一种固液混合物的处理系统及处理方法与流程

本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种固液混合物的处理系统及处理方法，特别是一种对悬浮液稀释处理及颗粒回收循环利用的处理系统及处理方法。

背景技术：

环境中的颗粒物质，例如地表水的底泥沉积或污染土壤，通常是必须被去除的。为了减少废弃物的量并回收利用部分物质，需处理悬浮液。这个处理过程通常涉及分选和淋洗一个或多个粒径组分。

悬浮液的特征在于混合了无机颗粒，有机固体和水。为了分离及淋洗，悬浮液处理工艺的第一步必须是用水进行稀释。稀释是使颗粒流动并从无机物质中分离有机物的前提条件。稀释的最低比例主要取决于有机物含量。有机物的质量分数越高，则需要越多的稀释用水。基于颗粒来源，有机固体含量变化范围很大。因此，稀释用水必须控制为有机物含量的函数以便将总的需水量减至最少。然而，有机物的性质决定了直接在线测量有机物浓度是不可行的。

目前，现有的方法一般是先对悬浮液进行稀释，然后再进行处理。如果悬浮液中含有有机物及其他污染物，必须在颗粒回用前或者向环境排放前进行处理。所以，目前对这种悬浮液的处理，通常会采用大量的水进行稀释，以保证有机物能全部游离，造成了需水量大，水处理成本高，不环保。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明公开了一种固液混合物的处理系统及处理方法，根据悬浮液的实际组成，从而控制稀释水量以减少水的总消耗量。此技术方案可以用于底泥，土壤及颗粒悬浮液的处理。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种固液混合物的处理方法，所述固液混合物包含无机颗粒、有机物固体和水，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤s1，向固液混合物中加水进行稀释得到悬浮液；

步骤s2，分选阶段；将悬浮液进行分选得到分选溢流液和分选出的颗粒；

步骤s3向分选出的颗粒中加入淋洗水进行淋洗脱水后得到淋洗溢流液和去除固体。去除固体在淋洗脱水后可循环利用；

步骤s4，对分选溢流液和淋洗溢流液进行脱水得到滤出液和脱水残渣；

步骤s5，对滤出液进行处理以回用；

其中，步骤s1中的固液混合物的稀释水的流量通过以下步骤确定：

步骤s101，用第一虚拟感应器测量稀释后的悬浮液的总固体质量分数；

步骤s102，用第二虚拟感应器测量稀释后的悬浮液的有机物质量分数；

步骤s103，用第三虚拟感应器测量分选及淋洗脱水阶段后的剩余固体质量分数；

步骤s104，根据稀释后固体质量分数的设定值，通过总固体质量分数、有机物质量分数、分选及淋洗脱水阶段后的剩余固体质量分数控制步骤s1的稀释水的流量。

优选的，滤出液在经过步骤s4脱水，步骤s5进行水处理后，作为稀释水和淋洗水。

采用此技术方案，将固液混合物先进行预处理和稀释，加入稀释水以使有机物质游离并打破板结块，对经稀释的悬浮液所要求的固体含量取决于有机物质量分数。然后稀释后的悬浮液进入分选阶段，分选出的颗粒通过淋洗和脱水被进一步处理，加入淋洗水以去除剩余的有机物和颗粒，回收的颗粒经脱水后排放，或者进一步循环利用。

分选的溢流液和淋洗脱水的溢流液包含水、有机物质及剩余无机固体，然后合并溢流液进入溢流液脱水阶段得到滤出液和脱水残渣。脱水后的残渣被弃置。滤出液被引入水处理阶段，经过水处理可以作为稀释水和淋洗水，进一步作内部循环使用。这相当大地减少运行费用以及对环境的影响，任何剩余水都可以被安全排放。

优选的，固液混合物的水含量在40％-60％之间，有机物质量分数通常在总固体物质的1％-20％间变化，为了在分选阶段及淋洗脱水阶段达到较高的处理效率，固液混合物必须稀释到恒定的固体含量。而控制稀释水的目的在于平衡不同组成的原进水固液混合物。而本发明的方案可以稳定稀释悬浮液的总固体含量。另外，高效率的颗粒分选需要恒定的固体质量分数xm，有机物含量越高，所需稀释水就越多。本发明的技术方案通过自动控制方法及稀释水内部循环，可以降低总用水量。

作为本发明的进一步改进，所述总固体质量分数由第一虚拟感应器基于悬浮液的密度、各组成物密度以及有机物的质量分数计算得出。

作为本发明的进一步改进，所述有机物质量分数由第二虚拟感应器基于分选阶段前后的悬浮液的流量及密度、水密度及分选阶段后的剩余总固体分数的测量值计算得出。

作为本发明的进一步改进，所述分选及淋洗脱水阶段后的剩余固体质量分数由第三虚拟感应器根据下列测量值计算得出：分选阶段前后的流量及密度，水密度，淋洗水流量测量，去除的固体质量及稀释后的固体质量分数设定值。

作为本发明的进一步改进，步骤s1后，所述悬浮液的总固体质量分数xm通过式(1)计算得到：

式(1)中，

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1后的悬浮液的密度；

ρw为水的密度；

ρsi为无机固体的密度；、

ρsi为有机物的密度；其中，ρw、ρsi、ρsi为常数；

ym为悬浮液的有机物质量分数。

作为本发明的进一步改进，所述悬浮液的有机物质量分数ym通过式(2)计算得出；

式(2)中，

qm为步骤1后的悬浮液的流量；

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1后的悬浮液的密度；

qe为步骤s2和s3后的合并溢流液的流量；

ρe为步骤s2及s3后通过密度测量装置测量的合并溢流液的密度；

ρw为水的密度；

re为步骤s2及s3后剩余固体质量分数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s2及s3后的合并溢流液中剩余固体质量分数re通过式(3)计算得出：

式(3)中，

qm为步骤s1后稀释后的悬浮液的流量；

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1后的悬浮液的密度；

qe为步骤s2和s3后的合并溢流液的流量；

ρe为步骤s2和s3后通过密度测量装置测量的合并溢流液的密度；

ρw为水的密度；

qd2为淋洗水的流量；

mr为去除固体的质量通量；

xr为去除固体的固定含量；

xm.sp为稀释后的总固体质量分数的设定值。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中的固液混合物的稀释水的流量确定还包括：

步骤s105，调整稀释后的总固体质量分数的设定值作为有机物质量分数的函数。

本发明的技术方案是一种以总固体组成成分和有机物质量分数为参数的函数控制悬浮液稀释过程的处理方法，此方法可以稳定固体含量并提高颗粒分离效率，通过调节与有机物含量相关的固体质量分数，可以提高有机物去除效率。该方法可以提高回收颗粒的品质，使回收颗粒可以循环利用，进而减少总体稀释用水需求量，降低后续处理工艺的水力荷载，减少水处理成本及对环境的影响。该方法可以应用到各种固液混合物的处理，如地表水体底泥及受污染土壤。

作为本发明的进一步改进，步骤s5中，将滤出液进行水处理后的水作为步骤s1中的稀释用水和步骤s3的淋洗用水，脱水后的残渣被弃置。

本发明还提供了一种固液混合物的处理系统，其采用如上所述的固液混合物的处理方法进行处理，其包括稀释单元、分选单元、淋洗脱水单元、溢流液脱水单元、水处理单元和控制装置。所述固液混合物在稀释单元加水稀释后，进入分选单元，所述分选单元的固体出口与淋洗脱水单元连接；所述分选单元及淋洗脱水单元的液体出口与溢流液脱水单元连接。所述淋洗脱水单元的固体出口排放至循环利用；所述溢流液脱水单元与水处理单元连接，所述水处理单元的出口与稀释水流量控制装置及淋洗脱水单元相连。所述稀释水流量控制装置与稀释单元相连。

所述控制装置包括控制器、用于测量稀释后的悬浮液的总固体质量分数的第一虚拟感应器、用于测量稀释后的悬浮液的有机物质量分数的第二虚拟感应器、用于测量剩余固体质量分数的第三虚拟感应器。

所述第一虚拟感应器、第二虚拟感应器和第三虚拟感应器、稀释水流量控制装置与控制器连接。所述控制器根据第一虚拟感应器、第二虚拟感应器和第三虚拟感应器的反馈信号控制稀释水流量控制装置的流量。

作为本发明的进一步改进，所述水处理单元的出口与稀释水流量控制装置和淋洗脱水单元连接。

作为本发明的进一步改进，所述稀释单元后设有悬浮液密度测量装置和悬浮液流量测量装置；所述溢流液脱水单元前设有溢流液密度测量装置和溢流液流量测量装置；所述淋洗脱水单元前设有淋洗水流量测量装置；所述淋洗脱水单元后设有去除固体的质量流量测量装置。

所述第三虚拟感应器获取悬浮液密度测量装置、悬浮液流量测量装置、溢流液密度测量装置、溢流液流量测量装置、淋洗水流量测量装置、去除固体的质量流量测量装置的信号计算得到剩余固体质量分数；所述第二虚拟感应器获取悬浮液密度测量装置、悬浮液流量测量装置、溢流液密度测量装置、溢流液流量测量装置的信号，并获取第三虚拟感应器计算得到的剩余固体质量分数，由此计算得到悬浮液的有机物质量分数；所述第一虚拟感应器获取悬浮液密度测量装置的信号，并获取第二虚拟感应器计算得到的悬浮液的有机物质量分数，由此计算得到悬浮液的总固体质量分数；所述第一虚拟感应器、第二虚拟感应器与控制器连接。所述控制器根据稀释后的固体质量分数的设定值、第一虚拟感应器反馈的悬浮液的总固体质量分数及第二虚拟感应器反馈的悬浮液的有机物质量分数来控制稀释水流量控制装置。

作为本发明的进一步改进，所述控制器包括主控制器和用于调节固体质量分数的设定值的二级控制器，所述第二虚拟感应器与二级控制器连接，所述二级控制器、第一虚拟感应器与主控制器连接，所述主控制器与稀释水流量控制装置连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，提供了一种为控制稀释用水作为悬浮液中总固体质量分数及有机物含量的函数的方法；本方法是于对悬浮液密度的简单可靠的测量及流量测量，根据分选阶段前后的密度比以及系统的流量和质量平衡，实际的总固体质量分数xm和有机物质量分数ym可以计算得出用水量，优化了稀释用水量，从而提高整个工艺的稳定性和有效性，减少总的工艺水所需量。

附图说明

图1是本发明一种固液混合物的处理系统的连接示意图。

图2是本发明一种固液混合物的处理系统的控制装置的连接示意图。

图3是本发明一种固液混合物的处理系统的稀释控制示意图。

附图标记包括：s1-稀释单元，s2-分选单元，s3-淋洗脱水单元，s4-溢流液脱水单元，s5-水处理单元，11-悬浮液密度测量装置，12-悬浮液流量测量装置，13-溢流液流量测量装置，14-溢流液密度测量装置，15-淋洗水流量测量装置，16-去除固体的质量流量测量装置，17-稀释水流量控制装置，21-第一虚拟感应器，22-第二虚拟感应器，23-第三虚拟感应器，24-主控制器，25-二级控制器。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～图3所示，一种固液混合物的处理系统，所述固液混合物包含无机固体、有机物和水；所述固液混合物的处理系统包括稀释单元s1、分选单元s2、淋洗脱水单元s3、溢流液脱水单元s4、水处理单元s5和控制装置。所述固液混合物在稀释单元s1加水稀释后，进入分选单元s2。所述分选单元s2的固体出口与淋洗脱水单元s3连接；所述分选单元s2及淋洗脱水单元s3的液体出口与溢流液脱水单元s4连接。所述淋洗脱水单元s3的固体出口排出以循环利用。所述溢流液脱水单元s4的液体出口与水处理单元s5连接；所述稀释单元s1的与稀释水流量控制装置17连接；所述水处理单元s5的出口与稀释水流量控制装置17及淋洗脱水单元s3连接。溢流液脱水单元s4的滤出液处理后内部循环作为稀释用水和淋洗用水，溢流液脱水单元s4脱水后的残渣被弃置。

将待处理的固液混合物加入到稀释单元s1中，加入稀释水进行稀释处理，得到稀释后的悬浮液。将悬浮液引入到分选单元s2进行分选，得到分选溢流液和分选后的颗粒，将分选后的颗粒引入到淋洗脱水单元s3进行淋洗，得到淋洗溢流液和去除固体，去除固体排出进行回收；淋洗溢流液和分选溢流液流入溢流液脱水单元s4脱水并得到滤出液和脱水残渣。引入滤出液到水处理单元s5进行处理作为稀释水和淋洗水回用或排放。脱水残渣弃置处理。

所述控制装置包括主控制器24、二级控制器25，用于测量稀释后的悬浮液的总固体质量分数的第一虚拟感应器21、用于测量稀释后的悬浮液的有机物质量分数的第二虚拟感应器22、用于测量剩余固体质量分数的第三虚拟感应器23。所述第一虚拟感应器21、二级控制器25、稀释水流量控制装置17与主控制器24连接。

所述第二虚拟感应器22、主控制器24与二级控制器25连接。

主控制器24根据第一虚拟感应器21的反馈信号控制稀释水流量控制装置17的流量。主控器24的固体质量分数设定值由二级控制器25控制。

如图3所示，所述稀释单元1后设有悬浮液密度测量装置11和悬浮液流量测量装置12，所述溢流液脱水单元s4前设有溢流液流量测量装置13和溢流液密度测量装置14，所述淋洗脱水单元s3前设有淋洗水流量测量装置15；所述淋洗脱水固体单元s3后设有去除固体的质量流量测量装置16；

所述第三虚拟感应器23获取悬浮液密度测量装置11、悬浮液流量测量装置12、溢流液流量测量装置13、溢流液密度测量装置14、淋洗水流量测量装置15、去除固体的质量流量测量装置16的信号和主控制器24的悬浮颗粒固体分数设定值，由此计算得到剩余固体质量分数；

所述第二虚拟感应器22获取悬浮液密度测量装置11、悬浮液流量测量装置12、溢流液流量测量装置13、溢流液密度测量装置14的信号，并获取第三虚拟感应器23计算得到的剩余固体质量分数，由此计算得到悬浮液的有机物质量分数；

所述第一虚拟感应器21获取悬浮液密度测量装置11的信号，并获取第二虚拟感应器22计算得到的悬浮液的有机物质量分数，由此计算得到悬浮液的总固体质量分数。

如图2和图3所示，所述第三虚拟感应器23与第二虚拟感应器22连接，所述第二虚拟感应器22与第一虚拟感应器21、二级控制器25相连。第一虚拟感应器与主控器24相连。

所述主控制器24与稀释水流量控制装置17连接。所述控制器根据二级控制器25的稀释后固体质量分数的设定值、第一虚拟感应器21反馈的悬浮液的总固体质量分数控制稀释水流量控制装置，进行流量调节。

实施例2

采用上述系统进行固液混合物的处理，包括以下步骤：

步骤s1，向固液混合物中加水进行稀释得到悬浮液；

步骤s2，分选阶段；将悬浮液进行分选得到分选溢流液和分选出的颗粒。

步骤s3向分选出的颗粒中加入淋洗水进行淋洗脱水后得到淋洗溢流液及去除固体。去除固体在淋洗脱水后可循环利用。

步骤s4，对分选溢流液和淋洗溢流液进行脱水得到滤出液和脱水残渣。

步骤s5，滤出液需经处理以回用。

其中，步骤s1中的固液混合物的稀释水的流量通过以下步骤确定：

步骤s101，用第一虚拟感应器测量稀释后的悬浮液的总固体质量分数；

步骤s102，用第二虚拟感应器测量稀释后的悬浮液的有机物质量分数；

步骤s103，用第三虚拟感应器测量分选及淋洗脱水阶段后的剩余固体质量分数；

步骤s104，根据稀释后固体质量分数的设定值，通过总固体质量分数、有机物质量分数、分选及淋洗脱水阶段后的剩余固体质量分数控制步骤s1的稀释水的流量；

步骤s105，调整稀释后的总固体质量分数的设定值作为有机物质量分数的函数。

稀释水用量由稀释后的悬浮液中的实际固体含量控制。其中，所述悬浮液的总固体质量分数由第一虚拟感应器基于悬浮液的密度、各组成物密度以及有机物的质量分数计算得出；具体来说，步骤s1后，所述悬浮液的总固体质量分数xm通过式(1)计算得到：

式(1)中，

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1后的悬浮液的密度；

ρw为水的密度；

ρsi为无机固体的密度；

ρso为有机物的密度；

ym为悬浮液的有机物质量分数。

其中，水的密度ρw，无机固体的密度ρsi，有机物的密度ρso对指定悬浮液为常数。

所述有机物质量分数由第二虚拟感应器基于分选阶段前后的悬浮液的流量及密度、水密度及分选阶段后的剩余总固体分数的测量值计算得出；具体来说，所述悬浮液的有机物质量分数ym通过式(2)计算得出；

式(2)中，

qm为步骤s1后的液体流量；

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1的悬浮液后的密度；

qe为步骤s2及s3后的合并溢流液流量；

ρe为通过密度测量装置测量的分选步骤s2和淋选脱水步骤s3后的合并的溢流液的密度；

ρw为水的密度；

re为分选步骤s2和淋洗脱水步骤s3后的合并溢流液的剩余固体质量分数。

其中，水的密度ρw为常数。

所述分选步骤s2和淋洗脱水步骤s3后合并溢流液中剩余固体质量分数由第三虚拟感应器根据下列测量值计算得出：分选阶段前后的流量及密度，水密度，淋洗水流量测量，去除固体的质量及稀释后的固体质量分数设定值。因为去除固体经清洗已去除了有机物，并在步骤s2确定了颗粒粒径分布，去除固体的固体含量xr对特定的悬浮液来说是常数。稀释后的悬浮液的固体含量被控制与设定值xm.sp相等。

具体来说，所述分选阶段后的去除固体质量分数re通过式(3)计算得出：

式(3)中，

qm为步骤s1后稀释后的悬浮液的流量；

ρm为通过密度测量装置测量的步骤s1后的悬浮液的密度；

qe为步骤s2和s3后的合并溢流液的流量；

ρe为通过密度测量装置测量的合并溢流液的密度；

ρw为水的密度；

qd2为淋洗水的流量；

mr为去除固体的质量通量；

xr为去除固体的固定含量；

xm.sp为稀释后的总固体质量分数的设定值。

采用上述方法，剩余固体质量分数re由第三虚拟感应器根据在线检测设备悬浮液密度测量装置、悬浮液流量测量装置、溢流液密度测量装置、溢流液流量测量装置、淋洗水流量测量装置、去除固体的质量流量测量装置的信号决定。re的计算值用来确定第二虚拟感应器中稀释悬浮液的有机物质量分数ym。另外，悬浮液密度测量装置、悬浮液流量测量装置、溢流液密度测量装置、溢流液流量测量装置的在线信号也被用于计算第二虚拟感应器的有机物质量分数ym。稀释悬浮液的固体质量分数xm由第一虚拟感应器根据悬浮液密度测量装置的在线信号以及由第二虚拟感应器计算得出的有机物质量分数ym而决定。

主控制器通过由第一虚拟感应器得到的固体质量分数xm过程值以及固体质量分数设定值xm.sp来控制稀释水。固体质量分数的设定值根据第二虚拟感应器中的实际有机物质量分数ym调整。调节后的设定值xm.sp由二级控制器确定，其为第二虚拟感应器中信号的函数。如果偏差值(设定值及实际过程值之差)超过了指定范围，则调整设置点xm.sp。

采用本发明的方法，可以优化稀释用水量，从而提高整个工艺的稳定性和有效性，减少总的工艺水所需量，降低后续处理工艺的水力荷载，减少水处理成本及对环境的影响。该方法可以提高回收颗粒的品质，使回收颗粒可以循环利用。

估计稀释水用量平均至少减少25％。这也意味着水处理及附属工艺的能耗及化学药剂成本上至少可以减少四分之一。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。