CN104129898B - 太阳能污泥恒温干化无害化处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能污泥恒温干化无害化处理装置及方法。该装置包括储热水池、太阳能集热装置、污泥焚烧装置、污泥干化装置和成品污泥储存装置。该方法包括：步骤A，通过太阳能集热装置收集太阳辐射热量，再将热量传导入储热水池中；步骤B，将待处理污泥输送入烘箱中，干化产生的废气通过干化废气收集装置收集，并通过管路送入储热水池，废气中可溶性气体通过曝气方式溶于水中；步骤C，污泥经干化后以密闭方式输送入成品污泥储存罐内，加入助燃剂进行搅拌；步骤D，搅拌均匀后，将污泥送入焚烧炉进行燃烧，可为储热水池提供热量，燃烧后的剩余废渣可作为建材原料进行资源化处置。本发明真正实现污泥处理减量化、无害化、资源化目标。
Description
技术领域
本发明涉及处理污水处理厂产生污泥的装置及方法。
背景技术
随着城市污水处理普及，城市污水处理厂的产生的污泥大量增加，由于污泥含水率高、体积大、易造成污染、成分复杂等特点，容易给堆放、运输、储存、利用等方面带来诸多麻烦，污泥处理所产生的种种问题也越来越得到人们的关注。
污泥的共同特点是含水率高，体积大，不易处理，成分复杂，含有大量的有机物质，有毒有害的重金属，病原微生物、寄生虫卵，盐类以及放射性核素等难降解物质。
污泥处理最关键的指标是含水率高低，目前，污泥处理的方法主要有机械脱水、热干化、厌氧发酵、焚烧等。采用机械脱水方式能将污泥处理至含水率60-80%，采用热干化方式能将污泥处理至含水率30-40%，采用厌氧发酵能将污泥处理至含水率40-50%，焚烧能将污泥完全处理，但一般需要先将污泥处理至含水率30-40%，如污泥含水率过高则会影响焚烧效率。
污泥处理与其他固体废弃物的处理原则一样，都应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。污水处理厂产生的污泥含水率很高，一般在96-99%之间，体积很大，不利于储存、运输和消纳，因而污泥处理最重要的达到减量化。为达到减量化，降低污泥含水率是首要因素。通过研究发现，污泥内水分组成复杂，包括间隙水、表面吸附水、毛细结合水和内部结合水，间隙水和表面吸附水较容易去除，可采用机械脱水方式处理（如带式压滤机、离心脱水机、厢式压滤机等），但毛细结合水和内部结合水较难去除，采用机械脱水方式无法去除，只能采用热干化或焚烧作用去除。
现有的热干化技术是通过燃烧煤、天然气或电加热等方式产生大量热量加热污泥从而去除水分，但这种方式干化过程中将消耗大量能源，并且干化温度过高，使污泥内有机物质，尤其是苯、氯酚、氨等挥发性物质释放，危害环境，造成污泥处理过程中的二次污染。在中温和高温条件下干化污泥，释放的硫化氢，分别是低温条件下释放硫化氢的108倍和150倍；在中温和高温下释放的氨，分别是低温下释放氨的11.5倍和18.6倍，污泥干化温度决定了硫化氢及氨的释放强度。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种采用低温恒温干化方式，且热交换效率高，污泥干化效果佳，污泥干化能耗低，设备投资和运行成本低，不向外界排放污泥和废气，真正实现污泥处理减量化、无害化、资源化目标的太阳能污泥恒温干化无害化处理装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，包括储热水池、太阳能集热装置、污泥焚烧装置、污泥干化装置和成品污泥储存装置，太阳能集热装置包括太阳能集热板和太阳能热交换器，污泥焚烧装置包括焚烧炉、焚烧炉热交换器、焚烧废气收集装置和焚烧废气处理装置，污泥干化装置包括烘箱、烘箱热交换器、烘箱污泥输送带、烘箱内换热单元和干化废气收集装置，成品污泥储存装置包括成品污泥储存罐、封闭式污泥输送带、污泥搅拌装置和助燃剂储存罐；所述太阳能热交换器、焚烧炉热交换器和烘箱热交换器设于储热水池内，储热水池为密闭池体；所述储热水池内的底部设有干化废气曝气装置，所述干化废气收集装置通过管路与干化废气曝气装置相连；烘箱污泥输送带的首端与污泥进口相连；所述封闭式污泥输送带一端与烘箱污泥输送带的末端相连，另一端与成品污泥储存罐的干化污泥进料口相连；成品污泥储存罐的出泥端通过输送带与焚烧炉相连。
本发明的太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，通过太阳能集热系统吸收太阳热辐射并传导进入储热水池，经过热量储存与传递，最终用于污泥热干化过程，能够极大的节约污泥干化能耗。可控制储热水池内水温恒定，若温度过高可停止太阳能集热装置热量传输，若温度过低可通过焚烧炉升温，从而保持污泥干化温度稳定，便于烘箱温度控制，这样能够简化整套工艺的自控系统配置，只需控制水温恒定即能控制干化温度，从而降低设备投资和运行成本。本发明还借助储水池内的水吸收有害气体，解决了干化过程中有害气体污染问题，达到污泥处理无害化目的。污泥经干化处理后加入助燃剂焚烧，废气吸收后返回污水厂前端处理，焚烧废渣作为建材原料，焚烧废气经处理后达标排放，从而真正实现了污泥处理减量化、无害化、资源化的目标。
污水处理厂产生的污泥含水率一般在96-99%之间，首先进行机械脱水处理。经机械脱水后污泥含水率降至60-80%，即可采用本发明的太阳能污泥恒温干化无害化处理装置。主要流程为太阳能集热系统收集太阳辐射热量，传导进入储热水池。储热水池内温度维持在80-90℃，如温度过高可停止太阳能集热系统热量传输，温度过低可通过焚烧炉升温。烘箱热交换器从储热水池吸收热量向烘箱内传递热量，用于污泥干化。烘箱热交换器连接供热管路，热传导介质为水，管路与烘箱内换热单元连接。烘箱设有干化废气排出口，通过抽负压的方式将干化废气排出烘箱。废气通过管路进入储热水池，废气中的硫化氢、氨、氮、磷、挥发性有机物等可溶性气体通过曝气方式溶于水中，从而达到去除恶臭气体的目的。污泥经干化后含水率可降至30-40%。干化后的污泥经封闭式的输送带送入成品污泥储存罐的污泥搅拌仓，加入重量为污泥重量50%的助燃剂，进行搅拌。搅拌均匀后的污泥可送入焚烧炉进行燃烧，为储热水池提供热量。燃烧后的剩余废渣可作为制水泥、制砖等建材原料进行资源化处置。
作为优选，储热水池外表面设有保温材料。水的比热高，能够储存大量热量，储热水池外覆盖有保温材料，阻止了热量散失，保证本系统夜晚持续运行。
作为优选，烘箱污泥输送带设有夹层，烘箱内换热单元设于夹层中。换热单元位于输送带夹层中，能够直接将热量传导给污泥，提高热交换效率，从而提高了污泥干化效果。
作为优选，烘箱污泥输送带材质为金属。输送带材质为金属，提高导热效率，从而提高了污泥干化效果。
太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，包括以下步骤：
步骤A，通过太阳能集热装置收集太阳辐射热量，再将热量传导入储热水池中，水温控制在80-90℃，若温度过高可停止太阳能集热装置热量传输，若温度过低可通过焚烧炉升温；
步骤B，将待处理污泥输送入烘箱中，通过烘箱热交换器从储热水池中吸收热量向烘箱内传递，用于污泥干化，干化产生的废气通过干化废气收集装置收集，并通过管路送入储热水池，废气中可溶性气体通过曝气方式溶于水中；
步骤C，污泥经干化后以密闭方式输送入成品污泥储存罐内，加入助燃剂进行搅拌；
步骤D，搅拌均匀后，将污泥送入焚烧炉进行燃烧，可为储热水池提供热量，燃烧后的剩余废渣可作为建材原料进行资源化处置。
本发明的太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，通过太阳能集热系统吸收太阳热辐射并传导进入储热水池，经过热量储存于传递，最终用于污泥热干化过程，能够极大的节约污泥干化能耗；采用储热水池储存热量，然后向烘箱传输热量，同时水中的热量通过传热管道稳定向烘箱内输送；储热水池内水温恒定，保持污泥干化温度稳定，便于烘箱温度控制，能够简化整套工艺的自控系统配置，只需控制水温恒定即能控制干化温度，从而降低设备投资和运行成本；采用低温干化，烘箱内干化温度稳定在85℃左右，相比高温热干化技术污泥内有害气体排放量较少，有机物质挥发量小，其中有机质能够有效提高后续污泥燃烧产生的热值；借助储水池内的水吸收有害气体，解决了干化过程中有害气体污染问题，达到污泥处理无害化目的；污泥与助燃剂混合后送入焚烧炉中燃烧，产生的热量能够为储热水池供热，保证水池内水温恒定，并将污泥完全处置，燃烧后的剩余废渣可作为制水泥、制砖等建材原料；不向外界排放污泥和废气。污泥经干化处理后加入助燃剂焚烧，废气吸收后返回污水厂前端处理，焚烧废渣作为建材原料，焚烧废气经处理后达标排放。真正实现了污泥处理减量化、无害化、资源化的目标。
作为优选，步骤B中，储热水池中的水吸收完废气后回流至污水处理厂前端污水处理装置进行再处理。
作为优选，助燃剂由65%的焦沫和35%的煤矸石混合而成。
作为优选，助燃剂的加入量为污泥重量的50%。
按照本发明的技术方案，采用低温干化方式，且热交换效率高，污泥干化效果佳，污泥干化能耗低，设备投资和运行成本低，不向外界排放污泥和废气，并真正实现了污泥处理减量化、无害化、资源化的目标。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为图1中A部的放大示意图。
图3为图1中B部的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例
太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，包括储热水池1、太阳能集热装置、污泥焚烧装置、污泥干化装置和成品污泥储存装置，太阳能集热装置包括太阳能集热板21和太阳能热交换器22，污泥焚烧装置包括焚烧炉31、焚烧炉热交换器32、焚烧废气收集装置33和焚烧废气处理装置34，污泥干化装置包括烘箱41、烘箱热交换器42、烘箱污泥输送带43、烘箱内换热单元44和干化废气收集装置45，成品污泥储存装置包括成品污泥储存罐51、封闭式污泥输送带52、污泥搅拌装置53和助燃剂储存罐54；所述太阳能热交换器22、焚烧炉热交换器32和烘箱热交换器42设于储热水池1内，储热水池为密闭池体，储热水池的外表面设有保温材料；所述储热水池内的底部设有干化废气曝气装置11，所述干化废气收集装置45通过管路与干化废气曝气装置11相连；烘箱污泥输送带43的首端与污泥进口40相连；所述封闭式污泥输送带52一端521与烘箱污泥输送带的末端相连，另一端522与成品污泥储存罐51的干化污泥进料口511相连；成品污泥储存罐的出泥端55通过输送带与焚烧炉相连。烘箱污泥输送带设有夹层，烘箱内换热单元设于夹层中。烘箱污泥输送带材质为金属。
太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，包括以下步骤：
步骤A，通过太阳能集热装置收集太阳辐射热量，再将热量传导入储热水池中，水温控制在80-90℃，若温度过高可停止太阳能集热装置热量传输，若温度过低可通过焚烧炉升温；
步骤B，将待处理污泥输送入烘箱中，通过烘箱热交换器从储热水池中吸收热量向烘箱内传递，用于污泥干化，烘箱内干化温度控制在83-88℃，干化产生的废气通过干化废气收集装置收集，并通过管路送入储热水池，废气中可溶性气体通过曝气方式溶于水中，水吸收完废气后回流至污水处理厂前端污水处理装置进行再处理；
步骤C，污泥经干化后以密闭方式输送入成品污泥储存罐内，加入重量为污泥重量50%的助燃剂进行搅拌，所述助燃剂由65%的焦沫和35%的煤矸石混合而成；
步骤D，搅拌均匀后，将污泥送入焚烧炉进行燃烧，可为储热水池提供热量，燃烧后的剩余废渣可作为建材原料进行资源化处置。
太阳能作为新能源技术具有节能环保的特点，以浙江地区为例，该地区属于太阳辐射量四类地区。每年浙江地区太阳能年辐射量为4190~5016MJ/m2，年日照时数1400~2200小时。常规的平板式太阳能集热器集热效率可达70~80%。以上参数均取平均值计算，太阳能年辐射量为4600MJ/m2，年日照时数为1800小时，集热效率为75%。太阳能集热面积400m2，则全年可提供热量为：4600×400×75%=1380000MJ，每小时提供的热量为：1380000÷365÷24=157.5MJ/h=43.75KW·h。因此采用太阳能作为污泥干化热源，能够节约大量能耗，达到节能目的。
水的比热最大，也容易获得。为了保证热量储存稳定，可采用水作为储热介质，并借助水向烘箱内输送热量。同时水具有良好的可溶性，能够吸收污泥干化过程中释放的有害气体。当水充分吸收有害气体后将废水排回污水处理厂前端处理环节进行废水处理。
污泥是污水处理过程的后续产物，含有大量的有机质，经燃烧后能释放大量热量。但污泥发热低，难以燃烧，可适当添加一定的助燃物质辅助污泥燃烧。污泥在加入助燃物后热量可达3000大卡左右，能够利用污泥燃烧后释放出的热量用于污泥干化。焚烧后产生的废气统一收集进行无害化处理。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (7)
1.太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，其特征在于：包括储热水池、太阳能集热装置、污泥焚烧装置、污泥干化装置和成品污泥储存装置，太阳能集热装置包括太阳能集热板和太阳能热交换器，污泥焚烧装置包括焚烧炉、焚烧炉热交换器、焚烧废气收集装置和焚烧废气处理装置，污泥干化装置包括烘箱、烘箱热交换器、烘箱污泥输送带、烘箱内换热单元和干化废气收集装置，成品污泥储存装置包括成品污泥储存罐、封闭式污泥输送带、污泥搅拌装置和助燃剂储存罐；所述太阳能热交换器、焚烧炉热交换器和烘箱热交换器设于储热水池内，储热水池为密闭池体；所述储热水池内的底部设有干化废气曝气装置，所述干化废气收集装置通过管路与干化废气曝气装置相连；烘箱污泥输送带的首端与污泥进口相连；所述封闭式污泥输送带一端与烘箱污泥输送带的末端相连，另一端与成品污泥储存罐的干化污泥进料口相连；成品污泥储存罐的出泥端通过输送带与焚烧炉相连；烘箱污泥输送带设有夹层，烘箱内换热单元设于夹层中。
2.根据权利要求1所述的太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，其特征在于：储热水池的外表面设有保温材料。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能污泥恒温干化无害化处理装置，其特征在于：烘箱污泥输送带材质为金属。
4.利用权利要求1-3任一项所述的处理装置实施太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A，通过太阳能集热装置收集太阳辐射热量，再将热量传导入储热水池中，水温控制在80-90℃，若温度过高停止太阳能集热装置热量传输，若温度过低通过焚烧炉升温；
步骤B，将待处理污泥输送入烘箱中，通过烘箱热交换器从储热水池中吸收热量向烘箱内传递，用于污泥干化，烘箱内干化温度控制在83-88℃，干化产生的废气通过干化废气收集装置收集，并通过管路送入储热水池，废气中可溶性气体通过曝气方式溶于水中；
步骤C，污泥经干化后以密闭方式输送入成品污泥储存罐内，加入助燃剂进行搅拌；
步骤D，搅拌均匀后，将污泥送入焚烧炉进行燃烧，为储热水池提供热量，燃烧后的剩余废渣作为建材原料进行资源化处置。
5.根据权利要求4所述的太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，其特征在于：步骤B中，储热水池中的水吸收完废气后回流至污水处理厂前端污水处理装置进行再处理。
6.根据权利要求4所述的太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，其特征在于：助燃剂由65%的焦沫和35%的煤矸石混合而成。
7.根据权利要求4所述的太阳能污泥恒温干化无害化处理方法，其特征在于：助燃剂的加入量为污泥重量的50%。
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