力方向指向容器底部。而混合物中的水由于其密度小于隔离剂的密度，其所受离心力小于隔离剂的浮力，合力方向背离容器底部。固相颗粒和水的受力方向相反，就产生了隔离剂对固相颗粒表面水的剥离作用。

容器的转速越高，混合物中的固相所受的离心力和水所受的浮力的差值就越大，隔离剂对水的剥离作用就越强。这样，在混合物穿过隔离剂向容器底部运动的过程中，固相颗粒表面的水会被隔离剂逐渐剥离并上浮，固相颗粒及其包含残余水份会沉到容器底部。对于比重小于隔离剂的混合物，只需改变加料位置，在隔离剂液面以下加入容器。这时混合物会整体穿过隔离剂上浮，在这个过程中同样会产生隔离剂对混合物中水的剥离作用。

固相沉降到容器底部以后，会受到隔离剂的液体压力作用，从而进一步脱除水分。液体对容器底部的压强等于ρ×g×h。ρ是液体的密度。g是重力加速度。h是液池的深度。地球表面的重力加速度是9.8m/s²。

旋转的物体会受到离心力的作用。通过提高转速就可以增大离心力。离心机就是利用这个原理来进行固液分离的。离心机的转速越高，产生的离心力场就越强。衡量离心机分离能力的一个重要参数是分离因素。它是离心机旋转产生的离心加速度与地球表面的重力加速度的比值。现代离心机的因素可以轻松超过几千甚至上万。比如卧螺离心机的分离因素可以达到3000到5000。碟片离心机的分离因素可以达到6000到1万。举例来说。采用密度1500kg/m³的隔离剂,隔离剂层深度0.1米，容器旋转产生的分离因素为5000。那么容器底部所受的液体压强为ρ×5000×gh=7.35mpa。这个压强已经大大超过了带隔膜压榨的板框压滤机和高压压榨机的压强。在强大的压强下会有更多的间隙水、吸附水、束缚水被挤出上浮。从而实现了污泥的深度脱水。

污泥中加入复合隔离剂，由有机溶剂为主组成的隔离剂对泥中有机物很强的溶解能力。污泥颗粒表层时常包裹有细菌分泌物、聚合物等有机物，有机物不但本身吸附大量水分，而且还束缚着污泥颗粒内部水分。隔离剂溶解掉污泥颗粒上的有机物后，具有刺破吸附水膜保护层渗透到污泥内部的能力，所以对污泥中水分具有提取、驱赶、置换的强大能力。

本方法工艺处理流程简单：

在搅拌罐污泥中加入20%-20倍的复合隔离剂，搅拌后用泵泵入离心机，利用离心力场和隔离剂层对水的提取、驱赶、置换能力把泥浆固液分离成固相、隔离剂、水三相。

离心分离的泥沙等固相含有部分隔离剂与水分，需用干燥装置烘出隔离剂及部分水分，隔离剂具有远低于水的汽化潜热、比热容，所以能耗远低于各种烘干水分的干燥装置，经实践检验能耗仅为污泥直接干化的10-20%，烘出的隔离剂及部分水分通过冷凝装置回收隔离剂，回收的隔离剂循环使用。固相物料经干化后，可达到深度脱水的程度，含水量可降为1%-40%。

离心分离的隔离剂多次循环使用后，溶解的泥中有机物含量达到一定浓度后需利用蒸馏等净化装置予以净化，以保持隔离剂的脱水能力。

利用添加隔离剂深度脱水的同时，发现隔离剂溶解有机物能力超强，本方法还具有类似土壤淋洗去除有毒有害物质的效果。本方法可以用于矿物油、溶剂与泥沙的固液深度分离，也可以用于矿物油、溶剂和水的混合物与泥沙的固液深度分离。同时具有杀灭污泥微生物、细菌消除臭气等难闻气味的功能。

实施例2

本实施例为用于实施例1处理方法的设备，如图2所示。

一种固液混合物料处理装置，所述装置包括搅拌罐2、混合液输送泵7、离心机3、冷凝装置4、蒸发装置5、干燥装置6；所述搅拌罐2设置有进料口1和隔离剂进口，搅拌罐的设置混合液出口并通过管路连接至混合液输送泵的进口，混合液输送泵的出口通过管路连接离心机的进口，离心机的固相出口连接干燥装置的进口，离心机的液相出口连接蒸发装置的进液口；干燥装置的气体出口通过管路连接至冷凝装置的进气端；蒸发装置的下端设置出液口，蒸发装置的出气口通过管路连接冷凝装置的进气端；冷凝装置的出液端连接至搅拌罐的隔离剂进口。搅拌罐2内设置有电动桨叶搅拌装置，设置搅拌叶片8。

所述离心机为沉降式离心机、螺旋卸料式离心机、三足式沉降离心机、管式离心机、碟式离心机中任意一种。所述干燥装置为桨叶干燥机、耙式干燥机、盘式干燥机中任意一种。所述蒸发装置为闪蒸器或蒸馏塔；所述冷凝装置为水冷凝塔或压缩冷凝机。

实施例3

本实施例为在实施例1的基础上进行的一次具体的处理案例。

（以质量计）越南磷矿浆样品含水率60%，磷矿40%。

在搅拌罐中加入上述磷矿浆，添加磷矿浆质量1.5倍的隔离剂四氯化碳，充分搅拌分散。

磷矿浆泵入卧螺离心机固液分离，离心机转速选用3000r/min，磷矿浆分离为磷矿泥、四氯化碳、水三相，经测试：离心后磷矿含水率12.2%。

离心后磷矿再经干化处理到无水状态能耗很低。液相蒸馏回收四氯化碳。

实施例4

本实施例为在实施例1的基础上进行的一次具体的处理案例。

（以质量计）沧州临港化工园区污水处理厂带式压滤机处理后污泥样品含水率82.26%，泥沙17.74%。

在搅拌罐中加入上述污泥，添加污泥质量8%的污泥调理剂细沙、水泥，添加污泥质量2倍的隔离剂，隔离剂由二氯乙烷与甲醇配比而成，搅拌分散。

泥浆泵入卧螺离心机固液分离，离心机转速选用3200r/min，泥浆分离为泥砂、二氯乙烷、甲醇水三相。

泥沙经干化处理，测试含水率为28%。

实施例5

本实施例为在实施例1的基础上进行的一次具体的处理案例。

（以质量计）铝粉浆样品含水率65%，铝粉35%。

在搅拌罐中加入上述铝粉浆，添加铝粉浆质量1.5倍的隔离剂，隔离剂由四氯化碳与乙醇配比而成，充分搅拌分散成铝浆。

铝粉浆泵入卧螺离心机固液分离，离心机转速选用2600r/min，铝粉浆分离为铝粉、四氯化碳、乙醇水三相，经测试：离心处理后铝粉含水率12%。

离心后铝粉再经干化处理到无水状态能耗很低。

实施例6

本实施例为在实施例1的基础上进行的一次具体的处理案例。

（以质量计）辽河油田含油污泥样品含油率19%，含水率51%，泥沙或机械杂质30%。

在搅拌罐中加入上述污油泥，添加污油泥质量3倍的隔离剂氯仿复配乙醇，充分搅拌分散成泥浆。

泥浆泵入卧螺离心机固液分离，离心机转速选用3000r/min，泥浆分离为泥沙、氯仿和矿物油、水三相，经测试：离心后泥沙含水率17.8%、含油率1%。

实施例7

本实施例为在实施例1的基础上进行的一次具体的处理案例。

（以质量计）油田钻井用油基泥浆岩屑样品含矿物油27%,含水率14%，泥砂59%。

在搅拌罐中加入上述泥浆，添加泥浆质量2倍的隔离剂氯仿，充分搅拌分散成泥浆。

泥浆泵入卧螺离心机固液分离，离心机转速选用3200r/min，泥浆分离为泥砂、氯仿与矿物油、水三相。

泥砂、氯仿与矿物油、水三相再分别进行干化、蒸馏、冷凝等后续净化处理，经测试：处理后泥砂含矿物油率降至1%，含水率降为6%。