CN103964661A - 一种污泥梯度脱水干化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥梯度脱水干化的系统和方法，该系统包括污泥储罐、机械脱水机、无轴螺旋输送机、连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机、干泥储仓、冷却工质储罐、鼓风机、引风机及除臭装置，经机械脱水的污泥在无轴螺旋输送机中，与加入的干化辅料及从干泥储仓回流的干化污泥混合后一起进入连续好氧发酵装置中，进行第一步生物发酵干化；经干化的污泥再进入空心桨叶干燥机中，通过干化热源对空心桨叶干燥机中的污泥进行第二步干化。与现有技术相比，本发明对污泥的干化效果好，可缩短污泥干化的周期，显著降低能耗，能够实现连续化、规模化生产。

Description

一种污泥梯度脱水干化的系统和方法

技术领域

本发明属于固体废物处理处置技术领域，特别是涉及一种利用余热和生物干化的污泥梯度脱水干化的系统和方法。

背景技术

近年来，城市污泥产量逐年增加。污泥含水率高、易腐败、产生恶臭，且污水中去除的污染物大部分集聚在污泥之中，随意堆放会存在较高的二次污染风险。我国污泥处理起步较晚，早期建设的污水处理厂，往往尽可能地简化、甚至忽略污泥处理处置单元，污泥的处理方式主要是简单填埋、土地利用或堆放。直接填埋将会占用大量土地，污染地下水；土地利用则因运输量大、分散困难；直接焚烧也会因为含固率低而导致热值太低，需耗费大量辅助燃料，显著增加处理成本。因此，对城市污泥进行干化处理、降低污泥含水率，是解决目前在污泥处置过程中所遇到的许多问题的关键。环境保护部办公厅2010年11月26日发布的“关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知”(环办[2010]157号)中规定的“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50％以下”。

传统的污泥干化法采用污泥干化场的形式，将污泥平铺在室外的干化场，通过自然通风和太阳能辐射对污泥进行干化。这种干化方式占地面积大，易受气候影响。现代化的干化工艺主要为热干化和生物干化。其中热干化主要包括直接加热式、间接加热式和辐射加热式，即通过外加热源将污泥中水分蒸发。直接加热式和间接加热式污泥干化工艺，具有占地面积小、减量化明显、产品用途灵活等优点，但投资和运行费用高、设备运行能耗高，并且具有粉尘爆炸安全隐患。辐射加热式有红外干化、微波干化和太阳能干化等工艺，其中以太阳能干化工艺不消耗化石能源受到人们特别的关注，但该方法占地面积大，处理效果受天气和季节性条件约束，改进型储热式和热泵式太阳能干化工艺的使用在一定程度上克服了天气和季节性条件的约束，但热泵装置的使用导致投资和运行能耗的增加，限制了污泥太阳能干化系统在我国的大面积推广应用。因此，发展一种更经济、更节能的污泥干化技术已成为我国城市污泥处理的迫切需要。

生物干化(biodrying)最早是由美国康奈尔大学Jewell等人于1984年研究牛粪生物干燥的操作参数时提出。利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，从而实现快速去除水分的一种干化处理工艺。生物干化的特点在于不需外加热源，干化所需能量来源于微生物的好氧发酵活动，属于物料本身的生物能，因此是一种非常经济、节能、环保的干化技术。生物干化的另一个特点是加入了人为的过程控制策略，辅料的加入使污泥物料堆体的孔隙率大大增加，污泥物料可堆积较大厚度，减少了占地面积，同时通过对物料进行强制鼓风，从而提高干化效率，缩短干化周期。然而，生物干化也受污泥有机物可降解性的约束，对进一步降低污泥含水率效果不理想，干化周期较长。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连续化、规模化的污泥梯度脱水干化的系统和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种污泥梯度脱水干化的系统，该系统包括污泥储罐、机械脱水机、无轴螺旋输送机、连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机、干泥储仓、冷却工质储罐、鼓风机、引风机及除臭装置，所述的污泥储罐、机械脱水机、无轴螺旋输送机、连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机及干泥储仓依次顺序连接，所述的冷却工质储罐与空心桨叶干燥机连接，所述的鼓风机分别与连续好氧发酵装置及空心桨叶干燥机的入口端连接，所述的除臭装置通过引风机分别与连续好氧发酵装置及空心桨叶干燥机的出口端连接。

所述的污泥储罐、机械脱水机位于污泥干化房外，所述的连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机、干泥储仓位于污泥干化房内。在机械脱水污泥通过无轴螺旋输送机送入连续好氧发酵装置的同时，通过无轴螺旋输送机中部的加料口和干化污泥回流入口混入一定量的干化辅料和干化污泥，在无轴螺旋输送机的搅拌作用下脱水污泥、干化辅料和干化污泥充分混合，进入连续好氧发酵装置。

所述的连续好氧发酵装置内设有一到两根无中心轴螺旋体，进入连续好氧发酵装置内的物料随着无中心轴螺旋体的转动被不断地搅拌同时被连续地推向连续好氧发酵装置的出口。

所述的空心桨叶干燥机上设有夹套和带空心桨叶的搅拌轴，所述的夹套和搅拌轴的一端均与干化热源连通，所述的夹套和搅拌轴的另一端均与冷却工质储罐连接，所述的干化热源选自电厂余热水、化工厂余热水或太阳能热水器出水中的一种。

所述的无轴螺旋输送机带有物料混合搅拌功能。

该系统还包括计算机控制装置，所述的连续好氧发酵装置内设有温度传感器和氧浓度传感器，所述的空心桨叶干燥机进出口处均设有温度传感器，空心桨叶干燥机内部设有水蒸气传感器，所述的温度传感器、氧浓度传感器、水蒸气传感器、鼓风机、引风机、空心桨叶干燥机及连续好氧发酵装置均与计算机控制装置连接。

一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)污泥储罐内的高含水率污泥经过机械脱水机脱水后进入无轴螺旋输送机；

(2)在无轴螺旋输送机中，高含水率污泥与加入的干化辅料及从干泥储仓回流的干化污泥混合后一起进入连续好氧发酵装置中；

(3)在连续好氧发酵装置中，污泥被生物干化；

(4)经生物干化的污泥进入空心桨叶干燥机，通过干化热源对污泥进行第二步干化；

(5)将第二步干化后的污泥储存在干泥储仓中，部分干化污泥回流到无轴螺旋输送机中与高含水率污泥混合。

污泥在进行生物干化及第二步干化的过程时，空气通过鼓风机进入连续好氧发酵装置与空心桨叶干燥机内，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程中产生的湿气和废气通过引风机引出，经过除臭装置处理。

污泥在空心桨叶干燥机中进行第二步干化时，干化热源中的工质携带热量流经空心桨叶干燥机的夹套和空心桨叶，对第一步生物干化的污泥进行进一步干化，流经空心桨叶干燥机后冷却的工质进入冷却工质储罐。

步骤(2)所述的干化辅料选自秸秆、稻壳、谷糠或园林垃圾中的一种或几种，所述的干化辅料的添加量为高含水率污泥的0～10wt％。

步骤(5)中，0～40wt％的干化污泥作为生物干化的接种剂和水份调理剂回流到无轴螺旋输送机中。

在连续好氧发酵装置中，污泥被生物干化的发酵周期为5～7天。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)污泥脱水、干化在密闭连续运行，有效避免了废气对周围环境的影响。

(2)脱水污泥生物干化前干化辅料和干化污泥的混合加入增加了污泥的孔隙率，降低了含水率，有利于水份的散失，避免了较大结块的出现。

(3)污泥生物干化过程中，微生物的作用促使污泥干化中不易形成污泥结块，有利于污泥的深度干化。

(4)采用干化热源对脱水污泥进行进一步干化，降低了能耗，整体干化时间显著减少，干化效果明显提高。

(5)连续化的干化工艺，便于实现规模化生产。

附图说明

图1为本发明系统的流程示意图。

图中，1为污泥储罐、2为机械脱水机、3为无轴螺旋输送机、4为污泥干化房、5为连续好氧发酵装置、6为空心浆叶干燥机、7为干泥储仓、8为干化热源、9为冷却工质储罐、10为鼓风机、11为引风机、12为除臭装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种污泥梯度脱水干化的系统，如图1所示，其包括：污泥储罐1、机械脱水机2、带物料混合搅拌功能的无轴螺旋输送机3、污泥干化房4、连续好氧发酵装置5、空心桨叶干燥机6、干泥储仓7、干化热源8、工质储罐9、鼓风机10、引风机11、除臭装置12。

污泥储罐1、机械脱水机2位于污泥干化房4外，连续好氧发酵装置5、空心桨叶干燥机6、干泥储仓7位于污泥干化房4内，无轴螺旋输送机3输送污泥进入污泥干化房4中，在无轴螺旋输送机3的中部设有一干化辅料加料口和干化污泥回流入口，加料口和回流入口分别位于污泥干化房4的外侧和内侧，在机械脱水污泥通过无轴螺旋输送机3送入污泥干化房4内进入连续好氧发酵装置5的同时，通过无轴螺旋输送机3中部的加料口和干化污泥回流入口混入一定量的干化辅料和干化污泥，在无轴螺旋输送机3的搅拌作用下脱水污泥、干化辅料和干化污泥充分混合，进入连续好氧发酵装置5，经第一步生物干化污泥堆体温度降到一定值时，在连续好氧发酵装置5内无中心轴螺旋体的推动作用下，污泥进入空心桨叶干燥机6进行余热干化处理，干化后的污泥进入干泥储仓7存放。

该系统还包括一联通连续好氧发酵装置5和空心桨叶干燥机6的鼓风机10和引风机11，该引风机11通过管道与一设于污泥干化房4旁的除臭装置12的进气口相连。

该系统还包括计算机控制装置，连续好氧发酵装置5内设有温度传感器和氧浓度传感器，空心桨叶干燥机6进出口处均设有温度传感器，空心桨叶干燥机6内部设有水蒸气传感器，温度传感器、氧浓度传感器、水蒸气传感器、鼓风机10、引风机11、空心桨叶干燥机6及连续好氧发酵装置5均与计算机控制装置连接。

一种污泥梯度脱水干化的系统和方法，参照图1，其基本操作原理和方式如下：

污泥储罐1中含水率95～99wt％的调理污泥经过机械脱水机2脱水后，污泥含水率降至85～80wt％，然后脱水污泥在通过无轴螺旋输送机3过程中和干化辅料、回流干化污泥混合，同时调理污泥含水率降至60～65％，送入污泥干化房4内进入连续好氧发酵装置5中，由于干化辅料和干化污泥的加入增加了污泥的孔隙率，水份快速蒸发，污泥被快速干化，污泥在连续好氧发酵装置5中的发酵周期一般控制在5～7天，1～2天堆体温度控制在最高65～70℃，随后下降到50～60℃，持续4～5天，在连续好氧发酵装置5内螺旋搅拌轴推进速度一定的条件下，按照污泥生物干化发酵周期设计连续好氧发酵装置5的容积大小保证污泥的停留时间不小于发酵周期。生物干化发酵完成后，污泥的含水率降至45～50wt％。

干化热源8中的工质(电厂余热水)携带热量流经空心桨叶干燥机6的夹套和空心桨叶，对第一步生物干化的污泥进行进一步干化，流经空心桨叶干燥机6后冷却的工质进入冷却工质储罐9，污泥含水率降到30～35wt％时，干化的污泥由空心桨叶干燥机6排出，进入干泥储仓7中堆放。

污泥在进行生物干化及第二步干化的过程时，空气通过鼓风机10进入连续好氧发酵装置5与空心桨叶干燥机6内，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程中产生的湿气和废气通过引风机11引出，经过除臭装置12处理。当连续好氧发酵装置5中的温度过高或氧浓度不足时，通过阀门控制氧气量大小进行通风操作。空心桨叶干燥机6和连续好氧发酵装置5并联在通风系统中，污泥在空心桨叶干燥机6内进行干化的同时，分别通过鼓风机10始终通入较大量的干燥空气，同时引风机11将产生的大量湿气和废气及时排出，送入除臭装置12的入口进行除臭处理后排空，湿气和废气冷凝的废水也通过管道收集后进入除臭装置12进行除臭处理。

计算机控制系统通过连续好氧发酵装置5内的温度传感器和氧浓度传感器，空心桨叶干燥机6出口处的含水率传感器反馈的信号，来控制连续好氧发酵装置5的电机、空心桨叶干燥机6的电机、鼓风机10和引风机11工作。

实施例2

一种污泥梯度脱水干化的系统，如图1所示，该系统包括污泥储罐1、机械脱水机2、无轴螺旋输送机3、连续好氧发酵装置5、空心桨叶干燥机6、干泥储仓7、冷却工质储罐9、鼓风机10、引风机11及除臭装置12，污泥储罐1、机械脱水机2、无轴螺旋输送机3、连续好氧发酵装置5、空心桨叶干燥机6及干泥储仓7依次顺序连接，冷却工质储罐9与空心桨叶干燥机6连接，鼓风机10分别与连续好氧发酵装置5及空心桨叶干燥机6的入口端连接，除臭装置12通过引风机11分别与连续好氧发酵装置5及空心桨叶干燥机6的出口端连接。

污泥储罐1、机械脱水机2位于污泥干化房4外，连续好氧发酵装置5、空心桨叶干燥机6、干泥储仓7位于污泥干化房4内，无轴螺旋输送机3输送污泥进入污泥干化房4，在无轴螺旋输送机3的中部设有一干化辅料加料口和干化污泥回流入口，加料口和回流入口分别位于污泥干化房4的外侧和内侧。在机械脱水污泥通过无轴螺旋输送机3送入连续好氧发酵装置5的同时，通过无轴螺旋输送机3中部的加料口和干化污泥回流入口混入一定量的干化辅料和干化污泥，在无轴螺旋输送机3的搅拌混合作用下脱水污泥、干化辅料和干化污泥充分混合，进入连续好氧发酵装置5。连续好氧发酵装置5内设有一到两根无中心轴螺旋体，进入连续好氧发酵装置5内的物料随着无中心轴螺旋体的转动被不断地搅拌同时被连续地推向连续好氧发酵装置5的出口。

空心桨叶干燥机6上设有夹套和带空心桨叶的搅拌轴，夹套和搅拌轴的一端均与干化热源8连通，夹套和搅拌轴的另一端均与冷却工质储罐9连接，其中，干化热源8选择太阳能热水器出水。

该系统还包括计算机控制装置，连续好氧发酵装置5内设有温度传感器和氧浓度传感器，空心桨叶干燥机6进出口处均设有温度传感器，空心桨叶干燥机6内部设有水蒸气传感器，温度传感器、氧浓度传感器、水蒸气传感器、鼓风机10、引风机11、空心桨叶干燥机6及连续好氧发酵装置5均与计算机控制装置连接。

一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)污泥储罐1内的高含水率污泥经过机械脱水机2脱水后进入无轴螺旋输送机3；

(2)在无轴螺旋输送机3中，高含水率污泥与加入的干化辅料及从干泥储仓7回流的干化污泥混合后一起进入连续好氧发酵装置5中；

(3)在连续好氧发酵装置5中，污泥被生物干化；

(4)经生物干化的污泥进入空心桨叶干燥机6，通过干化热源8对污泥进行第二步干化；

(5)将第二步干化后的污泥储存在干泥储仓7中，部分干化污泥回流到无轴螺旋输送机3中与高含水率污泥混合。

其中，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程时，空气通过鼓风机10进入连续好氧发酵装置5与空心桨叶干燥机6内，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程中产生的湿气和废气通过引风机11引出，经过除臭装置12处理。

污泥在空心桨叶干燥机6中进行第二步干化时，干化热源8中的工质携带热量流经空心桨叶干燥机6的夹套和空心桨叶，对第一步生物干化的污泥进行进一步干化，流经空心桨叶干燥机6后冷却的工质进入冷却工质储罐9。

步骤(2)中的干化辅料为秸秆，干化辅料的添加量为高含水率污泥的10wt％。

步骤(5)中，40wt％的干化污泥作为生物干化的接种剂和水份调理剂回流到无轴螺旋输送机3中。在连续好氧发酵装置5中，污泥被生物干化的发酵周期为7天。

实施例3

与实施例2相同，不同之处在于，步骤(2)中的干化辅料为稻草与谷糠混合物，干化辅料的添加量为高含水率污泥的5wt％，步骤(6)中，20wt％的干化污泥作为生物干化的接种剂和水份调理剂回流到无轴螺旋输送机3中。在连续好氧发酵装置5中，污泥被生物干化的发酵周期为6天。

实施例4

与实施例2相同，不同之处在于，步骤(2)中的干化辅料为园林垃圾，干化辅料的添加量为高含水率污泥的5wt％，步骤(6)中，20wt％的干化污泥作为生物干化的接种剂和水份调理剂回流到无轴螺旋输送机3中。在连续好氧发酵装置5中，污泥被生物干化的发酵周期为5天。

实施例5

与实施例2相同，不同之处在于，步骤(2)中不添加干化辅料，步骤(6)中，没有干化污泥回流到无轴螺旋输送机3中。在连续好氧发酵装置5中，污泥被生物干化的发酵周期为7天。

本发明利用生物干化发酵产生的热量，并充分利用余热或太阳能热水器出水进行污泥的干化处理，整个干化过程能耗小，节约能源。使用本发明提出的污泥梯度脱水、干化的系统和方法可以实现污泥的工业化规模处置，具有处理效果好、周期短，投资和运行成本低等显著优点。

以上公开的仅是本发明的具体实施例，依据本发明的创新性原理可以对这些实施方式做出多种变更或变化，这些变更和变化应落入本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥梯度脱水干化的系统，其特征在于，该系统包括污泥储罐、机械脱水机、无轴螺旋输送机、连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机、干泥储仓、冷却工质储罐、鼓风机、引风机及除臭装置，所述的污泥储罐、机械脱水机、无轴螺旋输送机、连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机及干泥储仓依次顺序连接，所述的冷却工质储罐与空心桨叶干燥机连接，所述的鼓风机分别与连续好氧发酵装置及空心桨叶干燥机的入口端连接，所述的除臭装置通过引风机分别与连续好氧发酵装置及空心桨叶干燥机的出口端连接。

2.根据权利要求1所述的一种污泥梯度脱水干化的系统，其特征在于，所述的连续好氧发酵装置、空心桨叶干燥机及干泥储仓均设在相对密封的污泥干化房中。

3.根据权利要求1所述的一种污泥梯度脱水干化的系统，其特征在于，所述的连续好氧发酵装置内设有一到两根无中心轴螺旋体，进入连续好氧发酵装置内的物料随着无中心轴螺旋体的转动被不断地搅拌同时被连续地推向连续好氧发酵装置的出口。

4.根据权利要求1所述的一种污泥梯度脱水干化的系统，其特征在于，所述的空心桨叶干燥机上设有夹套和带空心桨叶的搅拌轴，所述的夹套和搅拌轴的一端均与干化热源连通，所述的夹套和搅拌轴的另一端均与冷却工质储罐连接，所述的干化热源选自电厂余热水、化工厂余热水或太阳能热水器出水中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种污泥梯度脱水干化的系统，其特征在于，该系统还包括计算机控制装置，所述的连续好氧发酵装置内设有温度传感器和氧浓度传感器，所述的空心桨叶干燥机进出口处均设有温度传感器，空心桨叶干燥机内部设有水蒸气传感器，所述的温度传感器、氧浓度传感器、水蒸气传感器、鼓风机、引风机、空心桨叶干燥机及连续好氧发酵装置均与计算机控制装置连接。

6.一种采用如权利要求1所述的污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)污泥储罐内的高含水率污泥经过机械脱水机脱水后进入无轴螺旋输送机；

(2)在无轴螺旋输送机中，高含水率污泥与加入的干化辅料及从干泥储仓回流的干化污泥混合后一起进入连续好氧发酵装置中；

(3)在连续好氧发酵装置中，污泥被生物干化；

(4)经生物干化的污泥进入空心桨叶干燥机，通过干化热源对污泥进行第二步干化；

(5)将第二步干化后的污泥储存在干泥储仓中，部分干化污泥回流到无轴螺旋输送机中与高含水率污泥混合。

7.根据权利要求6所述的一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，其特征在于，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程时，空气通过鼓风机进入连续好氧发酵装置与空心桨叶干燥机内，污泥在进行生物干化及第二步干化的过程中产生的湿气和废气通过引风机引出，经过除臭装置处理。

8.根据权利要求6所述的一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，其特征在于，步骤(2)所述的干化辅料选自秸秆、稻壳、谷糠或园林垃圾中的一种或几种，所述的干化辅料的添加量为高含水率污泥的0～10wt％。

9.根据权利要求6所述的一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，其特征在于，步骤(5)中，0～40wt％的干化污泥作为生物干化的接种剂和水份调理剂回流到无轴螺旋输送机中。

10.根据权利要求6所述的一种采用污泥梯度脱水干化的系统进行污泥梯度脱水干化的方法，其特征在于，在连续好氧发酵装置中，污泥被生物干化的发酵周期为5～7天。