一种污泥生物物理联合干燥装置

摘要

一种污泥生物物理联合干燥装置，该装置包括进料系统、滚筒干燥反应器主体、供气系统、布气管以及温湿度在线监测反馈系统。本发明提出在污泥进料的同时利用污水厂废热将进入滚筒的污泥直接预热至50℃以上，将内筒和外筒之间的夹层分隔成布气室，去除布气死角，内外筒双层设计增强保温性能，通过交替底部供气-顶部抽气将迁移到空气中的水分快速排除反应器外部，防止空气中的水分冷凝回基质，滚筒动态旋转设计及内置抄板不断抄动和混合物料、温湿度在线监测反馈空气通风条件，实现降低污泥干燥能耗、缩短干燥停留时间、强化水分去除效果的目的，解决了纯物理热干燥污染环境、热效率低、能耗高、污泥结块、粘壁的技术难题，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种污泥生物物理联合干燥装置，该装置包括进料系统、滚筒干燥反应器主体、供气系统、布气管以及温湿度在线监测反馈系统，其特征在于：所述的供气系统包括供气泵（10）、供气总管流量控制器（11）、主供气管（24）和多路供气支管（7），主供气管（24）与多路供气支管（7）通过出料端旋转接头（29）紧密连接，每个布气管（5）通过管路与对应的供气支管（7）连接，布气管（5）上均匀布有直径为3～5mm小孔，在每路供气支管（7）上装有供气管角位移传感器（8B）和多个供气管流量控制器（9B）；所述装置还包括抽气系统，所述抽气系统包括抽气泵（12）、抽气总管流量控制器（13）、主抽气管（25）和多路抽气支管(6)，主抽气管（25）与多路抽气支管（6）通过进料端旋转接头（28）紧密连接，每个布气管(5)通过管路与对应的抽气支管（6）连接，在每路抽气支管（6）上装有抽气管角位移传感器（8A）和多个抽气管流量控制器（9A）；所述滚筒干燥反应器主体包括内筒(3)、外筒（2）、保温层（4）和驱动装置，内筒上设有抄板，且在内筒壁上均匀开有小孔；所述的布气管（5）设置在内、外筒之间，且沿轴向布置多组，每组之间由隔板隔开；每组布气管（5）沿筒壁圆周均匀分布多个，每个布气管（5）之间用隔板隔开，形成独立的布气室；所述进料系统包括物料预热-进料一体机（20）、高温热泵（17）、第一温度探头（18）和第二PLC控制器(19)；所述物料预热-进料一体机（20）采用中空螺旋桨结构，高温热泵（17）通过管路与中空螺旋桨（27）形成封闭连接；所述第一温度探头（18）设置在物料预热-进料一体机（20）的物料出口处，所述第二PLC控制器(19)通过信号线与第一温度探头（18）和高温热泵（17）连接；所述温湿度在线监测反馈系统包括用于监测滚筒干燥反应器内基质温度的第二温度探头（16）、用于监测主抽气管（25）气体湿度的湿度传感器（15）和第一PLC控制器（14）；第一PLC控制器（14）通过控制线路与供气泵(10)、供气总管流量控制器（11）和抽气泵(12)、抽气总管流量控制器（13）、供气管角位移传感器（8B）、抽气管角位移传感器（8A）、第二温度探头（16）、湿度传感器（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种污泥生物物理联合干燥装置，其特征在于：所述滚筒干燥反应器主体轴线与水平面的夹角为0.5°～1°，外筒直径：长度=1：10～1：15。

3.根据权利要求1所述的一种污泥生物物理联合干燥装置，其特征在于：所述内筒上焊接3～6块抄板（26），内筒壁上小孔直径为3～5mm，内筒与外筒之间的间距为10～

20cm。

说明书

一种污泥生物物理联合干燥装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用生物质能自产热干燥脱水污泥的装置，具体涉及城镇污水处理厂脱水污泥的生物物理干燥装置，属于固体废弃物处理处置及其资源化利用领域。

背景技术

[0002] 随着污水处理量的急剧增大，污泥产量迅速增加。污泥黏性大，水分难以脱除，经重力浓缩、机械脱水后含水率仍高达85％，其处理处置费用占整个污水厂运行费用逐年增大，污泥的处理处置已成为环境领域的难点。

[0003] 污泥有机物含量较高，具有较高的经济价值，但含水率较高，限制了其后续处理处置及资源化利用。2008年开始实施的《生活垃圾填埋场污染物控制标准》要求生活污水厂污泥经处理后含水率小于60％可进入垃圾填埋场处置需要进行预处理，污泥堆肥适宜的含水率为50％～60％，污泥焚烧的适宜含水率为50％左右时，因此经机械脱水后的污泥难以直接进行卫生填埋、堆肥、焚烧，需要对其进行干燥，使其含水率降低到50％以下，有利于后续处理处置及资源化利用。

[0004] 目前污泥干化主要采用物理热干燥的方式，需要消耗化石燃料，对于直接热干燥，干化停留时间长、能耗大且热效率不高，同时产生大量尾气，给后续处理造成了负担，另外各种水分与污泥颗粒结合力差别较大，其干燥特性与晶体不同，导致间壁热干燥，污泥容易结块、粘壁，致使传热效率急剧下降。

[0005] 中国专利文献公开了【一种连续流污泥生物物理干燥设备及方法，公开号：CN101913744A】，该技术将空气冷凝去除水分后回流，通过反应器的动态旋转实现污泥生物-物理干燥的连续运行，增强了干燥系统运行的稳定性，并在一定程度上实现了节能降耗。该技术对整个干燥滚筒进行预热，直接将经过预处理的污泥送入到生物-物理联合干燥装置中，微生物自产热升温到50℃以上需要1～2d，延长了停留时间。以布气箱上钻孔的方式实现均匀布气，由于布气箱之间存在间距，且空气无法穿过高度低于布气箱的污泥，因此易存在布气死角，导致部分污泥处于厌氧状态。国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07313-002)所支持的研究发现生物反应器运行时其内部空气湿度大于95％，若采用该技术的冷凝法去除高湿度空气中水分的效果有限，容易导致回流空气的湿度较高，在空气流动过程中，湿度较高的空气容纳水分的能力较弱，且容易遇冷，冷凝水回基质中，降低了干燥效果。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供去除污泥中水分的及装置，克服现有污泥热干燥技术需要消耗化石燃料，污泥容易结块、粘壁、传热效率低、能耗高的缺点。

[0007] 本发明将污泥与调理剂按一定比例混合，以改善污泥的孔隙度，调节其初始含水率到70％左右，向经过调质的污泥基质中通入空气，并利用高温热泵回收污水厂的废热迅速预热污泥到50℃以上，快速激发微生物活性，进一步缩短污泥在污泥生物-物理干燥反应器中的停留时间，该过程产生的热量能将水分由液相迁移到气相，通过反应器的正压供气和负压抽气方式迅速将水分去除，避免空气中的水分冷凝回基质，实现水分的高效去除。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种污泥生物物理联合干燥装置，该装置包括进料系统、滚筒干燥反应器主体、供气系统、布气管以及温湿度在线监测反馈系统，其特征在于：所述的供气系统包括供气泵、供气总管流量控制器、主供气管和多路供气支管，主供气管与多路供气支管通过出料端旋转接头紧密连接，每个布气管通过管路与对应的供气支管连接，布气管上均匀布有直径为3～5mm小孔，在每路供气支管上装有供气管角位移传感器和多个供气管流量控制器；所述装置还包括抽气系统，所述的抽气系统包括抽气泵、抽气总管流量控制器、主抽气管和多路抽气支管，主抽气管与多路抽气支管通过进料端旋转接头紧密连接，每个布气管通过管路与对应的抽气支管连接，在每路抽气支管上装有抽气管角位移传感器和多个抽气管流量控制器；所述滚筒干燥反应器主体包括内筒、外筒、保温层和驱动装置，内筒上设有抄板，且在内筒壁上均匀开有小孔；所述的布气管设置在内、外筒之间，且沿轴向布置多组，每组之间由隔板隔开；每组布气管沿筒壁圆周均匀分布多个，每个布气管之间用隔板隔开，形成独立的布气室；所述进料系统包括物料预热-进料一体机、高温热泵、第一温度探头和第二PLC控制器；所述物料预热-进料一体机采用中空螺旋桨结构，高温热泵通过管路与中空螺旋桨形成封闭连接；所述第一温度探头设置在预热-进料一体机的物料出口处，所述第二PLC控制器通过信号线与第一温度探头和高温热泵连接；所述温湿度在线监测反馈系统包括用于监测滚筒干燥反应器内基质温度的第二温度探头、用于监测主抽气管气体湿度的湿度传感器和第一PLC控制器；PLC控制器通过控制线路与供气泵、供气总管流量控制器和抽气泵、抽气总管流量控制器、供气管角位移传感器、抽气管角位移传感器、第二温度探头、湿度传感器连接。

[0010] 所述装置中：滚筒干燥反应器主体轴线与水平面的夹角为0.5°～1°，外筒直径∶长度＝1∶10～1∶15。

[0011] 所述装置中：内筒上焊接3～6块抄板，内筒壁上小孔直径为3～5mm，内筒与外筒之间的间距为10～20cm。

[0012] 有益效果：本发明与已有技术相比，具有如下显著特点：

[0013] ①以高效节能的高温热泵作为辅助热源回收污水中的废热预热污泥，将污泥进料和预热同时进行，直接将污泥预热到50～60℃，有利于迅速激发微生物活性，有效了减少停留时间，具有环境经济综合效益。

[0014] ②内筒和外筒之间加隔板，并在内筒上钻孔进行布气的方式，与采用彼此独立的布气箱布气的方式相比，去除了布气死角。

[0015] ③内筒和和外筒双层设计，增强了筒体保温性能，无需预热整个干燥滚筒，有利于在降低能耗的同时，提高污泥温度，增强水分去除效果。

[0016] ④通过交替底部布气-顶部抽气的通风系统布设，强化传热传质，解决空气冷凝后回流，空气容纳水分能力较弱，水分容易冷凝回污泥基质的问题，实现污泥水分的高效去除，基于温湿度在线监测反馈控制通风条件，实现了干燥过程的自动精准控制反馈调节控制，大大节省了人力成本和运行成本。

附图说明

[0017] 图1为本发明提供的污泥生物-物理联合干燥装置(剖视图)。

[0018] 图2为图1的A-A断面。

[0019] 图3为图1的B-B断面。

[0020] 图4为图1的C-C断面。

[0021] 图中：1-封头；2-外筒；3-内筒；4-保温层；5-布气管；6-抽气支管；7-供气支管；8A-抽气管角位移传感器；8B-供气管角位移传感器；9A-抽气管流量控制器；9B-供气管流量控制器；10-供气泵；11-供气总管流量控制器；12-抽气泵；13-抽气总管流量控制器；14-第一PLC控制器；15-湿度传感器；16-第二温度探头；17-高温热泵；18-第一温度探头；19-第二PLC控制器；20-物料预热-进料一体机；21-托轮；22-变频电动机；23-传动齿轮；24-主供气管；25-主抽气管；26-抄板；27-中空螺旋桨；28-进料端旋转接头；29-出料端旋转接头。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明的结构、工作原理和工作过程作进一步的说明。

[0023] 图1为本发明提供的污泥生物-物理联合干燥装置(剖视图)。该装置包括：进料系统、滚筒干燥反应器主体、供气系统、布气管以及温湿度在线监测反馈系统，其特征在于：所述的供气系统包括供气泵10、供气总管流量控制器11、主供气管24和多路供气支管7，供气总管流量控制器11控制通入反应器空气的总流量，主供气管24与多路供气支管7通过出料端旋转接头29紧密连接，每个布气管5通过管路与对应的供气支管7连接，布气管
5上均匀布有直径为3～5mm小孔；在每路供气支管7上装有供气管角位移传感器8B和多个供气管流量控制器9B，供气管流量控制器9B控制通入布气管5的流量；所述装置还包括抽气系统，所述抽气系统包括抽气泵12、抽气总管流量控制器13、主抽气管25和多路抽气支管6，抽气总管流量控制器13控制从反应器中抽出的空气总流量，主抽气管25与多路抽气支管6通过进料端旋转接头28紧密连接，每个布气管5通过管路与对应的抽气支管6连接；在每路抽气支管6上装有抽气管角位移传感器8A和多个抽气管流量控制器9A，抽气管流量控制器9A控制布气管抽出的空气流量；所述滚筒干燥反应器主体包括内筒3、外筒2、保温层4和驱动装置，内筒上设有抄板，且在内筒壁上均匀开有小孔，内筒3和外筒2的材质为铸铁或不锈钢，保温层4可选用岩棉或聚氨酯等保温材料，厚度5～10cm；；所述的布气管5设置在内、外筒之间，且沿轴向布置多组，每组之间由隔板隔开；每组布气管沿筒壁圆周均匀分布多个，每个布气管之间用隔板隔开，形成独立的布气室，实现对滚筒干燥反应器通气的分区控制和均匀布气，滚筒干燥反应器底部两端设托轮21支撑，防止滚筒干燥反应器在旋转过程中产生位移。所述进料系统包括物料预热-进料一体机20、高温热泵17、第一温度探头18和第二PLC控制器19；所述物料预热-进料一体机20采用中空螺旋桨结构，螺旋桨叶的材质为铜，高温热泵17通过管路与中空螺旋桨27形成封闭连接，高温热泵
17从污水厂回收的废热通过热传导方式预热进料机中的物料；所述的第一温度探头18设置在预热-进料一体机20的物料出口处，所述的第二PLC控制器19通过信号线与第一温度探头18和高温热泵17连接，通过调节高温热泵17的功率，使物料预热-进料一体机20出口处的污泥温度达到设定值；所述的温湿度在线监测反馈系统包括用于监测滚筒干燥反应器内基质温度的第二温度探头16、用于监测主抽气管25气体湿度的湿度传感器15和第一PLC控制器14；PLC控制器通过控制线路与供气泵10、供气总管流量控制器11和抽气泵12、抽气总管流量控制器13、供气管角位移传感器、抽气管角位移传感器、第二温度探头16、湿度传感器15连接，调节对滚筒干燥反应器的供气量和抽气量。

[0024] 所述的滚筒干燥反应器主体轴线与水平面的夹角为0.5°～1°，在旋转过程中物料逐渐向出料端移动，外筒直径∶长度＝1∶10～1∶15。

[0025] 所述的内筒上焊接3～6块抄板26，抄板在滚筒干燥反应器旋转过程中具有抄动和搅拌物料的作用。内筒壁上小孔直径为3～5mm，实现对空气的均匀布气，内筒与外筒之间的间距为10～20cm。

[0026] 本发明使用时，先将污泥和调理剂按一定质量比进行混合，以调节其孔隙度，并将污泥的初始含水率调节至70％左右。通过物料预热-进料一体机20将污泥送入滚筒干燥反应器，高温热泵17将从污水厂回收的废热通过中空的螺旋桨叶27热传导给污泥，安装在物料预热-进料一体机20出口处的第一温度探头18将污泥温度值反馈给第二PLC控制器19，第二PLC控制器19通过增大或减小高温热泵17的功率将物料预热到设定值。滚筒干燥反应器主体安装在有一定倾角0.5～1°的地基上，随着滚筒干燥反应器的转动，污泥在滚筒中向出料端运动，滚筒中的抄板26将污泥抄起，使污泥处于蓬松状态，保持较好的空隙度，有效防止污泥粘壁、结块。供气系统的供气泵10稳定地向滚筒干燥反应器通入空气，内筒3壁上均匀布有3～5mm的小孔，内筒3与外筒2间距为10～20cm，分隔成的布气室内均装有1根布气管5，可通过第一PLC控制器14控制供气支管7上的供气支管流量控制器9B和抽气支管6的抽气支管流量控制器9A的阀门开闭及开口大小实现对滚筒干燥反应器通气的分区控制和均匀布气，供气管角位移传感器8B能精确地测量筒体旋转的角度，每个布气管5同时与一个抽气支管6和供气支管7相连，布气管向反应器供气或抽气取决于管路流量控制器的开闭，当布气管5旋转于物料垂直投影面下方时，在此位置供气管角位移传感器8B传递信号将供气管流量控制器9B打开，同时抽气泵12不断抽出空气，流量与通入的空气量一致，在此位置抽气管流量控制器9A关闭，处于物料上方的布气管5，与之相连的抽气管流量控制器9A打开，供气管流量控制器9B关闭；当不同位置的布气管5与物料的相对位置发生变化时，与布气管5相连的抽气管流量控制器9A和供气支管流量控制器
9B的阀门开闭发生相应变化，实现交替底部布气-顶部抽气的通风系统布设，温湿度在线监测反馈系统中的湿度传感器15和第二温度探头16将基质温度和空气湿度值反馈给第一PLC控制器14，第一PLC控制器14中的芯片对数据进行综合分析后通过控制供气泵10和抽气泵12的流量，对滚筒干燥反应器中的污泥生物-物理干燥过程进行自动调节。