利用污泥制备活性土壤改良剂的装置及方法与流程

本发明涉及固体废弃物处理领域，特别涉及一种利用污泥制备活性土壤改良剂的装置及方法。

背景技术：

我国生活污水普遍采用活性污泥法进行处理，而污泥则是该过程不可避免要产生的副产物。污泥成分非常复杂，其中又以蛋白质、多糖、腐殖质、脂类以及核糖等有机物为主。污泥的产量非常巨大，据统计，我国污水处理厂的污泥(含水率90％左右)年产总量已超过4000万t，占总固废的3.2％。目前我国对于污泥的处理状况并不乐观，多以焚烧、填埋以及农用堆肥等粗狂式处理方式为主，同时也将对环境造成二次污染。

磷矿作为生产含磷化肥及磷酸盐化学品必不可少的原料，已被我国列为战略性储备矿产资源。由于我国磷矿资源具有品位低、杂质多、嵌布粒度细的特点，磷矿用于磷化工生产前需通过各种选矿技术获得满足生产要求的磷精矿，然而每生产1t磷精矿，将产生0.45t磷尾矿，据统计，我国磷尾矿年总产量以超过800万t，其p2o5含量多在10％以下，同时含有大量的难溶性的钙、镁、硅等杂质，综合利用较为困难，造成资源的大量浪费。

污泥中普遍含有相当含量的腐殖酸，能够有效活化磷尾矿中的难溶性磷、镁、钙、硅元素，用于土壤修复、改良，具有显著效果。中国专利文献cn104892303.b(申请号cn201510252825.7)公开了一种活化磷尾矿的土壤调理机及制备方法。利用酒糟和/有机污泥与无机活化剂混合将磷矿尾矿中的难容钙、镁、磷、硅、铁活化，制备土壤调理剂。该发明虽然能够活化磷尾矿中的各类元素，但活化剂与磷尾矿适宜固-固相接触活化，活化率难以最大化，同时，该发明中将污泥作为有机活化剂，在制备土壤调理剂时重量组成占比不高，固废污泥难以实现大量利用，制备的土壤调理剂是否含有有益于土壤改良、肥效提升以及刺激作物生长的腐殖酸也不得而知。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种污泥和磷尾矿等固体废弃物进行而制备活性土壤改良剂的装置和方法，为大量综合利用固体废弃物的回收利用提供了一种全新方案。

根据本发明的一个方面，提供了利用污泥制备活性土壤改良剂的装置，包括污泥调节池、超声波处理装置、泥水分离装置、调浆池、研磨装置和浓缩干燥装置，所述污泥调节池的输出端与超声波处理装置的输入端连接以用于将污泥调节池内的污泥输送到超声波处理装置，所述超声波处理装置输出端与泥水分离装置的输入端连接，所述泥水分离装置设有上清液出口和污泥出口，所述上清液出口与调浆池的输入端连接，所述调浆池的输出端与研磨装置的输入端连接，所述研磨装置的输出端与浓缩干燥装置的输入端连接。由此，通过超声波与碱处理，使污泥中的有价组分—腐殖酸得到彻底的破解和溶出，减少污泥产出；再将污泥进行泥水分离得到的含腐殖酸上清液与固体废弃物磷尾矿混合调浆后经活化研磨、浓缩、干燥，获得含腐殖酸活性土壤改良剂。

在一些实施方式中，所述污泥调节池设有污泥输入口和氢氧化钾输入口。由此，采用氢氧化钾调节污泥的ph值，可在调节污泥ph值的同时补充钾元素。

在一些实施方式中，所述浓缩干燥装置包括浓缩器和干燥塔，所述浓缩器的输入端与研磨装置的输出端连接，所述浓缩器的输出端与干燥塔的输入端连接，所述浓缩器设有蒸气输入口和冷凝水输出口，所述干燥塔设有蒸气输出口，所述蒸气输出口与蒸气输入口连接。

在一些实施方式中，所述调浆池设有进水口和磷尾矿进料口，所述进水口与浓缩器的冷凝水输出口连接。由此，调浆池用于将从泥水分离装置分离出的含腐殖酸上清液与磷尾矿进行混合。

在一些实施方式中，利用污泥制备活性土壤改良剂的装置还包括真空过滤装置，所述真空过滤装置的输入端与泥水分离装置的污泥出口连接。由此，真空过滤装置将泥水分离装置分离出的污泥进行真空过滤得到减量化污泥，相较原始污泥，其总质量减少40％～60％。

根据本发明的另一个方面，提供了利用污泥制备活性土壤改良剂的方法，包括如下步骤：

1)污泥酸度调节：将含水污泥与氢氧化钾混合搅拌，得到ph值为8～10的污泥浆；

2)超声波处理：将步骤1)得到的污泥浆进行超声波处理，破解、溶出污泥中的腐殖酸；

3)泥水分离：将步骤2)得到的污泥浆进行泥水分离得到浓缩污泥和含有大量腐殖酸的上清液；

4)混合调浆：将步骤3)得到的上清液与磷尾矿进行混合调浆并补水至矿浆质量百分比浓度为55％～60％；此浓度适宜于矿浆的活化且有利于获得更高的研磨效率。

5)活化研磨：将步骤4)得到的矿浆研磨至磷尾矿粒径达到200目以下，得到活化的混合浆料；

6)浓缩干燥：将将步骤5)得到的活化的混合浆料进行浓缩后再进行干燥，制得含腐殖酸活性土壤改良剂。

在一些实施方式中，所述步骤1)的污泥浆ph值为10。由此，可使污泥中的腐殖酸充分溶解。

在一些实施方式中，所述步骤2)中超声波处理的超声波频率为20khz～100khz，超声波处理时间为30min～60min，处理量为每批次2～10吨，或1～20吨/小时。

在一些实施方式中，所述步骤1)中的含水污泥的含水率为90％～95％，所述步骤2)得到的浓缩污泥的水率为75％～80％，所述浓缩污泥经真空过滤，得到含水率60％～70％的减量化污泥。

在一些实施方式中，所述步骤6)中浓缩步骤所需的热源主要采用干燥形成的挥发蒸气，不足部分通过0.3mpa、130℃低压蒸汽补充；浓缩冷凝液返回步骤4)混合调浆的补充水使用。

在一些实施方式中，所述步骤6)得到的活性土壤改良剂中含有以质量百分比计的如下成份：腐殖酸0.5％～5.0％，有效钾3.0％～4.0％、有效磷5.0％～8.0％、有效镁6.0％～10.0％、有效钙15％～20％、有效硅3.0％～5.0％。

本发明的有益效果是：1、本发明以固体废弃物污泥和磷尾矿为原料，制备高附加值的含腐殖酸活性土壤改良剂，充分融合与利用了两种固废中的有价组分，是一种能够大宗化、高质化、高效化的固体废弃物资源综合利用方法。2、超声波处理和碱处理协同作用，能够充分破解、溶出污泥中的有价组分—腐殖酸，实现污泥减量化和资源化利用的最大化。3、污泥碱处理使用氢氧化钾，补充了制备的土壤改良剂钾养分的缺失，使产品养分更加均衡、完善。4、将污泥中的腐殖酸优先溶出，能够使其与磷尾矿充分作用，提高磷尾矿中各类元素的活化效果，同时制备的土壤改良剂在作用于土壤时，改良效果也更加显著。5、制备的含腐殖酸活性土壤改良剂中富含能够改良土壤、提高肥效、刺激作物生长的腐殖酸以及作物生长所需的磷、钾、镁、钙、硅等元素，适用于不同类型土壤的改良与修复。

附图说明

图1为本发明一实施方式的利用污泥制备活性土壤改良剂的装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施方式的利用污泥制备活性土壤改良剂的方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的利用污泥制备活性土壤改良剂的装置。

参照图1，利用污泥制备活性土壤改良剂的装置包括污泥调节池1、超声波处理装置2、泥水分离装置3、调浆池4、研磨装置5、浓缩干燥装置6和真空过滤装置7。

污泥调节池1设有污泥输入口11和氢氧化钾输入口12和调节进水口13，污泥调节池1内设有机械搅拌装置。含水污泥采用污泥泵输送，从污泥输入口11输入到污泥调节池1内。氢氧化钾则采用带式输送机输送，从氢氧化钾输入口12输入到污泥调节池1内与与污泥搅拌混合。

污泥调节池1的输出端与超声波处理装置2的输入端连接，污泥调节池1内的污泥通过污泥泵输送到超声波处理装置2进行超声波处理，在氢氧化钾的协同作用下以破解、溶出污泥中的腐殖酸。

超声波处理装置2输出端与泥水分离装置3的输入端连接，超声波处理后的污泥通过污泥泵输送到泥水分离装置3进行泥水分离。泥水分离装置3采用污泥离心脱水机。泥水分离装置3的上部设有上清液出口31，泥水分离装置3的下端设有污泥出口32。上清液出口31与调浆池4的输入端连接，泥水分离装置3分离出的含大量腐殖酸的上清液通过水泵输送到调浆池4内。

调浆池4设有进水口41和磷尾矿进料口42，用于调浆的水从调浆池4的进水口41输入。磷尾矿以带式输送机从磷尾矿进料口42输入到调浆池4进行搅拌调浆并使并补水至矿浆浓度达到一定值。

调浆池4的输出端与研磨装置5的输入端连接，调好的矿浆通过渣浆泵输送到研磨装置5将磷尾矿进行研磨，研磨装置5采用湿磨机。在腐殖酸的协同作用下使磷尾矿中的磷、钙、镁、硅等元素得以活化。

研磨装置5的输出端与浓缩干燥装置6的输入端连接。研磨后的矿浆通过浓缩干燥装置6浓缩并干燥后得到本发明的成品活性土壤改良剂。

浓缩干燥装置6包括浓缩器61和干燥塔62，浓缩器61的输入端与研磨装置5的输出端连接，浓缩器61的输出端与干燥塔62的输入端连接。浓缩器61设有蒸气输入口611和冷凝水输出口612，干燥塔62设有蒸气输出口621，蒸气输出口621与蒸气输入口611连接。调浆池4的进水口41与浓缩器61的冷凝水输出口612连接，以将浓缩器61产生的冷凝水输送到调浆池4进行调浆，节省水的用量。

真空过滤装置7的输入端与泥水分离装置3的污泥出口32连接，真空过滤装置7设有污泥输出口71和洗涤水输出口72。洗涤水输出口72与污泥调节池1的调节进水口13连接。真空过滤装置7采用真空过滤脱水机，过滤过程采用三级水洗对污泥进行洗涤，其中：一级洗涤使用二级洗涤滤液、二级洗涤使用三级洗涤滤液、三级洗涤使用一次水；一级洗涤滤液从洗涤水输出口72输出污泥调节池1内，经三级水洗后得到的减量化污泥从污泥输出口71输出。

实施例2

图2为根据本发明的一种实施方式的利用污泥制备活性土壤改良剂的方法的流程框图。

参照图2，利用污泥制备活性土壤改良剂的方法，包括如下步骤：

1)污泥酸度调节：将含水率为90％～95％的污泥送入污泥调节池1内并加水与氢氧化钾进行混合搅拌，得到ph值为8～10的污泥浆；

2)超声波处理：将步骤1)得到的污泥浆输送到超声波处理装置2内，采用频率为20khz～100khz的进行超声波处理，处理量为每批次2～10吨，每次处理30min～60min，或1～20吨/小时给入。利用超声波与氢氧化钾的协同作用，破解、溶出污泥中的腐殖酸；

3)泥水分离：将步骤2)得到的污泥浆采用转速为1500r/min～3000r/min的离心分离机进行泥水分离得到含水率为75％～80％的浓缩污泥和含有大量腐殖酸的上清液；

4)混合调浆：将步骤3)得到的上清液与磷尾矿进行混合调浆，并补水至矿浆质量百分比浓度为55％～60％。其中，磷尾矿中的有效成份为(以质量百分比计)：p2o5为5～10％、mgo为10～15％、cao为22～30％、sio2为3～7％、r2o3(fe2o3+和al2o3)≤2.5％。

5)活化研磨：再将调浆得到的浆料进行研磨，研磨至磷尾矿的粒径在200目以下，在腐殖酸的作用下，使磷尾矿中的磷、钙、镁、硅等元素得以活化，得到活化的混合浆料；

6)浓缩干燥：将将步骤4)得到的活化的混合浆料进行浓缩后再进行干燥，制得含腐殖酸活性土壤改良剂。

浓缩步骤所需的热源主要采用干燥形成的挥发蒸气，不足部分通过0.3mpa、130℃低压蒸汽补充；浓缩冷凝水返回步骤4)混合调浆的补充水使用。

经上述步骤后得到的活性土壤改良剂中含有以质量百分比计的如下成份：腐殖酸0.5％～5.0％，有效钾(以k2o计)3.0％～4.0％、有效磷(以p2o5计)5.0％～8.0％、有效镁(以mgo计)6.0％～10.0％、有效钙(以cao计)15％～20％、有效硅(以sio2计)3.0％～5.0％，上述的有效镁和有效钙以氧化物形式计，实际以碳酸盐形式存在，因此还包含碳酸根(以co2计)15％～25％；另外还存在fe2o3和al2o3；其余为除腐殖酸外的其他有机物。

步骤2)得到的浓缩污泥经真空过滤，得到含水率60％～70％的减量化污泥。过滤过程采用三级水洗对污泥进行洗涤，其中：一级洗涤使用二级洗涤滤液、二级洗涤使用三级洗涤滤液、三级洗涤使用一次水；一级洗涤滤液补入污泥调节池1内，最终得到含水率60％～70％的污泥渣，相较原始污泥，总质量减少40％～60％。

实施例3

在实施例1和2的基础上，本实施例为上述方法和设备的具体实施应用。包括如下步骤：

1)采用某污水处理厂产生的含水率95％的剩余活性污泥，其中有机质含量为80％，ph为7.23。

采用某磷化工企业采用反浮选工艺产出的尾矿粉，其化学成分包括(以质量百分比计)：p2o5为7.13％、mgo为12.17％、cao为26.76％％、sio2为3.59％、r2o3(fe2o3+和al2o3)为1.71％。

将污泥以污泥泵送至带有机械搅拌装置的污泥调节池1内，加水使调节池内物料刚好具有流动性，投加氢氧化钾并进行搅拌，得到ph为10.0左右的污泥浆。

2)将调节池内的污泥浆以污泥泵送至超声波处理装置2中，每批次5吨，采用40khz超声波处理30min，利用超声波与氢氧化钾的协同作用，破解、溶出污泥中的腐殖酸；

3)处理后的污泥以污泥泵输送至污泥离心脱水机内，在转速为2000r/min条件下实现固液分离，得到含大量腐殖酸的上清液和含水率为78％的浓缩污泥。

获得的含水率为78％的浓缩污泥采用盘式真空过滤机抽滤，真空压力为0.5mpa，抽滤过程中采用三级水洗对浓缩污泥进行洗涤，最终获得含水率为63％的减量化污泥。洗涤滤液补入调节池内，增加污泥流动性。

4)上清液通过水泵输送到调浆池4内，与带式输送机投入的磷尾矿粉进行充分混匀。并补水至矿浆质量百分比浓度为55％～60％。

5)以渣浆泵送入到湿磨机内进行研磨，将磷尾矿研磨到细度达200目以下，磨矿时间大致在15min左右。在腐殖酸的作用下，使磷尾矿中的磷、钙、镁、硅等元素得以活化，得到活化的混合浆料。

6)研磨后的混合浆料经过浓缩器61浓缩并经干燥塔62干燥后，获得含水率为5％的含腐殖酸活性土壤改良剂成品。

通过上述实施方式制备的含腐殖酸活性土壤改良剂成品，其中含有腐殖酸1.27％，有效钾(以k2o计)3.17％、有效磷(以p2o5计)6.82％，有效镁(以mgo计)8.63％，有效钙(以cao计)18.19％，有效硅(以sio2计)3.16％。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。