CN113526824A - 热能太阳能联动干化污泥处理设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热能太阳能联动干化污泥处理设备及工艺，属于供水清洁技术领域。热能太阳能联动干化污泥处理设备及工艺，包括依序分布的排泥池、污泥浓缩池、均质池、脱水机、低温干化机和干化泥料仓，排泥池将自来水中的污泥初步沉淀分离，污泥浓缩池将初步沉淀分离的污泥浓缩，均质池将浓缩后的污泥进行pH调整，脱水机将pH调整后的污泥进行机械脱水，低温干化机将机械脱水后的污泥进行成型及低温干化脱水，干化泥料仓收集干化后的污泥，待派送处理，将原来含水量在99.6%~99.2%之间的污泥制成含水率在8%~12%之间的泥饼，污泥的水分分离体积多，装置能耗低，污泥二次污染程度低，污泥集中回收处理，便于管理和有序消耗。
Description
技术领域
本发明属于供水清洁技术领域，更具体地说，涉及热能太阳能联动干化污泥处理设备及工艺。
背景技术
为便于污泥进一步处理处置，环保部157号文件《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》，以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下。
然而，目前尚缺少能耗较低、添加剂用量少、产能大且能对污泥连续进行处理的深度脱水设备。当前市场上出现的板框式深度脱水处理机在脱水方面能满足相关的要求，但其压榨时间较长、不能连续出料、单台设备处理能力小、设备使用寿命较短、技术有待完善等缺点限制了其进一步的推广使用。
污泥中所含水份大致分为四类：间隙水、毛细结合水、表面吸附水和细胞内水。
间隙水（也称为“自由水”）：被污泥固体包围，不与固体直接结合，作用力弱，很容易分离，是污泥浓缩的主要对象。
毛细结合水：在细小污泥颗粒周围的水，包括颗粒接触面上的楔形毛细结合水、充满于固体本身裂隙中的毡细结合水，需要较高的机械作用力来分离。
表面吸附水：受污泥表面张力作用吸附在污泥表面的水。表面吸附水的去除较难，特别是细小颗粒或生物处理后污泥，其表面活性及剩余力场强，黏附力大，常用混凝方法以达到凝结作用而使污泥固体与水分离。
细胞内水：被包围在微生物的细胞膜中，与固体结合得很紧，要去除它必须破坏细胞膜。用机械方法不能脱除，采用其他方法破坏细胞膜，使内部水变成外部液体从而进行去除。表面吸附水及细胞内水约占10%。
毛细结合水、表面吸附水和细胞内水这三类统称为“束缚水”，其表面具有强大的负电子包裹，其中后二种水不能以物理方式压滤析出。
污泥的脱水性能与污泥的颗粒、比重、粘度和PAM投加量有关。
发明内容
1．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
热能太阳能联动干化污泥处理设备，包括依序分布的排泥池、污泥浓缩池、均质池、脱水机、低温干化机和干化泥料仓。
排泥池将自来水中的污泥初步沉淀分离。上层的自来水可用于供水，底层的污泥与上层自来水分离后用于进行脱水处理，底层污泥的含水量在99.6%~99.2%之间。
污泥浓缩池将初步沉淀分离的污泥浓缩。将与自来水分离后的底层污泥进行沉淀或离心分离，将污泥含水量降低至97%~98%之间，污泥中的大部分间隙水通过沉淀、浓缩分离，由于间隙水约占污泥水分总量的70%，污泥中水分体积可大大降低。
均质池将浓缩后的污泥进行pH调整。自来水中的污泥一般呈碱性，均质池中通入次氯酸钠，将呈碱性的污泥中和为中性。同时次氯酸钠可杀灭污泥中的细菌与真菌，有效避免污泥中有害微生物的繁殖与扩张。
脱水机将pH调整后的污泥进行机械脱水。将含水量97%~98%之间的污泥脱水至含水量78%~82%之间。毛细结合水约占污泥中水分总量的20%。通过机械挤压的方式，将污泥中的大部分毛细结合水分离出来。
低温干化机将机械脱水后的污泥进行成型及低温干化脱水。污泥经过低温干化后，含水率降低至8%~12%之间。低温干化机通过热蒸汽作为介质，有效避免热媒与污泥直接接触，热能回收较易，能耗也相对较低。低温干化机的工作温度在48~80℃之间，有效避免污泥中部分可挥发性物质被热量分解，形成臭气，增加了尾气污染性，对尾气进行处理后排放才能达标，增加了尾气处理及热能回收难度，处理能耗及其他费用均较高。
干化泥料仓收集干化后的污泥，待派送处理。
进一步的，还包括絮凝剂机。絮凝剂机可向脱水机中投放絮凝剂，将残余污泥沉淀。絮凝剂将污泥含水中的残留游离泥份进行絮凝沉淀，使污泥更好地与水分离，便于下一步脱水。
进一步的，还包括太阳能辅热机。太阳能辅热机将太阳能转化为热能为低温干化机提供辅助热能。低温干化机可充分利用太阳能清洁能源，减少市政供电运行能耗。当太阳能满足污泥干化所需能量时，由太阳能单独提供，若遇阴雨天太阳能不足时，由集成于低温干化设备的超高温空气源热泵单独提供干化所需能量，两套***为独立运行。太阳能辅热机的使用方法包括以下步骤：
S1、利用光伏板吸收太阳的热能，并转化为电能；
S2、判断太阳直射方向；
S3、通过反射板，使光伏板背面均被太阳光照射；
S4、由太阳能转化的电能为调整机构供电，调整机构用于调整反射板的位置；
S5、调整机构间歇性做出输出动作；
S6、调整机构的输出动作使反射板相对光伏板的角度产生偏转，反射板相对光伏板的角度始终使光伏板背面受到太阳光的直射；
S7、无太阳光直射时调整机构做出回位动作，使反射板调整至初始状态。
进一步的，脱水机为多重圆板式脱水机。多重圆板式脱水机包括多个脱水挤压圆板。有效提高机械脱水的效率。
本发明还提供了热能太阳能联动干化污泥处理工艺，该工艺使用热能太阳能联动干化污泥处理设备，包括
步骤A、将水厂排出的带有污泥的自来水排入排泥池内，进行初步沉淀分离。污泥含水量在99.6%~99.2%之间。
步骤B、将初步沉淀分离过的污泥排入污泥浓缩池，进行浓缩除水。污泥含水量降低至97%~98%之间，污泥中的大部分间隙水通过沉淀、浓缩分离。
步骤C、将浓缩处理后的污泥排入均质池内，均质池中通入次氯酸钠，调整污泥的pH至中性。有效避免污泥中有害微生物的繁殖与扩张，同时便于后续污泥的回收利用。
步骤D、将pH调整后的浓缩污泥排入脱水机，进行机械脱水，初步排干浓缩污泥的水分。脱水机为多重圆板式脱水机，污泥含水量下降至78%~82%之间。将污泥中的大部分毛细结合水分离出来。
步骤E、将初步排干水分的浓缩污泥排入低温干化机，在进入低温干化机前，将浓缩污泥进行成型，使每份浓缩污泥的受热均匀。低温干化机的干燥温度为48-56℃（回风）/65-80℃（进风）。
步骤F、将低温干化脱水后的污泥排入干化泥料仓，进行收集。
进一步的，脱水机在对浓缩污泥进行机械脱水的同时，将絮凝剂加入脱水机中。将游离在水中的污泥絮凝沉淀，提高污泥与水的分离程度。
进一步的，低温干化机通过太阳能辅热机，将太阳能转化为热能，作为辅助热能，用以干化浓缩污泥。减少供电能耗，降低成本。
进一步的，脱水机在通入调节过pH的浓缩污泥后，将过多的浓缩污泥及附带的自来水溢流排污回排泥池。有效避免材料的浪费，提高重复利用率。
进一步的，脱水机在对调节过pH的浓缩污泥进行机械脱水后，将脱除的自来水排回排泥池。有效避免材料的浪费，提高重复利用率。
2．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）自来水中的污泥通过、沉淀、浓缩、均质、机械脱水和低温干化脱水后，将原来含水量在99.6%~99.2%之间的污泥制成含水率在8%~12%之间的泥饼，污泥的水分分离体积多，装置能耗低，污泥二次污染程度低，污泥集中回收处理，便于管理和有序消耗。
（2）脱水机在通入调节过pH的浓缩污泥后，将过多的浓缩污泥及附带的自来水溢流排污回排泥池，脱水机在对调节过pH的浓缩污泥进行机械脱水后，将脱除的自来水排回排泥池，有效避免材料的浪费，提高材料重复利用率。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的平面结构示意图。
图中标号说明：
排泥池1、污泥浓缩池2、均质池3、脱水机4、低温干化机5、干化泥料仓6、絮凝剂机7、太阳能辅热机8。
具体实施方式
请参阅图1的热能太阳能联动干化污泥处理设备，包括依序分布的排泥池1、污泥浓缩池2、均质池3、脱水机4、低温干化机5、干化泥料仓6、絮凝剂机7和太阳能辅热机8。
排泥池1将自来水中的污泥初步沉淀分离。上层的自来水可用于供水，底层的污泥与上层自来水分离后用于进行脱水处理，底层污泥的含水量在99.6%~99.2%之间。排泥池1的上清液收集后用水泵送至厂外市政污水管网。
污泥浓缩池2将初步沉淀分离的污泥浓缩。将与自来水分离后的底层污泥进行沉淀或离心分离，将污泥含水量降低至97%~98%之间，污泥中的大部分间隙水通过沉淀、浓缩分离，由于间隙水约占污泥水分总量的70%，污泥中水分体积可大大降低。污泥浓缩池2的上清液排回排泥池1。
均质池3将浓缩后的污泥进行pH调整。自来水中的污泥一般呈碱性，均质池3中通入次氯酸钠，将呈碱性的污泥中和为中性。同时次氯酸钠可杀灭污泥中的细菌与真菌，有效避免污泥中有害微生物的繁殖与扩张。
脱水机4将pH调整后的污泥进行机械脱水。将含水量97%~98%之间的污泥脱水至含水量78%~82%之间。毛细结合水约占污泥中水分总量的20%。通过机械挤压的方式，将污泥中的大部分毛细结合水分离出来。
脱水机4为多重圆板式脱水机。多重圆板式脱水机包括多个脱水挤压圆板。有效提高机械脱水的效率。
在脱水机4作业时，絮凝剂机7可向脱水机4中投放絮凝剂，将残余污泥沉淀。絮凝剂将污泥含水中的残留游离泥份进行絮凝沉淀，使污泥更好地与水分离，便于下一步脱水。
低温干化机5将机械脱水后的污泥进行成型及低温干化脱水。污泥经过低温干化后，含水率降低至8%~12%之间。低温干化机5通过热蒸汽作为介质，有效避免热媒与污泥直接接触，热能回收较易，能耗也相对较低。低温干化机5的工作温度在48~80℃之间，有效避免污泥中部分可挥发性物质被热量分解，形成臭气，增加了尾气污染性，对尾气进行处理后排放才能达标，增加了尾气处理及热能回收难度，处理能耗及其他费用均较高。
太阳能辅热机8将太阳能转化为热能为低温干化机5提供辅助热能。低温干化机5可充分利用太阳能清洁能源，减少市政供电运行能耗。当太阳能满足污泥干化所需能量时，由太阳能单独提供，若遇阴雨天太阳能不足时，由集成于低温干化设备的超高温空气源热泵单独提供干化所需能量，两套***为独立运行。
太阳能辅热机8工作时，启动热循环水泵，把保温集热水箱里的水通过连接管道在太阳能加热管里循环，利用太阳能集热管吸收太阳能转化成热能逐步加热管道里的循环水。根据计算大约2小时左右即可把2t左右的常温水加热到80℃以上。一旦水温达到启动条件后，热蒸发器的鼓热风机自动启动，对低温干化机5内供热；原供热热泵即可停止运行，达到节能的目的，此时节能的效果非常明显。
太阳能辅热机8的使用方法包括以下步骤：
S1、利用光伏板吸收太阳的热能，并转化为电能；
S2、判断太阳直射方向；
S3、通过反射板，使光伏板背面均被太阳光照射；
S4、由太阳能转化的电能为调整机构供电，调整机构用于调整反射板的位置；
S5、调整机构间歇性做出输出动作；
S6、调整机构的输出动作使反射板相对光伏板的角度产生偏转，反射板相对光伏板的角度始终使光伏板背面受到太阳光的直射；
S7、无太阳光直射时调整机构做出回位动作，使反射板调整至初始状态。
低温干化机5在干化污泥时，通过湿热空气的冷凝达到能量回收效果。主要采用低温自来水作为冷凝器的冷媒，70℃左右湿热空气通过水冷凝器，降温到40℃左右，使湿热空气迅速冷凝，排出冷凝水。除湿后40℃左右的干空气作为热蒸发器的鼓热风机进风口，使得热量循环利用。
干化泥料仓6收集干化后的污泥，待派送处理。
热能太阳能联动干化污泥处理工艺，包括
步骤A、将水厂排出的带有污泥的自来水排入排泥池1内，进行初步沉淀分离。污泥含水量在99.6%~99.2%之间。
步骤B、将初步沉淀分离过的污泥排入污泥浓缩池2，进行浓缩除水。污泥含水量降低至97%~98%之间，污泥中的大部分间隙水通过沉淀、浓缩分离。污泥浓缩池2的上层清液排入排泥池1内，重复利用。
步骤C、将浓缩处理后的污泥排入均质池3内，均质池3中通入次氯酸钠，调整污泥的pH至中性。有效避免污泥中有害微生物的繁殖与扩张，同时便于后续污泥的回收利用。
步骤D、将pH调整后的浓缩污泥排入脱水机4，进行机械脱水，初步排干浓缩污泥的水分。脱水机4为多重圆板式脱水机，污泥含水量下降至78%~82%之间。将污泥中的大部分毛细结合水分离出来，脱水机4在对浓缩污泥进行机械脱水的同时，将絮凝剂加入脱水机4中。将游离在水中的污泥絮凝沉淀，提高污泥与水的分离程度。脱水机4在通入调节过pH的浓缩污泥后，将过多的浓缩污泥及附带的自来水溢流排污回排泥池1。脱水机4在对调节过pH的浓缩污泥进行机械脱水后，将脱除的自来水排回排泥池1。有效避免材料的浪费，提高重复利用率。
步骤E、将初步排干水分的浓缩污泥排入低温干化机5，在进入低温干化机5前，将浓缩污泥进行成型，使每份浓缩污泥的受热均匀。低温干化机5的干燥温度为48-56℃（回风）/65-80℃（进风）。低温干化机5通过太阳能辅热机8，将太阳能转化为热能，作为辅助热能，用以干化浓缩污泥。减少供电能耗，降低成本。
步骤F、将低温干化脱水后的污泥排入干化泥料仓6，进行收集。
Claims (9)
1.热能太阳能联动干化污泥处理设备，其特征在于：包括依序分布的排泥池（1）、污泥浓缩池（2）、均质池（3）、脱水机（4）、低温干化机（5）和干化泥料仓（6）；
排泥池（1）将自来水中的污泥初步沉淀分离；
污泥浓缩池（2）将初步沉淀分离的污泥浓缩；
均质池（3）将浓缩后的污泥进行pH调整；
脱水机（4）将pH调整后的污泥进行机械脱水；
低温干化机（5）将机械脱水后的污泥进行成型及低温干化脱水；
干化泥料仓（6）收集干化后的污泥，待派送处理。
2.根据权利要求1所述的热能太阳能联动干化污泥处理设备，其特征在于：还包括絮凝剂机（7）；絮凝剂机（7）可向脱水机（4）中投放絮凝剂，将残余污泥沉淀。
3.根据权利要求1所述的热能太阳能联动干化污泥处理设备，其特征在于：还包括太阳能辅热机（8）；太阳能辅热机（8）将太阳能转化为热能为低温干化机（5）提供辅助热能；太阳能辅热机（8）的使用方法包括以下步骤：S1、利用光伏板吸收太阳的热能，并转化为电能；S2、判断太阳直射方向；S3、通过反射板，使光伏板背面均被太阳光照射；S4、由太阳能转化的电能为调整机构供电，调整机构用于调整反射板的位置；S5、调整机构间歇性做出输出动作；S6、调整机构的输出动作使反射板相对光伏板的角度产生偏转，反射板相对光伏板的角度始终使光伏板背面受到太阳光的直射；S7、无太阳光直射时调整机构做出回位动作，使反射板调整至初始状态。
4.根据权利要求1所述的热能太阳能联动干化污泥处理设备，其特征在于：脱水机（4）为多重圆板式脱水机；多重圆板式脱水机包括多个脱水挤压圆板。
5.热能太阳能联动干化污泥处理工艺，该工艺使用根据权利要求1-4任一所述的热能太阳能联动干化污泥处理设备，其特征在于：包括
步骤A、将水厂排出的带有污泥的自来水排入排泥池（1）内，进行初步沉淀分离；
步骤B、将初步沉淀分离过的污泥排入污泥浓缩池（2），进行浓缩除水；
步骤C、将浓缩处理后的污泥排入均质池（3）内，调整污泥的pH至中性；
步骤D、将pH调整后的浓缩污泥排入脱水机（4），进行机械脱水，初步排干浓缩污泥的水分；
步骤E、将初步排干水分的浓缩污泥排入低温干化机（5），并在48~80℃的低温环境下干化脱水；
步骤F、将低温干化脱水后的污泥排入干化泥料仓（6），进行收集。
6.根据权利要求5所述的热能太阳能联动干化污泥处理工艺，其特征在于：脱水机（4）在对浓缩污泥进行机械脱水的同时，将絮凝剂加入脱水机（4）中。
7.根据权利要求5所述的热能太阳能联动干化污泥处理工艺，其特征在于：低温干化机（5）通过太阳能辅热机（8），将太阳能转化为热能，作为辅助热能，用以干化浓缩污泥。
8.根据权利要求5所述的热能太阳能联动干化污泥处理工艺，其特征在于：脱水机（4）在通入调节过pH的浓缩污泥后，将过多的浓缩污泥及附带的自来水溢流排污回排泥池（1）。
9.根据权利要求5所述的热能太阳能联动干化污泥处理工艺，其特征在于：脱水机（4）在对调节过pH的浓缩污泥进行机械脱水后，将脱除的自来水排回排泥池（1）。
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