CN104529130B - 太阳能污泥干化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能污泥干化装置，包括干化室(1)，其堆积污泥的底部设置有排水***，在顶部以及至少在面向太阳的面上形成有透光部分，侧壁上设置有换气窗(2)、通风窗(3)和使空气循环的空气循环风扇(4)；翻泥机(5)，其能够在污泥中前行、后退和转向，翻动污泥；室外传感器(8a)，其检测空气的温度、空气的相对湿度、太阳光辐射的强度；室内传感器(8b)，其检测干化室(1)内空气流动速度，污泥温度，污泥表面湿度；干化控制器(6)其根据传感器的检测值，控制换气窗(2)、通风窗(3)和翻泥机(5)，使污泥的水分在太阳光的照射下蒸发，干化污泥的同时，使污泥中的有机物在有氧的条件下发酵。因此，能够低能耗，高效率的干化污泥，而且不容易发生异味。

Description

太阳能污泥干化装置

技术领域

本发明涉及利用太阳能对污泥进行干化处理的太阳能污泥干化装置。

背景技术

在水处理工艺中不可避免的会产生污泥，这些污泥经浓缩脱水后含水率达75％-85％，体积庞大，含有大量细菌、重金属等有害物质。随着各地污水处理厂的扩建，这些污泥的处理与处置成了急待解决的问题，目前传统的污泥处置办法是把它拉到垃圾填埋场填埋。直接填埋的后果是地下水源受到污染，污泥产生的臭气污染环境。脱水污泥的重金属还可能进入食物链给人类造成更大危害。

目前市场上的污泥干燥设备主要有：三通式回转圆通干燥机(即转鼓干燥机)、间接加热式回转圆通干燥机、带粉碎装置的回转圆通干燥机、流化床干燥机、蝶式干燥机、浆叶式干燥机、盘式干燥机、带式干燥机等。污泥干燥是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法，由于提高水分蒸发强度的要求，使用人工热源，其操作温度(对污泥颗粒而言)通常大于100℃，干燥对污泥的处理效应，不仅是深度脱水，还具有热处理的效应；加之，污泥干燥处理的产物，其含水率可控制在20％以下,即达到抑制污泥中的微生物活动的水平，因此污泥干燥处理可同时改变污泥的物理、化学和生物特性。这些方法不仅需要安装大型器械设备，驱动时需要消耗大量的电能，日常运行和维护成本非常高，操作复杂，且容易产生臭气等异味，污染环境。

本发明的目的在于提供一种低能耗、低运行成本，操作方便，不容易发生异味的太阳能污泥干化装置。

发明内容

本发明的第一技术方案为，一种利用太阳能污泥干化装置，其特征在于，包括干化室(1)，干化室(1)为干化污泥用的半封闭温室，其堆积污泥的底部设置有排水***，在顶部以及至少在面向太阳的面上形成有透光部分，透光部分用透明材料覆盖，干化室(1)的侧壁上设置有换气窗(2)、通风窗(3)，在干化室(1)内还设有使空气循环的空气循环风扇(4)；翻泥机(5)，翻泥机(5)为带动力的自走式机器人，能够在污泥中前行、后退和转向，翻动污泥；室外传感器(8a)，室外传感器(8a)检测室外空气的温度、空气的相对湿度、太阳光辐射的强度；室内传感器(8b)，室内传感器(8b)检测干化室(1)内空气流动速度、污泥温度、污泥表面湿度、污泥含水量；干化控制器(6)，干化控制器(6)根据室外传感器(8a)和室内传感器(8b)的检测值，控制换气窗(2)、通风窗(3)、空气循环风扇(4)和翻泥机(5)，使污泥的水分在太阳光的照射下蒸发，干化污泥的同时，使污泥中的有机物在有氧的条件下发酵，促进污泥水分的蒸发，防止异味的发生。

本发明的第二技术方案为，在第一方案的基础上，干化控制器(6)，在室内传感器8b检测到空气湿度达到饱和时，打开空气循环风扇4和换气窗2以及通风窗3，通过自然循环、通风或强制通风，将湿空气排出，使污泥表面的湿度由原先的饱和状态进入非饱和状态，促使污泥内部水分向周围空气蒸发，当污泥中的含水率减至近40％～60％时，根据污泥的温度或定时启动翻泥机(5)翻动污泥，使污泥中有机物的发酵保持在最适合的状态。

本发明的第三技术方案为，在第二方案的基础上，换气窗(2)和通风窗(3)相对的设置在干化室(1)的侧壁上。

本发明的第四技术方案为，在第三方案的基础上，空气循环风扇(4)有多个，以均等的间隔设置在污泥的上方，面朝污泥吹风。

本发明的第五技术方案为，在第四方案的基础上，空气循环风扇(4)设置在换气窗(2)和通风窗(3)以下的位置。

本发明的第六技术方案为，在第五方案的基础上，翻泥机(5)具有超声波定位***，能够在干化室(1)内自己定位。

本发明的第七技术方案为，在第六方案的基础上，干化室(1)被分割成多个干化分室，各个干化分室中分别设置有翻泥机(5)。

本发明的第八技术方案为，在第一至七中任一技术方案的基础上，干化室(1)为圆形的结构，底部为钢结构或水泥结构，覆盖干化室(1)透光部分的透明材料为塑料材料的透明覆盖膜。

根据以上记载的本发明的技术方案，由于利用太阳能的辐射和有机物发酵时产生的温度对污泥进行干化，不仅能够节约能源，整个干化过程不需要大型的器械设备，操作简单，日常运行和维护成本非常低。并能防止有机物在无氧状态下发酵，防止了臭气等异味发生，不会对环境造成污染，干化后的污泥也不会残留异味，既可以作为肥料使用，又可以作为生物燃料进行焚烧。

附图说明

图1是用于说明太阳能污泥干化装置的结构示意图；

图2是污泥干化的处理过程图；

图3是本实施方式的翻泥装置的正视图；

图4是本实施方式的翻泥装置的侧视图；

图5是本实施方式的翻泥装置的俯视图。

具体实施方式

本发明的目的在于利用太阳能作为污泥干化的热源，将含水量95-80％以上的泥浆干化成含水量35％以下的干料，节电、节煤、环保；整个***为自动化远程控制，有效降低了污泥处理处置成本，为污泥处理处置提供了一种低碳环保的解决方案。

本发明的污泥干化装置主要包括温室***、通风***、自动化控制***，根据需要还可以增加太阳能集热***和热泵***、以及有害气体收集和除臭等其他附属装置。

利用太阳能作为污泥干化主要能源，有以下特点：

1、耗能小，运行管理费用低，根据以下本发明的实施方式，例如蒸发1t水耗电量仅为60-80kW·h，而传统的热干化技术需耗电为800-1060kW·h；

2、经干化处理后，污泥体积可减少到原来的1/3-1/5，实现稳定化并保留其原有的再利用价值；

3、***运行稳定、安全、灰尘产生量小；

4、自动化程度高、操作维护方便、使用寿命长；

5、***透明程度高，环境协调性好，满足可持续发展的需求。

以下对本发明实施方式的太阳能污泥干化装置进行说明。

温室***

由温室主体、内保温部分、通风部分、供暖部分、气象站等组成。温室主体例如为文络式阳光板温室，阳面中空玻璃。选用保温幕布，减少辐射热的流失。通风采用风机，顶部采用蝶形方式交错开窗，可根据室内外温湿度、光照度实现自动开关。

电子鼹鼠

它其实是全自动翻泥机，可自动调节翻泥速度，使污泥得到均匀翻动，实现表面翻新和蒸发水分。过程中也起到对污泥供氧的作用，避免污泥局部厌氧菌繁殖而释放恶臭气体。***安装了H2S和NH3探测器，可实现实时监控。

控制***

自动化控制***采用组态软件加PLC的基本控制方式，上位机通过与PLC及智能仪表通讯实现对各个设备的监测与控制，PLC通过内部程序能够独立运行，生产工艺路线在计算机界面能够模拟显示。工艺参数点数据可以实现计算机界面显示、调整、设定，并进入程序。工艺运行参数可随机调取、打印，故障监控可实现故障点、故障类型、发生时间的瞬间记录和报警功能。配置了智能电度表，实时记录干化过程的能耗数据，折算干化成本。

图1是太阳能污泥干化装置的结构示意图，如图1所示，在本实施方式中，太阳能污泥干化装置具有干化室1、翻泥机(电子鼹鼠)5、室外传感器8a、室内传感器8b、干化控制器6。干化室1作为温室主体，具有例如如呈圆形的结构，堆积污泥的底部为钢结构或水泥结构，在底部设置有未图示的排水***和进料口、出料口，位于底部以上的部分和顶部由塑料材料的透明覆盖膜覆盖，整个干化室1形成为一个半封闭的干化污泥用温室。在干化室1的侧壁上设置有换气窗2、通风窗3，换气窗2与通风窗3即可互相正对的设置也可偏离设置，在本实施方式中，换气窗2与通风窗3各设置一个，但也可根据干化室1的大小，设置多个。干化室1内设置有多个空气循环风扇4，空气循环风扇4位于换气窗2、通风窗3的下方以均等的间隔设置在污泥的上方，面朝污泥吹风。这样的设置可以使干化室1内空气循环和向外排出有效的进行，以较少的电能，干化污泥。换气窗2中的风机和空气循环风扇4既可以是风机运行角度固定的结构，也可以是在干化控制器6的控制下变换风机运行角度的结构，前者结构简单、成本低，后者通过变换风机运行角度能使干化室1(阳光房)内空气形成湍流，加速污泥中水分的蒸发，缩短干化时间。

翻泥机5由电子鼹鼠构成，为带动力的自走式机器人，具有四个轮子能够在污泥中前行、后退和转向。翻泥机下部的翻土耙搅拌翻动待干化的污泥，翻土强度可通过改变翻土耙的旋转速度和数量来调整。翻泥机内部的微处理器驾驶和监测其所有的动作。翻泥机5还具有超声波定位***，能够在干化室1内自己定位和实时监控。

自动化控制***由室外传感器8a、室内传感器8b以及干化控制器6构成，室外传感器8a检测室外的空气温度、空气的相对湿度、太阳光辐射的强度。室内传感器8b检测干化室1内空气流动速度，污泥温度，污泥表面湿度。室外传感器8a也可以包含气象站，根据气象站的天气预报采集空气温度、空气的相对湿度、太阳光辐射的强度的信息。

干化控制器6根据室外传感器8a和室内传感器8b的检测值，计算出最佳的干化条件，控制换气窗2、通风窗3和翻泥机5，使污泥的水分在太阳光的照射下蒸发、干化污泥的同时，利用污泥中的有机物在微生物的有氧分解作用下的产生的温度，加速水分的蒸发，缩短干化时间，减少污泥干化后的量。干化控制器6也可设置采用组态软件加PLC的基本控制方式，上位机通过与PLC及智能仪表通讯实现对各个设备的监测与控制，PLC通过内部程序能够独立运行，生产工艺路线在计算机界面能够模拟显示。工艺参数点数据可以实现计算机界面显示、调整、设定，并进入程序。工艺运行参数可随机调取、打印，故障监控可实现故障点、故障类型、发生时间的瞬间记录和报警功能。配置了智能电度表，实时记录干化过程的能耗数据，折算干化成本。

干化室1中设置一台翻泥机5，如果干化室1过大，也可将干化室1分割成多个干化分室，在各个干化分室中分别设置翻泥机5，与一个空间中设置多个翻泥机5相比，不仅翻泥机5之间发生碰撞的情况可以避免，控制也更加容易。

以下对本实施方式的太阳能污泥干化装置的工作原理进行说明。

污泥在温室内主要存在有以下三种干化过程：①辐射干化，当干化室1(温室)底部的污泥透过透明覆盖膜接受外部太阳光线有效辐射后温度升高，其内部水分得以向周围空气加速蒸发，由于干化室1为半封闭结构，从而使得污泥表面的空气湿度增加，甚至于达到饱和；②室内传感器8b检测到空气湿度达到饱和时，干化控制器6打开空气循环风扇4和换气窗2，通过自然循环或通风，将温室内的湿空气排出，使污泥表面的湿度由原先的饱和状态进入非饱和状态，从而促使污泥内部水分进一步向周围空气蒸发，后者在污泥干化过程中占据更重要的位置；③当污泥中的含水率减至近40％～60％时，污泥中有机物会在有氧的条件下进行发酵，这时可以观察到污泥堆的内部温度的进一步升高，干化控制器6，在污泥内部温度达到一定值或定时的启动翻泥机5，翻动污泥，使污泥的发酵保持在最合适状态，加速干化作用，同时也使污泥得到稳定化处理。如果自然循环或通风无法降低污泥表面的湿度，干化控制器6启动通风窗3中的风机，进行强制排风，这尤其能满足大面积温室处理污泥的需要。④在干化过程中，翻泥机5自动的翻泥，使污泥得到经常性的翻动并混合均一，从而不断翻新蒸发面积，同时也起到供氧作用，避免污泥堆内部出现局部厌氧而释放恶臭气体。

以下根据图2说明污泥干化的整个过程。

一个周期的污泥干化过程分为以下几个处理阶段：

(一)进泥段

在一个周期开始时进泥(如80％含水率的污泥)，可用污泥泵把污泥从进料口直接输进干化室1(干化场)，也可由卡车运入干化室1。污泥中的滤液有排水***排出。

(二)干燥段

启动控制开关，干化控制器6根据传感器8a和室内传感器8b的检测值，自动控制换气窗2、通风窗3和翻泥机5，使污泥的水分在太阳光的照射下蒸发和使污泥中的有机物在有氧的条件下发酵。干化的整个过程自动进行，在污泥含固率达到要求时，控制干化过程结束，由卡车运出。

在运行过程中，干化控制器6连续的监测和控制以下参数，自动调节，确保干化效果：

(1)空气的温度；

(2)空气的相对湿度；

(3)污泥温度；

(4)干化室内空气流动速度；

(5)污泥的表面结构和湿度；

(6)周围条件(温度、相对湿度、太阳辐射

(三)排泥段

因为干化后有机物含量极大的减少，通常体积能够减少3～5倍,含水率减少80％，因此干化后干化室内污泥高度通常只有几厘米，整个过程能够通过微处理器控制，实现完全机械化，人工劳动强度小。由于在干化过程中，控制水分的蒸发和翻动污泥，防止了污泥在无氧的条件下发酵，产生臭气等异味污染环境，使干化后的污泥大多情况下气味可以和泥土的气味相同，最终干化后的污泥由铲车排出干化室，装卡车运出。

在本实施方式中，翻泥机5也称为“电子鼹鼠”为了提高干化速度和产品的均匀性及阻止污泥层产生厌氧区而产生臭气，一套可以信赖的高效率的翻土、搅拌和充氧装置是极为重要的。

本实施方式所用的“电子鼹鼠”，它是一种由微处理芯片控制的四轮机器人，来翻土、搅拌和对污泥进行充氧。电子鼹鼠由高度防腐的材料不锈钢和亚克力制成，保证了较长的使用寿命和最小的维修量。

电子鼹鼠会在干化室内由内置的超声传感器自动定位，翻土密度可以根据污泥的性质在较宽的范围内通过改变翻土耙的数量、形状和翻动速度来调整，可以走直线，也可以走蜂窝状曲线，因此电子鼹鼠是非常灵活和精巧的装置，控制容易。电子鼹鼠(翻泥机5)的具体结构在以下详细说明。

由于电子鼹鼠(翻泥机5)安装在干化室1(太阳能干化房)内，通过电子鼹鼠的往复行走，把例如含水率95％以下的污泥翻动，防止干化过程中污泥板结，使污泥中的水分充分蒸发出来。在阳光光能转换为热能的条件下，阳光房内的全自动循环通风***，例如通过变换风机运行角度，使阳光房内空气形成湍流，它把电子鼹鼠翻开的污泥水分蒸发，不增加其他热源就能使含水率95％以上的污泥干化为含水率40％以下的干料。

由上可知，本实施方式的太阳能污泥干化装置具有如下特点：

1、利用天然的太阳能作为主要能源,耗能和运行管理费用低；

2、处理后污泥体积可减少3～5倍；

3、***运行稳定安全,温度低,灰尘产生量小；

4、操作维护简单、使用寿命长；

5、完全机械化、自动化；

6、***透明程度高,环境协调性好，不产生异味；

7、可同时解决污泥存储的需要。

与现有技术相比，由于不需要大型的器械设备，操作简单，日常运行和维护成本非常低，消除了臭气等异味的产生，不会对环境造成污染。

干燥后的污泥可以做成无臭的颗粒形状，这样既可以作为肥料使用，又可以作为生物燃料进行焚烧。因此本实施方式的太阳能污泥干化装置非常适合在太阳能资源丰富，其他能源不足的地区使用。

处理的污泥可以是任何种类，未脱水，半脱水或全脱水，有氧无氧稳定后的污泥或生污泥，生活污泥或工业污泥，同时对进泥含固率要求灵活。

为验证本发明的效果，发明人将其用于实际的项目进行检验，其条件如下：

污泥性质：带式压滤机后的市政污泥；

进泥含固率：20％；

用户对出泥的要求：脱水后的污泥含固率：≥60％；

日进泥量：30m³/d；

根据现场的气候条件、太阳能辐射情况、干化场地理位置等条件确定干化场面积为5400m²。

通过验证，证明了本发明的太阳能污泥干化装置，不仅能够节约能源，操作简单，日常运行和维护成本非常低，还能防止臭气等异味发生，不会对环境造成污染。

以下根据图3至5对翻泥装置(电子鼹鼠)的具体结构进行说明。

翻泥装置5具有前端M、后端Q，前端M与后端Q分别具有车架***5a、5b、行走翻泥***6a、6b、动力***7a、7b、罩壳13a、13b，前端M的车架***5a、行走翻泥***6a、动力***7a与后端Q的车架***5b、行走翻泥***6b、动力***7b结构相同，以下以前端M为例说明其结构和功能。

行走翻泥***6a由主轴16a、固定在主轴16a上的车轮14a、从动齿轮17a、翻泥板总成18a组成。主轴16a通过车架***5a上的轴承座15a安装在车架***5a下部。

翻泥板总成18a如可以是具有一定宽度、直径比车轮14a小的圆形部件，在其外周面上隔着一定的间隔设置有多个翻泥板，随着主轴16a和车轮14a的转动，翻泥板也一同转动，翻动污泥。

动力***7a安装在车架***5a上部，由减速电机8a、固定在减速电机轴上的主动齿轮10a组成。主动齿轮10a与从动齿轮17a之间由链条11a、11b连接。前端M的车架***5a与后端Q的车架***5b之间设置有电动推杆P并用销轴N铰接，通过电动推杆P的伸缩能够使前端M与后端Q在水平方向上以销轴N为中心转动，形成一定的角度。即，销轴N与电动推杆P构成一个转向机构，电动推杆P可采用现有技术，如在车架***5a与5b之间临近销轴N的位置设置一个连杆，连杆的一端铰接在车架***5a，另一端连接在车架***5b上并能在左右上滑动，通过电动机的驱动，使连杆的滑动端滑动，使车架***5a与5b以销轴N为中心转动。

车架***5a和动力***7a由罩壳13a覆盖。罩壳13a的前端呈弧形容易清洁。

在后端Q的车架***5b上设置有供电用的电缆支架H和控制减速电机8a、8b、电动推杆P的电控***12。

在前端M的外端安装有二个超声波测距器20a，与后端Q的连接处设置一个超声波测距器20a。与前端M相同，在后端Q的外端也安装有二个超声波测距器20b，与前端M的连接处设置一个超声波测距器20b，前端M与后端Q连接处的超声波测距器20a和超声波测距器20b位于不同侧。因此，全部六个超声波测距器20a、20b能够前后左右全方位的测量与障碍物之间的距离。

前端M的车架***5a外端呈弧形，安装有弧形的条形防撞胶条21a和条形防撞传感器22a。在前端M的两个边角上还设置有二个防撞轮19a。

以上对前端M进行了说明，后端Q的相同部分参照前端M的说明。

以上为本实施方式的翻泥装置，在工作时由减速电机8a、8b提供动力，带动主动齿轮10a、10b旋转，主动齿轮10a、10b通过链条11a、11b带动从动齿轮17a、17b旋转，从而带动固定在主轴16a、16b上的车轮14a、14b向前行驶或倒退。主轴16a、16b转动时也带动固定在主轴16上的翻泥板总成18a、18b旋转，对污泥进行翻动。正常行驶时前端M、后端N两部分是平行的，当行驶到干化室的一端需转向时，通过控制减速电机8a、8b的转动方向，使前进的方向变成相反的方向，同时垂直电动推杆P伸缩，使前端M、后端N两部分形成一定的夹角，当行驶到没有翻过的污泥时，电动推杆P恢复原位，继续走直线向前行驶到另一端，这样往复循环不遗漏对污泥进行翻动。由于安装有超声波测距器20a、20b、条形防撞胶条21a、21b、条形防撞传感器22a、22b、防撞轮19a、19b，在移动过程中，能够自动确定在干化室中的位置防止防撞，即使发生防撞，也能防止损坏。

由上可知，本实施方式的翻泥装置，不仅结构简单、重量轻、耗能低、易于实现，由于翻泥装置不是固定在干化室中，还具有操作容易，维护和检修方便的效果，尤其是不用将污泥运出干化室也能进行维护和检修，不会因翻泥装置需要维护和检修，而中断污泥的干化，提高了污泥干化的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，只要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 (7)

1.一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，包括干化室(1)，干化室(1)为干化污泥用的半封闭温室，其堆积污泥的底部设置有排水***，在顶部以及至少在面向太阳的面上形成有透光部分，透光部分用透明材料覆盖，干化室(1)的侧壁上设置有换气窗(2)、通风窗(3)，在干化室(1)内还设有使空气循环的空气循环风扇(4)；翻泥机(5)，翻泥机(5)为带动力的自走式机器人，能够在污泥中前行、后退和转向，翻动污泥；室外传感器(8a)，室外传感器(8a)检测室外空气的温度、空气的相对湿度、太阳光辐射的强度；室内传感器(8b)，室内传感器(8b)检测干化室(1)内空气流动速度、污泥温度、污泥表面湿度、污泥含水量；干化控制器(6)，干化控制器(6)根据室外传感器(8a)和室内传感器(8b)的检测值，控制换气窗(2)、通风窗(3)、空气循环风扇(4)和翻泥机(5)，使污泥的水分在太阳光的照射下蒸发，干化污泥的同时，使污泥中的有机物在有氧的条件下发酵，促进污泥水分的蒸发，防止异味的发生，干化控制器(6)，在室内传感器(8b)检测到空气湿度达到饱和时，打开空气循环风扇(4)和换气窗(2)以及通风窗(3)，通过自然循环、通风或强制通风，将湿空气排出，使污泥表面的湿度由原先的饱和状态进入非饱和状态，促使污泥内部水分向周围空气蒸发，在污泥干化的过程中，根据污泥的温度或湿度间歇式启动翻泥机(5)翻动污泥，使污泥中有机物的发酵保持在最适合的状态，最终污泥含水率低于40％。

2.根据权利要求1记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，换气窗(2)和通风窗(3)相对的设置在干化室(1)的侧壁上。

3.根据权利要求2记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，空气循环风扇(4)有多个，以均等的间隔设置在污泥的上方，面朝污泥吹风。

4.根据权利要求3记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，空气循环风扇(4)设置在换气窗(2)和通风窗(3)以下的位置。

5.根据权利要求4记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，翻泥机(5)具有超声波定位***，能够在干化室(1)内自己定位。

6.根据权利要求5记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，干化室(1)被分割成多个干化分室，各个干化分室中分别设置有翻泥机(5)。

7.根据权利要求1至6中任一项记载的一种太阳能污泥干化装置，其特征在于，干化室(1)为圆形的结构，底部为钢结构或水泥结构，覆盖干化室(1)透光部分的透明材料为塑料材料的透明覆盖膜。