印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化方法及装置

本发明涉及印染污泥处理领域，具体涉及的是一种印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化方法及装置。

背景技术：

1、印染污泥是指在纺织印染过程中产生的一种特殊类型的工业污泥，主要来源于纺织行业在对布料进行染色、印刷和后整理过程中产生的废水处理。由于印染工艺的复杂性，废水中含有各种微小纤维、染料、助剂等有机物质以及某些重金属和其他化学物质。印染污泥含有多种有机质、重金属和病原微生物等成分，其中各种微生物都是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质，水的含量在75％-85％。污泥具有容量大、不稳定等特点，有的污泥固相有机质因为含量高达42％，且分子量大、沸点高、难降解，特别容易发生腐败变质而变得恶臭，对人体有毒有害，不处理或处置不当将导致污染水入侵地下水、恶臭气体侵蚀大气等严重的二次污染事故。因此，印染污泥的妥善处理和处置是环境保护和可持续发展中的一个重要课题。

2、生物酶是最具发展前景的前沿生物技术之一，其在生物、医药、农业、食品、化工、能源开发、环境保护等方面得到了广泛应用。生物酶作为一种新型的、有好的污泥脱水方法，其有效性已经得到证实，采用溶菌酶工程菌可使难降解的高分子有机物向小分子易降解的小分子转化，有望降低印染污泥中的有机质。

3、我国核心优势产业光伏技术在全球市场优势显著，光伏电池成本越来越低。太阳光利用技术为印染污泥干化提供了新思路，取之不尽用之不竭的太阳光作为干化能量的时机非常成熟。

4、近红外加热技术，作为一种高效和环保的能源选择，展现出其在多个领域的显著优势。这项技术依赖于物质对近红外波段光能的吸收，其中分子和原子通过吸收特定波长的光子而产生振动，从而引起温度升高。这种加热方式的效率体现在能量的快速转化与传播，实现快速且均匀的加热效果，同时允许精确控制温度，减少能源浪费。与传统加热方法相比，近红外加热不仅能更有效地将能量转换为热，而且提供了均匀加热，避免局部过热的问题，使其适用于对温度均匀性有严格要求的场合。此外，作为非离子化辐射的红外线，对人体和环境友好，安全性高，适用于包括医疗、工业生产及科学研究在内的多种环境。因此，近红外加热技术以其高效、节能、精确和安全的特性，在现代科技和工业应用中扮演着越来越重要的角色。近红外处理污泥及其有机质具有节能高效(与传统加热相比节能率高达95％以上)、穿透力强(穿透率达到传统微波的200％)、降解有机物(有机质损失率60％以上，因而基本没有恶臭气味产生)、高温杀菌(细胞破壁、蛋白破坏)等优势。

5、近红外光引发剂在近红外干化过程中往往使用的是纳米颗粒，纳米颗粒表面常有的有机物和污泥中的大分子固体有机物质可紧密结合，形成靶向物质。另外，纳米颗粒本身具有极强的近红外吸收能力，在近红外处理过程中，靶向物质周围升温速度快，明显加快了污泥处理速率，能大幅度的增强近红外干化的效果。

6、根据国家对污泥稳定化、无害化、减量化、资源化发展的战略需求，充分利用污泥中的有用成分，将它变废为宝，以废治废，走污泥资源化的道路是当今世界污泥处理与处置技术发展的方向。而污泥生态安全处置技术正是促进污泥处置及资源化的重要保障前提，因此通过城市污水污泥处置及高值化利用的关键技术的实施，形成一套适用于当前城市污泥处理技术研发、设备研制及工程应用为一体的关键技术与设备是促进我国污泥处理资源化、无害化的重要举措，实现国家节能减排的重要举措之一。

7、印染污泥及其有机质以其量多、成分复杂、污染程度重等特点已成为当今生态环境中的热点和焦点问题，涉及的多孔介质传递过程、界面现象、相变问题、生化反应等科学问题，而这一问题的解决，其中将涉及到环境工程、化学工程、生物工程与环境地球化学等领域，需要多学科交叉协同进行综合研究，解决污泥处理这个日益严重的世界性问题。为此，本专利针对国家对污泥处理处置战略发展的紧迫需求和技术瓶颈，设计出印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化方法与装置，在实施污泥快速无害化处理的同时，兼顾处理成本及环境生态效益的均衡，实现污泥高值化利用，开展污泥高值化利用也会是实现经济、社会与环境协调发展的用力保障，是走可持续发展道路的必然选择。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化方法及装置。

2、为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化方法，包括以下步骤：

4、步骤1、向100重量份印染污泥中添加0.1-2重量份溶菌酶工程菌，常温下生物预处理污泥一周,得到预处理印染污泥；

5、步骤2、将制备装置的太阳能发电装置置于太阳光照充足的室外环境；

6、步骤3、向100重量份的步骤1处理后的印染污泥中添加0.01-2重量份的近红外光引发剂、0.1-2重量份的氧化剂和1-3重量份的重金属固化剂混合搅拌均匀后放置到制备装置的传送带上；

7、步骤4、启动制备装置的铁铬铝合金近红外电阻丝和排风扇，对传送带上的污泥进行加热干化；

8、步骤5、干化完毕后，传送带启动，将已干化完成的污泥运送至污泥收集仓。

9、本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

10、本发明的机构动力、近红外干化等方面的能量完全来源于太阳光，将不稳定太阳光能转化为稳定的近红外能量，近红外光学引发剂与污泥体系中的有机质充分结合，利用上下两层近红外电阻丝对污泥体系进行靶向干化，加速了干化过程；溶菌酶工程菌促进污泥胞外聚合物溶解以降低印染污泥的含碳量，初步降低污泥中有机质含量；氧化剂可以破坏微生物的细胞结构，污泥有机质被大量降解、催化氧化；重金属固化剂可以固化污泥中重金属。最终污泥中的水分降低95％以上、有机质降低60％以上(活性有机质基本无残留，残渣不能燃烧)，整个过程具有节能高效、穿透力强、降解有机物、高温杀菌等优势。本发明预留了排风扇，用于抽出干化过程中持续不断的水汽。还预留工业接口和主备电力转换开关，用于长期阴雨天气下太阳能蓄电池组和工业电的供电模式切换，确保干化过程不受极端天气影响。另外设置了温度显示器，用于监测干化机构实时温度，便于调节加热温度和时间。

11、进一步的，所述步骤1中的搅拌时间为15min，溶菌酶工程菌加入量为0.1-2重量份，常温下生物预处理污泥一周。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：生物酶作为一种新型的、有好的污泥脱水方法，其有效性已经得到证实，采用溶菌酶工程菌可使难降解的高分子有机物向小分子易降解的小分子转化，促进污泥胞外聚合物溶解以降低印染污泥的含碳量，经生物预处理过后的印染污泥有机质降低20％左右。

13、进一步的，所述步骤3的近红外光引发剂为硅质纳米颗粒和金属纳米颗粒中的任意一种或两种。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明针对污泥中活性有机质、惰性有机质、重金属等的特点，将近红外光吸收能力强、化学性质稳定、价格低廉的光引发剂引入到经过生物预处理的印染污泥中，纳米颗粒表面常有的有机物和污泥中的大分子固体有机物质可紧密结合，形成一种靶向物质。当这些纳米颗粒受到近红外光照射时，其表面会发生等离子共振现象，导致强烈的电场和热量产生，从而使近红外能量高效地聚焦在靶向物质周围，实现了近红外靶向加热干化，显著提高了污泥处理速率。此外，金属纳米颗粒还具备抑制细菌活性的能力，主要通过与细菌细胞的电荷相互作用，破坏其膜和壁，破坏电荷交换，导致dna链的断裂，干扰核糖体组装和酶活性。同时，金属纳米颗粒还能增加细菌的氧化应激活性，对其蛋白质、脂质和dna结构造成损害，达到了杀菌和消毒的效果。

15、进一步的，所述步骤3的氧化剂是次氯酸钠。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：使用了次氯酸钠氧化剂可以在有机分子中引发碳-碳键的断裂，将有机分子分解成较小的碎片。这些碎片通常会进一步氧化，形成无机产物如盐或二氧化碳，使污泥有机质含量进一步降低。

17、进一步的，所述步骤3的重金属固化剂是氢氧化钙和硫化钙中的任意一种或两种。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：污泥体系含有的主要重金属物质为铅(26.52mg/kg)、镍(37.29mg/kg)、铬(1325.12mg/kg)、锌(614.89mg/kg)、铜(129.13mg/kg)、锰(10.65mg/kg)、镉(4.01mg/kg)，其中铬、锌、铜含量最高，采用氢氧化钙、硫化钙，通过一系列化学反应将重金属离子与这些化合物中的活性物质结合，将重金属离子转化成不溶于水的稳定固体沉淀，从而将重金属离子从水溶液中固定下来，减少其毒性和环境污染。不仅可以进一步固化污泥中的重金属，也能降低有机质。

19、进一步的，传送带上印染污泥混合物的厚度为5-10mm。

20、进一步的，步骤4中的铁铬铝合金近红外电阻丝的加热温度为1000度，加热时间为300-600s。

21、进一步的，每层所述耐火微孔镂空传送带的上下表面均设置有铁铬铝合金近红外电阻丝。

22、采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据待处理的污泥总量多少和需求，确定近红外加热功率大小和时间。耐火微孔镂空传送带可以耐近红外加热干化时的1000度左右高温，微孔镂空设计保证污泥的上下表面均可受到近红外高温的干化作用。可以根据待处理的污泥总量多少和需求，确定近红外电阻丝的启动根数。

23、印染污泥生物处理光伏电池驱动近红外靶向干化装置，包括加热炉外箱、铁铬铝合金近红外电阻丝、耐火微孔镂空传送带、太阳能发电装置、排风扇、蓄电池和污泥收集仓，所述加热炉外箱内由上到下水平间隔均匀设置有多层耐火微孔镂空传送带，所述耐火微孔镂空传送带用于将污泥由加热炉外箱入口端输送到出口端的污泥收集仓，每层所述耐火微孔镂空传送带上方均设置有一层铁铬铝合金近红外电阻丝，所述铁铬铝合金近红外电阻丝用于对耐火微孔镂空传送带上的污泥进行加热，所述加热炉外箱内还设置有排风扇，所述排风扇用于在铁铬铝合金近红外电阻丝加热时进行抽风；所述太阳能发电装置用于进行太阳能发电并利用蓄电池存储电能，所述蓄电池用于向铁铬铝合金近红外电阻丝、耐火微孔镂空传送带和排风扇供电。

24、进一步的，所述铁铬铝合金近红外电阻丝与耐火微孔镂空传送带表面之间的间距为50-70mm。