CN114477706A - 一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，所述系统包括料仓、加药系统、混合系统、板框压滤系统、水源热泵系统、真空系统、空压系统、污泥输送系统和污水回收系统。本发明提供的污泥干化方法利用真空闪蒸模式，打破传统的100℃高温破壁技术的局限，节约能耗的同时延长了设备使用寿命，降低工艺成本；微量进气促使滤饼外部水蒸气的流动加快，提高干化效率，同时真空闪蒸完成对污泥的深度脱水，污泥中的含水率显著降低，降至40％以下。本发明对传统的滤框进行了改进，将板体四角处设置暗流管，上端暗流管和下端暗流管之间又分别设置管路连接，使水蒸气可以传导地更加均匀，加快水分蒸发速率，节省污泥干化的时间和能耗。
Description
技术领域
本发明属于污泥干化技术领域，具体涉及一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法。
背景技术
污泥干化又称污泥脱水，是指通过渗透、蒸发等方法，从污泥中去除大量水分的过程，降低污泥的含水率，便于污泥的运送、堆积、利用或进一步回收水资源。市政污泥不同于其他污泥，市政污泥中的水分主要分为自由水、毛细水、吸附水和内部水，通过将污泥机械挤压只能消除自由水以及部分毛细水，但是毛细水仅仅脱除了一小部分，吸附水和内部水基本无法脱除。传统的污泥干化技术只能将污泥挤压至含水率为60％，若要使市政污泥的含水率达到60％以下，必须进行细胞破壁，充分脱除其中的水分。
现有的细胞破壁技术通常采用高温热蒸的方法，通过100℃的高温水蒸气加热滤框对腔室污泥进行加热破壁，中间隔着橡胶板，不仅加热时间长、加热慢，而且长期的100℃高温环境对滤框的要求都比较高，成本高，耗费热资源也多。
专利号“CN201910123542.0”名称为“一种超高温生物干化耦合流化床焚烧的污泥处理工艺”公开了一种超高温生物干化污泥的方法，此种方法不仅耗时长、耗费资源多、能效比低，并且污泥的含水率仍有50％左右，效果并不理想。
专利号“CN110183073A”名称为“一种实现高效破壁的污水厂污泥真空脱水处理方法”的专利采用了冷冻的方法使污泥细胞膨胀破壁以及加压破碎，实现对污泥的进一步脱水，但是此种方法较为繁琐，操作复杂。鉴于此，我们提出一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，实现以下发明目的：
1、节约能耗，延长设备使用寿命，降低工艺成本。
2、提高干化效率，同时对污泥进行深度脱水，使污泥中的含水率显著降低，降至40％以下。
3、现了污泥脱水干化一体化流程，降低设备成本和占地面积，结构和操作流程简化，提高脱水效率。
4、对传统的滤框进行了改进，加快污泥的干化及脱水。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，包括料仓、加药系统、混合系统、板框压滤系统、水源热泵系统、真空系统、空压系统、污泥输送系统和污水回收系统。
进一步地，所述板框压滤系统包括螺杆泵、滤框、隔膜泵和气孔阀门。
进一步地，所述滤框的材质为石墨改性聚丙烯，韧性好，热传导快。
进一步地，所述滤框的板体设有上下端对称的进液口。
进一步地，所述滤框的板体四角处设有暗流管，上端两角处的多个暗流管通过管路连接；下端两角处的多个暗流管通过管路连接。
优选的，所述暗流管在板体的四角处各1个。
优选的，所述管路的直径为8-10mm。
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化的方法，包括以下步骤：
S1.将所述污泥加入到料仓中，通过加药系统加入NaOH溶液和絮凝PAC，污泥和NaOH溶液、絮凝PAC在混合系统充分混合进行调质，调质后的污泥送入板框压滤系统；
进一步地，所述絮凝PAC的加入量为污泥的1-1.2‰；所述NaOH溶液的浓度为0.8-1‰，加入量为污泥的1.8-2.2％。
进一步地，所述调制后的污泥含水率为95-98％，PH＞8；
S2.调节螺杆泵的压力为1.1-1.3MP，待压力恒定后停止送入调质后的污泥，接着将调质后的污泥进行一次挤压，挤压至含水率为80-85％，挤压出的污水通过滤框的暗流管进入水源热泵系统；
S3.开启水源热泵系统，关闭滤框上端的进液口，通过下端进液口向板框压滤系统充入热水，隔膜泵压力达到1.5-1.7MP后稳定30-35min，对一次挤压的污泥进行二次挤压，挤压至含水率为60-65％得到滤饼，挤压出的污水通过暗流管进入水源热泵系统；
进一步地，所述水源热泵系统的能效比为1:2.4-2.6；所述水源热泵系统热水的温度为73-76℃。
S4.启动热水循环，隔膜泵压力持续保持在1.5-1.7MP，打开滤框进液口开始热水循环；打开高温气泵，暗流管采用下进气、上出气的方式进行热气循环，管路的连接使得热气均匀地自下而上传导，加速滤饼加热；滤饼加热至65-70℃后，关闭进液口停止热水循环，滤饼恒温稳定60-80min，开启真空闪蒸模式。
优选的，所述热气循环的温度为60-65℃。
优选的，所述热水循环的能效比为1:2.4-2.6，热水的温度为73-76℃。
进一步的，所述真空闪蒸模式，关闭暗流管停止热气循环，开启真空系统对板框压滤系统进行抽真空至真空度为-89.9～-87.5Kpa，滤饼温度降至48-52℃，此时达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水开始蒸发；打开空压系统，开启气孔阀门持续微量进气，在微量气流的作用下板框压滤系统内部水蒸气的流动加快，促进污泥水分的快速蒸发，同时真空系统抽真空1.5-2h保持板框压滤系统的真空度，滤饼干化至含水率低于40％。
优选的，所述真空系统的真空泵最大吸气量为1.33m3/min，极限真空33mbar，工作液流量2.5L/min。
优选的，所述微量气流的流量为1.8-2.5L/H。
S5.污泥挤压和干化最终排出的污水排入污水回收系统统一进行回收，干化后的污泥通过污泥输送系统输送。
由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：
1、采用本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，打破了传统的100℃高温破壁技术的局限，滤饼的温度降至48-52℃时就可达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水蒸发，不仅节约了能耗，而且延长了设备使用寿命，降低成本。
2、采用闪蒸技术，微量进气促使滤饼外部水蒸气的流动加快，提高干化效率，同时对污泥进行深度脱水，污泥中的含水率显著降低，降至40％以下。
3、传统的污泥干化通常需要在污泥物理脱水后增加新的设备进行深度干化，而采用本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，实现了污泥脱水干化一体化流程，降低设备成本和占地面积，结构和操作流程简化，提高了脱水效率，一次即可脱水干化至污泥含水率40％以下。
4、滤框采用石墨改性聚乙烯材质，传热快，韧性高，使用寿命长，实现高效挤压脱水。
5、本发明对传统的滤框进行了改进，在滤框板体的四角处设置暗流管，上端两角处的暗流管之间和下端两角处的暗流管之间又分别设置管路，使水蒸气可以传导地更加均匀，加快水分蒸发速率，节省蒸发时间和资源。
6、本发明采用的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，水源热泵系统的能效比在2.6左右，市场上的污泥干化设备多数采用电能，能效比均低至1.0左右，耗电量较多。采用本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，采用挤压出的污水作为水源热泵系统的热水水源，在降低能耗的同时节省了热水资源，环保节能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明工艺描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统的整体结构图。
图2为本发明的滤框结构图。
图3为滤框的俯视图。
图4为图3中A-A方向的剖视图。
图1各标号的意义为：1、料仓；2、加药系统；3、混合系统；4、板框压滤系统；5、水源热泵系统；6、真空系统；7、空压系统；8、污泥输送系统；9、污水回收系统。
图2各标号的意义为：41、板体；411、进液口；412、暗流管；413、孔道。
图4各标号的意义为：414、管路。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例及附图，进一步阐述本发明。
实施例1一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，包括以下步骤：
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，包括料仓1、加药系统2、混合系统3、板框压滤系统4、水源热泵系统5、真空系统6、空压系统7、污泥输送系统8和污水回收系统9。
所述板框压滤系统包括螺杆泵、滤框、隔膜泵和气孔阀门。
所述滤框的材质为石墨改性聚丙烯，韧性好，热传导快。
所述滤框的板体41上设有上下端对称的进液口411。
所述板体41的四角处各设有1个暗流管412，上端两角处的2个暗流管412通过管路414连接；下端两角处的2个暗流管412通过管路414连接。
所述管路414的直径为8mm。
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化的方法，包括以下步骤：
S1.将80Kg污泥加入到料仓1中，通过加药系统2加入NaOH溶液和絮凝PAC，污泥和NaOH溶液、絮凝PAC在混合系统3充分混合进行调质，调质后的污泥送入板框压滤系统4。
所述絮凝PAC的加入量为污泥的1‰，所述NaOH溶液的浓度为1‰，加入量为污泥的2％。
所述调制后的污泥含水率为95％，PH为8.5。
S2.调节螺杆泵的压力为1.2MP，待压力恒定后停止送入调质后的污泥，接着将调质后的污泥进行一次挤压，挤压至含水率为80％，挤压出的污水通过滤框的暗流管412进入水源热泵系统5。
S3.开启水源热泵系统5，关闭滤框上端的进液口411，通过下端的进液口411向板框压滤系统4充入热水，隔膜泵压力达到1.6MP后稳定30min，对一次挤压的污泥进行二次挤压，挤压至含水率为60％得到滤饼，挤压出的污水通过暗流管412进入水源热泵系统5。
所述水源热泵系统5的能效比为1:2.6，所述水源热泵系统5热水的温度为75℃。
S4.启动热水循环，隔膜泵压力持续保持在1.6MP，打开进液口411开始热水循环；打开高温气泵，暗流管412采用下进气、上出气的方式，管路414的连接使得热气均匀地自下而上传导，加速滤饼加热；滤饼加热至65℃后，关闭进液口411停止热水循环，滤饼恒温稳定70min，开启真空闪蒸模式。
所述热气循环的温度为65℃。
所述热水循环的能效比为1:2.6，热水的温度为75℃。
所述真空闪蒸模式，关闭暗流管412停止热气循环，开启真空系统6对板框压滤系统4进行抽真空至真空度为-88.8Kpa，滤饼温度降至50℃，此时达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水开始蒸发；打开空压系统7，开启气孔阀门持续微量进气，在微量气流的作用下板框压滤系统4内部水蒸气的流动加快，促进污泥水分的快速蒸发，同时真空系统6抽真空1.8h保持板框压滤系统4的真空度为-88.8Kpa，滤饼干化至含水率36％。
所述真空系统6的真空泵最大吸气量为1.33m3/min，极限真空33mbar，工作液流量2.5L/min。
所述微量气流的流量为2L/H。
S5.污泥挤压和干化最终排出的污水排入污水回收系统9统一进行回收，干化后的污泥通过污泥输送系统8输送。
实施例2一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，包括以下步骤：
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，包括料仓1、加药系统2、混合系统3、板框压滤系统4、水源热泵系统5、真空系统6、空压系统7、污泥输送系统8和污水回收系统9。
所述板框压滤系统包括螺杆泵、滤框、隔膜泵和气孔阀门。
所述滤框的材质为石墨改性聚丙烯，韧性好，热传导快。
所述滤框的板体41上设有上下端对称的进液口411。
所述板体41的四角处各设有1个暗流管412，上端两角处的2个暗流管412通过管路414连接；下端两角处的2个暗流管412通过管路414连接。
所述管路414的直径为10mm。
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化的方法，包括以下步骤：
S1.将80Kg污泥加入到料仓1中，通过加药系统2加入NaOH溶液和絮凝PAC，污泥和NaOH溶液、絮凝PAC在混合系统3充分混合进行调质，调质后的污泥送入板框压滤系统4。
所述絮凝PAC的加入量为污泥的1.2‰，所述NaOH溶液的浓度为0.8‰，加入量为污泥的1.8％。
所述调制后的污泥含水率为98％，PH为8.1。
S2.调节螺杆泵的压力为1.1MP，待压力恒定后停止送入调质后的污泥，接着将调质后的污泥进行一次挤压，挤压至含水率为85％，挤压出的污水通过滤框的暗流管412进入水源热泵系统5。
S3.开启水源热泵系统5，关闭滤框上端的进液口411，通过下端的进液口411向板框压滤系统4充入热水，隔膜泵压力达到1.5MP后稳定35min，对一次挤压的污泥进行二次挤压，挤压至含水率为65％得到滤饼，挤压出的污水通过暗流管412进入水源热泵系统5。
所述水源热泵系统5的能效比为1:2.4，所述水源热泵系统5热水的温度为73℃。
S4.启动热水循环，隔膜泵压力持续保持在1.5MP，打开进液口411开始热水循环，打开高温气泵，暗流管412采用下进气、上出气的方式，管路414的连接使得热气均匀地自下而上传导，加速滤饼加热；滤饼加热至68℃后，关闭进液口411停止热水循环，滤饼恒温稳定60min，开启真空闪蒸模式。
所述热气循环的温度为62℃。
所述热水循环的能效比为1:2.4，热水的温度为73℃。
所述真空闪蒸模式，关闭暗流管412停止热气循环，开启真空系统6对板框压滤系统4进行抽真空至真空度为-89.9Kpa，滤饼温度降至48℃，此时达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水开始蒸发；打开空压系统7，开启气孔阀门持续微量进气，在微量气流的作用下板框压滤系统4内部水蒸气的流动加快，促进污泥水分的快速蒸发，同时真空系统6抽真空1.5h保持板框压滤系统4的真空度为-89.9Kpa，滤饼干化至含水率37.5％。
所述真空系统6的真空泵最大吸气量为1.33m3/min，极限真空33mbar，工作液流量2.5L/min。
所述微量气流的流量为1.8L/H。
S5.污泥挤压和干化最终排出的污水排入污水回收系统9统一进行回收，干化后的污泥通过污泥输送系统8输送。
实施例3一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，包括以下步骤：
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，包括料仓1、加药系统2、混合系统3、板框压滤系统4、水源热泵系统5、真空系统6、空压系统7、污泥输送系统8和污水回收系统9。
所述板框压滤系统包括螺杆泵、滤框、隔膜泵和气孔阀门。
所述滤框的材质为石墨改性聚丙烯，韧性好，热传导快。
所述滤框的板体41上设有上下端对称的进液口411。
所述板体41的四角处各设有1个暗流管412，上端两角处的2个暗流管412通过管路414连接；下端两角处的2个暗流管412通过管路414连接。
所述管路414的直径为9mm。
一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化的方法，包括以下步骤：
S1.将80Kg污泥加入到料仓1中，通过加药系统2加入NaOH溶液和絮凝PAC，污泥和NaOH溶液、絮凝PAC在混合系统3充分混合进行调质，调质后的污泥送入板框压滤系统4；
所述絮凝PAC的加入量为污泥的1‰，所述NaOH溶液的浓度为0.8‰，加入量为污泥的2.2％；
所述调制后的污泥含水率为96％，PH为8.7。
S2.调节螺杆泵的压力为1.3MP，待压力恒定后停止送入调质后的污泥，接着将调质后的污泥进行一次挤压，挤压至含水率为83％，挤压出的污水通过滤框的暗流管412进入水源热泵系统5。
S3.开启水源热泵系统5，关闭滤框上端的进液口411，通过下端的进液口411向板框压滤系统4充入热水，隔膜泵压力达到1.7MP后稳定30min，对一次挤压的污泥进行二次挤压，挤压至含水率为62％得到滤饼，挤压出的污水通过暗流管412进入水源热泵系统5。
所述水源热泵系统5的能效比为1:2.4，所述水源热泵系统5热水的温度为76℃。
S4.启动热水循环，隔膜泵压力持续保持在1.7MP，打开进液口411开始热水循环，打开高温气泵，暗流管412采用下进气、上出气的方式热气循环，管路414的连接使得热气均匀地自下而上传导，加速滤饼加热；滤饼加热至70℃后，关闭进液口411停止热水循环，滤饼恒温稳定80min，开启真空闪蒸模式。
所述热气循环的温度为60℃。
所述热水循环的能效比为1:2.6，热水的温度为76℃。
所述真空闪蒸模式，关闭暗流管停止热气循环，开启真空系统6对板框压滤系统4进行抽真空至真空度为-87.5Kpa，滤饼温度降至52℃，此时达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水开始蒸发；打开空压系统7，开启气孔阀门持续微量进气，在微量气流的作用下板框压滤系统4内部水蒸气的流动加快，促进污泥水分的快速蒸发，同时真空系统6抽真空2h保持板框压滤系统4的真空度为-87.5Kpa，滤饼干化至含水率37％。
所述真空系统6的真空泵最大吸气量为1.33m3/min，极限真空33mbar，工作液流量2.5L/min。
所述微量气流的流量为2.5L/H。
S5.污泥挤压和干化最终排出的污水排入污水回收系统9统一进行回收，干化后的污泥通过污泥输送系统8输送。
采用本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统及方法，打破了传统的100℃高温破壁技术的局限，滤饼的温度降至48-52℃时就可达到沸点，污泥细胞壁破裂，细胞中的吸附水、内部水蒸发，不仅节约了能耗，而且延长了设备使用寿命，降低成本。
采用闪蒸技术，微量进气促使滤饼外部水蒸气的流动加快，提高干化效率，同时对污泥进行深度脱水，污泥中的含水率显著降低，降至40％以下。
本发明采用的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，水源热泵系统的能效比在2.6左右，市场上的污泥干化设备多数采用电能，能效比均低至1.0左右，耗电量较多。采用本发明的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，采用挤压出的污水作为水源热泵系统的热水水源，在降低能耗的同时节省了热水资源，环保节能。
除非特殊说明，本发明所述比例，均为质量比例，所述百分比，均为质量百分比；原料均为市购。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，其特征在于，所述闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统包括料仓、加药系统、混合系统、板框压滤系统、水源热泵系统、真空系统、空压系统、污泥输送系统和污水回收系统。
2.根据权利要求1所述的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，其特征在于，所述板框压滤系统包括滤框。
3.根据权利要求2所述的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，其特征在于，所述滤框的板体上设有上下端对称的进液口。
4.根据权利要求3述的闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化系统，其特征在于，所述板体的四角处设有暗流管，上端两角处的多个暗流管通过管路连接；下端两角处的多个暗流管通过管路连接；所述管路的直径为8-10mm。
5.一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法包括以下步骤：
S1.将所述污泥加入到料仓中，通过加药系统加入NaOH溶液和絮凝PAC，污泥和NaOH溶液、絮凝PAC在混合系统充分混合进行调质，调质后的污泥送入板框压滤系统；
S2.调节螺杆泵的压力为1.1-1.3MP，待压力恒定后停止送入调质后的污泥，将调质后的污泥进行一次挤压，挤压至含水率为80-85％，挤压出的污水通过暗流管进入水源热泵系统；
S3.开启水源热泵系统，关闭滤框上端的进液口，通过下端进液口向板框压滤系统充入热水，隔膜泵压力达到1.5-1.7MP后稳定30-35min，对一次挤压的污泥进行二次挤压，挤压至含水率为60-65％得到滤饼，挤压出的污水通过暗流管进入水源热泵系统；
S4.启动热水循环系统，隔膜泵压力持续保持在1.5-1.7MP，打开滤框进液口开始热水循环；打开高温气泵，暗流管采用下进气、上出气的方式进行热气循环，待滤饼加热至65-70℃后，关闭进液口停止热水循环，滤饼恒温稳定60-80min，开启真空闪蒸模式；
S5.污泥挤压和干化最终排出的污水排入污水回收系统统一进行回收，干化后的污泥通过污泥输送系统输送。
6.根据权利要求5所述的一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述S1中絮凝PAC的加入量为污泥的1-1.2‰，所述NaOH溶液的浓度为0.8-1‰，加入量为污泥的1.8-2.2％；
所述调制后的污泥含水率为95-98％，PH＞8。
7.根据权利要求4所述的一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述S3中水源热泵系统的能效比为1:2.4-2.6；
所述水源热泵系统热水的温度为73-76℃。
8.根据权利要求5所述的一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述S4中热水循环系统的能效比为1:2.4-2.6，热水的温度为73-76℃；所述热气循环的温度为60-65℃。
9.根据权利要求5所述的一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述S4中的真空闪蒸模式，关闭暗流管停止热气循环，开启真空系统对板框压滤系统进行抽真空至真空度为-89.9～-87.5Kpa，滤饼温度降至48-52℃；打开空压系统，开启气孔阀门持续微量进气，同时真空系统抽真空1.5-2h保持板框压滤系统的真空度，滤饼干化至含水率低于40％。
10.根据权利要求9所述的一种闪蒸机械压滤耦合真空污泥干化方法，其特征在于，所述微量进气，微量气流的流量为1.8-2.5L/H。
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