CN101454630A - 污泥干燥方法以及实施该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干燥污泥的方法以及设备，其特征在于干燥方法包括：至少通过注入饱和水蒸气将密封机壳(1)内的压力提高到一设定压力，并将该压力保持特定的一段时间的阶段；通过保证压力维持的进料设施，将污泥装入远离机壳(1)壁的罐中的阶段；通过依靠靠近罐壁，也就是相对于微波源最远的运动着的包括注入装置(33)的搅拌器(3)将过热蒸汽注入污泥(5)内的阶段；通过朝罐的方向发射频率为400到2450MHz的微波来加热污泥(5)中央的阶段，这一阶段与搅拌污泥(5)一起执行；将通过机壳壁上冷凝以及流出收集到的水依靠与外部相通的阀(6)移除到机壳(1)的底部的阶段。

Description

污泥干燥方法以及实施该方法的设备
本发明涉及一种干燥污泥的方法，以及用以实施该方法的设备，更特别地涉及一种干燥工业、混合或城镇污泥的方法和其设备。
处理污水污泥产生的问题是十分困扰当地和国家当局的问题。事实上，它们的数量在稳定增加，而它们引起的对土壤、地下水和环境造成有毒的、细菌学上的和嗅觉上的污染的风险也随之上升。因此有必要拥有一种理想的技术来可靠地、可持续地、生态地、经济地、并能应用到所有情况地处理和重复利用这些污泥。
为了处理这些问题，目前存在着几种处理污泥的方案。
有一种可以特别提出的处理方式是对流(convection)，其原理是基于热的转换。这种技术的缺点是它非常昂贵。
另一种方案包括在第一步中干燥污泥，再将其制成能进行贮藏的颗粒状。
通常，干燥阶段是通过将仍然湿的污泥放置到干燥床上，之后污泥被加热过的气流扫过来完成的。在这个阶段的最后，污泥被转换成颗粒状。
这种处理的缺点是用加热的气流干燥污泥的时间太长了。
专利FR2 115 951提出一种设备，其能解决干燥时间过长的问题，那是用于干燥动物食物类产品或肥料的，而且在首先将它们制成污泥碎块后它还被用来消毒这些产品。这个设备包括管状的螺旋式喂送器，其可以进行污泥碎块的输送。该输送装置包括相对于管轴向设置的轴，并且包括设置成螺旋状的叶片。作为其单一的目的，这个输送设备向前将污泥碎块移动到它们将被微波进行处理的区域。微波的作用是为了实现对碎块的消毒以及通过让剩余水分从碎块化的污泥中释放而完成干燥。从而大量(的污泥)被干燥后离开该设备并被收集起来进行包装。
该设备的缺点是它必须要几个步骤才能完成产品的干燥，且特别是对需干燥的污泥的破碎化步骤。这些各个步骤需要更复杂且更大的设备。
这些干燥设备的另一缺点是，在某些情况下，可发生起火或爆炸的风险会上升。如果三个因素出现，就会存在爆炸的危险，即高灰尘含量，高氧气含量和燃烧源。因此避免这三个因素中的任何一个因素出现都是重要的。
另外，使用这些技术的设备都是昂贵的，并且他们的使用能耗很大。
当正确地实施干燥后，干燥后的污泥会自热成为燃烧源。因此这个燃烧因素在对污泥干燥过程中经常出现。所以有必要采取措施以避免其他两个因素的出现，即灰尘和氧气的量。
本发明的目的是提出一种方法和设备能用来优化污泥的干燥，且没有爆炸的风险，而且还非常快速地完成污泥的干燥，从而减少消耗的能源。
这个目的由该可用于污水污泥、粪水或化粪池中排出物的污泥干燥方法得以实现，包括：
—至少通过注入饱和水蒸气将密封机壳内的压力提高到一设定压力，并将该压力保持特定的一段时间的阶段；
—通过保证压力维持的进料装置，将污泥装入远离机壳壁的罐中的阶段；
—通过依靠靠近罐壁，也就是相对于微波源最远的运动着的包括注入装置的搅拌器将过热蒸汽注入污泥内的阶段；
—通过朝罐的方向发射频率为400到2450MHz的微波来加热污泥中央的阶段，这一阶段与搅拌污泥一起执行；
—将通过机壳壁上冷凝以及流出收集到的水依靠与外部相通的阀移除到机壳底部的阶段。
根据另一个独特特点，整个干燥期间，污泥通过搅拌器搅拌，以使干燥过程更均匀，同时又显著利于微波穿透进材料。
根据另一个独特特点，该水蒸气饱和压力在1巴到3巴的范围内。
根据另一个独特特点，该水蒸气饱和压力是1巴。
根据另一个独特特点，该过热蒸汽的压力在1巴到5巴之间。
根据另一个独特特点，该过热蒸气的压力是3巴。
根据另一个独特特点，机壳的温度必须低于污泥的温度从而使蒸发得以进行。
根据另一个独特特点，微波的辐射在污泥的温度处于110℃到140℃之间时实施。
根据另一个独特特点，微波的辐射在污泥温度为130℃时实施。
本发明的另一个目的是提出一种用来实施该方法的设备。
这个目的可以通过用于实施该方法的设备来实现，该设备包括机壳，其包括能承受压力的并通过至少一个石英或其他适于微波使用的材料制成的窗与至少一个微波发生器相连的密封罐，该机壳与饱和蒸汽到达通道以及需干燥的污泥的进料口相连，包括过热蒸汽的注入装置的搅拌器置于机壳内，还包括用于卸载干燥了的污泥的开口。
根据另一个独特特点，在该设备的最低部分包括朝向地面的孔，该孔由阀控制，被用于移除由于重力流出的水，或被用于调节机壳内部压力。
根据另一个独特特点，该机壳包括置于其最低部位的冷却装置，从而冷却其与增压空气接触的内壁，通过该装置的设置只冷却部分机壳。
根据另一个独特特点，该冷却设施被用于冷却一半到四分之三的机壳之间的部分。
根据另一个独特特点，该搅拌器是由包括至少一个连接到其外部的叶片式搅拌器元件的管组成的，注入装置被置于该元件上。
根据另一个独特特点，该管与过热蒸汽产生器相连，该产生器产生的蒸汽流入管中直到其到达搅拌器元件，并接着被注入装置注入。
根据另一个独特特点，该注入装置是由形成于搅拌器元件上的开口组成的。
根据另一个独特特点，机壳上的所有开口都能用封堵装置堵塞住从而对压力和微波产生密封状态。
根据另一个独特特点，该机壳包括用于为了利于被干燥处理后蒸发水汽的冷凝而冷却其内表面的冷却装置。
根据另一个独特特点，该设备包括至少一个能被自动门封闭从而对压力和微波产生密封状态的端部。
根据另一个独特特点，该微波产生器与该干燥机壳通过微波耦合器/适配器相连。
根据另一个独特特点，该机壳包括安全阀。
根据另一个独特特点，该罐通过穿孔的支撑件远离机壳壁，以允许冷凝水的流出。
本发明的其他独特特点和优势将会在参考附图阅读以下说明后变得更清楚，附图有：
—图1代表根据本发明的设备的一个实施例的纵断面视图；
—图2代表根据本发明的设备的另一个实施例的纵断面视图；
—图3代表图2中表示的实施例的横断面视图。
正如图1、2和3所示，该设备由机壳(1)组成，其优选地是圆柱形，具有拉长形状，由金属材料制成并具有两层壁，这样首先针对蒸汽的压力提供了良好的隔热性和密封性，其次针对微波提供了密封性。该机壳(1)包括至少一个向外部开放，且能通过门(10)或盖(10)封闭的端部。在本发明的优选实施例中，该机壳(1)包括能被封闭的一端。被用来封闭开口的门(10)被设计成当门(10)关闭时能使机壳(1)完全对空气、对蒸汽压力以及对例如微波这样的波密封。因此该门(10)包括特氟纶(Teflon)或硅树脂(silicone)垫圈(102)来阻隔压力，以及一个金属垫圈(101)来阻隔微波。在图2中展示的实施例中，门(10)能够依靠运动系统(152)滑动，该运动系统包括连接到门上的各轮子(151)。这个系统因此允许门相对于机壳(1)轴向运动。在这个实施例中，污泥通过当该门打开时形成的开口进料。
通常，该机壳(1)被置于地上，并由支脚(15)固定在适当位置，靠在地上的部分成为机壳(1)的底部。
在内部，该机壳(1)包括一层在底部部分附加的壁，形成一个球形罐(7)，要干燥的污泥(5)将被装入其中。这个罐(7)包括与机壳(1)相连的上脊(71)，并且在其中形成小的开口。这些开口允许冷凝在机壳(1)内壁上的水向机壳(1)底部方向去除。
在图1中所展示的实施例中，需被干燥的材料(5)通过进料口(8)装入机壳(1)内。这个到达点(8)位于机壳(1)的一个表面上，大约在后者的中间高度。
在图2中所展示的实施例中，需干燥的材料(5)通过置于活动推车(151、152)上的罐完成进料，罐可以随后移走，通过倾卸所述罐可完成出料。
用本发明处理的污泥(5)是像污水污泥、粪水、化粪池的排出物等等这一类的物质。
机壳(1)还包括至少一个形成窗(2)的圆形或矩形开口(2)。在本发明的一个实施例中，机壳(1)包括几个窗(2)。这些窗(2)是由对蒸汽封闭但能透过微波辐射的材料制成的。在一个实施例中，窗(2)由石英材料制成。在另一实施例中，窗(2)由特氟纶材料制成，或由其他任何能允许电磁辐射通过但对蒸汽封闭的材料制成。这些加压窗(2)被用来向机壳(1)的内部输送微波(23)，并被称为传输窗(2)。这样它们允许微波(23)通过，接着作用于需干燥的污泥(5)。微波(23)通过导波器(24)被传送到至少一个窗(2)。该导波器(24)通过阻抗耦合器/适配器(21)与微波产生器(22)相连。这样该波产生器(22、23)被用于处理需干燥污泥(5)。窗(2)位于机壳(1)的顶部，即与靠在地上的那一部分相对的部分。
在图1中展示的第一实施例中，机壳(1)是直立的。在这种情况下，高度大于宽度。在这个实施例中，机壳(1)包括与靠在地上的相反的那端的开口。该窗(2)从而被置于顶部，在该开口之下，因此在盖(10)之下。在这种情况下，当微波穿过窗时其与罐的底部垂直，并且被改变方向以垂直地到达需干燥的材料(5)。
在另一实施例中，窗(2)定位于盖(10)上，这样就允许直接辐射，其能垂直地到达需干燥的材料(5)中。
在图2所展示的第二实施例中，罐是水平放置的，即宽度大于高度。在这种情况下，仍然在一端的开口将会被定位于与电源相对的一侧。窗(2)仍然置于机壳(1)的顶部，即与靠在地上相反的那端。
无论哪个实施例，当窗(2)是矩形时，它们均相互反转着被定位，即一个窗朝长度的方向定位，而旁边的窗朝高度等方向定位，就象图2中所展示的那样。
机壳(1)通过至少两条管与至少两个蒸汽产生系统相连。
第一产生器(9)产生饱和蒸汽。该蒸汽在需干燥的材料(5)进料前被注入整个机壳(1)。
第二产生器(32)产生过热蒸汽。该过热蒸汽直接注入进需干燥的材料(5)中。
搅拌器(3)被置于机壳(1)内。该搅拌器(3)是由穿过机壳(1)的管(31、31’)组成的。该管(31、31’)与过热蒸汽产生器(32)相连。该管(31、31’)包括至少一个搅拌器元件(35、35’)。该搅拌器元件(35、35’)具有注入过热蒸汽的装置(33、33’)。该注入装置(33、33’)是由形成于搅拌器元件(35、35’)上的开口(33、33’)组成的。由产生器(32)所产生的蒸汽流进该管，直到其到达搅拌器元件(35、35’)，之后由注入装置(33、33’)注入到需干燥的材料(5)的中央。
在第一实施例中，所述搅拌器元件(35)由连接到管(31)端部的叶片构成，该端部到达机壳(1)底部。该搅拌器依靠置于机壳(1)外部的电动机(motor)(34)旋转。叶片配合所述罐(7)的底部的球形或椭球形形状。
所述管相对于罐的对称轴线(A)发生偏移，即靠近远离微波源那侧的壁。
在第二实施例中，所述搅拌器元件(35’)是由连接到管(31’)外周的各矩形叶片组成的，优选地呈螺旋构型并相互偏移。该管依靠电动机(34)旋转，表现为螺旋式输送器(endless screw)的样子。
在两种情况下，所述叶片均是固定的，从而能非常接近罐(7)的底部，从而能混合最多的需干燥的材料(5)。用于所述叶片的材料是能抵抗微波的材料。例如，该材料可以是派热克斯玻璃(Pyrex)或特氟纶材料。
叶片是固定的，从而不会在干燥前穿透需干燥的材料(5)，并且选择材料(5)的量，从而在干燥过程的最后阶段，叶片不会过分地凸出，从而避免了由于微波影响产生的问题。
搅拌器的任务第一是搅拌污泥(5)，从而实现均匀地干燥，第二是增加微波对污泥(5)的穿透率并协助干燥过程。事实上，不对污泥进行搅拌，一层干燥的硬皮会在其表面快速形成，阻止微波适当地穿透从而阻止有效且均匀的干燥。
冷凝水通过由排水阀(41)控制的位于机壳底部的管(4)被移除。
该排水阀(41)被用于保持机壳(1)处于所期望的压力，如果压力过高则降低压力，并且最后当干燥过程完成时，打开机壳(1)与大气相通。
机壳(1)的顶部包括安全阀(12)，其根据所需压力来设定，它只在发生不通过排水阀(41)又需要调节压力的情况时工作。因此该阀(12)在设备正常运转时从来都不使用。
机壳(1)还在其双层壁中包括冷却装置(203)。放置这些冷却装置(203)是为了能对机壳(1)的底部进行冷却，并因此冷凝蒸发的水。该冷却装置(203)可以是例如有冷却气体流经其中的蛇形管(coils)。
这些冷却装置(203)在机壳中形成了冷的区域(200)和热的区域(300)。两个区域之间的分割区(202)位于机壳从底部起一半到四分之三之间的位置。
在其底部，机壳(1)包括当干燥循环已结束时用于移除干燥了的材料的门(6)。在图1展示的实施例中，该门(6)还包括操纵杆，其能使搅拌器(3)保持平直，并在搅拌过程中通过推倒操纵杆而停止搅拌器。
机壳(1)包括测量温度和压力的装置(11)，从而在干燥过程中控制这些参数。
机壳(1)的开口组件包括阀系统(91、81、61、41)，其允许机壳(1)保持密封，从而阻止微波泄漏。
本发明的上下文中所使用的所有压力和温度是特别从莫里尔图(Mollier diagram)计算出来的。
使用前述设备的干燥方法包括以下操作：
—通过向机壳(1)内输送饱和蒸汽对机壳(1)增压，直到达到相对于饱和蒸汽的期望工作温度的压力。例如，有可能选择1巴的压力来得到100摄氏度的饱和蒸汽，3巴的压力来得到130摄氏度的饱和蒸汽。
—引入需干燥的材料(5)，其具体形式为污泥。在这一阶段，污泥(5)包括70％到80％的水；
—通过管(31、31’)和搅拌器元件(35、35’)向需干燥的污泥(5)的中央输送过热蒸汽，同时搅拌它。搅拌是非常重要的，因为它使均匀的干燥得以发生。该过热蒸汽在1巴到5巴的压力下注入，在一个实施例中是在3巴的压力下。这导致污泥(5)的温度为130℃左右。这一阶段被用来完成材料的预干燥。
—当温度到达130℃时，发射微波以加快材料的干燥。微波的波长处于400到2450MHz之间。
这样，污泥(5)所处的机壳(1)的顶部与机壳(1)的底部之间就存在压力差。该压力差有利于向污泥(5)的外部移除水。微波产生器的功率被计算过，从而使污泥(5)的温度高于饱和蒸汽的温度。
在饱和蒸汽的压力存在的情况下，污泥在处理过程中所释放的湿气因此会因为重力通过冷的壁流出，并通过排水阀(41)回收在格栅(71)下。通过监测系统，每隔一段时间只要水面接近格栅，阀(41)就会被打开。机壳(1)包括水面探测设备，其使得自动打开阀(41)得以实现。
在一段时间后，当污泥干燥后，微波产生器也被停止，压力被降低，从而逐渐地达到大气压。
通过提高污泥(5)周围环境的饱和度，以及审慎地使用微波功率，使用比现有技术通常所需少得多的能量，就可能加快移除污泥(5)内部湿气的过程，实现消耗较少能量但更快速的干燥。
另外，在饱和压力下工作通过阻止氧气的出现而消除了爆炸现象。
需明确的是，对于本领域技术人员而言，在不超出所要求的权利的范围的情况下，本发明可以有很多其他具体形式的实施例。因此，本文中的实施例只应被视为示例，其可以在所附权利要求的所述范围内进行改进，本发明绝对不应限于以上所给出的这些细节。

Claims (22)

1、一种利用微波的辐射干燥例如污水污泥、粪水或化粪池排出物这样的污泥(5)的方法，其特征在于干燥污泥的方法包括：
—至少通过注入饱和水蒸气将密封机壳(1)内的压力提高到一设定压力，并将该压力保持特定的一段时间的阶段；
—通过保证压力维持的进料设施，将污泥装入远离机壳(1)壁的罐中的阶段；
—通过依靠靠近罐壁，也就是相对于微波源最远的运动着的包括注入装置(33)的搅拌器(3)将过热蒸汽注入污泥(5)内的阶段；
—通过朝罐的方向发射频率为400到2450MHz的微波来加热污泥(5)中央的阶段，这一阶段与搅拌污泥(5)一起执行；
—将通过机壳壁上冷凝以及流出收集到的水依靠与外部相通的阀(6)移除到机壳(1)的底部的阶段。
2、如权利要求1所述的干燥方法，其特征在于整个干燥期间，污泥(5)通过搅拌器(3)搅拌，以使干燥过程更均匀，同时又显著利于微波穿透进材料。
3、如权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于水蒸气饱和压力在1巴到3巴之间。
4、如权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于水蒸气饱和压力为1巴。
5、如权利要求1到4任一项所述的干燥方法，其特征在于过热蒸汽压力在1巴到5巴之间。
6、如权利要求5所述的干燥方法，其特征在于过热蒸汽压力为3巴。
7、如权利要求1到6任一项所述的干燥方法，其特征在于机壳的温度必须低于污泥(5)的温度，从而使蒸发得以进行。
8、如权利要求1到7任一项所述的干燥方法，其特征在于微波的辐射在污泥(5)的温度处于110℃到140℃之间时实施。
9、如权利要求1到8任一项所述的干燥方法，其特征在于微波的辐射在污泥(5)的温度为130℃时实施。
10、一种用于实施如权利要求1到9中所述方法的设备，其特征在于该设备是包括机壳(1)，其包括能承受压力的并通过至少一个石英或其他适于微波使用材料制成的窗(2)与至少一个微波发生器(22)相连的密封罐，该机壳(1)与饱和蒸汽产生器(32)以及需要干燥的污泥(5)的进料口(8)相连，包括过热蒸汽的注入装置(33)的搅拌器(3)置于机壳内，还包括用于卸载干燥了的污泥的门(6)。
11、如权利要求10所述的设备，其特征在于其包括在其最低部分朝向地面的孔(4)，该孔由排水阀(41)控制，被用于移除由于重力流出的水，或被用于调节机壳内部压力。
12、如权利要求10或11所述的设备，其特征在于机壳(1)包括置于其最低部分的各冷却装置(203)，从而冷却其与加压空气相接触的内壁，通过设置这些装置得以只冷却部分机壳。
13、如权利要求10到12任一项所述的设备，其特征在于该冷却装置(203)被用来冷却机壳一半到四分之三之间的部分。
14、如权利要求10到13任一项所述的设备，其特征在于该搅拌器(3)是由包括至少一个连接到其外部的叶片式搅拌器元件(35)的管(31)组成的，注入装置(33)被置于该元件上。
15、如权利要求10到14任一项所述的设备，其特征在于该管(31)与过热蒸汽产生器(32)相连，该产生器产生的蒸汽流入管(31)中直到其到达搅拌器元件(35)，并接着被注入装置(33)注入。
16、如权利要求10到15任一项所述的设备，其特征在于该注入装置(33)是由形成于搅拌器元件(35)上的开口组成的。
17、如权利要求10到16任一项所述的设备，其特征在于机壳(1)上的所有开口都能用封堵装置堵塞住从而对压力和微波产生密封状态。
18、如权利要求10到17任一项所述的设备，其特征在于该机壳(1)包括用于为了利于被干燥处理后蒸发水汽的冷凝而冷却其部分内表面的冷却装置(203)。
19、如权利要求10到18任一项所述的设备，其特征在于该设备包括至少一个能被自动门(10)封闭从而对压力和微波产生密封状态的端部。
20、如权利要求10到19任一项所述的设备，其特征在于该微波产生器(22)与该干燥机壳(1)通过微波耦合器/适配器(21)相连。
21、如权利要求10到20任一项所述的设备，其特征在于该机壳(1)包括安全阀(12)。
22、如权利要求10到21任一项所述的设备，其特征在于该罐通过穿孔的支撑件远离机壳壁，以允许冷凝水的流出。
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