[发明专利]一种用于生物固体物质的微波辐射溶剂萃取联用深度脱水的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物固体物质脱水的方法及系统，具体涉及一种低能耗的生物固体物质的微波辐射溶剂萃取联用深度脱水的方法及脱水装置。

背景技术

目前我国每年都会产生大量的生物固体废物或生物固体物质，比如废水污泥、制药厂菌渣、藻渣、食品工业残渣、发酵残渣、高含水煤、农业残渣，并且产生量很大。每年仅城市污水厂污泥的产生量就是3000万吨，抗生素副产品菌渣年排放量达到180万吨以上，藻渣100万吨以上。这些生物固体废物含水率高，体积庞大，必须经脱水处理减少其体积。

以脱除水分的方式不同，生物固体物质的脱水方法可分为蒸发型脱水和非蒸发型脱水两大类。

蒸发型脱水是通过水分蒸发而实现污泥的脱水，如干化脱水，干化是一种利用热能将污泥中水分快速蒸发的处理工艺，根据热能的来源和加热方法的不同，可分为流化干燥、过热蒸汽干燥、间壁干燥、红外辐射干燥、对撞流干燥等。干化脱水技术优点包括脱水过程中污泥性状稳定、不易粘结、不易产生沼气，产生的气体难燃不易爆，干化后污泥含水率低于10％。其缺点是投资大，运行费用高，同时对管理和操作技术要求高。

非蒸发型脱水主要包括离心、压滤等机械脱水方法和以溶剂置换为代表的非常规脱水方法。机械脱水是以过滤介质两侧的压力差作为推动力，使生物固体物质中的水分被强制通过过滤介质，以液态形式脱去。如污泥经机械脱水含水率在短时间内降低到80％，但含水率依然较高，后续处理处置困难。因此，要进一步脱水必须采用其它深度脱水或干燥技术。

溶剂萃取脱水：以不消耗水的蒸发潜热为目的，不使生物固体物质中水分蒸发，通过溶剂与污泥的混合和相互作用而使水分以溶解、吸收、交换等方式从污泥中向溶剂中转移，然后使生物固体物质与含水溶剂分离，将水的形态保持在液态直接脱去。

微波在生物固体物质处理中可以提高生物固体物质脱水性能和可降解性能，微波在液相中产生热效应和声化学效应破解生物固体物质絮体、菌胶团和细胞体，使生物固体物质中结合水向自由水转化。微波辅助溶剂萃取脱水的方法高效稳定，应用潜力巨大。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种低能耗生物固体物质微波辐射溶剂萃取联用深度脱水方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种应用于上述脱水方法的脱水装置。

技术方案：为实现上述技术方案，本发明提供一种生物固体物质微波辐射溶剂萃取联用深度脱水方法，包括如下步骤：

(A)微波辐射预处理：对待处理生物固体物质进行微波辐射处理；

(B)溶剂萃取脱水：使用脱水溶剂与经步骤(A)微波辐射处理后的生物固体物质接触，使生物固体物质中的水分溶解于脱水溶剂中；

(C)固液分离：将步骤(B)得到的体系经固液分离得到脱水生物固体物料和溶剂-水混合液；

(D)溶剂回收：将步骤(C)得到的溶剂-水混合液中的溶剂和水分离，回收溶剂再利用。

步骤(A)中，所述的微波辐射的条件为辐射功率0.1～100000W，辐射时间为0.1～600分钟，更优选地，辐射功率为0.1～800w，辐射时间为0.1～60分钟。

步骤(B)中，所述的脱水溶剂是在常温常压下为气态或易于气化的有机溶剂(即在常温常压下沸点小于25℃的有机溶剂，或在常压25～99℃范围内加热能够气化的有机溶剂)，且在液化状态下与水相互溶解的有机溶剂。优选地，所述的有机溶剂为烷基溶剂、醇溶剂、醛类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂中的任意一种或几种的混合物。更优选地，所述的烷基溶剂为丙烷、丁烷、乙烷、异丁烷中的任意一种或几种的混合物；所述的醇溶剂为甲醇、乙醇中的任意一种或几种的混合物；所述的醛类溶剂为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛中的任意一种或几种的混合物；所述的酮类溶剂如环丙烯酮；所述的醚类溶剂为乙丙醚、二乙基醚、甲乙醚、二甲醚和乙基甲基醚中的任意一种或几种的混合物。更优选地，所述溶剂为丁烷、乙醇、甲醛、环丙烯酮、甲乙醚、二甲醚中的任意一种或几种的混合物。

步骤(B)中，溶剂萃取脱水是在0～99℃、0～10.0MPa的条件下操作的。

步骤(C)中，固液分离的方法为过滤或离心。

步骤(D)中，溶剂和水分离采用减压蒸发或静置分离或离心分离或蒸馏分离的方式。