CN109928597B - 剩余污泥深度干化设备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了剩余污泥深度干化设备系统及其方法。设备系统包括依次相连的污泥粉化装置、泥粉干化装置和干粉收集装置。污泥粉化装置前端设置有污泥进料装置。污泥粉化装置包括污泥粉化室和污泥进料室，污泥粉化室为空心筒状结构，其中心设置有粉化旋转轴，轴上设置有若干污泥粉化叶轮。污泥进料口下方设置第一导流板和/或第二导流板。泥粉干化装置包括泥粉干化室和设置在泥粉干化室下部的一至两组干化旋转轴。干粉收集装置包括稳流集料器和旋风分离器。污泥在污泥粉化室被粉碎成污泥粉，然后进入泥粉干化室呈流态化干燥，这进入干粉收集装置分离和收集。本发明具有干燥效率高等优点。

Description

剩余污泥深度干化设备系统及方法

技术领域

本发明涉及剩余污泥深度干化设备及方法，尤其涉及一种剩余污泥深度脱水的设备及工艺方法，属于环保技术领域的污水处理厂剩余污泥处理子领域。

背景技术

随着我国社会和城市化的发展，城市污水的产生量在不断增长，相应的污水处理设施的数量也随之增加，污水处理后的副产物——剩余污泥的产生量也越来越大。截止2017年，我国剩余污泥年产量已超过4000万吨，而无害化处理率不足10％。如何妥善处理处置这些源源不断产生、数量日益庞大的污泥已成为我国环境保护方面亟待解决的问题。

国内大部分污水处理厂产生的剩余污泥，其含水率一般在80％以上。污泥脱水是其处理过程中的关键步骤。而污泥难以深度脱水的特点，已成为限制污泥无害化、资源化处理的瓶颈问题。

目前，污泥脱水干化的主要工艺有太阳能干燥、热干化、调理-压滤脱水等。其中太阳能干燥工艺利用太阳能的热效应，可将污泥含水率降至10％以下，达到深度干化的目的，但是由于其占地面积达、处理周期长、受天气变化影响大，较难广泛应用。热干化技术是通过直接加热或间接加热的方式将污泥中水分蒸发去除，污泥含水率可降至40％以下，而进一步降低含水率则所需将能耗大幅上升；调理-压滤脱水技术是剩余污泥经过调理剂改性处理，提高污泥脱水性能，再经过压滤机压榨脱水，污泥含水率可降至60％。以上工艺能够快速脱除污泥中的水分，但是脱水程度有限，较难实现污泥的深度干化(含水率≤20％)。

因此，进一步降低热干化或机械脱水工艺产生的半干污泥的含水率，快速高效的实现剩余污泥的深度干化，是目前的发展方向。

发明内容

本发明旨在提供一种剩余污泥深度干化设备及方法，通过将污泥粉化增加其接触面积从而提高了干燥效率。

本发明通过以下技术方案实现：

剩余污泥深度干化系统，包括依次相连的污泥粉化装置、泥粉干化装置和干粉收集装置；所述污泥粉化装置前端设置有污泥进料装置；

所述污泥粉化装置包括污泥粉化室和设置在所述污泥粉化室前端的污泥进料室，所述污泥粉化室为空心筒状结构，其中心设置有水平布置的粉化旋转轴，所述粉化旋转轴上设置有若干个并列布置的污泥粉化叶轮；所述污泥粉化室内壁上环形设置有粉化污泥导流模块，所述粉化污泥导流模块断面呈三角形或直角梯形；所述粉化污泥导流模块设置在最末一个污泥粉化叶轮的外围；所述污泥进料室顶部设有进料口与所述污泥进料装置相连；所述污泥粉化室末端下部设有污泥出料口与所述泥粉干化装置相连；

所述泥粉干化装置包括至少一个泥粉干化室和设置在所述泥粉干化室末端的污泥汇集室，所述污泥汇集室设有出口与所述干粉收集装置相连；所述泥粉干化室下部设置有干化旋转轴，所述干化旋转轴水平布置，且其上设置有若干干化叶轮；所述泥粉干化室底部设置有气垫悬浮床；所述泥粉干化室上部设置有进气口，所述进气口设置在所述泥粉干化室的上半部分；所述泥粉干化室上部前端还设置有第一扰流风扇，后端设置有导流块，且所述导流块面向来流的一面呈弧面或斜面；

所述污泥汇集室上端设置有连通管与所述污泥粉化室前端上部相连，使所述污泥粉化室内与所述泥粉干化室达到压力平衡；

所述干粉收集装置包括稳流集料器和旋风分离器，所述稳流集料器上部设有集气口和旋风分离器相连；所述稳流集料器上部设有稳流器，所述稳流器布置在所述集气口下方，所述稳流集料器中下部一侧设有干粉进料口与所述污泥汇集室出口相连；所述干粉进料口设置倾斜向下的稳流导流板，且所述稳流导流板设置在所述稳流器下方。

上述技术方案中，所述每个污泥粉化叶轮均设有转向控制装置，能够独立控制转动方向；所述每个污泥粉化叶轮包括若干个扇叶，所述扇叶以所述粉化旋转轴为圆心呈同心圆式均匀设置，每个扇叶均与所述粉化旋转轴轴向呈夹角φ布置，所述夹角φ为0～25°。

上述技术方案中，所述污泥进料室与所述污泥粉化室连接处上部设置有竖直布置的引导挡板。

上述技术方案中，所述污泥进料室下方设置有第一导流板，所述第一导流板位于所述粉化旋转轴上方，且所述第一导流板沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角α为15°～30°。

上述技术方案中，所述污泥进料室下方设置有第二导流板，所述第二导流板位于所述粉化旋转轴下方，且所述第二导流板沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角β为15°～60°。

上述技术方案中，所述干化旋转轴设置两组，所述两组干化旋转轴以所述泥粉干化室竖直中心面为对称面呈对称布置。

上述技术方案中，所述干化叶轮沿所述干化旋转轴轴向设置两个以上；所述每个干化叶轮包括若干个干化扇叶，所述干化扇叶与所述干化旋转轴的轴向夹角ρ为0～10°。

上述技术方案中，所述稳流器选用框架结构，所述框架结构上设置有若干上下布置的稳流板且在稳流板之间形成上下物料通道，所述若干稳流板呈同心圆式均匀布置成一至三个同心圆，或呈平行布置，或呈网格状布置。

剩余污泥深度干化方法，包括：

将剩余污泥破碎为污泥粗颗粒后，通过污泥进料装置将污泥粗颗粒给入污泥粉化室，调整粉化旋转轴的转速使通过污泥粉化叶轮的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉；污泥粉在粉化旋转轴上随着粉化旋转轴的转动被推送到粉化污泥出料口，并从粉化污泥出料口进入到泥粉干化室；

从进气口和气垫悬浮床通入干燥空气；调整干化旋转轴的转速使污泥粉在干化叶轮扰动下在泥粉干化室呈流态化状态，与干燥空气混合并被干燥脱水；使污泥粉充分干燥成为干化污泥粉进入污泥汇集室，并从污泥汇集室出口进入干粉收集装置；

使携带着干化污泥粉的气流从污泥汇集室出口，通过干粉进料口进入稳流集料器，在稳流导流板的导流下折返式上行，使一部分干化污泥粉被分离和收集；上行的气流在稳流器的阻隔下，气流中携带的干化污泥粉继续被分离和收集，然后气流从集气口进入旋风分离器进一步分离和收集干化污泥粉。

上述技术方案中，所述剩余污泥含水率≤60％；所述干化污泥粉含水率为10％-30％；所述干燥空气温度为20～80℃。

上述技术方案中，所述污泥粗颗粒的粒径为0.5～3cm；所述污泥粉的粒径为30～400μm；所述粉化旋转轴的转速选用1000～3000r/min；所述干化旋转轴的转速选用200～1000r/min。

本发明具有以下优点及有益效果：通过将污泥粉化成细小颗粒，显著增加了污泥与空气的接触面积，在降低污泥干化所需气流温度的同时，提高了干化效率；干化效果提高，将污泥干化的经济含水率由40％大幅降至20％以下，进而提升了污泥末端资源化处置的范围和经济性。

附图说明

图1为本发明所涉及的其中一种实施方式的剩余污泥深度干化设备示意图。

图2为本发明所涉及的剩余污泥深度干化系统污泥粉化装置俯视示意图。

图3为本发明所涉及的干化旋转轴为一组时的泥粉干化装置横截面布置示意图。

图4为本发明所涉及的干化旋转轴为两组时的泥粉干化装置横截面布置示意图。

图5为本发明所涉及的干化叶轮结构示意图。

图6为本发明所涉及的稳流器横截面布置示意图(A：同心圆式；B：网格式；C：平行式)。

图中：1–污泥粉化装置；101–污泥粉化室；102–污泥进料室；103–第一导流板；104–第二导流板；105–污泥粉化叶轮；106–粉化旋转轴；107–污泥出料口；108–粉化电机；109–引导挡板；110–粉化污泥导流模块；111–连通管；112–扇叶；2–泥粉干化装置；201–泥粉干化室；202–干化旋转轴；203–干化叶轮；204–污泥汇集室；205–进气口；206–第二扰流风扇；207–第一扰流风扇；208–气垫悬浮床；209–连通挡板；210–干化扇叶；211–干化子扇叶；3–干粉收集装置；31–稳流集料器；311–干粉进料口；312–稳流器流化电机；313–稳流导流板；314–集气口；315–稳流板；32–旋风分离器；33–干粉输送装置；4–污泥进料装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，剩余污泥深度干化系统，包括依次相连的污泥粉化装置1、泥粉干化装置2和干粉收集装置3。污泥粉化装置1前端设置有污泥进料装置4。污泥进料装置4选用螺旋给料器。

污泥粉化装置1包括污泥粉化室101和设置在污泥粉化室101前端的污泥进料室102，污泥粉化室101为空心筒状结构，通常采用卧式布置，其中心设置有水平布置的粉化旋转轴106，通过粉化电机108驱动。粉化旋转轴106贯穿污泥粉化室101和污泥进料室102。粉化旋转轴106上设置有若干个并列布置的污泥粉化叶轮105。或者说，污泥粉化叶轮105沿粉化旋转轴106轴向设置两组以上。每个污泥粉化叶轮105均设有转向控制装置，能够独立控制转动方向。每个污泥粉化叶轮105包括若干个扇叶112，优选的，扇叶112设置4～8个。扇叶112以粉化旋转轴106为圆心呈同心圆式均匀设置，每个扇叶112均与粉化旋转轴106轴向呈夹角φ布置，夹角φ为0～25°，如图2所示。

污泥粉化室101内壁上环形设置有粉化污泥导流模块110，粉化污泥导流模块110断面呈三角形或直角梯形。导流坡面倾斜角ε为15°～60°。粉化污泥导流模块110设置在最末一个污泥粉化叶轮的外围，与污泥粉化叶轮之间形成导流挤出式出料，在污泥粉化室101末端形成泥粉出料室，泥粉出料室下部设有污泥出料口107与泥粉干化装置2相连

污泥进料室102顶部设有进料口与污泥进料装置4相连，污泥进料室102与污泥粉化室101连接处上部设置有竖直布置的引导挡板109，使从污泥进料口102进入的污泥能够在引导挡板109的导流作用下尽可能下落到粉化旋转轴106上。

污泥进料室102下方设置有第一导流板103和/或第二导流板104，进一步起导流作用，同时也避免污泥堆积在污泥进料室102底部的角落里。污泥进料室102下方设置有第一导流板103，第一导流板103位于粉化旋转轴106上方，且第一导流板103沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角α为15°～30°。

作为进一步优化方案，污泥进料室102下方设置有第二导流板104，第二导流板104位于粉化旋转轴106下方，且第二导流板104沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角β为15°～60°。

泥粉干化装置2包括至少一个泥粉干化室201和设置在泥粉干化室201末端的污泥汇集室204，污泥汇集室204设有出口与干粉收集装置3相连。泥粉干化室201下部设置有干化旋转轴202，干化旋转轴202水平布置，且其上设置有若干干化叶轮203。

作为一种优化方案，泥粉干化室201沿进出料方向并列设置若干个，且干化旋转轴202水平穿过若干个泥粉干化室201的下部。若干个泥粉干化室201并列形成至少包括首级泥粉干化室和下一级泥粉干化室的多级泥粉干化室。每个泥粉干化室的混合旋转轴206都由独立电机控制。

泥粉干化室201底部设置有气垫悬浮床208。泥粉干化室201上部设置有进气口205，进气口205设置在泥粉干化室201的上半部分。泥粉干化室201上部前端还设置有第一扰流风扇207，后端设置有导流块，且导流块面向来流的一面呈弧面或斜面。

如图3所示，泥粉干化室201下部设置有一组干化旋转轴202。此时干化旋转轴202设置在泥粉干化室201中心且沿泥粉干化室201中心线轴向布置。泥粉干化室201中心线为与泥粉水平行进方向一致的轴向中心线。

如图4所示，作为一种优化方案，所述干化旋转轴202设置两组，两组干化旋转轴以通过泥粉干化室201中心线的竖直中心面为对称面呈对称布置。泥粉干化室201上部前端还设置有第一扰流风扇207，下部前端还设有第二扰流风扇206，且第一扰流风扇207和第二扰流风扇206均设置在泥粉干化室201的竖直中心面上。

由于污泥粉化室101内没有布置进气装置，为防止污泥粉化旋转轴106旋转粉化污泥过程中产生负压，污泥汇集室204上端设置有连通管111与污泥粉化室101前端上部相连，使污泥粉化室101内与泥粉干化室201达到压力平衡。另一方面部分干燥气体也可以通过连通管111进入污泥粉化室101，对污泥粉化室101内的污泥产生一定的预干燥作用。连通管111入口处设置有连通挡板209，减少干化泥粉被携带进入污泥粉化室101的概率。

干化叶轮203沿干化旋转轴202轴向设置两个以上。如图5所示，每个干化叶轮203包括若干个(通常2～8个)干化扇叶210，干化扇叶210与干化旋转轴202的轴向夹角ρ为0～10°。干化扇叶叶面为由多个干化子扇叶组成百叶窗式结构，子扇叶平行、垂直或倾斜于传动轴设置。

干粉收集装置3包括稳流集料器31和旋风分离器32，稳流集料器31和旋风分离器32底部设置有干粉输送装置33。稳流集料器31上部设有集气口314和旋风分离器32相连。稳流集料器31上部设有稳流器312，稳流器312布置在集气口314下方，稳流集料器31中下部一侧设有干粉进料口311与污泥汇集室204出口相连；干粉进料口311设置倾斜向下的稳流导流板313，且稳流导流板313设置在稳流器312下方。

稳流器311选用框架结构，框架结构上设置有若干上下布置的稳流板315且在稳流板之间形成上下物料通道，若干稳流板315呈同心圆式均匀布置成一至三个同心圆(图6A)，或呈平行布置(图6B)，或呈网格状布置(图6C)。

剩余污泥深度干化方法，包括：

将含水率为≤60％的剩余污泥破碎为粒径为0.5～3cm的污泥粗颗粒后，通过污泥进料装置4将污泥粗颗粒给入污泥粉化室101，调整粉化旋转轴106的转速为1000～3000r/min，使通过污泥粉化叶轮105的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉。粉化后，污泥粉的粒径为30～400μm。

污泥粉在粉化旋转轴106上随着粉化旋转轴106的转动被推送到粉化污泥出料口107，并从粉化污泥出料口107进入到泥粉干化室201；

从进气口205和气垫悬浮床208通入温度为20～80℃、湿度10％-50％的干燥空气；调整干化旋转轴202的转速为200～1000r/min，使污泥粉在干化叶轮203扰动下在泥粉干化室201呈流态化状态，与干燥空气混合并被干燥脱水；使污泥粉充分干燥成为干化污泥粉进入污泥汇集室204，并从污泥汇集室204出口进入干粉收集装置；

使携带着干化污泥粉的气流从污泥汇集室204出口，通过干粉进料口311进入稳流集料器31，在稳流导流板313的导流下折返式上行，使一部分干化污泥粉被分离和收集；上行的气流在稳流器312的阻隔下，气流中携带的干化污泥粉继续被分离和收集，然后气流从集气口314进入旋风分离器32进一步分离和收集干化污泥粉。

实施结果表明，经过深度脱水干化的干化污泥含水率为10％-30％。

在上述实施过程中，干燥空气可以循环使用，而且通常循环3～8次后作为废气排出净化处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述系统包括依次相连的污泥粉化装置(1)、泥粉干化装置(2)和干粉收集装置(3)；所述污泥粉化装置(1)前端设置有污泥进料装置(4)；

所述污泥粉化装置(1)包括污泥粉化室(101)和设置在所述污泥粉化室(101)前端的污泥进料室(102)，所述污泥粉化室(101)为空心筒状结构，其中心设置有水平布置的粉化旋转轴(106)，所述粉化旋转轴(106)上设置有若干个并列布置的污泥粉化叶轮(105)；所述污泥粉化室(101)内壁上环形设置有粉化污泥导流模块(110)，所述粉化污泥导流模块(110)断面呈三角形或直角梯形；所述粉化污泥导流模块(110)设置在最末一个污泥粉化叶轮的外围；所述污泥进料室(102)顶部设有进料口与所述污泥进料装置(4)相连；所述污泥粉化室(101)末端下部设有污泥出料口(107)与所述泥粉干化装置(2)相连；

所述泥粉干化装置(2)包括至少一个泥粉干化室(201)和设置在所述泥粉干化室(201)末端的污泥汇集室(204)，所述污泥汇集室(204)设有出口与所述干粉收集装置(3)相连；所述泥粉干化室(201)下部设置有干化旋转轴(202)，所述干化旋转轴(202)水平布置，且其上设置有若干干化叶轮(203)；所述泥粉干化室(201)底部设置有气垫悬浮床(208)；所述泥粉干化室(201)上部设置有进气口(205)，所述进气口(205)设置在所述泥粉干化室(201)的上半部分；所述泥粉干化室(201)上部前端还设置有第一扰流风扇(207)，后端设置有导流块，且所述导流块面向来流的一面呈弧面或斜面；

所述污泥汇集室(204)上端设置有连通管(111)与所述污泥粉化室(101)前端上部相连，使所述污泥粉化室(101)内与所述泥粉干化室(201)达到压力平衡；

所述干粉收集装置(3)包括稳流集料器(31)和旋风分离器(32)，所述稳流集料器(31)上部设有集气口(314)和旋风分离器(32)相连；所述稳流集料器(31)上部设有稳流器(312)，所述稳流器(312)布置在所述集气口(314)下方，所述稳流集料器(31)中下部一侧设有干粉进料口(311)与所述污泥汇集室(204)出口相连；所述干粉进料口(311)设置倾斜向下的稳流导流板(313)，且所述稳流导流板(313)设置在所述稳流器(312)下方；

其中，所述稳流器(312)选用框架结构，所述框架结构上设置有若干上下布置的稳流板(315)且在稳流板之间形成上下物料通道，所述若干稳流板(315)呈同心圆式均匀布置成一至三个同心圆，或呈平行布置，或呈网格状布置。

2.根据权利要求1所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，每个污泥粉化叶轮(105)均设有转向控制装置，能够独立控制转动方向；所述每个污泥粉化叶轮(105)包括若干个扇叶(112)，所述扇叶(112)以所述粉化旋转轴(106)为圆心呈同心圆式均匀设置，每个扇叶(112)均与所述粉化旋转轴(106)轴向呈夹角Ф布置，所述夹角Ф为0°～25°。

3.根据权利要求1所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述污泥进料室(102)与所述污泥粉化室(101)连接处上部设置有竖直布置的引导挡板(109)。

4.根据权利要求3所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述污泥进料室(102)下方设置有第一导流板(103)，所述第一导流板(103)位于所述粉化旋转轴(106)上方，且所述第一导流板(103)沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角α为15°～30°。

5.根据权利要求4所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述污泥进料室(102)下方设置有第二导流板(104)，所述第二导流板(104)位于所述粉化旋转轴(106)下方，且所述第二导流板(104)沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角β为15°～60°。

6.根据权利要求1所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述干化旋转轴(202)设置两组，所述两组干化旋转轴以所述泥粉干化室(201)竖直中心面为对称面呈对称布置。

7.根据权利要求1或6所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述干化叶轮(203)沿所述干化旋转轴(202)轴向设置两个以上；每个干化叶轮(203)包括若干个干化扇叶，所述干化扇叶与所述干化旋转轴(202)的轴向夹角ε为0～10°。

8.剩余污泥深度干化方法，其使用如权利要求1所述的剩余污泥深度干化设备系统，其特征在于，所述方法包括：

将剩余污泥破碎为污泥粗颗粒后，通过污泥进料装置(4)将污泥粗颗粒给入污泥粉化室(101)，调整粉化旋转轴(106)的转速使通过污泥粉化叶轮(105)的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉；污泥粉在粉化旋转轴(106)上随着粉化旋转轴(106)的转动被推送到粉化污泥出料口(107)，并从粉化污泥出料口(107)进入到泥粉干化室(201)；

从进气口(205)和气垫悬浮床(208)通入干燥空气；调整干化旋转轴(202)的转速使污泥粉在干化叶轮(203)扰动下在泥粉干化室(201)呈流态化状态，与干燥空气混合并被干燥脱水；使污泥粉充分干燥成为干化污泥粉进入污泥汇集室(204)，并从污泥汇集室(204)出口进入干粉收集装置(3)；

使携带着干化污泥粉的气流从污泥汇集室(204)出口，通过干粉进料口(311)进入稳流集料器(31)，在稳流导流板(313)的导流下折返式上行，使一部分干化污泥粉被分离和收集；上行的气流在稳流器(312)的阻隔下，气流中携带的干化污泥粉继续被分离和收集，然后气流从集气口(314)进入旋风分离器(32)进一步分离和收集干化污泥粉。

9.根据权利要求8所述的剩余污泥深度干化方法，其特征在于，所述剩余污泥含水率≤60％；所述干化污泥粉含水率为10％—30％；所述干燥空气温度为20～80℃。

10.根据权利要求8所述的剩余污泥深度干化方法，其特征在于，所述污泥粗颗粒的粒径为0.5～3cm；所述污泥粉的粒径为30～400μm；所述粉化旋转轴(106)的转速选用1000～3000r/min；所述干化旋转轴(202)的转速选用200～1000r/min。

Images