CN109626791A - 污泥干化设备及污泥干化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥干化设备及一种污泥干化方法，所述污泥干化设备包括：热泵，来自污水处理***的工艺水被送入所述热泵中；干化装置，污泥被送入所述干化装置中进行干化；气体调节装置，所述气体调节装置连接到所述干化装置而形成闭式***，用于干化污泥的气体在所述闭式***中循环流动，污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置进入所述气体调节装置，所述气体调节装置对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，并利用所述热泵的气冷器侧排出的换热介质将除湿干燥后的气体加热成热风，然后将所述热风送入所述干化装置中对污泥进行干燥。

Description

污泥干化设备及污泥干化方法

技术领域

本发明涉及一种污泥干化设备及一种污泥干化方法，其利用污水处理***的工艺水对污泥进行干化。

背景技术

随着城市化进程的加快，在城镇污水处理能力大幅提升的同时，产生了大量的副产物——城市污泥，污泥如果处理不当则会造成环境污染，例如，污泥产生的渗滤液会造成土壤及地下水的污染，污泥散发的恶臭气体及污泥颗粒会造成空气污染，并且最终会对生物体产生危害。而且，城市污泥含水量高，体积大，性质不稳定，不利于运输处理。

另一方面，城市污泥本身含有大量的有机物及木质素，经脱水处理后热值可达八百多千焦/公斤。将污泥干化后，可通过焚烧方式彻底有效地处理污泥，使污泥最大程度地减量化，同时可利用焚烧时所产生的热量，将热能转化为电能进行发电，实现资源的再利用。干化的污泥也可用于制备建筑用砖等，或直接填埋等。

为了使城市污泥得到有效的处理和实现城市污泥的资源化利用，污泥干化环节是必不可少的。但是，目前的干化技术需要消耗大量的能源，干化设备复杂、运行能耗高，干化过程中产生大量臭气，具有粉尘***等安全隐患。因此，发展更经济、更节能的干化技术成为城市污泥处理的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的污泥干化设备及一种污泥干化方法，其能够通过结构简单、紧凑、集成度高的污泥干化设备经济节能且环保地实现污泥的干化。

根据本发明的一个方面，上述目的通过一种根据本发明的污泥干化设备得以实现，所述污泥干化设备包括：

热泵，来自污水处理***的工艺水被送入所述热泵中；

干化装置，污泥被送入所述干化装置中进行干化；

气体调节装置，所述气体调节装置连接到所述干化装置而形成闭式***，用于干化污泥的气体在所述闭式***中循环流动，其中，在所述气体调节装置中实现对气体温度和湿度的调节；

污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置进入所述气体调节装置，所述气体调节装置对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，并利用所述热泵的气冷器侧排出的换热介质将除湿干燥后的气体加热成热风，然后将所述热风送入所述干化装置中对污泥进行干燥。

“工艺水”指在污水处理***、例如污水厂的各个污水处理环节中的水，包括进水、出水和各个中间环节中的水。例如，城市生活污水本身中含有大量的低位热能，而且城市污水水量稳定、水温变化幅度小，冬季约在十几度左右，夏季在三十度左右，是非常稳定的热源，利用城市生活污水(工艺水)中的潜热，可以进一步挖掘污水厂的节能潜力，实现污水厂的能源优化利用。

“热泵”是一种使热能从低位热源流向高位热源的装置，可包括蒸发器、压缩机、气冷器和减压阀等。工艺水被送入所述热泵的蒸发器中，在蒸发器中与热泵工质换热后从热泵流出，经过换热后，约10-30℃的所述工艺水可降至约5-10℃，该低温的工艺水又被送入气体调节装置中，对干化过程中产生的饱和蒸发湿气进行除湿干燥。同时，吸取了工艺水潜热的热泵工质进入压缩机，被压缩增压成高温高压的热泵工质，在气冷器中与换热介质、如软水换热，换热介质吸收该高温高压的热泵工质的热量，温度升高。该温度升高的换热介质(可到90℃左右)可被送入气体调节装置，将冷风加热为热风，用于干化污泥。

所述干化装置例如可为低温干化装置。

与现有技术相比，根据本发明，所述气体调节装置与所述干化装置相连接而形成闭式***，由此实现了工艺冷凝气体的密闭的无限循环，没有臭气泄露至外界环境中，同时循环利用热能，使污泥水分多效蒸发；所述气体调节装置利用热泵从污水中汲取的热能将气体加热为热风，实现了低耗、环保地干化污泥。

根据本发明的污泥干化设备相对于现有的干化技术具有以下优点：实现了工艺冷凝气体的无限循环、热能的循环利用以及污泥水分的多效蒸发；整套设备采用密闭式设计、无臭气外溢，低温干燥无粉尘，无需污泥造粒和返料，无需增加二次成本安装昂贵的除臭***、除尘***，可直接安装在污水处理***的厂区，对污泥进行集中处置，冷凝水可直排，无需二次处理；整套设备结构简单且紧凑。

根据本发明的一种优选实施方式，所述气体调节装置可以利用从所述热泵的蒸发器侧排出的经过换热的工艺水对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。由此，一方面通过热泵充分提取污水处理***各阶段工艺水中的大量废热来干化污泥，另一方面还继续利用在热泵蒸发器中经过换热的工艺水对干化过程中产生的湿热蒸汽进行除湿干燥，整套污泥干化设备的集成度很高。

优选地，所述气体调节装置可以包括冷凝器，通过所述冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水流入所述冷凝器、经过所述冷凝器后排出。

进一步优选地，所述气体调节装置可以包括多个冷凝器，通过所述多个冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行多级除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水被分别送入所述多个冷凝器，流过相应的冷凝器后排出，例如又被送回所述工艺水的取水点。在此，可根据污泥、水温等各项技术参数的需求计算应在气体调节***中设置的冷凝器的数量。通过多级除湿、干燥，产生可用于干化污泥的充分干燥的气体。

进一步优选地，所述气体调节装置可以包括控制器和设置在最后一级冷凝器后的传感器，所述传感器用于获取干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述干燥后的气体的湿度控制开启所述多个冷凝器中一个或几个冷凝器的阀门。进一步优选地，可在最后一级冷凝器后的相应位置设置湿度传感器，用于检测干燥后的气体湿度。替代地，也可设置温度传感器，用来计算干燥后的气体湿度。根据所述传感器的信号，通过例如PLC控制各个冷凝器的阀门的开启和关闭，如果所述传感器的信号显示气体湿度超标，则PLC将自动开启其中一个或几个冷凝器的阀门，开启阀门的数量与气体湿度密切相关。

饱和蒸发湿气的除湿干燥效果是污泥干化的主要影响因素之一，而由于季节变化、污泥含水率不稳定等原因直接影响除湿效果。气体调节装置的控制***能够很好地通过增减冷凝器的开启数量以达到调节空气湿度的目的，保证产品(污泥出泥)的稳定性。

优选地，所述气体调节装置还可以包括除湿泵，所述除湿泵与所述冷凝器串联或并联布置。在所述除湿泵与所述冷凝器串联时，所述除湿泵可以设置在所述冷凝器之前或之后，所述饱和蒸发湿气依次经过所述除湿泵和所述冷凝器，由此可以充分地对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。在所述除湿泵与所述冷凝器并联时，至少一部分饱和蒸发湿气经过所述冷凝器，另一部分饱和蒸发湿气经过所述除湿泵。通过这种方式，除湿泵可以作为所述冷凝器的补充，实现饱和蒸发湿气的从分干燥。

进一步优选地，所述气体调节装置还可以包括控制器和传感器，所述传感器设置在由所述除湿泵和所述冷凝器构成的除湿***之后，用于获取除湿干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述除湿干燥后的气体的湿度控制调节所述冷凝器和/或所述除湿泵。

根据本发明的一种优选实施方式，所述气体调节装置可以包括除湿泵，通过所述除湿泵对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。例如，可以仅利用除湿泵对饱和蒸发湿气进行除湿干燥。通过这种方式，可以实现结构更加简单的污泥干化设备。

同样优选地，所述气体调节装置还可以包括控制器和传感器，所述传感器设置在所述除湿泵之后，用于获取除湿干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述除湿干燥后的气体的湿度控制所述除湿泵。

根据本发明的一种优选实施方式，所述气体调节装置可以包括换热器，所述换热器将所述干燥后的气体加热为热风，其中，所述热泵的气冷器侧排出的换热介质流入所述换热器中、流经所述换热器、又流回所述热泵的气冷器。通过这种方式，可充分利用热泵从工艺水中提取的热量。

根据本发明的一种优选实施方式，所述热泵可以为二氧化碳热泵。二氧化碳热泵相较于其他类型的热泵，具有效率高、出水温度高、低温性能好、环保等优点。二氧化碳热泵的性能系数COP可达到8，即热泵提供的热量是同功率下电加热产生的热量的8倍。若送入二氧化碳热泵的工艺水的温度约为10-30℃，则二氧化碳热泵在气冷器侧的出水温度可达到70-90℃。而且，因为热泵使用二氧化碳热泵作为媒介，不会影响工艺水的水质、水量，不会影响污水厂的正常运转。

根据本发明的一种优选实施方式，所述工艺水可以为污水处理***的出水、进水或中间过程中处理的水。

根据本发明的另一方面，还提出了一种污泥干化方法，通过根据上述任一种优选实施方式所述的污泥干化设备对污泥进行干化，所述污泥干化方法包括如下步骤：

将工艺水送入热泵中；

将污泥送入干化装置中；

污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置进入气体调节装置，在所述气体调节装置中利用从所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，又利用所述热泵的气冷器侧的换热介质将除湿干燥后的气体加热为热风，然后将所述热风送入所述干化装置中对所述污泥进行干燥。

根据污泥干化方法的一种优选实施方式，所述气体调节装置利用从所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。优选地，所述气体调节装置可以包括冷凝器，通过所述冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水流入所述冷凝器、经过所述冷凝器后排出。

根据污泥干化方法的另一优选实施方式，所述气体调节装置可以包括除湿泵，通过所述除湿泵对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。

上述污泥干化方法采用密闭式污泥干化设备，在所述污泥干化设备中，所述气体调节装置与所述干化装置相连接而形成闭式***，由此实现了工艺冷凝气体的密闭的无限循环，没有臭气泄露至外界环境中，同时循环利用热能，使污泥水分多效蒸发；而且，所述气体调节装置利用热泵从污水中汲取的热能将气体加热为热风，实现了低耗、环保地干化污泥。

通过根据本发明的污泥干化方法，实现了工艺冷凝气体无限循环，热能循环利用，污泥水分多效蒸发；干化过程中无臭气外溢，低温干燥无粉尘，无需污泥造粒和返料，无需增加二次成本安装昂贵的除臭***、除尘***，可直接安装在污水处理***的厂区，对污泥进行集中处置，冷凝水可直排，无需二次处理。

附图说明

下面，根据附图详细说明根据本发明优选实施方式的污泥干化设备和污泥干化方法。

图1示出了根据本发明一种优选实施方式的污泥干化设备；

图2示出了根据本发明另一优选实施方式的污泥干化设备；

图3示出了根据本发明另一优选实施方式的污泥干化设备；

图4示出了根据本发明又一优选实施方式的污泥干化设备。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种污泥干化设备1的一种优选实施方式。所述污泥干化设备1包括热泵2、气体调节装置3和干化装置4。

在图1所述的优选实施方式中，所述热泵2为二氧化碳热泵，二氧化碳作为冷媒在热泵2中循环。热泵的工作方式示例性地描述如下。所述二氧化碳热泵2包括蒸发器21、压缩机22、气冷器23和减压阀24。约10-30℃的工艺水被送入所述热泵2的蒸发器21中。在蒸发器21中，低温低压的两相二氧化碳工质吸收工艺水中的热量，变成低温低压的气相二氧化碳工质，同时蒸发器21中的工艺水温度降低至5-10℃排出。低温低压的气相二氧化碳工质经过压缩机22压缩后变成高温高压的气体，进入气冷器23与气冷器23中的换热介质、如软水进行换热，软水吸收二氧化碳工质的热量，在此其温度可从30-50℃升至70-90℃，同时高温高压的二氧化碳工质被降温。降温的二氧化碳工质经过减压阀24后降压变成低温低压的两相二氧化碳工质继续进入蒸发器21与工艺水换热，进行下一循环。

所述干化装置4包括干燥室41、进风口42、在进风口42相对一侧的排风口43、污泥入口44及污泥出口45。

所述气体调节装置3的出气口35与所述干化装置的进风口42相连通，并且所述干化装置4的排风口43又与所述气体调节装置的入气口36相连通，由此，所述气体调节装置3连接到所述干化装置4而形成闭式***，污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置4进入所述气体调节装置3，在所述气体调节装置3中经过除湿干燥和加热，再次被送回到所述干化装置4中对污泥进行干燥。

所述气体调节装置3可以包括多个串联的冷凝器31，冷凝器的数量可根据污泥、水温等各项技术参数的需求计算出。约10-30℃的工艺水在所述热泵2的蒸发器21中经过换热后，温度降至约5-10℃，该温度降低的工艺水被送入所述多个冷凝器31中，用于对饱和蒸发湿气进行除湿干燥。

所述气体调节装置3还包括湿度传感器34和PLC控制器33。湿度传感器34设置在最后一级冷凝器后的相应位置。PLC控制器33根据湿度传感器34的信号控制各个冷凝器31的阀门37的开启和关闭。如果湿度传感器34显示气体湿度超标，则PLC控制器33将自动开启其中一个或几个或全部冷凝器的阀门，开启阀门的数量可以根据气体的湿度而改变。

所述气体调节装置3包括设置在冷凝器31之后的换热器32，用于将除湿干燥后的冷风加热为热风。从所述热泵2的气冷器23侧排出的约70-90℃的软水进入所述气体调节装置3的换热器32中，在所述换热器32处与流经换热器32的冷风换热后，又流回所述热泵2的气冷器23。在此，冷风被加热成为热风。

图1所示的污水脱水设备的工作方式描述如下：

在污泥干化过程中，污水厂工艺水被送入热泵2中，含水率80％-85％的污泥被送入干化装置4的顶部。

气体调节装置3利用热泵2从工艺水中提取的潜热将位于气体调节装置3中的气体加热为热风。

热风进入干化装置4的底部，将污泥中的水分带走，变为饱和蒸发湿气从干化装置4的顶部排出，进入所述气体调节***3，含水率80％-85％的污泥经热风干燥后含水率将至30％以下，干化污泥所产生的冷凝水从所述干化装置4的底部排出。

所述气体调节装置3的多个冷凝器31对进入所述气体调节装置3的饱和蒸发湿气进行多级除湿干燥，PLC控制器34根据湿度传感器33的信号控制各个冷凝器31的阀门37的开启和关闭，以提供充分干燥的气体。除湿干燥后的气体继续经过所述气体调节装置3的换热器32，在此处经过换热后变为55-70℃的热风，热风经过所述气体调节装置3的封闭管道进入所述干化装置4中对污泥进行干燥。

在上述过程中，所述干化装置4中产生的冷凝水及饱和蒸发湿气的干燥中产生的冷凝水可统一排入污水处理厂进水口6，或直接排走。热泵2换热后的工艺水被送回工艺水取水点5。

图2示出了根据本发明另一优选实施方式的污泥干化设备。与图1所示的污泥干化设备1的不同在于，所述气体调节装置3’除了冷凝器还具有除湿泵38’。为了清楚起见，在此省去与图1相同的各部件的附图标记。

所述除湿泵38’设置在所述多个冷凝器31’之前，与所述多个冷凝器31’串联布置。传感器34’设置在由所述除湿泵38’和所述多个冷凝器31’构成的除湿***之后，用于获取除湿干燥后的气体的湿度。PLC控制器33’根据经除湿泵38’和多个冷凝器31’除湿干燥后的气体的湿度控制开启所述多个冷凝器中一个或几个冷凝器的阀门和/或控制开启所述除湿泵。

图3示出了根据本发明另一优选实施方式的污泥干化设备。与图1所示的污泥干化设备1的不同在于，所述气体调节装置3”除了冷凝器还具有除湿泵38”。为了清楚起见，在此省去与图1相同的各部件的附图标记。

在图3所示的实施方式中，所述除湿泵38”与所述多个冷凝器31”并联布置，从所述干化装置中出来的一部分饱和蒸发湿气进入除湿泵38”，另一部分饱和蒸发湿气进入所述多个冷凝器31”。传感器34”设置在由所述除湿泵38”和所述多个冷凝器31”构成的除湿***之后，用于获取除湿干燥后的气体的湿度。PLC控制器33”根据经除湿泵和多个冷凝器除湿干燥后的气体的湿度控制开启所述多个冷凝器中一个或几个冷凝器的阀门和/或控制开启所述除湿泵38”。

图4示出了根据本发明又一优选实施方式的污泥干化设备101。所述污泥干化设备101包括热泵102、气体调节装置103和干化装置104。

所述气体调节装置103的出气口135与所述干化装置104的进风口142相连通，并且所述干化装置104的排风口143又与所述气体调节装置的入气口136相连通，由此，所述气体调节装置103和所述干化装置104形成闭式***，污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置104进入所述气体调节装置103，在所述气体调节装置103中经过除湿干燥和加热，再次被送回到所述干化装置104中对污泥进行干燥。

与图1至图3所示的实施方式不同，所述气体调节装置不再利用热泵蒸发器侧的出水。所述气体调节装置103包括除湿泵138，且在此仅利用除湿泵138对污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气进行除湿干燥。在除湿泵138之后设有湿度传感器134，PLC控制器133根据湿度传感器134的信号控制除湿泵138。

图4所示的污水脱水设备的工作方式描述如下：

将工艺水送入热泵102中；

将污泥送入干化装置104中；

在污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置104进入所述气体调节装置103，在所述气体调节装置103中通过所述气体调节装置103的除湿泵138对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，然后除湿干燥后的气体在所述气体调节装置103的换热器132处被加热为热风，最后将所述热风送入所述干化装置104中对所述污泥进行干燥。

以上所述的根据本发明的实施方式仅是示例性的，本发明并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，本发明也意于将这些改动和变型包含在本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种污泥干化设备，所述污泥干化设备包括：

热泵，来自污水处理***的工艺水被送入所述热泵中；

干化装置，污泥被送入所述干化装置中进行干化；

气体调节装置，所述气体调节装置连接到所述干化装置而形成闭式***，用于干化污泥的气体在所述闭式***中循环流动，其中，在所述气体调节装置中实现对气体温度和湿度的调节，

污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置进入所述气体调节装置，所述气体调节装置对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，并利用所述热泵的气冷器侧排出的换热介质将除湿干燥后的气体加热成热风，然后将所述热风送入所述干化装置中对污泥进行干燥。

2.根据权利要求1所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置利用从所述热泵的蒸发器侧排出的经过换热的工艺水对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。

3.根据权利要求2所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置包括冷凝器，通过所述冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水流入所述冷凝器、经过所述冷凝器后排出。

4.根据权利要求3所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置包括多个冷凝器，通过所述多个冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行多级除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水被分别送入所述多个冷凝器、流过相应的冷凝器后排出。

5.根据权利要求3所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置包括控制器和传感器，所述传感器设置在所述多个冷凝器中的最后一级冷凝器之后用于获取除湿干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述除湿干燥后的气体的湿度控制开启所述多个冷凝器中的一个或几个冷凝器的阀门。

6.根据权利要求3所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置还包括除湿泵，所述除湿泵与所述冷凝器串联或并联布置。

7.根据权利要求6所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置还包括控制器和传感器，所述传感器设置在由所述除湿泵和所述冷凝器构成的除湿***之后用于获取除湿干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述除湿干燥后的气体的湿度控制所述冷凝器和/或所述除湿泵。

8.根据权利要求1所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置包括除湿泵，通过所述除湿泵对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。

9.根据权利要求8所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置还包括控制器和传感器，所述传感器设置在所述除湿泵之后，用于获取除湿干燥后的气体的湿度，所述控制器根据所述除湿干燥后的气体的湿度控制所述除湿泵。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的污泥干化设备，其特征在于，所述气体调节装置包括换热器，通过所述换热器将所述除湿干燥后的气体加热为热风，所述热泵的气冷器侧排出的换热介质流入所述换热器中、流经所述换热器、又流回所述热泵的气冷器。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的污泥干化设备，其特征在于，所述热泵为二氧化碳热泵。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的污泥干化设备，其特征在于，所述工艺水为污水处理厂的出水、进水或中间过程中处理的水。

13.一种污泥干化方法，通过如上述权利要求1至12中任一项所述的污泥干化设备对污泥进行干化，所述污泥干化方法包括如下步骤：

将来自污水处理***的工艺水送入热泵中；

将污泥送入干化装置中；

污泥干化过程中产生的饱和蒸发湿气从所述干化装置进入气体调节装置，所述气体调节装置对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，并利用所述热泵的气冷器侧的换热介质将除湿干燥后的气体加热为热风，然后将所述热风送入所述干化装置中对所述污泥进行干燥。

14.根据权利要求13所述的污泥干化方法，其特征在于，所述气体调节装置利用从所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。

15.根据权利要求14所述的污泥干化方法，其特征在于，所述气体调节装置包括冷凝器，通过所述冷凝器对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥，所述热泵的蒸发器侧排出的工艺水流入所述冷凝器、经过所述冷凝器后排出。

16.根据权利要求13所述的污泥干化方法，其特征在于，所述气体调节装置包括除湿泵，通过所述除湿泵对所述饱和蒸发湿气进行除湿干燥。