污泥微波诱导催化水解制取新材料的方法.pdf

污泥微波诱导催化水解制取新材料的方法属有机固体废弃物无害化、资源再生制取新材料领域。城市污水和工业有机废水生化法处理产生的剩余活性污泥经微波诱导快速催化水解、固氨、除臭，杀灭全部病源微生物后，采用压力流、机械冲击、研磨、活化、脱水，制取用途广泛的新材料。

1、  污泥微波诱导催化水解制取新材料的方法，其特征在于，城市污水和工业有机废水生化法处理产生的剩余活性污泥经加入有机碳化物和热载体后，采用微波诱导快速催化水解、固氨、除臭脱水再进行压力流和机械冲击、研磨脱水，最后用分级机将热载体分离，循环使用，实现无害化和资源化，生产出有多种用途的有机新材料。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，加入有机碳化物包括农作物秸杆，林业废弃物锯屑、树叶、枝桠、腐植土，人畜禽粪便，工业有机发酵废渣，植物水解行业的废渣如糠醛渣、木糖醇渣、纤维乙醇渣，加量为活性污泥的30％-150％，以干基计。

3、  如权利要求1所述方法，其特征在于，热载体包括名种尾矿砂类，石英砂，花岗石加工的废石粉、大理石加工的废石粉、细度为40筛目-80筛目，加量为活性污泥干基的5％-30％，经冲击、研磨脱水后由分级机分离出，循环使用，分级机送料热水温度100℃-200℃，分级转子的转数为3000转-10000转，风压0.05MPa-0.3MPa，通过变频调速器调节电机转数，来调节分级机转子转数和风机风压。

4、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，微波诱导快速催化水解、固氨、除臭，所采用的微波频率为915MHz，温度为100℃-150℃，微波诱导催化水解反应时间为3分钟-20分钟。

5、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，压力流脱水，产生压力流的空压机出口温度80℃-110℃，压力为0.7MPa-1.5MPa，热空气体积为物料体积的50％-100％。

6、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，机械冲击、研磨脱水，采用卧式涡轮冲击式微粉机，涡轮转数为每分钟3000转-10000转，循环冲击研磨时间为2分钟-10分钟，冲击研磨产生温度为150℃-250℃。

7、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，无害化为微波诱导催化水解全部杀灭所有的病菌，病毒，衣原体，支原体和分解所有的生物毒素。用分级机分出热栽体循环使用，资源化为分级机分出的清净的有机新材料，具有广泛用途；可做为高效有机肥料，工厂化育苗的营养钵，化肥增效剂，绿色颜料的主要原料，人造板的无甲醛粘合剂原料，制取泡沫灭火剂，制取油田钻井助剂材料，新材料质量控制：含水量5％-8％，细度200筛目-800筛目，有机碳化物含量≥80％，总氮含量≥1.5％。

污泥微波诱导催化水解制取新材料的方法
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物无害化、资源再生制取新材料领域。
背景技术
城市污水和工业有机废水生化法处理产生的剩余活性污泥，传统方法是厌氧消化法，利用发酵产生的60℃-80℃的发酵热，杀灭虫卵和病菌。长期发酵做到减量化。优点是方法简单，运行成本低。其缺点是发酵时间长，二十天以上。在厌氧发酵过程中，产生大量的温室气体；CO₂、CO、NO_X、SO₂、CH₄和恶臭气体，H₂S、HCN、有机硫、有机胺、醛、酮类，蚊蝇寄生环境卫生很差，二次污染严重。目前都不愿采用此法。由于厌氧发酵时间长，有机营养大部分挥发损失。消化的污泥虽然减量，但没有什么利用价值，如做肥料，由于被浓缩的重金属污染，具有生态风险，只能做二次填埋处理，浪费了宝贵资源。由于厌氧消化时间长，构筑物占地面积很大，工程造价高。
二十一世纪从美国引进了活性污泥的干化—焚烧法的技术和设备。该法优点是减量化程度高，无害化程度也高。但缺点是燃烧过程中产生CO₂、CO、NO_X、SO₂等大量温室气体，存在二次污染，产生的飞灰有超标重金属和二恶英，属危险品废弃物。产生的炉渣，也有超标重金属。都需要按照危险品废弃物进行二次填埋处理，又增加了处理成本。
由于活性污泥存在大量微生物蛋白质，特别亲水，不易脱水干化，需要消耗大量能源，运行成本很高，设备投资也很高，而且没有资源回收，国内很少采用此法。
国内外迫切需要具有无害化彻底，避免二次污染，工程投资低，有资源回收再利用的技术。
发明内容
城市污水和工业有机废水生化处理产生的剩余活性污泥加入有机碳化物(包括农作物秸杆，林业废弃物；锯屑、枝桠、腐植土，人畜禽粪便，工业有机发酵废渣、植物水解行业的废渣；如糠醛渣、木糖醇渣、纤维乙醇渣)，先经去杂破碎、粉碎后再加入，目的增加活性污泥的有机碳水解成份，同蛋白质水解物发生美拉德反应，优点是固定蛋白质水解物的氨基、使之稳定化，形成氮碳复合物的新材料。不再被分解成无机硫、有机硫、有机胺类，可除臭，又不损失蛋白质资源，又可拓宽资源化应用范围。加入量为活性污泥的30％-150％，以干基计。加入热载体材料，包括各类尾矿砂类，石英砂类，花岗石、大理石材加工后的废石粉，经破碎后的细度为40筛目-80筛目，加量为活性污泥干基计的5％-30％。加入的目的一是增加热的传导，做为热载体。二是对活性污泥的粘性，热载体有分散作用。三者混和搅拌均匀后，采用微波诱导快速催化水解、固氨、除臭、脱水，然后采用压力流脱水和机械冲击研磨方法再脱水后，用分级机将热载体分离出来，循环使用。分级机的原理是除进料口用热风送料外，还增加了二次进风口，物料由加料器输送入加料室内，在分级转子和分栅叶片之间充分分散并进行反复循环分级。比重大的热载体被甩至内筒壁，细粉随气流穿过转子叶片间隙由上部出口排出，进入系统的捕集装置，热载体粉在调隙锥处由于二次空气的风筛作用，把混入热载体粒中的干污泥粗粒，进一步分析出，送至分级室做进一步分级。污泥细粉从分级机上部测面出口出料，经螺旋集料器，布袋集料器下部出料口出料。热载体料从分级下口排出，进热载料槽循环使用。分级机除分出热载体外，如在入料口用热风送料又可起干燥脱水作用。热风温度为100℃-200℃，分级转子转数为3000-10000转，可用变频调速器调转数，风机压力为0.01MPa-0.3MPa，也可通过用变频调速器调电机转数来调节风压。
活性污泥用微波诱导催化水解是微波除热效应之外的催化效应叫微波诱导催化，以区别于化学催化，特点是催化速度快，如果用化学催化水解需1小时，微波诱导催化只需3分钟-20分钟。反应速度快，产生的温度为100℃-150℃，由于交变电场作用，从物质内部加热反应开始。如果用化学催化反应，温度需要150℃-250℃。显著节能，省去了锅炉系统。用电，不用燃料。节省了造价，除低了成本。避免了燃料燃烧所产生的二次污染。微波发生器所产生的微波频率为915MHZ。微波诱导催化水解能将有机碳化物催化水解为不同分子量的糖类，微生物经微波破壁，蛋白质释放出来，再催化水解成小分子蛋白，蛋白栋、多肽、低聚肽，直到氨基酸，再发生分子重排的美拉德反应，形成氮碳复合物的新材料。使微生物不能再继续分解，达到了化学稳定化，而固定氨基化合物，同时除臭。微波诱导催化水解，由于从分子内部产生交变静电场的热效应和电化学，电磁场效应，使微生物蛋白失活，全部杀灭所有病菌、病毒、衣原体、支原体和分解生物毒素，属于清洁化节能减排循环经济处理方法。
经微波诱导催化水解后，已经脱掉了相当一部分水，由原80％下降到50％左右，使内部靠氢键结合的化合水、吸湿水转化成表面游离水。继续用空压机产生的压力流脱水，由于空压机产生的摩擦热和压缩热，出口温度可以达到80℃-110℃，其它行业往往需要冷却，本工艺由于需要热空气，不用冷却系统，空压机的压力为0.7MPa-1.5MPa。热空气体积是物料体积的50％-100％。将空压机出口空气压入保温型的贮气罐。将微波秀导催化水解处理后的含水活性污泥输送至压力流脱水罐，再从贮气罐压入压力流脱水罐，以动能的机械冲击为主，热能为辅的方法将含水活性污泥的水份被强制以压力冲击方式，快速带走。水份由50％左右下降到30％左右。热源和压力都是空压机产生，省去了能源设备如锅炉系统类。用电能转化成机械能，再转化成热能。用这两种能源来脱水用比传统方法靠高温常压热风干燥脱水方式节省电能50％以上。设备体积大大减小，降低了干燥系统的造价，节省干燥脱水的运行成本。
压力流脱水罐经压力流脱水后进入机械冲击研磨机进行冲击、研磨并继续脱水。热风仍然用空压机产生的热风，由于机械冲击式研磨机涡轮转数高达3000转-10000转，冲击研磨自身磨擦产生高温达150℃-250℃，循环冲击研磨时间只需2分钟-10分钟，就将活性污泥含水量由30％左右降到10％左右。再经分级机的干燥脱水作用水份降到5％左右。冲击式机械研磨作用，一是解决快速脱水问题，二是活性污泥经冲击研磨，粒子变细，达200筛目-800筛目，又彻底灭菌。由于机械化学作用，使表面得到活化，造成断键、缺失和空穴，产生了催化性能和化学、物理吸收附性能。制成的新材料，由多方面的优异性，拓宽了它的应用范围。此种有机新材料具有多方面用途；可做高效有机肥料，工厂化育苗的营养钵，化肥增效剂，保存养分，减少流失，提高养分利用率，减少养分用量，产生很好的肥效。由于美拉德反应产生了类黑素，可进一步制取黑色和褐色的生态型无毒颜料，代替化学合成的有毒的苯胺系颜料。而且生产成本很低。由于它是氮碳复合物，可做人造板的无甲醛粘合剂的原料，还可制取泡沫灭火剂，制取油田钻井助剂。这种新材料的质量控制为含水量5％-8％，细度200筛目-800筛目，有机碳化物含量≥80％，TN含量≥1.5％。
附图说明
图1为本发明的活性污泥微波诱导催化水解制取新材料的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
活性污泥加有机碳化物中的一种或二种以上，去杂粉碎到60筛目，加量为干基计的50％。加热载体石英砂80筛目，加量为活性污泥干基的20％。三种原料进混和搅拌机，搅拌均匀后输送到微波催化水解装置，开动微波发生器，产生微波的频率为915MHz，产生的温度为120℃，微波诱导催化水解反应时间为5分钟，在微波诱导催化水解作用下，活性污泥和有机碳化物被分解成小分子碳化物和氮化物，再经分子重排，形成碳氮复合物，同时使水份由原来的80％下降到50％左右。然后进压力流脱水罐。由空压机出口产生的90℃热空气，压力为1.5MPa，热空气体积为物料体积的50％，经热空气贮罐进压力流脱水罐，进行强制快速速脱水。由于压力热空气的冲击作用，迅速脱水，水份由原来的50％左右下降到30％左右，接着进涡轮式冲击研磨机进行循环冲击研磨处理，涡轮转数为每分钟6000转，循环冲击研磨时间为3分钟，冲击研磨产生的温度为150℃，含水量由30％左右降到10％左右。碳氮复合物细颗粒由分级机上口螺旋集料器和布袋集料器出料进贮槽。由于比重不同，热载体石英砂从分级机下口流出，再输送到热载体贮罐循环使用。被分离的清洁新材料由贮槽经计量包装机，计量包装封袋最后入库。
新材料的主要质量指标为：含水量≤5％，细度为600筛目，有机碳化物不小于80％，总氮量不少于1.5％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。