CN104261648A - 一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法及*** - Google Patents

Abstract

一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法及***，该方法是：(1)含水活性污泥消毒灭菌；(2)灭菌污泥输送至一个转动内筒，内筒外侧套装蒸汽夹套；排空内筒和蒸汽夹套内的气体，通过压缩机向蒸汽夹套通入蒸汽；(3)干燥过程产生的水蒸汽在内筒与蒸汽夹套之间形成循环。该***包括灭菌室、螺杆泵和回转干燥器，回转干燥器包括外筒、内筒、压缩机和卸料管，灭菌室的污泥出口与螺杆泵的进料口对接；回转干燥器包括外筒、内筒、压缩机和卸料管，外筒和内筒之间的密闭空腔形成蒸汽夹套，内筒的进料端与螺杆泵的出料口对接。本发明减少了污泥干燥的能耗，能合理调节干燥污泥的含水率，降低污泥干燥过程温室气体的排放。

Description

一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法及***

技术领域

本发明涉及一种用于活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥的方法及***，属于活性污泥处理技术领域。

背景技术

活性污泥是污水处理过程产生量最大的一种污泥，随着城镇化进程的深入，生活废水、工业废水产生量不断增长，废水处理成为城镇化过程必不可少的基础设施。作为最普遍的污水生化处理方法，该法带来的活性污泥产量呈现出了令人惊异地快速增长，因此污泥的最终处理受到了广泛的关注。

一般认为，焚烧和填埋是处理污水厂污泥的较为普遍的方法，但其中不可回避的问题是，仅仅用机械压滤等措施处理后，污泥的含水率仍达不到以上两种方法的要求。污泥的进一步脱水成为解决问题的关键。

应对大量活性污泥的产生，低成本快速的干燥过程是一个必然的要求。蒸汽机械再压缩工艺是脱水过程的新方法，如中国专利文献CN102989181A公开的《复合式单体多效蒸汽机械再压缩蒸发器》和CN102989181A公开的《一种单体式的多效蒸汽机械在压缩的蒸发器》，可以达到蒸发过程的节能。CN1546386公开的《机械压缩蒸馏法海水淡化装置及方法》，提供了一种多效蒸发的蒸汽压缩再蒸发的过程。

值得指出的是，蒸汽压缩再蒸发过程涉及到蒸汽由饱和蒸汽，经绝热压缩转换为过热蒸汽，再经换热器冷却重新变成饱和蒸汽冷凝的过程。由图1可以看到，水的饱和蒸汽压曲线和蒸汽机械再压缩的绝热压缩曲线，图中不同初始温度的蒸汽绝热压缩曲线均远高于饱和蒸汽压曲线，即Δt＞＞ΔT，因此其差值Δt-ΔT即为机械能转换过程的显热变化，降低了机械能的利用效率。尽管该过程换热器两侧的温差ΔT是必不或缺的，过热蒸汽的温度曲线远高于饱和蒸汽的曲线，对应同等水蒸汽压强状况下，蒸发和冷凝的温差ΔT并不大，结果将反映出该换热过程所需换热面积的较大需求。同样的，随着压缩比(排气与进气的绝对压强之比)的增加，过热蒸汽与饱和蒸汽温差更趋加大，机械能的利用效率大幅下降。

由图2中同样看出，绝热压缩出口温度随压缩比的增加而增加，引起的机械能理论消耗迅速增加，特别是初始温度不同，同样压缩比和绝热压缩温差对应的机械能消耗不同，初始温度越高，机械能消耗越小，而且产生同样的饱和蒸汽温差ΔT对应的压缩比不同，初始温度越高，所需要压缩比越小。

基于以上分析可以看出，经过绝热压缩后的水蒸汽具有适当ΔT，可用于某些体系的液态水的蒸发过程，自然也可用于水处理产生污泥的干燥过程。CN103708702A公开的《一种蒸汽压缩回收余热的节能污泥干燥装置》，则是利用了其它***产生的废蒸汽经过升压后，加热干空气再用于回转窑污泥的干燥***。CN103708697A公开的《机械蒸汽再压缩热泵MVR污泥干化***》和CN203212442U公开的《一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵***》则直接利用干燥过程产生的水蒸气，经压缩机绝热压缩升温后，直接用于***的污泥干燥，可以达到污泥干燥节能的目的。但该技术并未注意到初始温度对***机械能消耗的影响，尽管***增加了辅助电加热功能。这是以上专利文献之所以尚未大规模应用的主要原因之一。整体上讲，由于污泥进出干燥***的温度差全部来源于电能，其实际操作成本仍难以与蒸汽、干热空气干燥过程相比。更重要的，大部分污水处理过程的污泥含有大量的活性污泥，活性污泥在干燥升温过程中，会迅速地产生无氧状态下的沼气或有氧状态下的二氧化碳，这些气体均为不凝性温室气体，在蒸汽机械压缩***的循环过程中，将严重影响***的循环过程。由于不凝性温室气体不断的积累，在压缩冷却循环过程无汽化潜热释放，会造成干燥***无法正常工作，已有的相关专利文献中均未注意到相关问题。

发明内容

本发明针对现有活性污泥蒸汽机械压缩干燥技术存在的不足，提供一种成本低、干燥效果好的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法，同时提供一种实现该方法的***。

本发明的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法，具体步骤如下：

(1)含水活性污泥先进入灭菌室，通过循环热风将污泥加热至80-100℃，消毒灭菌，防止后续干燥过程污泥中的微生物产生不凝性温室气体；

(2)灭菌后的污泥输送至一个转动内筒，该内筒外侧套装一个外筒，内筒与外筒之间形成蒸汽夹套；运行前，应首先排空内筒和蒸汽夹套内的空气以及其它不凝性气体，通过向蒸汽夹套通入蒸汽保证内筒温度为60-100℃，并使内筒转动；

(3)内筒中污泥干燥过程产生的水蒸汽通过压缩机在内筒与蒸汽夹套之间形成循环，压缩机的压缩比根据内筒的内外温差调节，压缩机的压缩比控制在1.5-2.1，以保证蒸汽压缩再循环***的能效比大于10；

(4)含水率达到要求的污泥由内筒的尾部卸出。

实现上述方法的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，采用以下技术方案：

该***，包括灭菌室、螺杆泵和回转干燥器；灭菌室的上部设有污泥进口，底部设有污泥出口，灭菌室的顶部设有排气口，该排气口与除臭设备连接，灭菌室的外侧设有连接灭菌室顶部与底部的循环管道，循环管道上设有循环泵和蒸汽换热器，灭菌室底部的污泥出口与螺杆泵的进料口对接；回转干燥器包括外筒、内筒、压缩机和卸料管，内筒套装在外筒内，内筒的进料端和出料端均伸出外筒，外筒和内筒之间的密闭空腔形成蒸汽夹套，内筒的内部通过蒸汽管道与压缩机的入口连接，压缩机的出口与外筒连接，内筒的进料端与螺杆泵的出料口对接，出料端与卸料管对接，外筒的上部设有排空管，排空管上设有排空阀，外筒的下部设有冷凝疏水管。

螺杆泵上设置有套筒，套筒与螺杆泵之间形成间隙，蒸汽管道连接在该套筒上并与套筒与螺杆泵之间的间隙连通，内筒的进料端套装在套筒上。内筒中污泥干燥蒸发产生的蒸汽通过套筒与螺杆泵之间的间隙进入蒸汽管道，由压缩机压入蒸汽夹套。内筒的进料端与套筒之间设置有密封装置(密封圈)，以防止外部空气进入内筒。

内筒的进料端和出料端与外筒之间均设置有密封装置(密封圈)，以防止外部空气进入内筒和蒸汽夹套。

卸料管上设置有两道卸料阀。

内筒与传动机构连接，实现内筒的旋转，以保证污泥干燥过程的均匀。

本发明在活性污泥干燥之前首先灭菌，防止干燥过程中产生不凝性温室气体，同时合理控制干燥过程产生的水蒸汽进出压缩机的压缩比，保证了蒸汽压缩再循环***的能效，加快了污泥干燥进程，提高了干燥效果。

附图说明

图1是水蒸汽绝对压强与水蒸汽温度关系图。

图2是绝热压缩出口温度与机械能消耗理论值的关系图。

图3是本发明活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***的结构示意图。

图中：1、灭菌室，2、除臭设备，3、循环泵，4、螺杆泵，5、外筒，6、内筒，7、压缩机，8、蒸汽管道，9、排空管，10、卸料管，11、卸料阀，12、冷凝疏水管，13、蒸汽换热器，14、套管。

具体实施方式

如图3所示，本发明的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，包括灭菌室1、螺杆泵4和回转干燥器，灭菌室1的污泥出口与螺杆泵4的进料口对接，螺杆泵4的出料端与回转干燥器的内筒6的进料端对接，对接处设置有密封装置(密封圈)，以防止外部空气进入内筒。

灭菌室1的上部设有污泥进口，底部设有污泥出口，灭菌室1的顶部设有排气口，该排气口与除臭设备2连接。灭菌室1的外侧设有连接灭菌室1顶部与底部的循环管道，循环管道上设有循环泵3，循环管道3内设置蒸汽换热器13，循环管道3内的空气通过蒸汽换热器13加热，形成热风，热风对进入灭菌室1内的含水污泥加热灭菌。灭菌室1底部的污泥出口与螺杆泵4的进料口对接。

回转干燥器包括外筒5、内筒6、压缩机7和卸料管10，内筒6套装在外筒5内，内筒6的进料端和出料端均伸出外筒5，且内筒6的进料端和出料端与外筒5之间设置有密封圈，以防止外部空气进入。外筒5和内筒6之间的密闭空腔形成蒸汽夹套。为了将内筒6的水蒸汽引出，在螺杆泵4的出口管上设置有套管14，套管14可通过焊接等方式固定连接在螺杆泵4上。套筒14与螺杆泵1的出口管之间形成间隙，套筒14外壁上连接有与该间隙连通的蒸汽管道8，内筒6的进料端套装在套筒14上，内筒的进料端与套筒之间设置有密封装置(密封圈)，以防止外部空气进入内筒6。蒸汽管道8的另一端与压缩机7的入口连接，压缩机7的出口与外筒5连接。这样由螺杆泵1完成向内筒6的污泥进料，内筒6中污泥干燥过程蒸发产生的水蒸汽通过套筒14与螺杆泵1之间的间隙进入蒸汽管道8，再通过压缩机7的运行进入蒸汽夹套循环使用。这样既不影响螺杆泵4向内筒6输送物料，也不影响内筒6的转动。内筒6的出料端与卸料管10对接。卸料端10上设置有两道卸料阀11。外筒5的上部设有排空管9，排空管9上设有排空阀，外筒5的下部设有冷凝疏水管12。

内筒6可与传动机构连接，实现内筒6的旋转，以保证污泥干燥过程的均匀。

上述***对含水污泥干燥的过程如下所述：

(1)含水约80％的污水处理厂活性污泥先进入灭菌室1，由蒸汽加热循环热风，循环热风通过循环泵3在灭菌室1内形成循环，将污泥加热至80-100℃，消毒灭菌，防止后续干燥过程污泥中的微生物产生不凝性温室气体。

与热风干燥相比，本灭菌单元可使用循环热风以节约能源，而不必关注空气湿度的大小，部分排放热风进入除臭设备2以去除臭味，防止异味排放污染。

(2)灭菌后的污泥经螺杆泵4挤入回转干燥器的内筒6，内筒6旋转，以保证污泥干燥过程的均匀。通过向蒸汽夹套内注入蒸汽，使内筒6内的温度达到60-100℃，对污泥干燥。***运行前，应首先打开排空管9上的排空阀排空回转干燥器外筒5与内筒6之间的蒸汽夹套内的空气以及其它不凝性气体，同时也要排空内筒6内的空气以及其它不凝性气体。

(3)内筒6污泥干燥过程产生的水蒸汽经管道8由压缩机7循环压入外筒5，压缩机7的压缩比可调，并依据回转干燥器内筒6的内外温差确定。外筒6产生的冷凝水由冷凝疏水管12排出。压缩机的压缩比控制在1.5-2.1，可保证蒸汽压缩再循环***的能效比大于10。

压缩机7可采用离心式、螺杆式等形式，压缩比可依据电机的变频调速器调节，压缩机7的蜗壳内可喷入外筒6排出的冷凝水，以降低压缩过程的绝热温升，减少动力消耗。

(4)含水率达到要求的污泥由内筒6的出料端进入卸料管10。为防止内筒6漏气，卸出干燥后的污泥时，通过交替打开卸料管10上的两道卸料阀11，先打开上一道卸料阀使干燥污泥进入两道卸料阀之间，再关闭上一道卸料阀，打开下一道卸料阀。也可通过螺旋出料机定量卸料。

Claims (7)

1.一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)含水活性污泥先进入灭菌室，通过循环热风将污泥加热至80-100℃，消毒灭菌，防止后续干燥过程污泥中的微生物产生不凝性温室气体；

(2)灭菌后的污泥输送至一个转动内筒，该内筒外侧套装一个外筒，内筒与外筒之间形成蒸汽夹套；运行前，应首先排空内筒和蒸汽夹套内的空气以及其它不凝性气体，通过压缩机向蒸汽夹套通入蒸汽保证内筒温度为60-100℃，并使内筒转动；

(3)内筒中污泥干燥过程产生的水蒸汽通过压缩机在内筒与蒸汽夹套之间形成循环，压缩机的压缩比根据内筒的内外温差调节，压缩机的压缩比控制在1.5-2.1，以保证蒸汽压缩再循环***的能效比大于10；

(4)含水率达到要求的污泥由内筒的尾部卸出。

2.一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，包括灭菌室、螺杆泵和回转干燥器；其特征是：灭菌室的上部设有污泥进口，底部设有污泥出口，灭菌室的顶部设有排气口，该排气口与除臭设备连接，灭菌室的外侧设有连接灭菌室顶部与底部的循环管道，循环管道上设有循环泵和蒸汽换热器，灭菌室底部的污泥出口与螺杆泵的进料口对接；回转干燥器包括外筒、内筒、压缩机和卸料管，内筒套装在外筒内，内筒的进料端和出料端均伸出外筒，外筒和内筒之间的密闭空腔形成蒸汽夹套，内筒的内部通过管道与压缩机的入口连接，压缩机的出口与外筒连接，内筒的进料端与螺杆泵的出料口对接，出料端与卸料管对接，外筒的上部设有排空管，排空管上设有排空阀，外筒的下部设有冷凝疏水管。

3.根据权利要求2所述的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，其特征是：所述螺杆泵上设置有套筒，套筒与螺杆泵之间形成间隙，蒸汽管道连接在该套筒上并与套筒与螺杆泵之间的间隙连通，内筒的进料端套装在套筒上。

4.根据权利要求3所述的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，其特征是：所述内筒的进料端与套筒之间设置有密封装置。

5.根据权利要求2所述的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，其特征是：所述内筒的进料端和出料端与外筒之间均设置有密封装置。

6.根据权利要求2所述的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，其特征是：所述卸料管上设置有两道卸料阀。

7.根据权利要求2所述的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥***，其特征是：所述内筒与传动机构连接。