CN106477847B - 一种一体化污泥压滤干化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种一体化污泥压滤干化系统。包括压滤系统和位于压滤系统下方的污泥干化系统；压滤系统包括压滤板组，压滤板组上设有生泥进料口，压滤系统底部设有与污泥干化系统相连的湿污泥进料口；污泥干化系统包括主箱体和位于主箱体外部的蒸发器，主箱体上设置有新风系统，主箱体内设置有污泥传送系统、热泵系统和热交换系统，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器相连；热泵系统和热交换系统位于污泥传送系统下方，湿污泥进料口与污泥传送系统位置对应。该系统具有节约用地，节省能源，效率较高的效果。

Description

一种一体化污泥压滤干化系统

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种一体化污泥压滤干化系统。

背景技术

近年来，伴随着国内工业的不断发展，在带来国民生产总值不断攀升的同时也带来了大量的水体污染，为了保证环境以及生态的健康，必须对排放的污水进行有效的处理。而微生物活性污泥法在当下依然是污水处理过程中最为重要的处理方法，此方法的本质是利用微生物的生命活动将水体中的污染物质如：COD、氨氮、磷转移到活性污泥当中，从而达到净化水体的目的。污水处理过程中产生的沉淀物质统称为污泥，由于污泥在水处理过程中起到的作用是污染的转移，因此生化处理后的污泥在本质上其实是一个新的污染源，必须对其进行有效的治理。

2016年年初，由国家环境保护部联合发改委、公安部联合发布了新版的《国家危险废物名录》，新增加了80种危险废物，在给危险废物的治理提供了法律保障的同时也大大提升了危险废物治理的市场需求。越来越多的环保企业也将研发的方向投向了这篇广阔的市场。

降低含水率是污泥综合治理的核心要素，因为只有当污泥的含水率降低至50％以下才能满足混合填埋的需求，只有当污泥的含水率降低至40％甚至更低的时候才可以自持焚烧以及作为建筑辅材。生泥的含水率高达98％，经过机械压滤脱水后可以有效地去除污泥中的自由水和表面附着水，污泥的含水率可以降低至80％；通过深度机械脱水之后，污泥的含水率最多可以降低至60％，但是仍然无法满足混合填埋、自持焚烧以及作为建筑辅材的需求，污泥中含有的间隙水、毛细水、内部的保留水仍然大量的存在，对此类水分的处理，传统的机械脱水、深度机械脱水已经无法满足要求，热干化法目前是一个主流的处理方法。

当前的热干化法主要分为两种：第一是通过热蒸汽对含水污泥进行干化，此类方法要依托于污水厂有大量的余热和蒸汽管道，很显然不是所有的污水处理系统都能满足此要求，因此，蒸汽脱水的适用性较差。另外一种重要的热干化法是利用除湿热泵对湿热空气进行降温脱湿，同时回收空气水分凝结潜热并加热空气的一种装置。此装置需要的能源供给只是电能，适用范围广，同时设备的体积相对较小。相对于蒸汽干化法具有明显的优势。

但是传统的热泵系统在应用于污泥干化过程中的能耗还是偏高，其原因主要有如下两点：第一、热泵系统本身的设计缺乏创新；第二、热泵系统和污泥干化承泥平台的组合设计粗糙。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种一体化污泥压滤干化系统。本发明基于降低污泥干化过程中的能耗这一目标，采用新的设置方案，降低了污泥干活的能耗，节约了能源。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种一体化污泥压滤干化系统，包括压滤系统和位于压滤系统下方的污泥干化系统；压滤系统包括压滤板组，压滤板组上设有生泥进料口，压滤系统底部设有与污泥干化系统相连的湿污泥进料口；污泥干化系统包括主箱体和位于主箱体外部的蒸发器，主箱体上设置有新风系统，主箱体内设置有污泥传送系统、热泵系统和热交换系统，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器相连；热泵系统和热交换系统位于污泥传送系统下方，湿污泥进料口与污泥传送系统位置对应。

污泥传送系统包括在竖直方向上设置的若干层交错设置的传送单元，传送单元包括承泥履带和用于承载承泥履带的履带转轴，相邻传送单元上的承泥履带的转动方向相反。

压滤系统还包括压滤系统支撑装置和位于压滤系统支撑装置上用于承载压滤板组的压滤板滑动横杆，压滤板组悬挂设置于压滤板滑动横杆上，压滤系统的底部设有与压滤板组相配的刮泥装置。

所述热泵系统包括由蒸发器引出的输出管路、引入蒸发器的返回管路、设于输出管路上压缩机和设于返回管路上的膨胀阀，输出管路和返回管路的端部连接设有冷凝器，冷凝器位于污泥传送系统的下方。

所述热交换系统包括由蒸发器引出的干冷空气排放管道和引入蒸发器的湿热空气回排管道，干冷空气排放管道上设有风机，干冷空气排放管道的出口与冷凝器的位置相配。

所述湿污泥进料口处设有污泥破碎机。

所述蒸发器引出设有冷凝水排放管道。

作为优选方案，还包括用于对压滤系统进行支撑的系统总支撑装置，系统总支撑装置位于污泥干化系统上方。

作为优选方案，新风系统由设于主箱体上的新风入口和新风出口组成。

作为优选方案，传送单元包括履带转轴和由履带转轴驱动的承泥履带。

作为优选方案，所述承泥履带为网状结构。

作为优选方案，所述传送单元至少为2层。

作为优选方案，所述传送单元为2层。

本发明与现有技术相比，有益效果是：节约用地，节省能源，效率较高。

附图说明

图1是本发明的一种一体化污泥压滤干化系统的结构示意图；

图2是本发明的一种一体化污泥压滤干化系统的热风流场分布图；

图3是本发明的一种一体化污泥压滤干化系统的热泵系统原理图；

图4是本发明的一种一体化污泥压滤干化系统的承泥履带的结构示意图。

图中：1主箱体，2新风入口，3新风出口，4待干化污泥，5承泥履带，6履带转轴，7冷凝器，8压缩机，9蒸发器，10膨胀阀，11风机，12湿冷空气回排管道，13冷凝水排放管道，14干冷空气排放管道，15系统总支撑装置，16生泥进料口，17压滤板组，18压滤系统支撑装置，19压滤板滑动横杆，20刮泥装置，21湿污泥进料口，22污泥破碎机。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例：

一种一体化污泥压滤干化系统，如图1所示，包括压滤系统和位于压滤系统下方的污泥干化系统；该系统还包括用于对压滤系统进行支撑的系统总支撑装置，系统总支撑装置位于污泥干化系统上方。压滤系统包括压滤板组17，压滤板组17上设有生泥进料口16，压滤系统还包括压滤系统支撑装置18和位于压滤系统支撑装置18上用于承载压滤板组17的压滤板滑动横杆19，压滤板组17悬挂设置于压滤板滑动横杆19上，压滤系统的底部设有与压滤板组17相配的刮泥装置20，压滤系统底部设有与污泥干化系统相连的湿污泥进料口21；湿污泥进料口21处设有污泥破碎机23。

含水率95％以上的生泥通过生泥进料口16进入到压滤系统内，压滤系统通过固定在压滤板滑动横杆19上的压滤板组17逐级压滤，压滤后的污泥泥饼自然脱落到污泥承接平台上，通过电动刮泥装置20不断地将污泥输送到湿污泥进料口21，经过压滤系统压滤后的泥饼通过安置在污泥进料口出的污泥破碎机22破碎为更为适合干化的条状、块状、颗粒状污泥，进入到污泥干化系统内部进行干化。

污泥干化系统包括主箱体1和位于主箱体1外部的蒸发器9，主箱体1上设置有新风系统，新风系统由设于主箱体上的新风入口2和新风出口3组成。主箱体1内设置有污泥传送系统、热泵系统和热交换系统，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器9相连；热泵系统和热交换系统位于污泥传送系统下方，湿污泥进料口21与污泥传送系统位置对应。

所述污泥传送系统包括在竖直方向上设置的若干层交错设置的传送单元，传送单元包括承泥履带5和用于承载承泥履带5的履带转轴6，相邻传送单元上的承泥履带5的转动方向相反。传送单元包括履带转轴和由履带转轴驱动的承泥履带，承泥履带为网状结构，传送单元至少为2层，传送单元优选为2层。承泥履带5采用的是精致的碳塑链条，质量轻，受力能力强。碳素链条板上设有圆形、方形、平行四边形、菱形、梯形等等形状的孔隙，使得热风能够充分的通过碳素链条板，和湿冷的污泥进行充分的接触，提高干化的效果。

所述热泵系统包括由蒸发器9引出的输出管路、引入蒸发器9的返回管路、设于输出管路上压缩机8和设于返回管路上的膨胀阀10，输出管路和返回管路的端部连接设有冷凝器7，冷凝器7位于污泥传送系统的下方。所述蒸发器9引出设有冷凝水排放管道13。

所述热交换系统包括由蒸发器9引出的干冷空气排放管道14和引入蒸发器9的湿热空气回排管道12，干冷空气排放管道14上设有风机11，干冷空气排放管道14的出口与冷凝器7的位置相配。

如图2和图3所示，在上述整个系统中，蒸发器、膨胀阀、冷凝器和压缩机通过管道连接组成了一个循环系统，内部有压缩性和膨胀性良好的工质。工质在进入蒸发器之前的工质是低温低压的液体，经过蒸发器之后变为了，低温低压的蒸汽；低温低压的蒸汽，经过压缩机的压缩之后变为高温、高压的蒸汽；高温高压的蒸汽在冷凝器内进行热交换，变为高温高压的液体；高温高压的液体经过膨胀阀的作用变为低温低压的液体；然后低温低压的液体再次进入蒸发器，往复循环。整个热泵系统，压缩机和膨胀阀是动力来源，由电能来驱动，冷凝器和蒸发器是热交换设备。

工质进入蒸发器之前的温度是很低的，蒸发器温度虽然在热泵系统是低温部分，10度左右，但是比起进入蒸发器之前的低温低压的液体工质的温度是高的，所以液体工质在蒸发器部分是吸热的，也就是说，热泵的作用使得蒸发器部分的温度降低，那么我们把蒸发器10附件的温度通过排放的冷凝水的蒸发，对其进行进一步的降温，是在某种意义上可以补充热泵系统想要对蒸发器附近的温度进行降低。

压缩机压缩之后的高温高压的蒸汽温度是比较高的，远远高于冷凝器的温度，所以在经过冷凝器的时候会对外放热，那么在对于热风循环的系统里，冷凝器就是一个热源了，经过冷凝器能够将含水的风中的水分析出，然后干的温度低的风经过冷凝器就能够使其加热，变为干热的空气，进一步对于湿污泥进行干化，再次变为湿热的空气，然后遇到蒸发器急速降温，气体含水的能力降低了，那么就会析出水分。然后再次加热，循环往复。

热交换系统引出的干冷空气排放管道带来的干燥冷风在冷凝器的热交换下，变成干热的空气，干热空气通过和低温含水污泥进行不断的热交换带走污泥中的水分，干燥热风由此变成了相对低温和潮湿的空气；低温潮湿的空气进入湿热空气回排管道，湿热空气回排管道通过蒸发器，因为热泵系统在蒸发器部分放出大量的热量，因此，低温潮湿的空气会吸收此部分热量，然后变为高温，干燥气体，水分以冷凝水的形式排放出去。

该系统为连续式进料，第一层传送单元的承泥履带是顺时针转动，污泥会自然滑动到第二层的承泥履带上，第二层的承泥履带以逆时针转动，污泥由此会滑动到污泥排出口。

该系统为密闭式，当干化到一定的时间段的时候，虽然水分的大部分会以冷凝水的性质排放出去，但是主箱体内的湿度还是不可避免的会越来越高，此时系统会停止运行数分钟，打开新风入口和新风出口排出湿气，使得相对湿度更低的新风进入主箱体内部，然后系统再次工作。

热交换系统引出的热空气排放管道的热风的温度稳定维持在40摄氏度，是相对低的温度。当蒸发温度达到60到80摄氏度时，高温会蒸发出大量污泥中的污染物质，造成冷凝水的污染，冷凝水的COD可以达到840mg/L以上，总氮超过30mg/L，总磷可以达到1mg/L；当蒸发温度在40到60摄氏度时，冷凝水的COD可以达到500mg/L以上，总氮超过20mg/L，总磷可以达到0.5mg/L；但是当蒸发的温度维持在40摄氏度甚至更低的时候，冷凝水的COD可以达到150mg/L一下，总氮小于5mg/L，几乎没有总磷的产生。40摄氏度的高温气体在分上、中、下三个排放支管到达传送单元处，能够保证和三层污泥的每一次进行充分的对流热交换，保证干化效果，同时整体干化箱体内部的流场效果好。

将蒸发器10设计在主箱体的外部，并设置在干化箱体的内部，干化箱体即为主箱体外部右侧的箱体，同时，也设置在新风出口的旁边，这是本发明最大的亮点。在上述热泵的基本工作原理中提到了，低温、低压的液体工质在蒸发器吸收热量，变为低温低压蒸汽工质，因此，蒸发器附近需要相对较高的温度，本发明把蒸发器的位置设在热风出口旁边，热风的排出除了保证一个好的流场状态，能够对湿冷污泥进行干化的同时，也能够对蒸发器提供热量的补充，一举两得。

蒸发器作为一个小的独立个体，设计在整个主箱体的后下角。这样做的目的是保障冷凝器附近较低的温度，因为高温、高压蒸汽工质在通过低温冷凝器的时候发生热交换，放出热量，变为高温、高压的液体工质。在此基础上，还把冷凝水引出到后下角箱体的上方，对小箱体进行喷洒冷却，通过冷凝水的蒸发吸热进一步带走部分热量。

一个热泵系统的效率可以简易计算为100％减去(蒸发器附近的较低温度/蒸发器附近的较高温度)也就是说，温差越高，上诉的低温和高温的比值就会越趋向于零，热机的效率就越趋向于100％，虽然永远没有100％效率的热机，但是通过各种手段，想办法在不消耗更多能耗的基础上尽可能地提高蒸发器附近的温度，尽可能地降低冷凝器附近的温度是热机研发的重要方向，本发明最大的优点也在于此。

本发明是一个压滤系统和污泥干化系统的组合，两者设计为一个系统明显产生的效果就是节约占地。将两个技术点拼接成一个整体最多算是一个实用新型的设计，但是将污泥压滤系统设计在干化系统的上方除了发挥其自身的作用同时节约占地之外还起到了其他的效果。

因为污泥热干化过程中热能的充分利用是所有设计的核心，而本干化系统特意将系统设计为长矮型而不是高细型，长矮型的干化外形在内部进行热循环的过程中，向外进行热对流从而造成热损耗最大的部分就是上表面，如果在上表面进行隔热处理通常会在上表皮采用双层不锈钢中间加有隔热层的设计，这大大加大了材料的加工难度和价格，而本发明将压滤系统设计在干化系统的上部使得污泥饼在脱落到污泥平台的过程中就可以在某种意义上利用到干化箱体上表面向外释放的热量，而这部分热量本来是要白白释放到外界空气中的。

各个部件的叙述、几何结构和参数范围

1.干化系统主箱体的长度范围为1.0米到8.5米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为1.2米到3.5米；

2.污泥压滤系统的长度范围为1.0米到8.5米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为1米到4米；

3.污泥压滤板为正方形，边长的范围为0.5米到3米，厚度范围为0.05米到0.2米；

4.主箱体内部承泥履带的长度范围为0.8米到7.0米，宽度范围为0.65米到2.35米，承泥履带转轴直径的范围为0.1米到0.5米；

5.热泵系统总箱体的长度范围为0.5米到4.0米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为1.0米到3.0米；

6.热泵系统总箱体右下方承接冷凝器箱体的长度范围为0.1米到2.0米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为0.35米到1.5米；

7.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

8.热泵系统的总功率的范围为2.0KW到480KW，热泵系统主要的能耗在于压缩机和风机；

9.热泵系统每天的除水量的范围为0.05吨到24吨。

应用例1：

选取无锡某项目现场的一般工业污泥污泥。先将板框压滤机和热泵污泥干化系统做分离测试。

1.经过板框脱水的预处理工作之后，含水率达到80％。板框压滤系统的长度为2.91米，宽度为1.29米，高度为1米，板框压滤板的边长为0.75米，厚度为0.15米。

2.此危废污泥干化系统主箱体的长度为2.91米，宽度为1.29米，高度为1米；

3.主箱体内部承泥履带的长度为2.46米，宽度为1.1米，承泥履带转轴的直径为0.15米，承泥履带的孔隙为正方形，边长为2厘米；

4.热泵系统总箱体的长度为1.65米，宽度为1.0米，高度为0.5米；

5.承接冷凝器箱体的长度为0.2米，宽度为0.8米到，高度为0.2米；

6.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

7.此热泵系统每天的80％含水率污泥的进泥量为1.03吨；干化后的污泥的含水率为10％，因此每天除水的量约为0.8吨；

8.热泵系统的总功率为11kw，每天工作20小时，耗电量为220kw；

9.因为每天去除的污泥中的水量为0.8吨，耗电量为220kw，所以经过计算，去除污泥中一吨水所需要的电量约为275kw；

危废污泥在通常情况下的委外处理费用为800元每吨，日处理0.8吨的污泥费用为640元。而利用本发明所提供的干化系统，每天的耗电量为220kw，以每度电0.6元计算，每天的费用低至132元，大大缩减了危废污泥的处理费用；而传统的热泵污泥干化系统的吨水耗电量约为400度，本发明热泵系统的吨水耗电量为275度，节约耗电31.25％，大大节约了处理成本。以上体现了此热泵系统本身对于节约能耗产生的有益效果。

而当将板框压滤系统放置在热泵系统的上方时候：在保持同样出水能力的同时，热泵系统的总功率只需要维持在10.2kw，相对于分离使用压滤系统和热泵系统，除了节约占地以外，可以直接降低热泵系统的能耗约7.3％。

应用例2：

选取常熟某项目现场的氟化钙污泥，先将板框压滤机和热泵污泥干化系统做分离测试。

1.经过板框脱水的预处理工作之后，含水率达到65％。板框压滤系统的长度为7.5米，宽度为2.5米，高度为3米，板框压滤板的边长为1.5米，厚度为0.20米。

2.此危废污泥干化系统主箱体的长度为7.5米，宽度为2.5米，高度为3.2米；

3.主箱体内部承泥履带的长度为5.2米，宽度为2.0米，承泥履带转轴的直径为0.3米，承泥履带的孔隙为正方形，边长为1.2厘米；

4.热泵系统总箱体的长度为6.5米，宽度为2.5米，高度为2.5米；

5.热泵系统总箱体右下方承接冷凝器箱体的长度为0.5米，宽度为1.5米到，高度为0.2米；

6.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

7.此热泵系统每天的65％含水率污泥的进泥量为29.89吨；干化后的污泥的含水率为12％，因此每天除水的量约为18吨；

8.热泵系统的总功率为217.8kw，每天工作20小时，耗电量为4356kw；

9.因为每天去除的污泥中的水量为18吨，耗电量为4356kw，所以经过计算，去除污泥中一吨水所需要的电量约为242kw；

危废污泥在通常情况下的委外处理费用为800元每吨，日处理29.89吨污泥的费用高达24000元。而利用本发明所提供的干化系统，每天的耗电量为4356kw，以每度电0.6元计算，每天的费用低至2613.6元，大大缩减了危废污泥的处理费用；而传统的热泵污泥干化系统的吨水耗电量约为400度，本发明热泵系统的吨水耗电量为242度，节约耗电39.50％，大大节约了处理成本。

而当将板框压滤系统放置在热泵系统的上方时候：在保持同样出水能力的同时，热泵系统的总功率只需要维持在198.7kw，相对于分离使用压滤系统和热泵系统，除了节约占地以外，可以直接降低热泵系统的能耗约8.7％。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱落本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种一体化污泥压滤干化系统，其特征在于，包括压滤系统和位于压滤系统下方的污泥干化系统；压滤系统包括压滤板组（17），压滤板组（17）上设有生泥进料口（16），压滤系统底部设有与污泥干化系统相连的湿污泥进料口（21）；压滤系统还包括压滤系统支撑装置（18）和位于压滤系统支撑装置（18）上用于承载压滤板组（17）的压滤板滑动横杆（19），压滤板组（17）悬挂设置于压滤板滑动横杆（19）上，压滤系统的底部设有与压滤板组（17）相配的刮泥装置（20）；

污泥干化系统包括主箱体（1）和位于主箱体（1）外部的蒸发器（9），主箱体（1）上设置有新风系统，主箱体（1）内设置有污泥传送系统、热泵系统和热交换系统，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器（9）相连；热泵系统和热交换系统位于污泥传送系统下方，湿污泥进料口（21）与污泥传送系统位置对应；

污泥传送系统包括在竖直方向上设置的若干层交错设置的传送单元，传送单元包括承泥履带（5）和用于承载承泥履带（5）的履带转轴（6），相邻传送单元上的承泥履带（5）的转动方向相反；

所述湿污泥进料口（21）处设有污泥破碎机（23）；

所述热泵系统包括由蒸发器（9）引出的输出管路、引入蒸发器（9）的返回管路、设于输出管路上压缩机（8）和设于返回管路上的膨胀阀（10），输出管路和返回管路的端部连接设有冷凝器（7），冷凝器（7）位于污泥传送系统的下方；

所述热交换系统包括由蒸发器（9）引出的干冷空气排放管道（14）和引入蒸发器（9）的湿热空气回排管道（12），干冷空气排放管道（14）上设有风机（11），干冷空气排放管道（14）的出口与冷凝器（7）的位置相配。

2.根据权利要求1所述的一种一体化污泥压滤干化系统，其特征在于，所述蒸发器（9）引出设有冷凝水排放管道（13）。