CN105712607A - 一种污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置及方法。本发明装置为转筒式结构，转筒从左至右依次为急速冷冻室、高温真空干燥室和低温真空干燥室；急速冷冻室安装有冷冻室蒸发器，左端中心设有污泥颗粒化喷雾嘴；急速冷冻室与高温真空干燥室之间设有垂向隔热板，垂向隔热板与转筒内壁之间连接处留有狭缝；高温真空干燥室与低温真空干燥室贯通，高温真空干燥室安装有高温室加热器，低温真空干燥室的右端设有真空管及出料斗；转筒内壁上设有弧形搅拌片。本发明将含水率为70％?80％的污泥，依次通过雾化阶段、冷冻阶段和真空干燥阶段的干燥过程后，污泥含水率降至40％以下，且不会产生二次污染；本发明能有效降低运行能耗，缩短系统运行时间。

Description

一种污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置及方法
技术领域
本发明属于一种泥浆状物料的干燥处理方法及设备，具体涉及一种污水处理厂、工业废水处理厂剩余污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置及方法。
背景技术
污水处理厂剩余活性污泥数量大，城市污水处理厂所产生的污泥约为所处理水体积的0.5-1.0％左右，这些污泥体积大同时又富含有机物，若不加以处理就会对周围环境产生严重的二次污染。
目前对污水处理厂剩余污泥的处理主要遵循减量化、稳定化这两条原则。污水处理构筑物排出的污泥含水率大于95％，体积巨大。目前常用的脱水方法为重力浓缩、机械脱水、真空脱水等，剩余污泥经过以上方法脱水后含水率仍然高达70％-80％以上，此含水率的污泥一般仍然呈塑性泥浆，流动性强，难以外运和处置，同时，根据我国城市污水处理厂污染物排放标准，剩余污泥的含水率低于65％时方可进行填埋处置，而目前常用的脱水技术的污泥含水率均难以满足低于65％的要求，因此，污泥需要经过干燥处理后方能处置。
目前常用的污泥干燥方法有自然干燥、机械干燥和焚烧干燥等方法。自然干燥法处理过程受到自然条件的限制、所需时间长、占地面积大，目前采用自然干燥法来处理剩余污泥的处理厂较少。机械干燥法大多采用热空气或将污泥与燃料共同燃烧，采用这种方法需要的能耗大、系统复杂、所需的时间也较长，且会产生臭气等二次污染。而采用燃烧干燥法的系统更为复杂、投资高、同时也需要对尾气进行处理，否则会产生二次污染。而目前污水处理厂剩余污泥脱水采用的方法主要是机械脱水法，在脱水过程中需要加入污泥调理剂，脱水后的污泥一般呈糊状，加入调理剂后污泥进一步脱水困难。而采用机械或焚烧法对脱水后的污泥进行干燥时又要对污泥进行粉碎，这种污泥粉碎困难，导致干燥机运行困难、维护要求较高。这些问题严重地困扰着污水处理厂的良好运行。
冷冻真空干燥技术是一种广泛应用的物料干燥技术，采用冷冻真空干燥法对物料进行干燥具有系统简单、运行能耗低、干燥时间短、干燥物料的含水率低等优点。但是冷冻干燥技术要求物料的比表面积越大越好。而脱水后剩余污泥的粘度大、流动性强，难以破碎，因此，冷冻干燥技术用于剩余污泥的处理存在着污泥破碎难的问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对污水处理厂经浓缩脱水后的剩余污泥含水率高、破碎难、干燥系统复杂、成本高等问题，提供一种污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置。
本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置，它是一个密闭的、绕水平轴转动的转筒式结构，转筒左部设有支撑辊，转筒右部设有驱动齿轮和驱动电机；转筒外壳为保温外壳，转筒从左至右依次划分为急速冷冻室、高温真空干燥室和低温真空干燥室；所述急速冷冻室段的转筒壳体内安装有冷冻室蒸发器，急速冷冻室内左端中心设有污泥颗粒化喷雾嘴，污泥颗粒化喷雾嘴经由高压污泥管与安装于转筒外部的高压泥浆泵连接，高压泥浆泵经由吸泥管与储泥井连接；所述急速冷冻室与高温真空干燥室之间设有垂向隔热板，垂向隔热板与转筒内壁之间连接处留有狭缝；所述高温真空干燥室与低温真空干燥室贯通，高温真空干燥室段的转筒壳体内安装有高温室加热器，低温真空干燥室的右端设有真空管，真空管与安装于转筒外部的真空泵连接；低温真空干燥室的右端设有倾斜的、可开闭和调节角度的出料斗；所述高温真空干燥室和低温真空干燥室段的转筒内壁上设有弧形搅拌片。
具体的，所述高压泥浆泵所加压力为0.2～0.4MPa；从所述污泥颗粒化喷雾嘴喷出的是直径为0.5～1.0mm的雾化颗粒污泥。
具体的，所述急速冷冻室内温度为-20℃～-30℃；高温真空干燥室内温度为70℃～90℃，压力为30～50Pa；低温真空干燥室内温度为50℃～70℃。
本发明的第二个目的在于提供基于上述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置的干燥方法，该方法主要是将污水处理厂经浓缩脱水后、含水率为70％-80％的剩余污泥，依次通过雾化阶段、冷冻阶段和真空干燥阶段的干燥处理过程。
具体的，所述雾化阶段是，将含有水分的污泥在高压泥浆泵的压力作用下，从与高压泥浆泵连接的污泥颗粒化喷雾嘴喷出后形成直径为0.5～1.0mm雾化颗粒污泥。
具体的，所述冷冻阶段是，雾化后颗粒污泥进入急速冷冻室，在急速冷冻室内温度-20℃～-30℃的环境下，通过急速冷冻的方式，使污泥中的水分与污泥中的固体物质分离；雾化颗粒污泥被冷冻形成直径为0.5～1.0mm的冰冻颗粒污泥。
具体的，所述真空干燥阶段包括高温干燥阶段和低温干燥阶段；冷冻后的污泥颗粒进入高温真空干燥室内，在高温真空干燥室内温度70℃～90℃、压力30～50Pa的环境下，对污泥颗粒进行加热，提供水分的升华潜热，使水分由固态的冰晶直接升华为气态的水蒸气，从而达到污泥的干燥目的；污泥颗粒继续进入到低温真空干燥室内，保持低温真空干燥室内温度为50℃～70℃，补充水分升华过程中的潜热需求，此时污泥中大部分的水分已经升华；通过安装于低温真空干燥室内的真空管抽取干燥室内的气体，使干燥室处于30～50Pa的真空环境，同时也将升华的水蒸气抽取到干燥室外部，从而实现污泥的干燥。
本发明的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置及方法，能使污泥含水率降至40％以下，从而可直接外运填埋，且干燥过程中不会产生二次污染；本发明能有效地降低污泥干燥运行能耗，缩短系统运行时间。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本发明污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置，是一个密闭的、绕水平轴转动的转筒式结构，转筒左部设有支撑辊1，转筒右部设有驱动齿轮2和驱动电机3；转筒外壳为保温外壳4，转筒从左至右依次划分为急速冷冻室5、高温真空干燥室6和低温真空干燥室7；急速冷冻室段的转筒壳体内安装有冷冻室蒸发器8，急速冷冻室5内左端中心设有污泥颗粒化喷雾嘴9，污泥颗粒化喷雾嘴9经由高压污泥管10与安装于转筒外部的高压泥浆泵11连接，高压泥浆泵11经由吸泥管12与储泥井连接；急速冷冻室5与高温真空干燥室6之间设有垂向隔热板13，垂向隔热板13与转筒内壁之间连接处留有狭缝14；高温真空干燥室6与低温真空干燥室7贯通，高温真空干燥室段的转筒壳体内安装有高温室加热器15，低温真空干燥室7的右端设有真空管16，真空管16与安装于转筒外部的真空泵连接；低温真空干燥室7的右端设有倾斜的、可开闭和调节角度的出料斗17；高温真空干燥室6和低温真空干燥室7段的转筒内壁上设有弧形搅拌片18。
本发明污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥方法及过程如下：
脱水后的污泥经由吸泥管12通过高压泥浆泵11加压到0.2～0.4MPa后，通过高压污泥管10输送到污泥颗粒化喷雾嘴9，在污泥颗粒化喷雾嘴9处压力释放，形成雾化颗粒污泥，颗粒的平均直径为0.5～1.0mm；此时污泥中的水分转变为包裹颗粒的水膜水、污泥颗粒内部的水分以及组成污泥的微生物细胞内水分。雾化的颗粒污泥在急速冷冻室5内-20℃～-30℃的急冷环境下，被快速冷冻到-20℃～-30℃，形成直径为0.5～1.0mm的冰冻颗粒污泥；此时污泥颗粒表面的水膜水和污泥颗粒内部的结合水直接冷冻为冰晶，而微生物细胞内的生物质水与细胞中的有机物分离，形成冰晶，微生物细胞膜仍保持完整状态，细胞中的有机物不会流失而产生二次污染。
通过上述急速冷冻的方式，使污泥中的水分与污泥中的固体物质分离。冷冻后的颗粒化污泥，颗粒间处于分散状态，污泥颗粒的比表面积大，颗粒内的孔隙率高，从而有利于污泥中水分的真空干燥。
冷冻后的颗粒污泥从急速冷冻室5与高温真空干燥室6相连的狭缝14进入到高温真空干燥室6内，在真空条件下，水分从固态升华为水蒸气，并随着真空泵经由真空管16被抽出干燥室。
急速冷冻室5和高温真空干燥室6采用垂向隔热板13隔离，以满足急速冷冻室5和高温真空干燥室6不同的温度需求，同时也阻止热量从高温真空干燥室6向急速冷冻室5传递。
高温真空干燥室6的温度为70℃～90℃，采用高温室加热器15比如辅助电热丝对污泥颗粒进行加热，提供水分的升华潜热，使水分由固态的冰晶直接升华为气态的水蒸气，污泥中的大量水分在高温作用下快速升华为水蒸气，污泥在高温真空干燥室6的停留时间为40～60分钟，通过高温真空干燥后污泥中的含水率降至40％以下，污泥已经处于半干燥状态。由于进入高温真空干燥室6的颗粒污泥含水率高，颗粒污泥中的水分升华所需的潜热也高，高温作用下有利于污泥中水分的快速升华。
污泥颗粒经高温真空干燥后进入低温真空干燥室7，低温真空干燥室7内不进行加热，主要利用高温真空干燥室6的余热辐射热和颗粒污泥的余热进行加热，保持低温干燥室内温度处于50℃～70℃之间，补充水分升华过程中的潜热需求，此时污泥中大部分的水分已经升华，提高温度对水分升华的速度影响不大，而高温所需的电耗高，低温加热干燥有利于降低干燥能耗。同时，利用高温干燥室的辐射热和颗粒污泥的温度余热对颗粒污泥继续加热也有利于提高干燥过程中的能量利用率，降低运行费用。在高温室辐射热和污泥颗粒的自身余热的作用下，继续真空干燥，污泥颗粒在低温真空干燥室7的停留时间为60分钟，通过低温真空干燥后污泥含水率降至20％以下，此时污泥颗粒干燥，呈干燥分散状态，污泥性质稳定，不会产生二次分解，且易于外运、装袋、储存、利用及处置。
当污泥直接填埋处置时，可以使污泥颗粒在高温真空干燥室6的停留时间缩短为20-30分钟，在低温真空干燥室7的停留时间为40分钟，使污泥含水率降至40％后直接外运填埋，这样可以有效地节省运行能耗，缩短系统运行时间。
冷冻室蒸发器8的作用是在急速冷冻室5内进行热量交换，蒸发器内制冷剂的蒸发抽取急速冷冻室5内的热量，使冷冻室内温度处于-20℃～-30℃的急冷环境。
高温真空干燥室6内水分升华所需要的热量由高温真空干燥室6的高温室加热器15提供，以满足高温真空干燥室6内的温度为70℃～90℃。
真空管16的作用是抽取干燥室的气体，使干燥室处于30～50Pa的真空环境，同时也将升华的水蒸气抽取到干燥室外部，从而实现污泥的干燥。
急速冷冻室5、高温真空干燥室6及低温真空干燥室7组成转筒式干燥机的主体部分，在驱动电机3和驱动齿轮2的带动作用下转筒式干燥机处于不断旋转状态，在转筒内焊接有弧形搅拌片18，在转筒的转动及弧形搅拌片18带动作用下，污泥颗粒处于不断地上下翻腾状态，提高污泥颗粒内的孔隙率和污泥表面的更新速度，有利于污泥颗粒内工质的传递过程，提高水分的升华速度。
出料斗17以间歇式运行，当污泥含水率达到要求时，出料斗17转换角度，盛接转筒式干燥室内的干燥污泥颗粒进行出料，出料结束后出料斗17关闭，恢复状态等待下次出料工作。
保温外壳4的作用是保温，维持干燥机冷冻室不被外界空气加热，同时保持高温和低温真空干燥室的热量不向外界空气传递，以节省能量，降低运行费用。
当要求污泥含水率降低到20％以下时，污泥在干燥机内的总停留时间为2小时左右，当要求污泥含水率降低到40％以下即可时，污泥在干燥机内的总停留时间为1.0～1.5小时，因此，污泥在干燥机内的总停留时间较短。
废水处理厂剩余污泥在雾化喷嘴及急速冷冻的作用下，污泥呈颗粒状态，提高了污染的比表面积，大的比表面积有利于干燥室内热量向污泥颗粒表面传递，从而加快了污泥内水分的升华速度，加快了污泥的干燥速率，同时干燥后污泥的含油水率也大为降低，满足了污泥进一步处置的要求，因此，本发明方法节省了污泥干燥过程中的热量消耗，降低了污泥的干燥的运行费用。

Claims (7)

1.一种污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置，其特征在于：它是一个密闭的、绕水平轴转动的转筒式结构，转筒左部设有支撑辊，转筒右部设有驱动齿轮和驱动电机；转筒外壳为保温外壳，转筒从左至右依次划分为急速冷冻室、高温真空干燥室和低温真空干燥室；所述急速冷冻室段的转筒壳体内安装有冷冻室蒸发器，急速冷冻室内左端中心设有污泥颗粒化喷雾嘴，污泥颗粒化喷雾嘴经由高压污泥管与安装于转筒外部的高压泥浆泵连接，高压泥浆泵经由吸泥管与储泥井连接；所述急速冷冻室与高温真空干燥室之间设有垂向隔热板，垂向隔热板与转筒内壁之间连接处留有狭缝；所述高温真空干燥室与低温真空干燥室贯通，高温真空干燥室段的转筒壳体内安装有高温室加热器，低温真空干燥室的右端设有真空管，真空管与安装于转筒外部的真空泵连接；低温真空干燥室的右端设有倾斜的、可开闭和调节角度的出料斗；所述高温真空干燥室和低温真空干燥室段的转筒内壁上设有弧形搅拌片。
2.根据权利要求1所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置，其特征在于：所述高压泥浆泵所加压力为0.2～0.4MPa；从所述污泥颗粒化喷雾嘴喷出的是直径为0.5～1.0mm的雾化颗粒污泥。
3.根据权利要求1所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置，其特征在于：所述急速冷冻室内温度为-20℃～-30℃；高温真空干燥室内温度为70℃～90℃，压力为30～50Pa；低温真空干燥室内温度为50℃～70℃。
4.一种基于权利要求1所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置的干燥方法，其特征在于：是将污水处理厂经浓缩脱水后、含水率为70％-80％的剩余污泥，依次通过雾化阶段、冷冻阶段和真空干燥阶段的干燥处理过程。
5.根据权利要求1所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置的干燥方法，其特征在于：所述雾化阶段是，将含有水分的污泥在高压泥浆泵的压力作用下，从与高压泥浆泵连接的污泥颗粒化喷雾嘴喷出后形成直径为0.5～1.0mm雾化颗粒污泥。
6.根据权利要求5所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置的干燥方法，其特征在于：所述冷冻阶段是，雾化后颗粒污泥进入急速冷冻室，在急速冷冻室内温度-20℃～-30℃的环境下，通过急速冷冻的方式，使污泥中的水分与污泥中的固体物质分离；雾化颗粒污泥被冷冻形成直径为0.5～1.0mm的冰冻颗粒污泥。
7.根据权利要求6所述污泥的喷雾颗粒化冷冻真空干燥装置的干燥方法，其特征在于：所述真空干燥阶段包括高温干燥阶段和低温干燥阶段；冷冻后的污泥颗粒进入高温真空干燥室内，在高温真空干燥室内温度70℃～90℃、压力30～50Pa的环境下，对污泥颗粒进行加热，提供水分的升华潜热，使水分由固态的冰晶直接升华为气态的水蒸气，从而达到污泥的干燥目的；污泥颗粒继续进入到低温真空干燥室内，保持低温真空干燥室内温度为50℃～70℃，补充水分升华过程中的潜热需求，此时污泥中大部分的水分已经升华；通过安装于低温真空干燥室内的真空管抽取干燥室内的气体，使干燥室处于30～50Pa的真空环境，同时也将升华的水蒸气抽取到干燥室外部，从而实现污泥的干燥。
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