本发明涉及一种污泥的水解碳化处理系统及方法，属于污泥处理技术领域。
背景技术：
随着我国城市污水处理厂的普及和运行，城市污水处理厂污泥产量快速增加，年产量以平均每年15%的速率增加。污泥含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，若未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。而生物可利用性差和含水率高（多数污泥在出厂时仍高达80%）等问题，却极大地制约了剩余污泥的运输和安全处置。
技术实现要素：
为解决所存在的问题，本发明的发明目的是提供一种污泥的水解碳化处理系统及方法，其利用污泥及秸杆制备了污泥碳，所产生的污泥碳松软，用作废料便于被植物吸收。
为实现所述发明目的，本发明的一方面提供一种污泥的水解碳化处理系统，其特征在于，包括混合器、发酵装置、蒸汽产生装置和碳化装置，其中所述混合器用于将设定重量份的污泥、秸杆和已发酵混料进行混合形成混合物，并输入到发酵装置进行发酵从而产生生物气及发酵混料；所述蒸汽产生装置利用生物气将水加热以生成水蒸汽；所述碳化装置在设置压力及水蒸汽的作用下对发酵的混料进行碳化，生成污泥碳。
优选地，所述发酵装置至少包括用于容纳物混合物的容器、混气阀和循环泵，所述容器为包括外筒和设置在外筒内的内筒的双层结构，所述外筒上设置有进气口和排气口，所述进气口处设置有第一单向阀，所述排气口处设置第二单向阀；混气阀的第一接口经管路连接于循环泵的排气口，混气阀的第二接口连通于容器的进气口；三通阀的第三接口连通接于蒸汽产生装置的进汽口，蒸气产生装置的排气口、发酵装置的排气口均与循环泵的进气口相连。
优选地，污泥的水解碳化处理系统还包括汽轮机、发电机和离合器，所述汽轮机的输出轴通过离合器与发电机的动办输入轴相连。
优选地，所述发电机包括：所述发电机至少包括发电机至少包括外壳、置于外壳内的定子和转子，定子至少包括n个线圈，所述n个线圈组成一个圆环并置于转子外周；所述转子包括动力输入轴，设置在动力输入轴上并与动力输入轴的同心的大转子，所述大转子包括同心设置且依次嵌套的四个圆环，所述四个圆环从内到外依次金属钕环、特氟龙环、永磁体环和铜环，所述启磁体上部为n极性，下部为s极性；所述转子还包括n个小转子，所述转子为圆柱体，从内到外依次为金属钕环、特氟龙环、永磁体环和铜环，所述永磁体上部为s极，下部为n极。
优选地，当转子的转速达到一定值后，汽轮机的输出轴与发电机的动力输入轴离合。
为实现所述发明目的，本发明的另一方面提供一种污泥的水解碳化处理方法，其特征在于，包括：在混合器中，将设定重量份的污泥、秸杆和已发酵的混料进行混合形成混合物；在发酵器中对混合物进行发酵从而产生生物气及发酵混料；利用生物气通过蒸汽产生装置对水进行加热而生成水蒸汽；利用碳化装置在设置压力及水蒸汽的作用下对发酵的混料进行碳化，生成污泥碳。
优选地，污泥、秸杆和已发酵的混料的重量份分别为：含水量为44-50%的污泥50-60重量份；秸杆：30-40重量份；已发酵的混料：10-20重量份。
优选地，碳化装置中加入高温蒸汽的的温度140℃-280℃，碳化装置中的压力在2200-2800kpa之间。
与现有技术相比，本发明提供的污泥的水解碳化处理系统及方法，其利用污泥及秸杆制备了污泥碳，所产生的污泥碳松软，用作废料便于被植物吸收。
附图说明
图1是本发明提供的污泥的水解碳化处理系统；
图2是本发明提供的发酵装置的组成示意图；
图3是本发明提供的发电机的组成示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，所示实施例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，本申请文件中所用术语，应该被理解为具有与现有技术一致的意义，除非在本申请文件被特定定义，否则不会用极端化的含义来解释。
图1是本发明提供的污泥的水解碳化处理系统，如图1所示，根据本发明一实施例，本发明提供的污泥的水解碳化处理系统包括混合器1、发酵装置2、蒸汽产生装置3和碳化装置4，其中所述混合器1用于将设定重量份的污泥、秸杆和已发酵混料进行混合形成混合物，并输入到发酵装置2进行发酵从而产生生物气及发酵混料；所述蒸汽产生装置1利用生物气将水加热以生成水蒸汽；所述碳化装置4在设置压力及水蒸汽的作用下对发酵的混料进行碳化，生成污泥碳。碳化装置中加入高温蒸汽的的温度140℃-280℃，碳化装置中的压力在2200-2800kpa之间。
根据本发明一个实施例式混合器包括圆筒形壳体，所述壳体为双层结构，其中包括内筒和设置有在内筒外的外筒，内筒内部形成圆筒形空腔。在圆筒形内筒的中央沿轴向设置有空心的轴，所述轴上设置有空心的螺旋形肋，螺旋形肋内具有螺旋形空腔；高温蒸汽导入到圆筒双层结构形成的空腔、轴的空腔和螺旋形空腔内以对混合器的物料进行加热。所述加热温度为25°c到45°c。优选地，污泥、秸杆和已发酵的混料的重量份分别为：含水量为44-50%的污泥50-60重量份；秸杆：30-40重量份；已发酵的混料：10-20重量份，优选地，含水量为44-50%的污泥55重量份；秸杆：35重量份；已发酵的混料：10重量份。
根据本发明一实施例，污泥的水解碳化处理系统还包括汽轮机8、发电机6和离合器7，所述汽轮机8的输出轴通过离合器7与发电机6的动办输入轴相连。本发明中，在蒸汽产生装置3的排出蒸汽的管路中设置有有分流阀11，其将蒸汽产生装置排出的蒸汽至少分成两路，第一路经控制阀10给汽轮机提供蒸汽，第二路用于给碳化装置4提供蒸汽。处理系统还包括控制器5和转速传感器9，转速传感器9用于测量发电机转子的角速度，并将信息传送给控制器5，所述控制器5根据转子的角速度信息控制控制阀10和离合器7的工作状态。
根据本发明一个实施例，处理系统还包括混合阀12，其用于将分流阀11中分流的第二路蒸汽与从汽轮机中排出的蒸汽进行温合。
根据本发明一个实施例，导入到混合器1中的污泥为有机污泥，从污水处理厂排出的污泥先经过洗涤处理，将污泥中的有机成份和无机成份分离开来，有机污泥送入发酵装置进行处理，无机污泥中由于含有大量的重金属通过下述方法进行处理以形成污泥陶瓷砖：1)将氧化物、磷酸盐溶液及无机污泥混合形成浆料。氧化物:磷酸盐:无机污泥重量比范围为1:3.4:1.45到1:3.4:6.6。当mgo被用作氧化物，kh2po4用作磷酸盐时，特别合适的mgo:kh2po4:无机污泥的重量比为1:3.4:1.45；2)给浆料中填加至少一种还原剂形成一种浆状物，所述还原剂选自下列的一种：二价锡的盐、氯化物和纯金属。3）将浆状物整成预定形状并固化形成包封含有重金属的废料的磷酸盐陶瓷。本发明提供的方法形成的污泥陶瓷砖在常温下形成，不需要焙烧，节省能源。
根据一个实施例，所述秸杆优选水稻、玉米、花生等秸杆，在将秸杆输入到发酵装置前，先对作物秸杆进行处理，优选用6%-10%的氢氧化钠碱液预处理秸杆，优选地，选用6%的氢氧化钠碱液预处理秸杆。
图2是本发明提供的发酵装置的组成示意图，如图2所示，根据本发明一个实施例，所述发酵装置至少包括用于容纳物混合物的容器21、混气阀22和循环泵23，所述容器21为包括外筒和设置在外筒内的内筒的双层结构，所述外筒上设置有进气口26和排气口27，所述进气口26处设置有第一单向阀，蒸汽只能进，不能出；所述排气口处设置第二单向阀，蒸汽只能通过其排出而不能流入；混气阀22的第一接口经管路连接于循环泵23的排气口，混气阀22的第二接口连通于容器21的进气口；混气阀的第三接口连通接于蒸汽产生装置的进汽口，蒸气产生装置的排气口、容器21的排气口均与循环泵23的进气口相连。在容器21的进气支路处或者排气支路中设置有温度传感器24，用于测量导入到容器中的蒸汽的温度，通过为保证容器的发酵温度为35摄氏度到45摄氏度之间，更优选地为40摄氏度，导入到双层结构之间的空腔的温度为45摄氏度到55摄氏度，更优选地。在加入蒸汽的环路中还设置有压力传感器25，其用于测量环路中的汽压。
根据本发明一个实施例，发酵装置中还可设置多个空心的格栅，所述格栅中可导入蒸汽，以使容器中的混合物受热均匀。
有机污泥、秸杆和已发酵混料在容器21中发酵，产生了生物气，如沼气。该气体从容器中排出。本发明中，利用沼气对水加热形高温蒸汽，利用高温蒸汽进行发电及对碳化装置、发酵装置进行加热。本发明中，由于将部分已发酵的混料再与新导入的污泥和秸杆混合再发酵，加快了发酵速度和效率，与不加入已发酵混料的情况相比，效率提高了60%以上。
图3是本发明提供的发电机的组成示意图，如图3所示，所述发电机包括：所述发电机至少包括发电机至少包括外壳、置于外壳内的定子和转子，定子至少包括n个线圈，如线圈67，所述n个线圈组成一个圆环并置于转子外周；所述转子包括动力输入轴61，设置在动力输入轴61上并与动力输入轴的同心的大转子，所述大转子包括同心设置且依次嵌套的四个圆环，所述四个圆环从内到外依次金属钕环62、特氟龙环63、永磁体环64和铜环65，所述永磁体64上部为n极性，下部为s极性；所述转子还包括m个小转子，如小转子66，所述转子为圆柱体，从内到外依次为金属钕环、特氟龙环、永磁体环和铜环，小转子的永磁体上部为s极，下部为n极。所述n和m均大于1的整数。
本发明中，设置有转速传感器9，通常设置在外壳内，并置于大转子上方或下方，用于测量大转子的转速，当大转子的角速度小于设定值时，包括起始时，控制器5给离合器7和控制阀10提供控制信号，使控制阀10导通，给汽轮机8供气，汽轮机8工作，同时，给离合器7提供信号，使汽轮机8输出轴与发电机6的动力输入轴结合，发电机的大转子旋转，发电机的动力输入轴在汽轮机8的驱动下驱动大转子旋转，所述小转子与大转子之间会产生磁悬浮，从而作无摩擦滑动，小转子产生自转，并在小转子周围产生旋转的交变磁场，设置在小转子外周的定子感应线圈就感应出了电流，以提供给负载电能；当大转子的角速度大于或等离于设定值时，控制器5给离合器7和控制阀10提供控制信号，使控制阀10断开，停止给汽轮机8供气，汽轮机8停止工作，同时，给离合器7提供信号，使汽轮机8输出轴与发电机6的轴离合，发电机6的大转子在惯性和小转子的相互的作用下旋转，所述小转子与大转子之间会产生磁悬浮，从而作无摩擦滑动，小转子产生自转，并在小转子周围产生旋转的交变磁场，设置在小转子外周的定子感应线圈还能感应出电流，以提供给负载电能，重复上述过程，发电机6持续向负载供电，如此设置大大地节省了为发电而需要消耗的外部能源。
需要说明的是，本文中所称的“一个实施例”或者“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，仅是为了区别。
此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明所要求的保护范围由所附权利要求书限定。