CN101786784A - 太阳能中水双热源热泵污泥干化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：它包括组合配置的全自动板框压滤设备、粉碎设备和太阳能、中水双热源热泵干燥设备，太阳能、中水双热源热泵干燥设备主要由热泵干燥设备、干燥室及其上安装的太阳能集热器构成，干燥室内设置自上而下分布的多层带式输送机、多级粉碎装置和高压电场；热泵干燥设备具有除湿和热泵两个工作循环，主要由连接中水系统的蒸发器、气液分离器及其上连接的压缩机、冷凝器和节流装置、除湿蒸发器构成，冷凝器外设置有换热器，两工作循环的循环回路的通断由电磁阀控制。本发明工艺技术路线合理，运行稳定，投资成本较低，设备机构简单，组合模块化，全程运行控制自动化程度高，操作维护简单。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水厂对污泥进一步除湿干化处理设备。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高，城市污水处理的要求也相应提高，城市处理厂的负荷日趋增大。目前，城市污水主要包括生活污水和工业污水，由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。城市污水处理工艺一般根据城市污水的利用或排放去向并考虑水体的自然净化能力，确定污水的处理程度及相应的处理工艺。处理后的污水，无论用于工业、农业或是回灌补充地下水，都必须符合国家颁发的有关水质标准。现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理工艺。污水一级处理应用物理方法，如筛滤、沉淀等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。污水二级处理主要是应用生物处理方法，即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程，将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水水质、水温、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上，应用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。而污泥是污水处理过程中的产物，城市污水处理产生的污泥中含有大量有机物，可作农肥使用，但是又含有大量细菌、寄生虫卵以及从生产污水中带来的重金属离子等有害成分，需做污泥减量、稳定、无害化处理，处理的主要方法是减量处理(浓缩、脱水等)、稳定处理(消化等)，这也是污水处理中的重要问题。但由于设计思想的局限，依然存在处理后污泥含水率过高、附加物过多、耗能巨大、运行成本高等问题。随着我国经济的高速发展，土地资源已经出现严重短缺，能够用于传统污泥处理方法的土地越来越少；同时受现有污泥处理设备技术、成本、效能等因素的限制，我国污泥处理的手段与效能与我国经济高速增长的实际状况形成了极大的反差，污泥的处置成为一个直接影响我国可持续发展、建设和谐社会和创新型国家的棘手问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅结构简单，维护方便，运行稳定、脱水干化效果好，自动化程度高，而且投资运行成本较低的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：它包括组合配置的全自动板框压滤设备、粉碎设备和太阳能、中水双热源热泵干燥设备，太阳能、中水双热源热泵干燥设备主要由热泵干燥设备、中水储存塔，干燥室及其上安装的太阳能集热器构成，干燥室内设置用于干化污泥的自上而下分布的多层带式输送机、减少污泥粒度的多级粉碎装置和加速污泥干化的高压电场；热泵干燥设备具有除湿和热泵两个工作循环，主要由连接中水系统的蒸发器、气液分离器及其上连接的压缩机、冷凝器和节流装置、除湿蒸发器构成，冷凝器外设置有换热器，两工作循环的循环回路的通断由电磁阀控制。
作为上述方案的进一步说明，所述换热器设置有换热管，除湿蒸发器与冷凝器分设于换热管的两端，该换热管与除湿蒸发器的对应端为热管吸热端，该换热管与冷凝器的对应端为热管放热端。
所述除湿蒸发器与连接中水系统的蒸发器分别连接于气液分离器上，经气液分离器连接的压缩机依次通向冷凝器、节流装置。
所述多层带式输送机由电磁感应加热。
所述干燥室内自上而下设置4层以上输送带，相邻的输送带的运动方向相反，多级粉碎装置分设在每层输送带的终点。
所述热泵工作循环包括热泵干燥系统和热泵供热系统，热泵干燥系统采用闭路式热泵干燥系统，热泵供热系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成。
所述除湿工作循环采用冷凝排湿系统，冷凝排湿系统由冷凝器、接水盘、排水管组成，接水盘设置在一蒸发器的下部，排水管与接水盘连接。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明采用独特的板框过滤机加太阳能、热泵干化污泥组合处理工艺，将含水率98％的污泥经过板框挤压降低到65％~70％，再经过破碎进入太阳能、中水双热源热泵干化装置，进一步降至45％~50％，工艺技术路线合理，运行稳定，投资成本较低。
2、从含水率98％的污泥处理到含水率低于50％的过程中，整个系统处于封闭状态，是极大改善了污泥处理的生产环境，对周遍环境的影响处于最低。
3、本发明太阳能热泵烘箱内设置污泥多级粉碎装置，污泥由于成块状和团状，在太阳能热泵烘箱内水分很难挥发，脱水难度大，通过大量的实验，在污泥的传输过程中，在多层带式传送装置上配置污泥多级粉碎装置，扩大污泥的接触面积，加快干化的速度，使干化后的污泥成粉末状；采用高压电场加速干化，经复合的高压电场干燥技术所干燥污泥具有可灭菌的优点，从而使产品质量较热风干燥显著提高，具有节约能源，不污染环境的特。
4、用太阳能、中水双热源热泵干化污泥，采用太阳能和热泵技术，及充分利用污水厂自身处理后的中水回用取热源，这些都是节能产品，实现了高效节能的目的，大大降低了污泥干化的成本，从而节约了开支；设备可以在污水处理厂内直接与污泥沉淀池对接，将含水率98％的污泥在污水处理厂处理至含水量50％以下后外运，极大地减小污泥的体积和重量，从而大幅度减少外运的费用并杜绝遗撒；设备的造价降低，使用维护成本降低，无温室气体排放，更加符合环保要求；设备实现自动控制方式，自动采集数据，远程监控，操作人员通过远程客户端登录掌握设备各种信息，了解每日处理数泥总量、耗电量、设备各部件运转状态、事故情况；设备设有语音报警装置，报表打印等功能，方便BOT项目实施；可以24小时连续运转，改善了操作人员的工作条件；设备可以根据各个污水处理厂的产能和污泥特性配置参数，达到最佳配置；设备模块化搭建，考虑地区差异，根据不同污泥处理中心的处理量对设备进行合理配置，达到按需定制的目的，此外，模块化结构使得运输极其便利。
附图说明
图1为本发明污泥处理流程示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明的闭路式热泵干燥系统；
图4为本发明热泵加热原理示意图；
图5为本发明冷凝除湿系统示意图。
附图标记说明：1、热泵干燥设备 1-1、除湿工作循环 1-11、接水盘 1-12、排水管 1-2、热泵工作循环 1-21、热泵干燥系统 1-22、热泵供热系统 1-221、膨胀阀 2、干燥室 3、太阳能集热器 4、高压电场 5、蒸发器 6、气液分离器 7、压缩机 8、冷凝器 9、节流装置 10、除湿蒸发器 11、换热管 12、13、电磁阀 14、热管吸热端15、热管放热端 16、泥浆罐 17、加药罐 18、全自动板框压滤机 19、破碎机 20、送风系统
具体实施方式
如图1所示，本发明一种太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，由全自动板框压滤设备21、粉碎设备和太阳能、中水双热源热泵干燥设备组合配置构成，具体包括泥浆罐16、加药罐17、送料泵、全自动板框压滤机18、破碎机19、送风系统20、太阳能集热器3、高压电场4、烘干输送设备、多级粉碎装置、电控系统、热风循环管路系统、中水水塔、热泵加热装置、保温设施、安全装置，泥浆罐16从污泥池中提取定量泥浆，由加药罐17往里添加药剂后输送到全自动板框压滤机18，经压滤后由破碎机19破碎、送风系统20干燥，再次破碎后输送到太阳能、中水双热源热泵干燥设备进行干燥，处理后入成品罐、装车。
全自动板框压滤设备18由交替排列的滤板和滤框构成一组滤室，滤板的表面有沟槽，其凸出部位用以支撑滤布，滤框和滤板的边角上有通孔，组装后构成完整的通道，能通入悬浮液、洗涤水和引出滤液。板、框两侧各有把手支托在横梁上，由压紧装置压紧板、框。板、框之间的滤布起密封垫片的作用，由供料泵将悬浮液压入滤室，在滤布上形成滤渣，直至充满滤室。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道，集中排出，过滤完毕，可通入清洗涤水洗涤滤渣。洗涤后，有时还通入压缩空气，除去剩余的洗涤液，打开压滤机可卸除滤渣，清洗滤布，重新压紧板、框，开始下一工作循环。本实施例中，采用1250型厢式全自动板框压滤机。
如图2~图5所示，太阳能、中水双热源热泵污泥干燥设备包括热泵干燥设备1、中水储存塔、干燥室2及太阳能集热器3，其中，太阳能集热器3与干燥室两者合并在一起成为一个整体。干燥室2兼并太阳能热泵烘箱，太阳能热泵烘箱表面设置太阳能集热板，收集热量进入烘箱内，控制柜自动控制调节太阳能热泵烘箱的温度和湿度，温度控制在50-85度之间，湿度控制在40以下，对污泥进行加热和抽湿。在烘箱内，自上而下设置4层输送带，相邻的输送带的运动方向相反。每层输送带的终点设有污泥粉碎装置，在烘箱内对污泥再进行多次粉碎，使污泥成粉末状，多层带式输送机由电磁感应加热。工作工程中，装有污泥的料盘排列在干燥室2内，污泥直接吸收太阳辐射能，起吸热板的作用，空气则由于温室效应而被加热。干燥室2内安装轴流风机，使空气在两列干燥室中不断循环，并上下穿透污泥层，使污泥表面增加与热空气接触的机会，辐射换热与对流换热同时起作用，干燥过程得以强化。吸收了水分的湿空气从排气管排出，通过控制阀门，还可以使部分热空气随进气口补充的新鲜空气回流。
在烘箱内设置高压电场4，对污泥进行干燥，这里，高压电场4是一综合效应场，它具有离子束(电子束，负离子束——提供电荷、也提供较多的自由电子)的作用，同时又存在电磁场辐射和恒定电场的作用。这些离子束是低能离子，与生物体相互作用过程是三因子合一的效应，即能量沉积效应，质量沉积效应和电荷交换效应。高压电场干燥污泥主要是离子束注入，实现在水分子上能量沉积，电荷交换。一方面离子和水分子发生能量交换，使水分子的能量加大，促进水分子中氢键的断开，使分子团变成单个的水分子，减小单个水集团的体积，为水分子脱出时减小阻力；另一方面离子和水分子发生电荷交换，使水分子的电荷数增加，在电场作用下，水分子所受的电场力增加，这两方面的作用使种子内水分子团的动态平衡向右发展，且在电场力的作用下，污泥内部的自由水向表面移动，污泥表皮中的水分子将直接被拉到空气中去，从而加速了污泥的干燥。细胞中的水分要克服各种阻力而逐步渗到污泥表面，这就需要电场的能量足够大，使水分子能够顺利脱出，即外加电场要大于某一特定的值。水分子从污泥内部脱出不发生液态到气态的转化，就能量方面来说，省了汽化的能量，从而省了能量。
热泵干燥设备1它具有除湿和热泵两个工作循环1-1、1-2，有两个蒸发器(除湿蒸发器和辅助蒸发器)和三个热源(干燥室湿空气和大气环境及中水热源)，具有使干燥室除湿和升温两种功能。当干燥室需要除湿时启动除湿工作循环；当干燥室需要升温时，则启动热泵工作循环，由辅助蒸发器从大气环境取热向干燥室供热风。在结构上，热泵干燥设备1主要由连接中水系统的辅助蒸发器5、气液分离器6及其上连接的压缩机7、冷凝器8和节流装置9、除湿蒸发器10构成，冷凝器外设置有换热管11，热泵循环系统的循环回路的通断由电磁阀12、13控制。除湿蒸发器10与冷凝器8分设于换热管11的两端，该换热管11与除湿蒸发器10的对应端为热管吸热端14，该换热管与冷凝器的对应端为热管放热端15。除湿蒸发器与连接中水系统的蒸发器分别连接于气液分离器6上，经气液分离器6连接的压缩机依次通向冷凝器8、节流装置9。
热泵工作循环1-2包括热泵干燥系统1-21和热泵供热系统1-22，其中，热泵干燥系统1-21采用闭路式热泵干燥系统，闭路式热泵干燥系统有内外两个工作循环，即制冷剂在热泵系统内的循环和干燥介质的干燥循环。制冷剂在蒸发器中吸收由干燥系统排出的废气中的热量后，使液体蒸发为蒸气；经压缩机压缩后，送到冷凝器中；在高压下，热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，把低温干空气加热到要求的温度后，排入干燥室作为干燥介质循环使用；液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环往复，同时，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。如图4所示，热泵供热系统1-22由压缩机7、冷凝器8、蒸发器5、膨胀阀1-221组成，通过流动媒体在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀中的气相变化的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。具体工作过程如下：
①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。
②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。
③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。
④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。
除湿工作循环1-1采用冷凝排湿系统，冷凝排湿系统由冷凝器8、接水盘1-11、排水管1-12组成，接水盘1-11设置在除湿蒸发器10的下部，排水管1-12与接水盘1-11连接，如图5所示，湿空气在风机吸引下从进口进入，首先与除湿蒸发器10接触，进行热交换，由于蒸发器的温度低于空气的露点温度，所以在冷却空气的过程中，空气中所含的水分将被冷凝出来，从蒸发器下部的接水盘1-11排出。空气再流经冷凝器吸热，使温度升到高于进蒸发器的空气温度，使相对湿度大大降低。
使用过程中，污泥处理流程如下：
a、板框挤压：浓度为含水率98％的污泥30吨流入到反应罐内，加6‰的添加剂，进行15分钟的气爆，然后送入全自动板框机。全自动板框机经过3~5个小时挤压后脱板，产生含水率70％以下的污泥2.4吨，整个过程耗电量为45度。每天能脱板4~5次，日处理含水率98％的污泥150吨。对含水率70％以下污泥进行初次粉碎，进入皮带输送，在输送过程中进行送风，吹干污泥表面的水分，进入储泥罐。在储泥罐底部安装气动变位螺旋污泥粉碎机，对污泥进行再次粉碎碾细，送入太阳能热泵烘箱内。
b、太阳能、中水双热源热泵干燥设备：控制柜自动控制调节太阳能热泵烘箱的温度和湿度，温度控制在50-85度之间，湿度控制在40以下，对污泥进行加热和抽湿。从太阳能热泵烘箱出来的污泥含水率低于50％，呈粉末状，装车后的污泥经自然堆积成锥形。此烘箱每小时处理污泥0.75吨，耗电60-70度，一天处理污泥15吨。烘箱的占地面积约为80平方米。
本发明与现有技术相比，采用了太阳能和热泵技术，充分利用污水厂自身处理后的中水回用取热源，这些都是节能产品，实现了高效节能的目的，大大降低了污泥干化的成本，从而节约了开支；设备可以在污水处理厂内直接与污泥沉淀池对接，将含水率98％的污泥在污水处理厂处理至含水量50％以下后外运，极大地减小污泥的体积和重量，从而大幅度减少外运的费用并杜绝遗撒；设备的造价降低，使用维护成本降低，无温室气体排放，更加符合环保要求；设备实现自动控制方式，自动采集数据，远程监控，操作人员通过远程客户端登录掌握设备各种信息，了解每日处理数泥总量、耗电量、设备各部件运转状态、事故情况；设备设有语音报警装置，报表打印等功能，方便BOT项目实施；可以24小时连续运转，改善了操作人员的工作条件；设备可以根据各个污水处理厂的产能和污泥特性配置参数，达到最佳配置；设备模块化搭建，考虑地区差异，根据不同污泥处理中心的处理量对设备进行合理配置，达到按需定制的目的，此外，模块化结构使得运输极其便利。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：它包括组合配置的全自动板框压滤设备、粉碎设备和太阳能、中水双热源热泵干燥设备，太阳能、中水双热源热泵干燥设备主要由热泵干燥设备、中水储存塔、干燥室及其上安装的太阳能集热器构成，干燥室内设置用于干化污泥的自上而下分布的多层带式输送机、减少污泥粒度的多级粉碎装置和加速污泥干化的高压电场；热泵干燥设备具有除湿和热泵两个工作循环，主要由连接中水系统的蒸发器、气液分离器及其上连接的压缩机、冷凝器和节流装置、除湿蒸发器构成，冷凝器外设置有换热器，两工作循环的循环回路的通断由电磁阀控制。
2.根据权利要求1所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述换热器中设置有换热管，除湿蒸发器与冷凝器分设于换热管的两端，该换热管与除湿蒸发器的对应端为热管吸热端，该换热管与冷凝器的对应端为热管放热端。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述除湿蒸发器与连接中水系统的蒸发器分别连接于气液分离器上，经气液分离器连接的压缩机依次通向冷凝器、节流装置。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述多层带式输送机由电磁感应加热。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述干燥室内自上而下设置4层以上输送带，相邻的输送带的运动方向相反，多级粉碎装置分设在每层输送带的终点。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述热泵工作循环包括热泵干燥系统和热泵供热系统，热泵干燥系统采用闭路式热泵干燥系统，热泵供热系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能中水双热源热泵污泥干化系统，其特征在于：所述除湿工作循环采用冷凝排湿系统，冷凝排湿系统由冷凝器、接水盘、排水管组成，接水盘设置在除湿蒸发器的下部，排水管与接水盘连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGZHOU TOKEE WATER PURIFICATION CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GAN YONGXIONG Effective date: 20110216 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 511363 INSIDE WASTEWATER PURIFICATION FACTORY, XINZHOU, XINTANG, ZENGCHENG, GUANGZHOU CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: 511340 17/F, DINGHAO BUILDING, NO. 321, GANGKOU AVENUE, XINTANG TOWN, ZENGCHENG, GUANGZHOU CITY |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110216 Address after: The best building No. 321 Guangzhou 511340 port town of Xintang Zengcheng Avenue 17 floor Applicant after: GUANGZHOU XINTAO WASTEWATER TREATMENT CO.,LTD. Address before: 511363 Zengcheng Xintang Xinzhou sewage purification plant in Guangdong, Guangzhou Applicant before: Gan Yongxiong |
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Granted publication date: 20120328 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |