CN120117803A - 一种用于土壤治理的污泥处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于土壤治理的污泥处理设备，属于污泥处理技术领域，包括：净化仓和电极，净化仓用于分离污泥中的重金属离子；若干电极对称连接于所述净化仓的侧壁，所述电极用于捕获游离于所述污泥中的重金属离子；其能解决现有技术中污泥处理降低PH值和有机质含量降低会导致基于污泥为原料制造的土壤改良剂无法直接用于改良酸化土壤提升耕地质量的技术问题。

Description

一种用于土壤治理的污泥处理设备

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种用于土壤治理的污泥处理设备。

背景技术

土壤治理，尤其是改良酸化土壤来提升耕地质量，可以采用非工业污水处理产生的过剩污泥作为土壤改良剂的原料，但是需要对其中的重金属含量进行严格的控制避免对耕地造成二次污染，但是因为作为土壤改良剂的原料，对于污泥的处理同时还需要保持其中的有机质含量，而传统采用过氧化物沉淀重金属离子的方式会造成有机质的分解从而降低最终土壤改良剂中的有机质含量。

现有公布号为CN108928987A的专利，公开了一种重金属离子污水处理设备，包括有污泥处理机构、消毒机构和废气处理机构，所述污泥处理机构包括有喷药组件、沉淀柜和排料组件，排料组件包括有移料板、推料部件和两个滑杆，两个滑杆均呈水平设置，移料板与滑杆滑动配合，工作者通过进药管道能够向沉淀柜的内部输送氧化硫杆菌培养液，使得污泥的重金属和氧化硫杆菌获得充分的气固接触效果，使得重金属受氧化硫杆菌的氧化和酸化作用从污泥中溶出，消除污泥内重金属的含量。

现有技术存在以下问题：

氧化硫杆菌的使用会分泌硫酸，将污泥调节成酸性环境，酸性环境会破坏有机物的分子结构使其被微生物利用，降低污泥中的有机质含量，同时被处理为酸性的污泥也无法直接用于改良酸化土壤提升耕地质量。

发明内容

本发明提供一种用于土壤治理的污泥处理设备，其能解决现有技术中污泥处理降低PH值和有机质含量降低会导致基于污泥为原料制造的土壤改良剂无法直接用于改良酸化土壤提升耕地质量的技术问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

本申请提供一种用于土壤治理的污泥处理设备，其包括净化仓和电极，净化仓用于分离污泥中的重金属离子；若干电极对称连接于所述净化仓的侧壁，所述电极用于捕获游离于所述污泥中的重金属离子。

通过上述技术方案，采用电极吸附的方式获取污泥中的重金属离子，可以避免处理后的污泥PH值降低也能保持污泥中有机质的含量，使处理后的污泥作为土壤改良剂的原料，能直接用于改良酸化土壤提升耕地质量。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括第二调温单元、排气管、第一出料管以及第一电磁阀；第二调温单元连接于所述净化仓的底部，所述第二调温单元用于冻干所述污泥；排气管贯穿连接于所述净化仓的侧壁，所述排气管用于排出所述净化仓内的气体；第一出料管穿接于所述净化仓的底部，所述第一出料管用于排出所述净化仓内的冻干污泥粉末；第一电磁阀连接于所述第一出料管，所述第一电磁阀用于开启和关闭所述第一出料管。

通过上述技术方案，采用冻干的方式去除污泥中的水分可以避免有机质被热分解，同时通过冻干的方式形成的固体污泥表面具有细微孔隙，用于土壤改良剂的原料，可以更好的优化土壤孔隙率。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括预处理仓和第二调温单元，预处理仓与所述净化仓连通，所述预处理仓连接有进料管；第二调温单元环设于所述预处理仓的内壁，所述第二调温单元用于对所述污泥进行预冷冻以形成冰晶，所述冰晶刺破所述污泥内的细胞进而释放细胞内的重金属离子。

通过上述技术方案，采用预冷冻的方式将自由水形成冰晶，利用冰晶的生长刺破细胞膜和细胞壁，而不会破坏细胞内的有机质，同时因为细胞结构的破裂，重金属从细胞束缚态释放，进而经过净化仓的电极吸附时可以更彻底的去处重金属残留。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括换能器和超声波发生器，若干换能器设置于所述预处理仓内；超声波发生器与所述换能器电性连接；

上述超声波发生器驱动所述换能器产生低频超声波，所述低频超声波产生空化效应，破坏所述污泥中的絮体间的物理连接，使大颗粒破碎为小粒径分散体。

通过上述技术方案，采用低频超声波对污泥中的团聚体和胶体态有机质进行物理层面破坏，释放其中包裹的有机质，避免因为高频超声波而产生大量自由基造成有机质的降解。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括搅拌杆和电机，搅拌杆转动连接于所述预处理仓内，所述换能器连接于所述搅拌杆；电机与所述搅拌杆传动连接。

通过上述技术方案，采用电机驱动搅拌棒搅动污泥，同时带动换能器在污泥中充分移动，进一步提高超声波分散的效果。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括应变计，应变计连接于所述搅拌杆。

通过上述技术方案，采用应变计识别搅拌杆的受力情况，避免过度搅拌造成能源浪费。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括混合仓、投料仓、第一风机和第二风机，混合仓与所述第一出料管连通；投料仓与所述混合仓连通，所述投料仓用于向所述混合仓内添加生物质颗粒；第一风机用于在所述第一出料管背离所述净化仓的一端形成负压吸出经过冻干处理的污泥，并将经过冻干处理的污泥吹入所述混合仓内；第二风机用于在所述投料仓的出料口形成负压吸出所述生物质颗粒，并将所述生物质颗粒吹入所述混合仓内。

通过上述技术方案，采用空气输送的方式，可以使冻干污泥和生物质颗粒进行充分混合。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括仓盖、滤网和振动电机，仓盖连接于所述混合仓的顶部；滤网连接于所述仓盖，所述滤网用于排出所述混合仓内的空气和阻挡所述污泥和所述生物质颗粒飞出所述混合仓；振动电机连接与所述仓盖背离所述混合仓的一面，用于清理所述滤网下端的附着物。

通过上述技术方案，采用振动电机来清理滤网下端的附着物，可以避免混合后的粉末物质对排气孔造成堵塞，提高空气运输的效率。

在本发明中，上述污泥处理设备还包括第二输料管和金属管，第二输料管连通所述投料仓和所述混合仓；金属管连接于所述第二输料管中间，所述金属管连接有电源正极，所述金属管用于掠夺所述生物质颗粒表面的负电荷。

通过上述技术方案，采用连接电源正极的金属管掠夺生物质颗粒表面的负电荷使其呈现表面具有正电荷的状态，进而根据同性相斥的原理避免生物质颗粒相互团结，而经过电极去除重金属离子后的冻干污泥表面呈现表面具有负电荷的状态，异性相吸又可以使冻干污泥和生物质颗粒充分混合，提高了混合效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于土壤治理的污泥处理设备的轴测图；

图2为本发明实施例提供的一种用于土壤治理的污泥处理设备的正视图；

图3为图2中的A-A处剖视图；

图4为图2中的B-B处剖视图；

图5为图4中的C处局部放大图；

图6为图4中的D处局部放大图；

图7为本发明实施例提供的一种用于土壤治理的污泥处理设备的俯视图。

图标：1-净化仓；101-电极；102-第一调温单元；103-排气管；104-第一出料管；105-第一电磁阀；2-预处理仓；201-第二调温单元；202-换能器；203-超声波发生器；204-搅拌杆；205-电机；206-进料管；207-第二出料管；208-第二电磁阀；3-投料仓；4-混合仓；401-仓盖；402-滤网；403-振动电机；404-取料盖；5-第一输料管；501-第一波纹管；6-第一风机；7-第二输料管；701-第二波纹管；702-金属管；8-第二风机。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是焊接，也可以是螺栓连接，也可以是铆接；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

请参照图1至图7，图1至图7所示为本申请的一种实施例。

本实施例提供一种用于土壤治理的污泥处理设备，如图1至图3所示，其包括净化仓1和电极101，净化仓1用于分离污泥中的重金属离子；若干电极101对称连接于净化仓1的侧壁，电极101用于捕获游离于污泥中的重金属离子。

具体地，因为处理的对象为非工业用水，因此不会含有大量的阴离子型重金属离子，非工业用水的处理多采用活性污泥法进行处理，产生的过剩污泥中重金属离子以阳离子型为主，示例性的有Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺等二价阳离子，同时为了避免污泥中携带的有害芽孢对土壤造成污染，还将通过电极101施加脉冲电场，脉冲电场技术是通过在两个电极101间施加瞬时高压电脉冲（10~80 kV/cm，持续时间纳秒至微秒级），在液态环境中形成高频交变或单向脉冲电场，利用电场对微生物细胞（尤其是芽孢）的介电特性差异实现选择性灭菌。

示例性的，采用了三维多孔碳基复合电极（活性炭纤维/石墨烯复合电极）其基底选择高导电性的石墨烯导电膜或多孔碳布，确保高压脉冲下的低电阻通路；其吸附层选择纳米级活性炭纤维（ACF）或氧化石墨烯（rGO），提供高密度负电荷官能团（-COOH、-OH）用于阳离子吸附。

使用时，先施加交变脉冲电场，对污泥中的芽孢进行灭杀，此时因为交变电场的存在，电极101会出现吸附解析的不停变化，此时仅作用于灭菌，然后电极101切换为表面携带负电荷的电路状态，对阳离子型重金属离子进行吸附，完成污泥处理后将污泥排出并填充入氢氧化钠溶液，再将电极101切换为表面携带正电荷的电路状态，对阳离子型重金属离子进行解吸形成沉淀进行回收处理。

需要说明的是，现有技术采用直接向污泥中投放氢氧化物与重金属离子形成沉淀，但是氢氧化物的过量投放会造成有机质的损耗，而投放不足又会造成重金属离子的残余，这均会影响处理后的污泥品质，虽然本实施例中的技术方案可能存在更大的能源消耗，但是其具有品质更好的产物，污泥品质的提高和能耗的增加之间的平衡属于经济方面的需要平衡的点，在此不进行进一步说明，但是不能因为能耗的增加而否认技术效果的改进。

通过上述技术方案，采用电极吸附的方式获取污泥中的重金属离子，可以避免处理后的污泥PH值降低也能保持污泥中有机质的含量，使处理后的污泥作为土壤改良剂的原料，能直接用于改良酸化土壤提升耕地质量。

作为一种较优的实施方式，如图3所示，上述污泥处理设备还包括第二调温单元201、排气管103、第一出料管104以及第一电磁阀105；第二调温单元201连接于净化仓1的底部，第二调温单元201用于冻干污泥；排气管103贯穿连接于净化仓1的侧壁，排气管103用于排出净化仓1内的气体；第一出料管104穿接于净化仓1的底部，第一出料管104用于排出净化仓1内的冻干污泥粉末；第一电磁阀105连接于第一出料管104，第一电磁阀105用于开启和关闭第一出料管104。

使用时，排气管103连接外部的抽真空装置（不属于本申请保护范围），本领域技术人员可以通过公开销售渠道采购合适的抽真空装置，在此不做进一步说明和具体限定，第二调温单元201为了实现冻干需要的降温和升温，采用半导体制冷片作为基础冷却单元，通过电源的正反切换实现冷热面的切换，完成对净化仓1内的温度调节，进而完成冻干的需求，同时关闭第一电磁阀105和第二电磁阀208时，即可实现通过排气管103排出空气在净化仓1内形成真空环境。

需要说明的是，冻干技术为公知常识，本领域技术人员可以通过公开渠道获取其基本原理，通过有限次实验获得最佳的工作参数，因此在此不做进一步说明和具体限定，半导体制冷片工作时热面需要进行散热，当热面朝向净化仓1时，冷冻状态的污泥吸收其热量进行散热，当热面背离净化仓1时，需要在背离净化仓1的一面设置冷却系统，本领域技术人员可以根据现有技术选择适宜的冷却方案，也可以通过公开渠道购买到适用于半导体制冷片的冷却装置，在此不做进一步说明和具体限定，任何可以满足冻干需求的温度调节和散热装置均可使用。

通过上述技术方案，采用冻干的方式去除污泥中的水分可以避免有机质被热分解，同时通过冻干的方式形成的固体污泥表面具有细微孔隙，用于土壤改良剂的原料，可以更好的优化土壤孔隙率。

作为一种较优的实施方式，如图3所示，上述污泥处理设备还包括预处理仓2和第二调温单元201，预处理仓2与净化仓1连通，预处理仓2连接有进料管206；第二调温单元201环设于预处理仓2的内壁，第二调温单元201用于对污泥进行预冷冻以形成冰晶，冰晶刺破污泥内的细胞进而释放细胞内的重金属离子。

需要说明的是，第二调温单元201和上述的第一调温单元102远离相同，仅在温度范围选择上不同，预冷冻后也需要进行升温使其具有流动性从而能进入净化仓1。

通过上述技术方案，采用预冷冻的方式将自由水形成冰晶，利用冰晶的生长刺破细胞膜和细胞壁，而不会破坏细胞内的有机质，同时因为细胞结构的破裂，重金属从细胞束缚态释放，进而经过净化仓1的电极101吸附时可以更彻底的去处重金属残留。

作为一种较优的实施方式，如图1和图3所示，上述污泥处理设备还包括换能器202和超声波发生器203，若干换能器202设置于预处理仓2内；超声波发生器203与换能器202电性连接，超声波发生器203连接于预处理仓2的顶部；

上述超声波发生器203驱动换能器202产生低频超声波，低频超声波产生空化效应，破坏污泥中的絮体间的物理连接，使大颗粒破碎为小粒径分散体。

使用时，低频超声波（20khz-100khz）侧重机械剪切，适合破碎刚性分子；而高频超声波（＞100khz）产生自由基的效率较高，会氧化敏感型有机质（如蛋白质），因此本实施例采用低频超声波其主要目的是将污泥中的絮体进行分散，提高污泥的流动性便于金属离子的移动，同时为了避免超声波持续作用导致的温度升高，低频超声波为脉冲式低频超声波，脉冲式低频超声波降低热量堆积。

通过上述技术方案，采用低频超声波对污泥中的团聚体和胶体态有机质进行物理层面破坏，释放其中包裹的有机质，避免因为高频超声波而产生大量自由基造成有机质的降解。

作为一种较优的实施方式，上述污泥处理设备还包括搅拌杆204和电机205，搅拌杆204转动连接于预处理仓2内，换能器202连接于搅拌杆204；电机205与搅拌杆204传动连接。

通过上述技术方案，采用电机205驱动搅拌棒搅动污泥，同时带动换能器202在污泥中充分移动，进一步提高超声波分散的效果。

作为一种较优的实施方式，上述污泥处理设备还包括应变计，应变计连接于搅拌杆204。

通过上述技术方案，采用应变计识别搅拌杆204的受力情况，避免过度搅拌造成能源浪费。

作为一种较优的实施方式，如图4和图7所示，上述污泥处理设备还包括混合仓4、投料仓3、第一风机6和第二风机8，混合仓4与第一出料管104连通；投料仓3与混合仓4连通，投料仓3用于向混合仓4内添加生物质颗粒；第一风机6用于在第一出料管104背离净化仓1的一端形成负压吸出经过冻干处理的污泥，并将经过冻干处理的污泥吹入混合仓4内；第二风机8用于在投料仓3的出料口形成负压吸出生物质颗粒，并将生物质颗粒吹入混合仓4内。

具体地，第一风机6连通有第一输料管5，第一出料管104与第一输料管5的侧壁连通，第二风机8连通有第二输料管7，投料仓3的出料口与第二输料管7的侧壁连通，通过吹风在管口产生负压的方式将冻干的污泥和经过破碎加工产生的生物质颗粒通过空气运输的方式送入混合仓4，如图7所示，第一输料管5和第二输料管7均与混合仓4的侧壁相切，这使得进入混合仓4的原料呈螺旋状运动，经过相互团结后下沉落入混合仓4的底部，经过充分混合后，打开混合仓4下方的取料盖404进行排出。

需要说明的是，因为经过超声波的分散处理不存在大型的絮体，冻干后的污泥呈颗粒或粉末状。

通过上述技术方案，采用空气输送的方式，可以使冻干污泥和生物质颗粒进行充分混合。

作为一种较优的实施方式，如图6所示，上述污泥处理设备还包括仓盖401、滤网402和振动电机403，仓盖401连接于混合仓4的顶部；滤网402连接于仓盖401，滤网402用于排出混合仓4内的空气和阻挡污泥和生物质颗粒飞出混合仓4；振动电机403连接与仓盖401背离混合仓4的一面，用于清理滤网402下端的附着物。

使用时，为了避免振动的传导造成整个设备的共振，因此在混合仓4与第一输料管5之间套接有第一波纹管501，在混合仓4与第二输料管7之间套接有第二波纹管701，通过柔性波纹管进行振动的吸收。

需要说明的是，因为净化仓1、预处理仓2、投料仓3以及混合仓4与外界的连接方式不能为本申请需要的技术效果提供有益帮助，本领域技术人员也可以通过公知常识和具体安装环境不需要创造性工作的进行针对性的安装结构选择（示例性的净化仓1、预处理仓2、投料仓3需要相对稳定的安装结构，而混合仓4因为连接有振动电机403而需要针对性的考虑安装结构的减振性），因此在此不做进一步说明和具体限定。

通过上述技术方案，采用振动电机403来清理滤网402下端的附着物，可以避免混合后的粉末物质对排气孔造成堵塞，提高空气运输的效率。

作为一种较优的实施方式，如图5和图7所示，上述污泥处理设备还包括第二输料管7和金属管702，第二输料管7连通投料仓3和混合仓4；金属管702连接于第二输料管7中间，金属管702连接有电源正极，金属管702用于掠夺生物质颗粒表面的负电荷。

使用时金属管702内还焊接有螺旋形的金属通道，用于增加生物质颗粒与金属管702的接触面积和接触时间。

需要说明的是，污泥中的有机质（多糖、蛋白质等）表面富含羧基（-COOH）、羟基（-OH）等官能团；在非酸性条件下，这些基团易解离出H⁺，使污泥表面天然带负电荷，因此可以选择不在冻干污泥粉末的一侧增加连接有电源负极的金属管702，但是根据实际混合情况，也可以考虑增设。

通过上述技术方案，采用连接电源正极的金属管702掠夺生物质颗粒表面的负电荷使其呈现表面具有正电荷的状态，进而根据同性相斥的原理避免生物质颗粒相互团结，而经过电极101去除重金属离子后的冻干污泥表面呈现表面具有负电荷的状态，异性相吸又可以使冻干污泥和生物质颗粒充分混合，提高了混合效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，包括：

净化仓（1），用于分离污泥中的重金属离子；

若干电极（101），对称连接于所述净化仓（1）的侧壁，所述电极（101）用于捕获游离于所述污泥中的重金属离子；

第二调温单元（201），连接于所述净化仓（1）的底部，所述第二调温单元（201）用于冻干所述污泥；

排气管（103），贯穿连接于所述净化仓（1）的侧壁，所述排气管（103）用于排出所述净化仓（1）内的气体；

第一出料管（104），穿接于所述净化仓（1）的底部，所述第一出料管（104）用于排出所述净化仓（1）内的冻干污泥粉末；

第一电磁阀（105），连接于所述第一出料管（104），所述第一电磁阀（105）用于开启和关闭所述第一出料管（104）。

2.根据权利要求1所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

预处理仓（2），与所述净化仓（1）连通，所述预处理仓（2）连接有进料管（206）；

第二调温单元（201），环设于所述预处理仓（2）的内壁，所述第二调温单元（201）用于对所述污泥进行预冷冻以形成冰晶，所述冰晶刺破所述污泥内的细胞进而释放细胞内的重金属离子。

3.根据权利要求2所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

若干换能器（202），设置于所述预处理仓（2）内；

超声波发生器（203），与所述换能器（202）电性连接；

所述超声波发生器（203）驱动所述换能器（202）产生低频超声波，所述低频超声波产生空化效应，破坏所述污泥中的絮体间的物理连接，使大颗粒破碎为小粒径分散体。

4.根据权利要求3所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

搅拌杆（204），转动连接于所述预处理仓（2）内，所述换能器（202）连接于所述搅拌杆（204）；

电机（205），与所述搅拌杆（204）传动连接。

5.根据权利要求4所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

应变计，连接于所述搅拌杆（204）。

6.根据权利要求5所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

混合仓（4），与所述第一出料管（104）连通；

投料仓（3），与所述混合仓（4）连通，所述投料仓（3）用于向所述混合仓（4）内添加生物质颗粒；

第一风机（6），用于在所述第一出料管（104）背离所述净化仓（1）的一端形成负压吸出经过冻干处理的污泥，并将经过冻干处理的污泥吹入到所述混合仓（4）内；

第二风机（8），用于在所述投料仓（3）的出料口形成负压吸出所述生物质颗粒，并将所述生物质颗粒吹入到所述混合仓（4）内。

7.根据权利要求6所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

仓盖（401），连接于所述混合仓（4）的顶部；

滤网（402），连接于所述仓盖（401），所述滤网（402）用于在排出所述混合仓（4）内的空气时阻挡所述污泥和所述生物质颗粒飞出所述混合仓（4）；

振动电机（403），连接于所述仓盖（401）背离所述混合仓（4）的一面，用于清理所述滤网（402）下端的附着物。

8.根据权利要求7所述的用于土壤治理的污泥处理设备，其特征在于，还包括：

第二输料管（7），连通所述投料仓（3）和所述混合仓（4）；

金属管（702），连接于所述第二输料管（7）中间，所述金属管（702）连接有电源正极，所述金属管（702）用于掠夺所述生物质颗粒表面的负电荷。