CN111014267A

CN111014267A - 一种复配综合赤泥生态修复系统及修复方法

Info

Publication number: CN111014267A
Application number: CN201911367787.4A
Authority: CN
Inventors: 曹亦俊; 王重庆
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN111014267B

Abstract

本发明涉及一种复配综合赤泥生态修复系统和修复方法，属于赤泥生态修复技术领域，解决了现有赤泥碱性调控化学物质用量大以及赤泥土壤化处理时其他成分复杂、成本高、赤泥消耗量小的问题。本申请包括以下步骤：步骤1、破碎农林废弃物和牲畜粪便，得到农林废弃物和牲畜粪便的破碎混合物，将破碎混合物送入搅拌设备中进行搅拌，得到混合原料；步骤2、将步骤1中制备的混合原料加入对发酵设备中进行发酵处理，发酵处理后得到的发酵产物；步骤3、将发酵产物、水和催化剂按一定的比例加入到高压反应釜进行水热炭化；步骤4、将水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中，搅拌并放置，得到修复赤泥。本申请实现了赤泥的生态修复。

Description

一种复配综合赤泥生态修复系统及修复方法

技术领域

本申请涉及赤泥生态修复技术，尤其涉及一种复配综合赤泥生态修复的方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产工艺过程产生的固体废渣，我国赤泥总堆存量超过6亿吨，每年产生赤泥约1亿吨，大量赤泥堆存不但占用土地资源，并且堆场附近生态产生严重危害，赤泥的强碱性使得堆场寸草不生，并且易产生扬尘污染空气，赤泥中的有害元素易迁移至地下水和土壤中污染地下水和土壤，并且堆场的维护需要一定费用。

目前对赤泥的综合利用开展了大量研究，主要包括提取有价成分、制备功能材料、制备建筑材料等；赤泥中含有一定量的金属资源，提取有价金属存在工艺复杂、成本高、二次污染等问题；制备高附加值的功能材料基本上处于研究阶段，并且该技术思路对赤泥的消耗量非常有限；赤泥制备烧结砖、免蒸砖、水泥等建筑材料能够大量消耗和利用赤泥，但是赤泥强碱性严重影响产品质量，而脱碱技术成本高、工艺复杂。

将赤泥调控成土壤基质进行植物生长达到生态修复，实现赤泥的减量化和无害化，具有非常好的应用前景；赤泥中具有强碱性和丰富的矿物元素，有研究表明赤泥用于调控酸性土壤能够较好的促进植物生长，但是赤泥本身土壤特性非常差，碱性强、持水率低、透气性差、易板结、有机养分含量低，难以直接土壤化利用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种复配综合赤泥生态修复系统和修复方法，至少能够解决以下技术问题之一：

(1)现有技术中的赤泥碱性调控化学物质用量大，产生大量废液；(2)赤泥土壤化处理时，赤泥作为添加剂成分，其他成分复杂(碱性调控剂、肥料、改良剂等)、用量大、成本高；(3)赤泥利用率和消耗量较小的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本申请公开了一种复配综合赤泥生态修复方法，包括以下步骤：

步骤1、制备混合原料

利用破碎设备将农林废弃物和牲畜粪便进行破碎，得到农林废弃物和牲畜粪便的破碎混合物，将破碎混合物送入搅拌设备中进行搅拌，得到混合原料；

步骤2、混合原料的发酵处理

将步骤1中制备的混合原料加入对发酵设备中进行发酵处理，发酵处理后得到发酵产物；

步骤3、水热炭化

将步骤2中的发酵产物、水和催化剂按一定的比例加入到高压反应釜，以一定的速度对高压反应釜进行升温，升温至一定温度后保持一定时间，然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤4、将步骤3得到的水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中，以一定速度搅拌并放置，得到修复赤泥。

进一步地，步骤1中的混合原料的比表面积为0.5～10m²/g。

进一步地，在步骤3中，催化剂为煅烧的赤泥粉粒，赤泥粉粒的粒径为130～190μm。

进一步地，在步骤3中，煅烧的赤泥粉粒通过将湿的赤泥在室温下干燥、研磨并筛分至粒度为130～190μm的赤泥粉末，将赤泥粉末在500℃下煅烧2～5h得到。

进一步地，步骤2中的发酵产物的比表面积为20～50m²/g。

进一步地，在步骤3中，水热炭化产物的水热炭中的腐植酸的质量百分比为6％～32％。

进一步地，在步骤3中，以速度165～225℃/h对高压反应釜进行升温，升温至160～340℃后，保温3～10h。

进一步地，在步骤4中，水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中时的质量比为1～2:1:0.1～0.5。

另一方面，本申请还公开了一种复配综合赤泥生态修复系统，用于实现上述的复配综合赤泥生态修复方法，该复配综合赤泥生态修复系统包括位于同一安装平面上的破碎机(1)、发酵罐(2)和高压反应釜(3)；

破碎机(1)用于对农林废弃物和牲畜粪便进行破碎，破碎机(1)的出料口通过第一输送通道与发酵罐(2)的第一进料口连接；发酵罐(2)的出料口通过第二输送通道与高压反应釜(3)的进料口连接；

第一输送通道和第二输送通道均设有至少1个物料举升机构(4)。在一种可能的设计中，物料举升机构(4)包括：方管框架(9)及2个半方管机构；第一输送通道还设有多个套管(5)，套管(5)的两端均为刚性的方形连接头，方形连接头能够套设在方管的外侧，并与方管框架(9)固定连接。

在一种可能的设计中，破碎设备设有搅拌部，搅拌部包括设有第一弓字型搅拌叶片的第一固定轴、设有第二弓字型搅拌叶片的第二固定轴、搅拌器固定盘和电机；电机与搅拌器固定盘转动连接；第一固定轴和第二固定轴通过卡具可拆卸地固定于搅拌器固定盘上；电机用于带动搅拌器固定盘转动，搅拌器固定盘用于带动第一固定轴和第二固定轴转动；

第一弓字型搅拌叶片和第二弓字型搅拌叶片通过钢扎带可拆卸地分别安装于第一固定轴和第二固定轴上。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1)本申请通过采用农林废弃物和牲畜粪便进行发酵得到发酵产物，发酵产物和水及催化剂按一定比例加入高压反应釜中，得到水热炭化产物，将该水热炭化产物、大量的赤泥及牲畜粪便放入搅拌池内，获得修复赤泥，修复赤泥可以用作赤泥土壤基质，进而实现了农林废弃物和赤泥等废物的修复和循环利用，减少了现有技术中化学物质的使用，节约成本，且环境友好，能实现赤泥的无害化和减量化。

2)本申请中的水热炭化产物中的水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积；水热炭中包括有机碳和腐植酸，腐植酸的质量百分比为6％～32％，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。水热炭化产物中的液体组分中包括小分子有机酸性物质(例如糠醛、丙酸、乙酸和甲酸)，水热炭液的pH为3.5～5；水热炭液中的这些小分子有机酸性物质能够快速降低赤泥的碱性，改善赤泥的微生物生长环境。

3)本申请中发酵过程促使农林废弃物和牲畜粪便中的生物质成分生物降解，生物降解一方面产生小分子有机酸进而增加水热炭化产物溶液中酸性物质，另一方面增高增加生物质的比表面积，使得水热炭化产物中水热炭具有更大比表面积。

4)本申请的催化剂为煅烧的赤泥粉粒，通过将湿的赤泥干燥并研磨至粒度为130～190μm，能够充分增大赤泥粉粒催化剂的比表面积，将赤泥粉粒在500℃以下煅烧能够保证催化剂的形貌，另外，使赤泥中的金属盐变为金属氧化物，形成活性相，催化水热炭化过程。

5)本申请将破碎机、搅拌罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过物料举升机构将搅拌后的液态混合料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机、搅拌罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可，无需设置两套单独的设备来分别进行固态物料和液态物料的处理。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例2的整体结构示意图；

图2为本发明实施例2中物料举升机构的局部剖视图；

图3为本发明实施例2中物料举升机构的横截面示意图；

图4为本发明实施例2中物料举升机构的纵截面示意图；

图5为本发明实施例2中物料举升机构的原理图一；

图6为本发明实施例2中物料举升机构的原理图二；

图7为本发明实施例2中破碎设备中的搅拌部结构示意图；

图8为实施例1提供的复配综合赤泥修复流程示意图。

附图标记：

1-破碎机；2-发酵罐；3-高压反应釜；4-物料举升机构；5-套管；6-四通结构；7-半方管；8-可转挡板；9-方管框架；10-电机；11-搅拌器固定盘；12-第一固定轴；13-第二固定轴；14-第一弓字型搅拌叶片；15-第二弓字型搅拌叶片。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种复配综合赤泥生态修复方法，包括以下步骤：

步骤1、制备混合原料

步骤2、混合原料的发酵处理

将步骤1中制备的混合原料加入对发酵设备中进行发酵处理，发酵处理后得到的发酵产物；

步骤3、水热炭化

将步骤2中的发酵产物、水和催化剂按一定的比例加入到高压反应釜，以一定对高压反应釜进行升温，升温至一定温度后保持一定时间，然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤4、将步骤3得到的水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中，以速度一定速度搅拌并放置，得到修复赤泥。

与现有技术相比，本申请通过采用农林废弃物和牲畜粪便进行发酵得到发酵产物，发酵产物和水及催化剂按一定比例加入高压反应釜中，得到水热炭化产物，将该水热炭化产物、大量的赤泥及牲畜粪便放入搅拌池内，获得修复赤泥，修复赤泥可以用作赤泥土壤基质，进而实现了农林废弃物和赤泥等废物的修复和循环利用，减少了现有技术中化学物质的使用，节约成本，且环境友好，能实现赤泥的无害化和减量化。

需要强调的是，在步骤4中，本申请在水热炭化产物和赤泥中加入了大量的牲畜粪便，牲畜粪便的加入能够为修复后的赤泥提供更多的有机养分，改善微生物群落，使得赤泥土壤基质能够更有利于植物的生长。

在步骤3中，催化剂为煅烧的赤泥粉粒，赤泥粉粒的粒径为130～190μm，煅烧的赤泥粉粒通过将湿的赤泥在室温下干燥、研磨并筛分至粒度为130～190μm的赤泥粉末，将赤泥粉末在500℃下煅烧2～5h得到煅烧的赤泥粉粒。

具体地，通过将湿的赤泥干燥并研磨至粒度为130～190μm，能够充分增大赤泥粉粒催化剂的比表面积，将赤泥粉粒在500℃以下煅烧能够保证催化剂的形貌，另外，使赤泥中的金属盐变为金属氧化物，形成活性相。

步骤3中，催化剂还可以为赤泥组合物，赤泥组合物为赤泥浆液与胶体氧化锌和胶体氧化镍的组合物；赤泥组合物中，赤泥浆液的重量含量大于50％。

在步骤3中，将赤泥组合物在100℃～110℃下干燥，并在600℃～800℃下将干燥的赤泥组合物煅烧为赤泥催化颗粒，赤泥催化颗粒的比表面积为50～90m²/g。

或者，在步骤3中，催化剂还可以为硝酸钾、硫酸钾、磷酸钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。

步骤1中的混合原料的比表面积为0.5～10m²/g。

步骤2中的发酵产物的比表面积为20～50m²/g。

在步骤3中，水热炭化产物的水热炭中的腐植酸的质量百分比为6％～32％，水热炭产物中的腐植酸和有机碳能有效增加赤泥的有机养分，并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

在步骤1中，破碎后的农林废弃物和牲畜粪便的农林废弃物和牲畜粪便原料的比表面积为0.5～10m²/g，发酵产物的比表面积为20～50m²/g，发酵过程增加生物质表面积有利于水热炭化反应，得到比表面积更大的水热炭。

在步骤3中，以速度165～225℃/h对高压反应釜进行升温，升温至160～340℃后，保温3～10h，将高压反应釜控制在上述条件下能够得到适用于赤泥调控的水热炭化产物。

在步骤3中，赤泥炭化产物包括赤泥炭化固体组分和赤泥炭化液体组分，赤泥炭化固体组分中具有较大的比表面积和丰富的含氧基团；示例性的，水热炭的比表面积为65～135m²/g，并且水热炭表面大量含氧极性基团使其具有良好的亲水性，显著改善赤泥的持水率，并且呈弱酸性的含氧官能团能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。

在步骤4中，水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中时的质量比为1～2:1:0.1～0.5。

上述步骤S1中，破碎设备设有搅拌部，利用搅拌部包括设有第一弓字型搅拌叶片14的第一固定轴12、设有第二弓字型搅拌叶片15的第二固定轴13、搅拌器固定盘11和电机10；电机10与搅拌器固定盘11转动连接；第一固定轴12和第二固定轴13通过卡具可拆卸地固定于搅拌器固定盘11上；电机10用于带动搅拌器固定盘1转动，搅拌器固定盘11用于带动第一固定轴12和第二固定轴13转动；第一弓字型搅拌叶片14和第二弓字型搅拌叶片15通过钢扎带可拆卸地分别安装于第一固定轴12和第二固定轴13上。

具体地，在破碎的过程中，破碎设备利用搅拌部对农林废弃物和牲畜粪便进行搅拌，首先利用电机1带动搅拌器固定盘11转动，搅拌器固定盘11带动其上固定的第一固定轴12和第二固定轴13转动，而第一固定轴12和第二固定轴13对应带动第一弓字型搅拌叶片14和第二弓字型搅拌叶片15转动，进而带动破碎后的农林废弃物和牲畜粪便混合。

上述破碎设备的搅拌速度为350～550rpm，搅拌时间为25～75min，以保证混合物料的均匀性。

需要说明的是，在步骤2中，也可以将湿的赤泥作为催化剂加入高压反应釜中，这是因为赤泥中碱性物质和金属氧化物等对农林废弃物和牲畜粪便的水热炭化过程有一定的催化作用，能够使得农林废弃物和牲畜粪便水热炭化产物更适合于赤泥调控。

上述步骤S4中，赤泥的pH值为10～12，修复赤泥的pH值为7～8。

实施例2

本实施提供了一种复配综合赤泥生态修复系统，包括水热炭化一体化工艺设备，该工艺设备用于实现实施例1提供的复配综合赤泥生态修复方法。

在进行水热炭化时，通常需要进行农林废弃物和牲畜粪便的破碎和发酵，破碎采用破碎机1，发酵采用发酵罐。但是为了保证破碎后的物料能够充分地进行水热炭化反应，通常发酵罐的进料口设置在顶部，而出料口设置在底部，以充分利用重力的作用。而农林废弃物和牲畜粪便通常为固含量30％以上的固液混合状态，有一定的流动性，但不能单纯地作为液体来看待。针对此类农林废弃物和牲畜粪便，现有的处理方式包括两种：其一，将破碎机1设置在高处，发酵罐设置在低处，使得破碎后的农林废弃物和牲畜粪便能够直接通过管道输送至发酵罐内；其二，由于无法同时实现固液混合农林废弃物和牲畜粪便的举升，只能先将农林废弃物和牲畜粪便固液分离，再单独使用相应的破碎机1和发酵罐在同一水平面的设备，分别进行固态农林废弃物和牲畜粪便的水热炭化和液态农林废弃物和牲畜粪便的水热炭化。

这两种方式都存在明显的缺陷：第一种，会占用较多的高度空间，要么需要设置专门的高台来安装破碎机1，要么需要设置专门的深坑来安装发酵罐，结构复杂不利于整个系统的设置；第二种，因为需要两套设备来分别进行水热炭化，需要的空间和资源更多。此外，现有设备在进行水热炭化反应的时候反应率相对较低，在反应后的产物中依然混有大量的农林废弃物和牲畜粪便，影响了水热炭的使用，降低了水热炭的能量密度和能量利用率。

本发明实施例通过采用了物料举升装置，在破碎机1和发酵罐在同一水平面的前提下，同时将固液混合的农林废弃物和牲畜粪便物料进行举升，以实现使用同一套设备同时进行固液混合的农林废弃物和牲畜粪便的水热炭化，同时通过预混合发酵过程及对发酵罐的优化来提高水热炭化的反应率，从而提高制备的水热炭的综合质量。

具体地，如图1所示，本发明实施例中，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机1、发酵罐2和高压反应釜3；破碎机1用于对农林废弃物和牲畜粪便进行破碎，破碎机1的出料口通过第一输送通道与发酵罐2的第一进料口连接；发酵罐2的出料口通过第二输送通道与高压反应釜3的进料口连接；第一输送通道的第一子通道设有至少1个物料举升机构4；第二输送通道设有至少1个物料举升机构4。本发明实施例中，先利用破碎机1对农林废弃物和牲畜粪便进行破碎，并得到固液混合状态的农林废弃物和牲畜粪便物料，通过第一输送通道的物料举升机构4将固液混合态的农林废弃物和牲畜粪便物料输送至发酵罐2的第一进料口处，进入发酵罐2的固液混合态的农林废弃物和牲畜粪便物料与发酵罐2的第二进料口进入的液态接种物及水进行混合，并根据需要进行预发酵，此时，可以得到液态的待反应物料，液态的待反应物料通过第二输送通道输送至高压反应釜3中，并在高压反应釜3进行水热炭化反应，制备出具有良好的孔径、大量的酸性表面官能团、有机质的水热炭，通过高压反应釜3出料口的固液分离装置进行分离。

需要说明的是，当破碎后的农林废弃物和牲畜粪便物料以类似污泥的粘稠性较高的农林废弃物和牲畜粪便为主时，可以适当减少发酵罐2中加入的水，并且经过混合搅拌后得到的待反应物料在发酵罐2中先进行预发酵，使其内部因发酵过程产生较多的微小气泡，再通过第二输送通道输送至高压反应釜3中进行水热炭化，可以使反应更加充分。

破碎机1的出料口设置在破碎机1的底部；发酵罐2的第一进料口和第二进料口设置在发酵罐2的顶部，发酵罐2的出料口设置在发酵罐2的底部。由于本发明实施例采用了物料举升机构4，使得整个设备能够在保证破碎机1、发酵罐2和高压反应釜3安装在同一平面上的前提下，对固液混合态的农林废弃物和牲畜粪便进行处理，安装简单，结构简单。

此外，本发明实施例还通过发酵罐2来实现接种物的混合和发酵，提高了水热炭化的反应率，从而得到具有良好的孔径、大量的酸性表面官能团、有机质的水热炭产物使水热炭化的产物具备更高的能量密度和能量转换效率。

物料举升机构4作为本发明实施例的核心之一，如图2至图4所示，物料举升机构4包括：方管框架9及2个半方管机构；半方管机构包括：半方管7、可转挡板8、电机；方管框架9能够将2个半方管机构的半方管7拼合成方管，电机用于驱动半方管7沿方管轴线方向滑动；半方管7包括整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板8铰接，且可转挡板8能够向流体流动方向转动使物料能够在方管中流动；可转挡板8为长方形板，且可转挡板8的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板8的四周边缘均设有密封条；2个可转挡板8沿物料流动方向依次设置，且转动时互不干涉。

为了方便说明，如图5、图6所示，2个半方管机构分别为第一机构和第二机构：当第一机构的半方管相对第二机构的半方管向上移动时，第一机构的可转挡板抵在第二机构的半方管整侧壁的内侧，第二机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，并与第一机构半方管整侧壁的内侧脱离，物料通过脱离后的开口处从第二机构的可转挡板下方进入第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间；当第二机构的半方管相对第一机构的半方管向上移动时，第二机构的可转挡板抵在第一机构的半方管整侧壁的内侧，第一机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，物料通过脱离后的开口处从第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间进入第一机构的可转挡板的上方；当第一机构和第二机构不断向相对上下滑动时，物料逐渐自下至上被举升高处。而可转挡板边缘的密封条能够在可转挡板抵住整侧壁时，固液混合态的物料不会回落。

为了保证2个半方管机构能够相对滑动，第一机构的密封滑槽的截面形状为“凸”字形，第二机构的对应位置设有截面形状也为“凸”字形的密封滑块，密封滑槽和密封滑块除了能够进行相对滑动外，还能起到限位作用防止2个半方管机构分离，此外，二者接触面设置的密封条能够防止物料从2个半方管机构的拼接处漏出。

本发明实施例中，电机控制半方管7往复移动的方式为：

电机控制滚珠丝杠副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动丝杠螺杆转动，丝杠螺杆上的丝杠螺母上下移动，丝杠螺母与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制液压缸，液压缸的缸体与方管框架9固定，液压缸的活塞与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制齿轮齿条副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动齿条齿轮转动，使齿条上下移动，齿条与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

为了简化第一输送通道，无需在整个第一输送通道上都设置物料举升机构4，只需要设置多物料举升机构4使固液混合的物料能够被举升到高处即可，本发明实施例中，第一输送通道还设有多个套管5，套管5的两端均为刚性的方形连接头，方形连接头能够套设在方管的外侧，并与方管框架9固定连接，且方形连接头与方管直接设有密封圈，可以防止物料从方管与方形连接头连接处漏出。

需要说明的是，两个方形连接头之间为方形连接管，方形连接管可以根据情况设置为直管或弯管，方形连接管应当为刚性管，以防止方形连接管内的物料造成方形连接管损坏。

相应地，破碎机1的出料口和发酵罐2的第一进料口均设有能够与方形连接头密封连接且固定连接的接口。

本发明实施例的第一输送通道由方管框架9和套管5连接成的结构为刚性结构，保证第一输送通道的固定路径和形状，2个半方管机构相对对应的方管框架9往复运动，使固液混合态的物料能够沿第一输送通道从低处输送至高处，从而实现固液混合态的物料的举升和输送。

本发明实施例通过发酵罐2来向农林废弃物和牲畜粪便中添加接种物，并使接种物、农林废弃物和牲畜粪便混合，实现预发酵过程。由于发酵过程需要保持一定的氛围，本发明实施例中，发酵罐2的第一进料口、第二进料口和出料口均设置有密封阀门。当生物为污泥一类含有微生物且粘稠性较高时，需要进行发酵，关闭所有的密封阀门，发酵罐2内即可进行发酵；其他情况，不需要进行发酵，打开封闭阀门，可以混合号的待反应物可以随着发酵罐2内的不断搅拌而从发酵罐2输送至高温反应釜3中，以进行水热炭化反应。

为了能够使搅拌和发酵更加均匀，本发明实施例中，搅拌装置包括转轴、旋转电机、叶片和升降电机；旋转电机用于控制转轴周向旋转，升降电机用于控制转轴轴向移动；叶片设有多个，且均布固定设置在转轴上。本发明实施例通过叶片随转轴的周向转动，来对发酵罐2内的混合物进行周向搅拌，通过叶片随转轴的轴向移动，来对发酵罐2内的混合物进行轴向的翻动。

本发明实施例通过高压反应釜3来实现最终的水热炭化过程，为了提高水热炭化的反应率，本发明实施例中，除了需要在高压反应釜3内设置搅拌装置外，还通过加料结构的改进来进一步提高高压反应釜3内部物料的均匀性，进而提高水热炭化的反应率。具体的，第二输送通道设有四通结构6，四通结构6包括1个输入端和3个输出端，且1个输入端和3个形成正三棱锥；高压反应釜3的进料口设有3个且沿高压反应釜3的周向均布；每个四通结构6的输出端各与1个高压反应釜3的进料口连接。本发明实施例通过正三棱锥的四通结构6，来通过三个周向均布的进料口向高压反应釜3内添加物料，使得高压反应釜3内的物料更加均匀，使水热炭化的反应能够更加充分，从而提高水热炭化的反应率。

为了保证物料能够在高压反应釜3内均匀地进行水热炭化反应，本发明实施例中，高压反应釜3的罐体为轴线垂直与安装平面的回转体，且罐体的下部为上粗下细的圆台状结构；高压反应釜3的出料口设置在罐体的底端。在本发明实施例的高压反应釜3内，物料在水热炭化的作用下，粘度和固含量都呈现下降趋势，该趋势会在高压反应釜3内竖直方向自上而下逐渐增加、水平方向从四周到中心逐渐增加，利用物料的自身重力和圆台状结构的锥角，经过水热炭化的物料可从高压反应釜3底部排出。

本发明实施例将水热炭化后的产物通过高压反应釜3出料口处设置的固液分离装置进行固液分离，得到固态的水热炭和水热炭液，用于后续的进一步利用。使用本发明实施例的设备制备的水热炭化产物中：

综上所述，本发明实施例提供了一种水热炭化一体化工艺设备，本发明能够将破碎机、发酵罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过物料举升机构将搅拌后和发酵后的液态物料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机1、发酵罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可。

本发明通过将部分发酵后的熟料回引至发酵罐，并与破碎后的农林废弃物和牲畜粪便进行混合，进行预发酵，可以使最终得到的水热炭具有良好的孔径、大量的酸性表面官能团、有机质，不仅可以用于中和处理常见的碱性污染物并使其无害化，还能提高水热炭本申请的能量密度和能量利用效率；本发明将四通结构和高压反应釜进料口均设置为周向均布，使得高压反应釜内的水热炭化过程更加均匀充分，提高了水热炭化的反应率。

需要强调的是，本申请的破碎设备内设有搅拌部，该搅拌部包括设有第一弓字型搅拌叶片14的第一固定轴12、设有第二弓字型搅拌叶片15的第二固定轴13、搅拌器固定盘11和电机10；电机10与搅拌器固定盘11转动连接；第一固定轴12和第二固定轴13通过卡具可拆卸地固定于搅拌器固定盘11上；电机10用于带动搅拌器固定盘1转动，搅拌器固定盘11用于带动第一固定轴12和第二固定轴13转动；

第一弓字型搅拌叶片14和第二弓字型搅拌叶片15通过钢扎带可拆卸地分别安装于第一固定轴12和第二固定轴13上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备混合原料

步骤2、混合原料的发酵处理

步骤3、水热炭化

2.根据权利要求1所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，在步骤3中，所述催化剂为煅烧的赤泥粉粒，所述赤泥粉粒的粒径为130～190μm。

3.根据权利要求2所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，在步骤3中，所述煅烧的赤泥粉粒通过将湿的赤泥在室温下干燥、研磨并筛分至粒度为130～190μm的赤泥粉末，将赤泥粉末在500℃下煅烧2～5h得到煅烧的赤泥粉粒。

4.根据权利要求1所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，所述步骤2中的发酵产物的比表面积为20～50m²/g。

5.根据权利要求1所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述水热炭化产物的水热炭中的腐植酸的质量百分比为6％～32％。

6.根据权利要求1所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，以速度165～225℃/h对高压反应釜进行升温，升温至160～340℃后，保温3～10h。

7.根据权利要求1所述复配综合赤泥生态修复方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述水热炭化产物、赤泥和牲畜粪便混合放入搅拌池中时的质量比为1～2:1:0.1～0.5。

8.一种复配综合赤泥生态修复系统，其特征在于，用于实现权利要求1至7所述的复配综合赤泥生态修复方法，所述复配综合赤泥生态修复系统包括位于同一安装平面上的破碎机(1)、发酵罐(2)和高压反应釜(3)；

所述破碎机(1)用于对农林废弃物和牲畜粪便进行破碎，所述破碎机(1)的出料口通过第一输送通道与所述发酵罐(2)的第一进料口连接；所述发酵罐(2)的出料口通过第二输送通道与所述高压反应釜(3)的进料口连接；

所述第一输送通道和第二输送通道均设有至少1个物料举升机构(4)。

9.根据权利要求8所述的复配综合赤泥生态修复系统，其特征在于，所述物料举升机构(4)包括：方管框架(9)及2个半方管机构；所述第一输送通道还设有多个套管(5)，所述套管(5)的两端均为刚性的方形连接头，所述方形连接头能够套设在所述方管的外侧，并与方管框架(9)固定连接。

10.根据权利要求9所述的复配综合赤泥生态修复系统，其特征在于，所述破碎设备设有搅拌部，搅拌部包括设有第一弓字型搅拌叶片的第一固定轴、设有第二弓字型搅拌叶片的第二固定轴、搅拌器固定盘和电机；电机与搅拌器固定盘转动连接；第一固定轴和第二固定轴通过卡具可拆卸地固定于搅拌器固定盘上；电机用于带动搅拌器固定盘转动，搅拌器固定盘用于带动第一固定轴和第二固定轴转动；

第一弓字型搅拌叶片和第二弓字型搅拌叶片通过钢扎带分别可拆卸地安装于第一固定轴和第二固定轴上。