CN112374712A - 污泥消化系统及其使用方法 - Google Patents

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许敬逸
胡维杰
薛颖
金则陈
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    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Abstract

本发明公开了一种污泥消化系统及其使用方法，包括消化罐、循环水泵、连接管道和加热装置，该加热装置为再生水热泵，消化罐的内外壁之间具有加热层，加热层内部设有循环水管道，循环水管道通过连接管道经过再生水热泵与循环水泵相连，并组成一个闭合回路，闭合回路内具有循环水，再生水热泵用于加热循环水。该污泥消化系统及其使用方法使再生水的热量能够高效率地传导至循环水，并用于加热消化罐中的污泥，以此代替了循环水的加热装置，提高了能源利用率，通过对现有装置进行改进，使其更利于节约能源、更加环保。

Description

污泥消化系统及其使用方法
技术领域
本发明设计一种污泥消化系统及其使用方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的提高，我国城镇污水处理厂数量逐年增加，污水处理能力不断提高，由此产生的污泥量也日益增加。根据《2018-2025年中国污泥处理处置市场调查研究及发展趋势分析报告》，截至2017年底，全国设市城市、县(以下简称城镇，不含其它建制镇)累计建成污水处理厂5027座，污水处理能力达1.88亿立方米/日，年产生含水量80％的污泥5000多万吨。如此大量城市污泥的产生对人类健康和生存环境造成严重威胁，已成为现代城市重要的污染源之一。同时，受制于土地容积和运输距离，污泥处理处置的选址往往在现有污水处理厂规划用地范围内，因此，如何通过污水和污泥处理耦合的方法来提高能源利用率，提高污泥处理流程上的效率成为重点关注的方面。
根据发改委和住建部发布的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》(发改环资〔2020〕1234号)所指出，在加快推进污泥无害化处置和资源化利用中鼓励采用厌氧消化、好氧发酵等方式处理污泥。厌氧消化作为污泥处理处置的成熟工艺路线已在北方地区工程化运用，厌氧消化罐中的污泥保温往往通过泥-热水交换后实现的，但当污泥有机质成分偏低或者消化产沼气量不足时就需要用外界热源进行补充，而在污泥处理工艺中所用到的热水锅炉所产生的二氧化硫和氮氧化物等烟气污染物排放较大，能耗高，不利于节约能源和环保。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中，污泥处理工艺使用的热水锅炉所产生的二氧化硫和氮氧化物等烟气污染物排放较大，能耗高，不利于节约能源和环保的缺陷，提供一种污泥消化系统及其使用方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种污泥消化系统，包括消化罐、循环水泵、连接管道和加热装置，所述加热装置为再生水热泵，所述消化罐的内外壁之间具有加热层，所述加热层内部设有循环水管道，所述循环水管道通过所述连接管道经过所述再生水热泵与所述循环水泵相连，并组成一个闭合回路，所述闭合回路内具有循环水，所述再生水热泵用于加热所述循环水。
在本方案中，采用上述结构形式，使再生水的热量能够高效率地传导至循环水，并用于加热消化罐中的污泥，以此代替了循环水的加热装置，提高了能源利用率。
较佳地，所述再生水热泵的再生水来自污水处理厂。
在本方案中，采用上述结构形式，将再生水中的低品位热源利用于加热循环水，进一步提高了能源利用率。
较佳地，所述再生水在所述再生水热泵内的流向与所述循环水的流向相反。
在本方案中，采用上述结构形式，提高了再生水和循环水的热交换效率。
较佳地，所述循环水管道沿所述消化罐的轴向方向均匀分布在所述消化罐的内外壁之间。
在本方案中，采用上述结构形式，使消化罐在轴向受热更加均匀。
较佳地，所述循环水管道在所述消化罐的内外壁之间的分布关于所述消化罐的中心对称。
在本方案中，采用上述结构形式，使消化罐在周向受热更加均匀。
较佳地，所述循环水在所述循环水管道中自下而上流动。
在本方案中，采用上述结构形式，提升循环水和污泥的热传导交换效率。
较佳地，所述污泥消化系统的外侧设有隔热层。
在本方案中，采用上述结构形式，减少热量损失，提高能源利用率。
较佳地，所述隔热层为聚乙烯发泡弹性体。
在本方案中，采用上述结构形式，使隔热层的隔热性能更好。
一种上述污泥消化系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤S1、再生水热泵吸收再生水中的低品位热源；
步骤S2、通过再生水热泵提升循环水温度；
步骤S3、在循环水泵的推动下，循环水沿加热层内部的循环水管道向上流动，与污泥进行充分的热传导交换后，再回到再生水热泵进行升温。
在本方案中，采用上述步骤，使再生水的热量能够高效率地传导至循环水，并用于加热消化罐中的污泥，以此代替了循环水的加热装置，提高了能源利用率。
较佳地，还包括以下步骤：
步骤S4、在加热层外侧覆盖保温材料制成的隔热层，进一步对消化罐进行隔热保温处理。
在本方案中，采用上述步骤，减少热量损失，进一步提高了能源利用率。
本发明的积极进步效果在于：该污泥消化系统及其使用方法使再生水的热量能够高效率地传导至循环水，并用于加热消化罐中的污泥，以此代替了循环水的加热装置，提高了能源利用率，通过对现有装置进行改进，使其更利于节约能源、更加环保。
附图说明
图1为本实施例中污泥消化系统的整体结构示意图。
图2为本实施例中污泥消化系统的消化罐罐壁的截面示意图。
图3为本实施例中污泥消化系统的使用方法的流程图。
附图标记说明：
消化罐1
循环水泵2
连接管道3
再生水热泵4
加热层5
循环水管道6
钢壁7
隔热层8
污泥9
再生水进水方向A
再生水回水方向B
循环水流向C
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本实施例提供一种污泥消化系统，包括消化罐1、循环水泵2、连接管道3和再生水热泵4，消化罐1的内外壁之间具有加热层5，加热层5内部设有循环水管道6，循环水管道6通过连接管道3经过再生水热泵4与循环水泵2相连，并组成一个闭合回路，闭合回路内具有循环水，再生水热泵4用于加热循环水。
首先，循环水在再生水热泵4中吸收再生水的热量；其次，循环水泵2将温度升高后的循环水推入消化罐1内外壁之间的加热层5，循环水在加热层5内部的循环水管道6中流动，并将热量传导至消化罐1内部；最终，循环水通过连接管道3回到再生水热泵4，再次被再生水加热；持续工作时，依次循环重复上述步骤。
通常来说，在污泥消化过程中，利用温度较高的循环水，持续且均匀地对消化罐1内的污泥9进行加热，以促进消化罐1内部的厌氧消化。但在热量持续消耗的同时，循环水本身的温度逐渐降低，需要从外界补充热量使其温度再次升高。在本实施例中，利用再生水来加热循环水，既可以保证循环水的温度达到使用需求，又不会产生环境污染。更为关键的是，能够利用温度较低的循环水来吸收温度较高的再生水中的低品位热源。
具体地，在本实施例中，再生水热泵4的再生水来自污水处理厂。由于污水处理厂产生的再生水，在经过多个步骤处理之后，温度会高于循环水，但对于这样的低品位热源来说，在实际工业生产上很难进行利用。在本实施例中，由于消化罐1内部反应要求的温度低于污水处理厂输出的再生水的温度，所以通过循环水的闭合回路来进行热量的传递，能够有效地节约能源。
在本实施例中，为了使污泥处理和污水处理的工艺更加完善，污泥处理厂的选址应尽可能靠近污水处理厂。这样在再生水的运输过程中，可以尽可能减少热能的浪费。
为了使热量的传递更加高效，再生水在再生水热泵4内的流向与循环水的流向相反。这样能够使温度较高的再生水和温度较低的循环水之间充分进行热交换。
另外，在本实施例中，循环水管道6沿消化罐1的轴向方向均匀分布在消化罐1的内外壁之间，循环水管道6在消化罐1的内外壁之间的分布关于消化罐1的中心对称。通过在轴向均匀设置循环水管道6，使循环水在通过加热层时能够对消化罐1内部进行均匀加热，从而保证消化罐1内部的温度分布均匀。对于圆柱形的消化罐1罐体，循环水管道6的分布关于其中心对称，也能够保证在圆周的各个角度上分布有相同的循环水管道6，保证加热均匀。
在本实施例中，循环水在循环水管道6中自下而上流动。具体地，循环水泵2将循环水推动至消化罐1下方，然后自下而上的进入加热层5中的循环水管道6。这样既能一定程度地阻止热量散失，也能符合热量传递物理规律地对消化罐1内部进行加热。
如图2所示，加热层内外均设有钢壁7。在本实施例中，在循环水管道6和钢壁7的共同作用下，加热层5能够将消化罐1内部的温度保持在34-36℃，有利于厌氧消化的反应。
进一步地，污泥消化系统的外侧还设有隔热层8，具体地，选用聚乙烯发泡弹性体。在本实施例中，采用聚乙烯B1级高发泡弹性体作为保温材料，厚度150mm，其中导热系数为0.04W/m/℃，空气层厚度200mm。由此，可以提高隔热层8的隔热性能，更有效地防止热能散失。
如图3所示，本实施例还提供一种上述污泥消化系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤S1、再生水热泵吸收再生水中的低品位热源；
步骤S2、通过再生水热泵提升循环水温度；
步骤S3、在循环水泵的推动下，循环水沿加热层内部的循环水管道向上流动，与污泥进行充分的热传导交换后，再回到再生水热泵进行升温。
步骤S4、在加热层外侧覆盖保温材料制成的隔热层，进一步对消化罐进行隔热保温处理。
在本实施例中，通过上述步骤，可以使再生水的热量能够高效率地传导至循环水，并用于加热消化罐1中的污泥9，以此代替了循环水的加热装置。同时，通过设置隔热层来减少热能损失，进一步提高了能源利用率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污泥消化系统，包括消化罐、循环水泵、连接管道和加热装置，其特征在于，所述加热装置为再生水热泵，所述消化罐的内外壁之间具有加热层，所述加热层内部设有循环水管道，所述循环水管道通过所述连接管道经过所述再生水热泵与所述循环水泵相连，并组成一个闭合回路，所述闭合回路内具有循环水，所述再生水热泵用于加热所述循环水。
2.如权利要求1所述的污泥消化系统，其特征在于，所述再生水热泵的再生水来自污水处理厂。
3.如权利要求2所述的污泥消化系统，其特征在于，所述再生水在所述再生水热泵内的流向与所述循环水的流向相反。
4.如权利要求1所述的污泥消化系统，其特征在于，所述循环水管道沿所述消化罐的轴向方向均匀分布在所述消化罐的内外壁之间。
5.如权利要求1所述的污泥消化系统，其特征在于，所述循环水管道在所述消化罐的内外壁之间的分布关于所述消化罐的中心对称。
6.如权利要求1所述的污泥消化系统，其特征在于，所述循环水在所述循环水管道中自下而上流动。
7.如权利要求1所述的污泥消化系统，其特征在于，所述污泥消化系统的外侧设有隔热层。
8.如权利要求7所述的污泥消化系统，其特征在于，所述隔热层为聚乙烯发泡弹性体。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的污泥消化系统的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1、再生水热泵吸收再生水中的低品位热源；
步骤S2、通过再生水热泵提升循环水温度；
步骤S3、在循环水泵的推动下，循环水沿加热层内部的循环水管道向上流动，与污泥进行充分的热传导交换后，再回到再生水热泵进行升温。
10.如权利要求9所述的污泥消化系统的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S4、在加热层外侧覆盖保温材料制成的隔热层，进一步对消化罐进行隔热保温处理。
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