CN101774742A

CN101774742A - 抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法及装置

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Publication number: CN101774742A
Application number: CN200910044689A
Authority: CN
Inventors: 郭少仪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: CN101774742B

Abstract

一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法及装置，它直接在污水处理厂处理；初步浓缩后的污泥直接机械脱水后，即进入干化阶段，使干化后的污泥的热值、有机物含量最大化；抽气压气式干化装置采用双筒结构，并用变频调节适应干化过程中，物料水汽蒸发速度的变化，以保证内外筒之间，压力、温度，传热过程所需的工作条件，产品采用真空包装法，以利存储期间，有机物不受外界环境条件，时间的影响，使有机物变质，逐步失去其使用价值，以达到保鲜的效果，还实现了高效节能、快速、低温干化，杀菌消毒。

Description

抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法及装置

背景技术

随着工业城市建设的不断发展，人民生活水平的提高，对环境的污染破坏越来越严重，环境保护的治理工作也就越来越重要。根据我国环境保护“十一五”规划与全国城镇污水处理及再生利用设施建设“十一五”规划，至2010年，我国所有城镇都需要建设污水处理设施，城市污水处理率不低于70％。由此预计全国城市污水能力将超过1×10⁸t/d，伴随产生的污泥(含水率80％左右)将高达3×10⁷t/d，加上污染河湖疏浚污泥和城市下水道污染等，以及企业本身的污水预处理等，每年产生的污泥不仅数量非常巨大，每年还以10％～15％的速度增加。如何处理好上述污泥是世界各国共同面临的问题。解决这个世界性难题已刻不容缓。

由于当前世界各国的污水处理，大多采用生物活性污泥法，或氧化沟，其处理后的污泥含多种病原性微生物，多种有机和无机污染物及固液混合体，这是一类危害性极大的固液废弃物，如果不加以彻底的处理和控制，将会对环境造成严重的二次污染。

目前国内外污泥的处置方法归纳起来主要有卫生填埋、焚烧和土地利用等；其中，卫生填埋须要有足够的污泥填埋空间；焚烧须要承受昂贵的设备投资和高昂的运行费用；土地利用又受到各种有毒物质的限制。目前我国大部分污泥只经过消化浓缩和初步的机械脱水后，便进行无序的堆放或简单填埋，不仅占用了大面积的土地资源，还破坏了生态环境，影响人体健康。因此，针对以上现象，开辟一条污泥无害化、资源化处理的新途径已势在必行。这是关系我国生态环境、人类生存发展的大事。

针对上述情况，国内有人提出了污泥低温干化成粒技术，并将处理后的产品与黏土混合烧制成轻质节能砖加以应用，并已建成了若干的污泥处理厂。这是将污泥资源化的一个途径，其研究的有关技术数据和积累的资源是难能可贵的。但从目前实施的情况来看，还只限于将污泥集中后的工程处理，其处理流程的设施包括污泥堆放的预仓库、锅炉、污泥干化成粒装置、成品库，及其配套的有关设备和烟气除尘除臭通风等装置，一次性设备投资折合7.5万元/吨(含水率80％的污泥)，还不包括成品利用方的投资。

对于单纯作污泥焚烧处理时，其设备的一次性投资巨大，能耗和运费均很高，一般污泥的处理费用在500元/吨以上，而且污泥直接焚烧，操作管理复杂，可能产生废气、噪声等，特别在不充分燃烧时，还会产生二恶英等有害气体，使附近的居民叫苦不堪。不仅如此，所有这些处理，都将占用大量宝贵的土地资源。

由于当前绝大部分的污水、污泥处理法，特别是污泥处理都是纯消耗性的，费用又很高，建起来不容易。建起来以后，运行费用又不堪负担，以致许多兴建起来的环保治理项目，相当部分是虚设。

下列表1是已公开的关于城市污泥及两种煤的发热量比较数据：

表1

品种	发热量(KCAL/KG)(干物质)
品种	发热量(KCAL/KG)(干物质)	活性污泥+初沉污泥(新鲜泥)	4067
活性污泥+初沉污泥(消化泥)	1782	活性污泥+初沉污泥(新鲜泥)	4067
活性污泥+初沉污泥(消化泥)	1782	褐煤	2282～3043
烟煤	5000～8014	褐煤	2282～3043

下列表2是已公开的关于城市污泥有机物组成资料数据：

表2

有机物种类及其含量	初沉污泥	剩余活性污泥	厌氧消化污泥
有机物种类及其含量	初沉污泥	剩余活性污泥	厌氧消化污泥	有机物含量(％)	60～90	60～80	30～60
油脂和脂肪含量(％)	6～35	5～12	5～20	有机物含量(％)	60～90	60～80	30～60
油脂和脂肪含量(％)	6～35	5～12	5～20	蛋白质含量(％)	20～30	32～41	15～20

由上二表可知，污泥有两大可利用之处：一是发热量；二是有机物、油脂、蛋白质含量等。就发热量而言，其新鲜污泥的热值已接近烟煤，高于褐煤的热值上限，但其消化泥的热值则大为降低。就有机物而言，新鲜污泥的综合有机物达到80％，但厌氧消化泥的有机含量只相当新鲜泥的一半，随着有机物含量的降低，多种有毒重金属含量也会随之升高。因此，如果对新鲜污泥能做快速保鲜干化处理，则可最大限度保有其热值和有机物含量，既可为工业提供部分再生能源，对农业亦可为生态农业林业提供大量无害化的有机肥，其作用将难以估计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的诸多缺陷，提出一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法及装置，具有经济实用并把污泥资源化的特点，变废为宝。

本发明的技术方案之一是，所述抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法的工艺步骤为：

(1)取污水处理厂产生的新鲜活性污泥(未做厌氧消化处理之污泥)，进行常规机械脱水，得重量百分比含水量为78％-82％的初步脱水污泥；

(2)将初步脱水污泥投入干化炉的封闭内筒中，然后启动该内筒中的粉碎式搅拌器并加热内筒中的初步脱水污泥至不低于40℃；干化炉的封闭内筒位于外筒内，且所述外筒内壁与封闭内筒外壁之间有换热腔；

(3)启动抽气压气机，将封闭内筒中的水蒸汽抽出并将抽出的水蒸汽压入换热腔；同时根据内筒中的压力检测讯号，调节抽气压气机变频电机的频率以使抽气量的变化与内筒中的压力变化相适应而使内筒中压力控制在设定值，由此使抽气量适应内筒物料水份加温蒸发的速度变化；

(4)当换热腔中蒸汽压力上升至压力趋于平稳、封闭内筒及外筒内温度上升趋于平缓时，延续一定时间至内筒中物料的重量比含水量≤40％，停止抽气压气机运行，同时打开内筒的放空阀(使内筒内腔与外界大气相通)；然后延续至换热腔中温度与内筒物料温度相差不大于10℃时，排出内筒内物料；该排出的物料采用真空包装，待用；

(5)内筒内物料排空后，再次向该封闭内筒中投入初步脱水污泥，并利用换热腔内的储热对内筒物料预热；

(6)内筒中物料升温至40℃或换热腔内水温降至50℃时，将换热腔内积水排出；

(7)依次重复上述步骤(3)至(6)。

并且，步骤(5)至(7)循环往复进行。

上述过程最好采用图1所示的双线间歇进行工作，使全流程可实现连续化，全过程可通过工控机实现全自动控制。

本发明的技术方案之二是，所述抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理装置的结构是(参见图2)，它有外周设有保温层13的外筒19，封闭内筒1位于外筒19中，且封闭内筒1的外壁与外筒19内壁之间有换热腔2；封闭内筒1底部装有连接了测温加热控制器6的电热元件12和带阀门的干泥排出管5，顶部装有放空阀15的该封闭内筒1中设有粉碎式搅拌器3，所述封闭内筒1上部还设有带进料阀的进料管4；由变频电机10驱动的抽气压气机9的进气口同封闭内筒1上部的抽气口20连通而该抽气压气机9的排气口同所述换热腔2的压气入口21连通；抽气压力检测与电机变频控制器7的检测信号输入端同装在所述抽气口20管路中的压力传感器信号输出端连接，该抽气压力检测与电机变频控制器7的控制信号输出端同所述变频电机10的工作电源控制端连接；所述换热腔2底部装有带排水阀的排水管22，该换热腔2还装有压力检测传感器和超压放空控制单元11。

进一步地，在所述抽气口20与抽气压气机9的进气口之间装有气体净化过滤器8；封闭内筒1中设有内筒散热片组16，换热腔2中设有散热片组17，以提高换热效率。

本发明的装置中，采用抽气压气机和上述设备进行干化处理；装置采用内外两筒结构，并配有相当数量的吸热，散热片，内筒盛干化物料，外筒作加压，升温供热，水汽冷凝用；内、外筒壁中装有测温和加热元件组，供原始启动，对冷物料作预热升温，并在正常工作中，提供一辅助温控手段；外筒内装有安全放空阀和排水阀；抽气过程，有压力检测，并以此对电机作变频调节，以适用负荷变化的需求；整个装置外壁作良好的保温处理；可用电脑实现全自动控制。

本发明所述方法和装置的工作过程与技术原理是，在污水处理现场，将活性污泥机械脱水后，送入装置的内筒，当投入量达到额定要求时，关掉进料阀。投入的物料在内筒中预热，同时启动粉碎式搅拌器，待内筒壳体温度达到一定温度时，打开换热腔的排水口排水，直至排空，然后关闭排水口；同时关闭放空阀，启动抽气压气机(简称抽压机)，并根据抽气压力检测讯号，调节变频电机的频率，调节抽压机的速率，以适应物料加温蒸发的速度变化。随着抽压机的工作，内筒压力呈现一定负压状态，外筒(换热腔)内压力、温度将逐步上升，内、外筒逐渐形成温差，外筒(换热腔)向内筒送热。随着工作的进行，外筒(换热腔)与内筒之间的温差越来越大，供热量也越来越大。内筒内的物料温度随之升高，水汽的蒸发量也将逐步加快。当物料温度达到水的沸点时，因物料中的水急速汽化，吸收大量的气化潜热，致使物料温度处于较平稳的状态。此时被抽出的气体已基本是水蒸汽。当进入外筒(换热腔)后，由于压力增高，加上外筒(换热腔)向内筒供热，外筒(换热腔)内水汽的组份将达到较高压力下的饱和冷凝状态。一部分水汽凝成水，并放出大量汽化潜热，以满足内筒物料水汽化的需要。此时，外筒(换热腔)内的压力升高到一定值时，也就平稳下来。在抽压机及粉碎式搅拌器继续工作的条件下，因其作功放热的缘故，内筒和外筒(换热腔)的温度还将略有上升，但上升速度已较平缓；直到物料内水份降到一定程度时，水汽蒸发速度放缓，外筒(换热腔)内将积累相当数量的凝结水，且温度较高；因此，在适当的时候，可将抽压机停下来，打开放空阀15，利用外筒(换热腔)内储藏的较高温度水的热能，继续对物料蒸发干化，并逐步降温达到节能降耗的效果。直到外筒(换热腔)内温度接近内筒物料温度时，再打开干泥排出口阀门，内筒内物料排出。物料排空后，关闭排料阀，然后打开进料阀，向内投料，并利用外筒(换热腔)内储备好的热能对物料预热。加料完后，关闭加料阀，待物料升温到一定程度或外筒内水温降到较低时，将外筒内积水通过排水口排空后关闭排水阀，同时关闭放空阀15。启动抽压机工作，如此循环往复进行。

此装置中，设置有外筒(换热腔)内压检测与超压放空控制单元，主要防止操作不慎导致的内压过高，属安全保护。此外，还设有测温加热控制，以便了解内外筒(换热腔)的温度变化情况，初始投运时，还可控制加热器组，对内筒物料升温，以加快干化物料温升的速度。降低抽压机负荷。某些特殊情况下，还可用作温控辅助调节手段，但运行一般不用。全套设备可采用电脑全自动控制。具体内容从略。

该装置的负荷能力，取决于外筒对内筒单位时间的供热量，(即供热速率)，其供热速率Q∝KFΔT；其中K为传热系数，F为传热面积，ΔT为内、外筒温差。

ΔT的大小，由内、外筒的工作压力来确定。ΔT越高，内、外筒的压差也越大，抽压机的做功也越大，由于散热、摩擦等原因，损耗亦将增加，能源的利用系数将降低，并将增加设备投资成本。为此：要将ΔT控制在一定范围之内，则必须增大传热面积F。因此，在内外筒内均须设置一定量的吸热散热片组(即内筒散热片组16和外筒之散热片组17)。内筒内的散热片组采用的外形和布置，既要考虑散热量，还应充分防止干化物料的堆积与破坏。为进一步达到节能降耗的效果，排出的水是蒸馏冷凝水，还具有相当高的温度，可用储槽储存作生活用，亦可在冬天用作污水处理水温调节。排出的干化污泥还可对机械脱水后的污泥进行预热。

本发明对污水处理厂产生的活性污泥，不做厌氧消化处理，即进入机械脱水，然后进入特效快速低温干化装置进入下一步脱水，获得含水量30％的干化污泥，再用真空包装保鲜防污染防退化，流程简单，其特点有：

(1)直接在污水处理厂处理。初步浓缩后的污泥，不通过消化处理，直接机械脱水后，即进入本装置的干化阶段，使干化后的污泥的热值、有机物含量最大化；

(2)通过抽气压气式干化装置，达到高效节能、快速、低温干化，杀菌消毒的效果；

(3)采用变频调节适应干化过程中，物料水汽蒸发速度的变化，以保证内外筒之间，压力、温度，传热过程所需的工作条件；

(4)产品采用真空包装法，以利存储期间，有机物不受外界环境条件，时间的影响，使有机物变质，逐步失去其使用价值，以达到保鲜的效果；

(5)设备简单归一。占地很少，与现有污泥干化技术设施相比，用地几乎微不足道，故可免去大量水含量甚高的污泥运输的烦恼，还可减少污泥的二次污染；

(6)污水厂处理后的污泥，可立即进入快速、低温、干化处理，可最大限度保有污泥的发热值和有机物含量，还对污泥进行了细菌病虫害的消毒处理。因此，从提供一种再生能源，和作为有机肥料的推广作用，均将起到相当积极的作用；

(7)能耗很低；由于烘干所需的热量主要为汽化潜热，而将1KG的H₂O由室温加热到100℃所需的热量还不足1KG水汽化所需热量的五分之一；本发明的核心思想是汽化潜热的全部回收，利用抽压机、粉碎搅拌器作功的热量亦得到直接回收利用，形成一个良好的闭路循环；因此，热损耗是很低的，仅须补偿一点散热损失和产品余温带走的热量及几十度的冷凝水温即可，因而是一种理想化的烘干设备，凡涉及水分离或转移的多种场合，它都有用武之地；

(8)全封闭式工作。除被分离的冷凝水和少量水汽排放外，无任何其他废气废液排放；

(9)可适用于大小不同的污水处理厂；由于不同时间、地点、不同性质的污泥其组成及重金属含量是不同的。这种分散处理有利于区别对待，因此，为干化污泥作为有机肥料推广应用提供了条件，减少了重金属对土地农作物的污染。

一次性设备投资费用不足现有干化法的五分之一，运行费用也很低，只相当现有费用的九分之一左右，一旦干化后的污泥得到有效应用后，还可变废为宝，实现盈利。

附图说明

图1是本发明方法的一种实施例双线间歇工作流程示意图；

图2是本发明装置的一种实施例结构示意图。

在图中：

1-封闭内筒， 2-换热腔， 3-粉碎式搅拌器，

4-进料管， 5-干泥排出管， 6-测温加热控制器，

7-抽气压力检测与电机变频控制器， 8-抽气净化过滤器，

9-抽气压气机， 10-变频电机，

11-压力检测传感器和超压放空控制单元， 12-电热元件，

13-保温层， 14-内筒密封盖， 15-放空阀，

16-内筒散热片组， 17-散热片组， 18-搅拌器活接头，

19-外筒， 20-抽气口， 21-压气入口，

22-排水管。

具体实施方式

实施例1：一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法，它的工艺步骤为：

(1)取污水处理厂产生的新鲜活性污泥，进行常规机械脱水，得重量百分比含水量为78％-82％的初步脱水污泥；

(4)当换热腔中蒸汽压力上升至压力趋于平稳、封闭内筒及外筒内温度上升趋于平缓时，延续一定时间至内筒中物料的重量比含水量≤40％，停止抽气压气机运行，同时打开内筒的放空阀；然后延续至换热腔中温度与内筒物料温度相差不大于10℃时，排出内筒内物料；该排出的物料采用真空包装，待用；

(7)依次重复上述步骤(3)至(6)。

并且，步骤(5)至(7)循环往复进行。

上述过程采用图1所示的双线间歇进行工作，使全流程可实现连续化，全过程通过工控机实现全自动控制。

实施例2：一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理装置，它的结构是(如图2所示)，它有外周设有保温层13的外筒19，封闭内筒1位于外筒19中，且封闭内筒1的外壁与外筒19内壁之间有换热腔2；封闭内筒1底部装有连接了测温加热控制器6的电热元件12和带阀门的干泥排出管5，顶部装有放空阀15的该封闭内筒1中设有粉碎式搅拌器3，所述封闭内筒1上部还设有带进料阀的进料管4；由变频电机10驱动的抽气压气机9的进气口同封闭内筒1上部的抽气口20连通而该抽气压气机9的排气口同所述换热腔2的压气入口21连通；抽气压力检测与电机变频控制器7的检测信号输入端同装在所述抽气口20管路中的压力传感器信号输出端连接，该抽气压力检测与电机变频控制器7的控制信号输出端同所述变频电机10的工作电源控制端连接；所述换热腔2底部装有带排水阀的排水管22，该换热腔2还装有压力检测传感器和超压放空控制单元11。

在所述抽气口20与抽气压气机9的进气口之间装有气体净化过滤器8；封闭内筒1中设有内筒散热片组16，换热腔2中设有散热片组17，以提高换热效率。

组成本发明所述装置的各单元均可采用现有技术之结构。

以日处理50吨含水量80％的污泥为例，装置的技术参数有：

内筒体积V₁＝12.5M³，

外筒体积V₂＝0.65V₁，

抽气压气机打气量标准状态下Qmax＝100M³/min，

变频电机驱动功率W₁＝260KW，

粉碎搅拌器功率W₂＝40KW，

电加热元件组功率W₃＝60KW，

工作状态(内筒压力设定值)：内筒控制气压P_内≈0.77atm，该压力值可根据对干化污泥含水量不同要求而进行调整，

H₂O沸点≈70℃，

气温T₁≈40℃，

外筒控制气压P_外≈3.0atm

气温T₂≈103℃

内外筒换热面积＝(3～4)×11.4M²

以二小时为一工作周期，控制部分采用LYF优化监控仪和6510集散控制系统。

Claims

1.一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理方法，其特征是，该方法的工艺步骤为：

(7)依次重复上述步骤(3)至(6)。

2.一种抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理装置，它有外周设有保温层(13)的外筒(19)，其特征是，封闭内筒(1)位于外筒(19)中，且封闭内筒(1)的外壁与外筒(19)内壁之间有换热腔(2)；封闭内筒(1)底部装有连接了测温加热控制器(6)的电热元件(12)和带阀门的干泥排出管(5)，顶部装有放空阀(15)的该封闭内筒(1)中设有粉碎式搅拌器(3)，所述封闭内筒(1)上部还设有带进料阀的进料管(4)；由变频电机(10)驱动的抽气压气机(9)的进气口同封闭内筒(1)上部的抽气口(20)连通而该抽气压气机(9)的排气口同所述换热腔(2)的压气入口(21)连通；抽气压力检测与电机变频控制器(7)的检测信号输入端同装在所述抽气口(20)管路中的压力传感器信号输出端连接，该抽气压力检测与电机变频控制器(7)的控制信号输出端同所述变频电机(10)的工作电源控制端连接；所述换热腔(2)底部装有带排水阀的排水管(22)，该换热腔(2)还装有压力检测传感器和超压放空控制单元(11)。

3.根据权利要求2所述抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理装置，其特征是，在所述抽气口(20)与抽气压气机(9)的进气口之间装有气体净化过滤器(8)。

4.根据权利要求2所述抽气压气式高效节能污泥即时快速低温干化消毒保鲜处理装置，其特征是，封闭内筒(1)中设有内筒散热片组(16)，换热腔(2)中设有散热片组(17)。