CN106477840B - 一种热泵辅助污泥生物干化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热泵辅助污泥生物干化方法，污泥从进料口进入滚筒发酵罐，干热空气从进风管进入滚筒发酵罐，向污泥提供发酵所需氧气，并带走蒸发出的水蒸气，污泥在滚筒发酵罐内被干化，并随着螺旋抄板的转动被逐渐输送至滚筒末端，干化后的污泥从出料口排出滚筒发酵罐；从引风管排出的湿热空气进入除湿热泵,湿热空气中的水蒸气在除湿热泵中冷凝，被冷却后的空气经除臭处理后自然排放；湿热空气冷却过程中释放出的热量通过热交换传递给由新鲜空气入口进入的新鲜干燥空气，受热后的新鲜空气通过进风口进入滚筒生物干化装置。本发明将滚筒生物干化与除湿热泵相结合，具有能量循环利用、发酵温度高、干化周期短、占地面积小、无臭气污染的特点。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种热泵辅助污泥生物干化方法。
背景技术
随着我国城镇污水处理事业的快速发展，污水处理厂数量不断增多，污泥产生量也日益增加。据统计，目前我国城镇污水处理厂污泥年产生量已经达到3000万吨（含水率80%），至“十二五”末期将达到5000万吨左右。污泥减量化是污泥处理处置的重要环节，对于降低污泥处理处置费用具有重要意义。
污泥机械脱水是最常用的减量化方法。污泥经离心机、真空过滤机、带式压滤机等脱水处理后含水率仍然高达78%~85%左右，即使经过板框压滤深度脱水处理后，污泥的含水率也仍高达55%~65%，高含水率给污泥的运输及后续处理处置带来了很大的困难。
采用热干化的方式可以把污泥的含水率降低至10%~30%，目前国内外应用较多的污泥干化工艺包括流化床干化、带式干化、桨叶式干化、卧式转盘式干化、立式圆盘式干化和喷雾干化等。然而，污泥干化是一个能量净支出的过程，利用蒸汽、燃油、天然气、煤炭等作为污泥干化热源，普遍存在干化成本偏高的问题。此外，污泥热干化时，必须严格控制氧气浓度、粉尘含量和颗粒温度等因素，否则易发生干化设备爆炸事故。
污泥好氧发酵堆肥是指在好氧条件下发酵菌利用污泥中的有机质进行新陈代谢，并释放出热量的过程，发酵后的腐熟堆肥产品含水率一般可降低至40%~45%。但污泥好氧发酵堆肥存在以下问题：①占地面积大；②发酵时间长，一般需要20d~30d左右；③通风控制难，通风不足易造成局部厌氧产生臭气，通风过量会带走热量降低发酵温度；④发酵产生的臭气无组织排放污染环境；⑤需要添加大量辅料，减量化程度有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热泵辅助污泥生物干化方法，用于克服现有污泥减量化技术之不足，实现污泥的快速、低能耗生物干化，同时有效解决污泥干化过程中产生的恶臭污染，为污泥的多目标、多层次、多途径处理处置提供可能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于污泥从进料口进入滚筒发酵罐，所述滚筒发酵罐设置进料口和出料口，所述进料口设置进料侧封盖，出料口设置出料侧封盖，所述滚筒发酵罐与进料侧封盖、出料侧封盖组成了一个密闭的发酵空间，进料侧封盖上部设置有进风管，出料侧封盖上部设置有引风管，干热空气从进风管进入滚筒发酵罐，与污泥表面接触，向污泥提供发酵所需氧气，并带走蒸发出的水蒸气形成湿热空气从引风管排出，污泥在滚筒发酵罐内被干化，并随着螺旋抄板的转动被逐渐输送至滚筒末端，干化后的污泥从出料口排出滚筒发酵罐；从引风管排出的湿热空气进入除湿热泵,湿热空气中的水蒸气在除湿热泵中冷凝，被冷却后的空气经除臭处理后自然排放；湿热空气冷却过程中释放出的热量通过热交换传递给由新鲜空气入口进入的新鲜干燥空气，受热后的新鲜空气通过进风口进入滚筒生物干化装置，维持滚筒发酵罐内温度在55℃~75℃。
优选地，所述滚筒发酵罐外壁包裹有一层保温材料，以减少发酵罐内热量辐射散失。
优选地，所述进料口设置进料闸门，所述出料口设置出料闸门。
优选地，所述滚筒发酵罐内壁设置有螺旋抄板，所述螺旋抄板随滚筒发酵罐一起转动，搅拌翻动滚筒内污泥，以避免污泥积压结块，并促使污泥与空气充分接触，同时随着螺旋状抄板的转动，滚筒内污泥逐渐向出料口推进。
优选地，所述滚筒发酵罐外壁设置有外齿轮圈，所述外齿轮圈与设置在变频电动机上的小齿轮啮合连接，由电机带动所述滚筒发酵罐转动。通过控制变频电动机转动速度，可调节被发酵污泥翻动频次和向出料口输送速度。
优选地，所述滚筒发酵罐内设置温度感应探头和氧气浓度感应探头。
优选地，滚筒发酵罐每隔5~8m设置一监测断面，每个监测断面沿滚筒外壁每隔120°开一监测孔，温度感应探头及氧气浓度感应探头通过监测孔伸入滚筒内10~15cm，所监测的温度和氧气浓度数据无线发送至中央控制室。中央控制室将接收到的数据进行分析处理后，根据设计的工艺参数，调整滚筒发酵罐的转动速度和频次、进风量和引风量。
优选地，滚筒发酵罐进料侧和出料侧下部均设置有支撑底座，通过调整底座高低，可使滚筒的轴线与水平线呈0~5°夹角。通过控制这一夹角的大小，可以调节被发酵污泥向出料口输送的速度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、能量循环利用，发酵温度高，干化周期短。滚筒发酵罐中的湿热空气通过引风管进入除湿热泵，湿热空气冷凝释放热量加热新鲜干燥空气，受热后的新鲜热空气通过进风管进入干化装置，向污泥提供发酵所需氧气。如此循环可维持装置内温度在55℃~75℃，促进污泥中水分的快速蒸发，缩短干化周期，克服了传统污泥发酵时由于通入冷空气而降低系统温度的问题。
2、装置高度集成，占地面积小，运行环境好。本发明将污泥进料、发酵、搅拌、出料、供氧以及热量回收装置集成为一体，具有占地面积小的特点；污泥滚筒发酵罐环境密闭，产生的气体由引风管排出，经除湿热泵冷却后进入除臭装置进行处理，克服了传统污泥发酵时臭气无组织排放带来的污染问题。
附图说明
图1是本发明一种热泵辅助污泥生物干化装置的示意图。
图2是利用本发明一种热泵辅助污泥生物干化装置进行污泥干化的流程图。
图3为滚筒转速和频率控制逻辑流程图。
图4为采用氧气浓度-时间-温度综合控制策略的控制逻辑流程图。
图中编号：
1—进料口；2—滚筒发酵罐；3—保温材料；4—温度感应探头和氧气浓度感应探头；5—引风管法兰；6—引风管；7—出料侧封盖；8—出料口；9—出料闸门；10—螺旋抄板；11—电动机；12—小齿轮；13—外齿轮圈；14—进料闸门；15—进风口；16—进料侧封盖；17—底座；18—进料口闸门；19—除湿热泵；20—湿热气入口；22—冷却气出口；23—新鲜空气入口；23—干热空气出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
下面结合图1和图2，详细说明本发明一种热泵辅助污泥生物干化装置及其干化污泥的方法。
本发明提供了一种热泵辅助污泥生物干化装置，包括滚筒生物干化装置和除湿热泵两部分。
其中，滚筒生物干化装置包括进料口1及进料闸门18、滚筒发酵罐2、进料侧封盖16、出料侧封盖7、温度感应探头及氧气浓度感应探头4、出料口9及出料闸门8、进风管15、引风管6、电动机11及小齿轮12、外齿轮圈13、底座17。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2与进料侧封盖16、出料侧封盖7组成了一个密闭的发酵空间，可防止发酵过程产生的臭气逸出污染环境。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2为圆柱状，长度10~15m，直径1~2m，其外壁包裹有一层保温材料3，以减少发酵罐内热量辐射散失。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2内壁设置有螺旋抄板10，螺距0.2~0.5m，随滚筒一起转动，搅拌翻动滚筒内污泥，以避免污泥积压结块，并促使污泥与空气充分接触。好氧发酵菌在有氧条件下进行新陈代谢，降解底物中的有机质并释放出热量。此外，随着螺旋抄板10的转动，滚筒内污泥逐渐向出料口推进。
在上述技术方案中，进料侧封盖16上部设置有进风管15和进风管法兰16。出料侧封盖上部设置有引风管6和引风管法兰5。干热空气从进风管15进入滚筒发酵罐2，与污泥表面接触，向污泥提供发酵所需氧气并带走蒸发出的水蒸气；湿热空气从引风管6排出。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2每隔5~8m设置一监测断面，每个监测断面沿滚筒外壁每隔120°开一监测孔，温度感应探头及氧气浓度感应探头4通过监测孔伸入滚筒内10~15cm，所监测的温度和氧气浓度数据无线发送至中央控制室。中央控制室将接收到的数据进行分析处理后，根据设计的工艺参数，调整滚筒发酵罐的转动速度和频次、进风量和引风量。除湿热泵和滚筒发酵罐之间设置风机，由控制器根据监测到的温度和氧气浓度，调节风机的转速以便调节进风量和引风量。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2外壁设置有外齿轮圈13，外齿轮圈13与变频电动机11上的小齿轮12接触啮合，发动机11带动小齿轮12转动，进而驱动滚筒发酵罐转动。通过控制变频电动机转动速度，可调节被发酵污泥翻动频次和向出料口输送速度。
在上述技术方案中，滚筒发酵罐2进料侧和出料侧下部均设置有支撑底座17，通过调整底座高低，可使滚筒的轴线与水平线呈0~5°夹角。通过控制这一夹角的大小，可以调节被发酵污泥向出料口输送的速度。
本发明所提供的一种热泵辅助污泥生物干化装置，还包括除湿热泵19。所述的引风管6与除湿热泵19的湿热气入口20相连通，湿热空气冷凝释放出的热量通过热交换器传递给新鲜干燥空气，被冷却后的空气经除臭装置处理后自然排放；受热后的新鲜热空气通过进风口15进入滚筒发酵罐2，维持滚筒发酵罐内温度在55℃~75℃，促进污泥中水分的快速蒸发。
在上述技术方案中，污泥从进料口1进入，在滚筒发酵罐2内被干化，并随着螺旋抄板的转动被逐渐输送至滚筒末端，污泥从出料口8排出干化装置。干化后的污泥含水率小于40%，部分干化污泥被返混至进料口，以调节进泥含水率至60%左右。污泥在滚筒发酵罐内停留时间为2d~5d。
在整个干化工艺中，污泥的进料含水率＜60%、容重＜0.7 t/m³，可采用木屑、锯末、秸秆等物料调节含水率和容重。若含水率过高或者容重太大，物料容易压实进而造成局部厌氧，不利于生物干化过程。
优选地，物料在滚筒内的停留时间与转速存在以下关系：
其中，θ为物料在滚筒内停留时间；
L为滚筒的长度；
D为滚筒的内径；
S为滚筒的倾斜度，一般选0~5°；
N为滚筒的转速。
滚筒转速和旋转频率滚筒出料含水率影响。若出料含水率（M）高于设定值（Mset），则需要降低转速和旋转频率，以延长物料在滚筒内的干化时间；若出料含水率低于设定值，则可适当提高转速和旋转频率，以提供物料的干化效率，滚筒转速和频率控制逻辑如图3所示，其中，Mset一般取值40%至45%。
通风气流速度的范围为0.25m/s～1.00m/s，通风流量范围一般为0.1m3/（min·m3）～0.5m3/（min·m3）。当环境温度＜15℃时，减少通风量以免冷空气带走过多堆体热量，通风流量取0.1m3/（min·m3）～0.2m3/（min·m3）；当环境温度≥15℃时，增加通风量以尽快带走堆体水分，通风流量取0.2m3/（min·m3）～0.5m3/（min·m3）。
采用氧气浓度-时间-温度综合控制策略：温度（T）低于设定温度（Tset）时，时间控制器引发风机按照低频率向滚筒送风；温度高于或等于设定温度时，由温度控制器引发风机按照高频率向滚筒送风。高温期内，堆体的最低氧浓度成为首先需要判断的指标，堆体内的氧浓度低于5％时，温度控制器提高通风频率，堆体内氧浓度高于10％时，温度控制器降低通风频率。控制逻辑如4图所示。其中，Tset一般取值55℃；低频率通风的通风间歇期为一个通风周期的1/3~1/2；高频率通风的通风间歇期为一个通风周期的1/5~1/3。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (6)
1.一种热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于污泥从进料口进入滚筒发酵罐，所述滚筒发酵罐设置进料口和出料口，所述进料口设置进料侧封盖，出料口设置出料侧封盖，所述滚筒发酵罐与进料侧封盖、出料侧封盖组成了一个密闭的发酵空间，进料侧封盖上部设置有进风管，出料侧封盖上部设置有引风管，干热空气从进风管进入滚筒发酵罐，与污泥表面接触，向污泥提供发酵所需氧气，并带走蒸发出的水蒸气形成湿热空气从引风管排出，污泥在滚筒发酵罐内被干化，并随着螺旋抄板的转动被逐渐输送至滚筒末端，干化污泥从出料口排出滚筒发酵罐，部分干化污泥被返混至进料口；从引风管排出的湿热空气进入除湿热泵,湿热空气中的水蒸气在除湿热泵中冷凝，被冷却后的空气经除臭处理后自然排放；湿热空气冷却过程中释放出的热量通过热交换传递给由新鲜空气入口进入的新鲜干燥空气，受热后的新鲜空气通过进风口进入滚筒生物干化装置，维持滚筒发酵罐内温度在55℃~ 75℃，所述滚筒发酵罐内设置温度感应探头和氧气浓度感应探头，滚筒发酵罐每隔5~ 8m设置一监测断面，每个监测断面沿滚筒外壁每隔120°开一监测孔，温度感应探头及氧气浓度感应探头通过监测孔伸入滚筒内10 ~15cm，所监测的温度和氧气浓度数据无线发送至中央控制室，中央控制室根据接收到的数据，调整滚筒发酵罐的转动速度和频次、进风量和引风量，当检测到的温度低于设定温度时，时间控制器引发风机按照低频率向滚筒送风；温度高于或等于设定温度时，由温度控制器引发风机按照高频率向滚筒送风；高温期内，堆体的最低氧浓度成为首先需要判断的指标，堆体内的氧浓度低于5％时，温度控制器提高通风频率，堆体内氧浓度高于10％时，温度控制器降低通风频率。
2.如权利要求1所述的热泵辅助污泥生物干化方法其特征在于，所述滚筒发酵罐外壁包裹有一层保温材料。
3.如权利要求1所述的热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于，所述进料口设置进料闸门，所述出料口设置出料闸门。
4.如权利要求1所述的热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于，所述滚筒发酵罐内壁设置有螺旋抄板，所述螺旋抄板随滚筒发酵罐一起转动，搅拌翻动滚筒内污泥，以避免污泥积压结块，并促使污泥与空气充分接触，同时随着螺旋状抄板的转动，滚筒内污泥逐渐向出料口推进。
5.如权利要求1所述的热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于，所述滚筒发酵罐外壁设置有外齿轮圈，所述外齿轮圈与设置在变频电动机上的小齿轮啮合连接，由电机带动所述滚筒发酵罐转动，通过控制变频电动机转动速度，调节被发酵污泥翻动频次和向出料口输送速度。
6.如权利要求2所述的热泵辅助污泥生物干化方法，其特征在于，滚筒发酵罐进料侧和出料侧下部均设置有支撑底座，通过调整支撑底座，使滚筒的轴线与水平线呈0 ~5°夹角。
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