申請日2010.07.22

　　公開(公告)日2012.01.18

　　IPC分類號C02F11/12; C02F11/02

　　摘要

　　一種連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備及方法，所述設(shè)備包括臥式滾筒、滾筒驅(qū)動裝置、交替底部布氣系統(tǒng)、頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)和溫濕度在線監(jiān)測反饋系統(tǒng)。干燥過程中借助好氧微生物產(chǎn)熱和物理強化作用連續(xù)干燥脫水污泥。為實現(xiàn)高效的水分去除率，本發(fā)明提出通過臥式滾筒設(shè)計、廢熱循環(huán)預(yù)熱、鉸鏈/抄料板內(nèi)置、交替底部布氣-頂部對流導(dǎo)氣的通風系統(tǒng)布設(shè)、溫濕度在線監(jiān)測反饋控制通風條件，強化微生物、污泥、水分與空氣之間的傳熱傳質(zhì)。干燥產(chǎn)生的尾氣經(jīng)冷凝除臭后于系統(tǒng)內(nèi)部自循環(huán)，輔料回流接種并循環(huán)利用。本發(fā)明可廣泛用于城鎮(zhèn)污水廠脫水污泥干燥，且微生物強化破解污泥膠團結(jié)構(gòu)利于后處理利用，具有成本低、污泥減量化效率高的特點，應(yīng)用前景廣闊。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備，其特征在于：所述設(shè)備包括臥式滾筒(5)、滾 筒驅(qū)動裝置、交替底部布氣系統(tǒng)、頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)和溫濕度在線監(jiān)測反饋系統(tǒng);所述臥 式滾筒外壁依次設(shè)有廢熱循環(huán)夾層(7)和保溫層(8)，臥式滾筒兩端設(shè)有固定封頭(6)， 在滾筒內(nèi)壁上均勻設(shè)有多塊抄料板(19)，抄料板的長度方向沿滾筒軸向布置，寬度方向沿 滾筒徑向布置，每塊抄料板設(shè)有一條或多條鉸鏈(20);所述交替底部布氣系統(tǒng)包括空氣壓 縮機(12)、主布氣管路(15)、時間繼電器(17)和至少一組嵌于滾筒內(nèi)壁的多孔布氣板， 每組多孔布氣板包括兩塊對向布置的第一多孔布氣板(14a)和第二多孔布氣板(14b)，所 述的主布氣管路分別經(jīng)支管、電磁閥和穿孔布氣管與兩塊多孔布氣板連通，支管上的電磁 閥通過控制線路與時間繼電器(17)連接;所述頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)包括引風機(21)、導(dǎo)氣 回流管路(23)和尾氣冷凝除臭器(22)，所述導(dǎo)氣回流管路(23)的一端與滾筒的出氣端 相連通，另一端與滾筒的進氣端相連通，所述的引風機和尾氣冷凝除臭器依次布設(shè)在靠近 滾筒出氣端的導(dǎo)氣回流管路上;所述的溫濕度在線監(jiān)測反饋系統(tǒng)包括用于監(jiān)測滾筒內(nèi)基質(zhì) 溫度的溫度傳感器(25)、用于監(jiān)測滾筒出氣端導(dǎo)氣回流管路中氣體濕度的濕度傳感器(24) 和PLC控制器(26)，溫度傳感器和濕度傳感器分別通過信號線與PLC控制器相連接，PLC 控制器通過控制線路連接交替底部布氣系統(tǒng)和頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備，其特征在于：所述的臥式滾 筒向出料端方向傾斜布置，臥式滾筒的軸心線與水平面的夾角為3°～5°，滾筒直徑∶長 度=1∶5～10。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備，其特征在于：所述的臥 式滾筒底部兩端設(shè)托輪(9)支撐。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備，其特征在于：所述的滾 筒驅(qū)動裝置包括電動機(11)、減速器、傳動齒輪(10)和設(shè)置在滾筒筒體上的齒圈，電動 機的輸出軸經(jīng)減速器與傳動齒輪連接，傳動齒輪與齒圈嚙合，實現(xiàn)滾筒的旋轉(zhuǎn);所述電動 機為變頻電機。

　　5.一種采用如權(quán)利要求1所述設(shè)備的連續(xù)流污泥生物物理干燥方法，其特征在于該方 法包括如下步驟：

　　1)前處理和進料：將脫水泥餅與干燥輔料混勻后送入滾筒內(nèi)，填充率50%～75%;

　　2)系統(tǒng)啟動：系統(tǒng)啟動階段，滾筒轉(zhuǎn)速0～5轉(zhuǎn)/d;交替底部布氣系統(tǒng)通風布氣，通 氣量0.05～0.07m3/h kgVS，滾筒旋轉(zhuǎn)時依靠時間繼電器控制電磁閥啟閉實現(xiàn)滾筒旋轉(zhuǎn)時 相對兩塊多孔布氣板交替進行底部供氧，當?shù)谝欢嗫撞細獍?14a)隨滾筒旋轉(zhuǎn)至底部時， 第一電磁閥(18a)常開，第二電磁閥(18b)常閉，此時只有處于底部的一塊多孔布氣板 布氣;隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，當?shù)诙�布氣�?14b)旋轉(zhuǎn)至底部時，控制第二電磁閥(18b)常 開，第一電磁閥(18a)常閉，同樣只有處于底部的一塊多孔布氣板布氣;當基質(zhì)內(nèi)溫度低 于50℃時，頂部引風機(21)處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)于旁通管路(28)上的閥門(27)處于開 啟狀態(tài)，尾氣經(jīng)旁通管路(28)、尾氣冷凝除臭器(22)后自然回流;當基質(zhì)內(nèi)溫度由室溫 升高至50℃時，進入穩(wěn)態(tài)干燥階段;

　　3)穩(wěn)態(tài)干燥：滾筒轉(zhuǎn)速5～25轉(zhuǎn)/d，通過PLC控制器，以筒內(nèi)基質(zhì)溫度反饋控制底部 通風：以50℃為界，當基質(zhì)溫度低于50℃時，交替底部布氣系統(tǒng)通風控制參數(shù)0.05～ 0.07m3/h kgVS，當基質(zhì)溫度超過50℃時，交替底部布氣系統(tǒng)通風控制參數(shù)0.1～0.15m3/h kgVS;以排氣口濕度反饋控制頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)：以濕度80%為界，當排氣口濕度低于為 80%時，頂部引風機(21)關(guān)閉，閥門(27)開啟，尾氣經(jīng)旁通管路(28)、尾氣冷凝除臭 器(22)后自然回流，當排氣口濕度超過80%時，頂部引風機(21)開啟，閥門(27)關(guān)閉， 尾氣經(jīng)引風機(21)、尾氣冷凝除臭器(22)后回流，引風量與空氣壓縮機(12)的鼓風量 保持一致;

　　4)連續(xù)流運行：物料在臥式滾筒內(nèi)停留5～7d后控制出料端緩慢出料，同時在進料端 等速補充新鮮物料，連續(xù)流運行階段按照穩(wěn)態(tài)干燥階段參數(shù)調(diào)控;

　　5)輔料篩分回流：出料端排出的混合物料經(jīng)自然風干后，通過振動篩分機篩分，篩分 后的輔料回流，同時補充少量新鮮輔料，混勻待干燥污泥作為新鮮物料重新進入臥式滾筒; 篩分分離輔料的干化污泥進行后續(xù)資源化利用。

　　說明書

　　一種連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種對脫水污泥干化處理實現(xiàn)污泥減量化的處理設(shè)備及工藝，特別是涉及城鎮(zhèn)污水處理廠脫水污泥的連續(xù)流生物物理干燥設(shè)備及方法，屬于固體廢棄物處理與資源化利用技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　污泥作為污水處理的后續(xù)產(chǎn)物，其實是污水中污染物的濃縮，因此如果不能把污泥徹底處置，就失去了污水處理的意義。但是，就目前的國內(nèi)外現(xiàn)狀，污泥的處理和處置一直是困擾污水處理行業(yè)和市政管理的一大難題。目前我國污泥的處理處置所依據(jù)的原則是“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”，但無論是進行資源化利用還是進行穩(wěn)定化、無害化處理，常見的處理處置工藝，對污泥的含水率都有一定要求，將含水率為80%左右的脫水污泥直接用于各處理處置工藝，存在很多問題，污泥含水率是制約各處理處置技術(shù)的瓶頸。因此，降低污泥含水率是解決目前污泥處理遇到所有問題的關(guān)鍵。

　　傳統(tǒng)污泥干燥可分為三種類型：直接干燥、間接干燥和直接-間接聯(lián)合干燥。直接干燥的實質(zhì)是對流干燥技術(shù)的運用，其傳輸和蒸發(fā)效率高但熱介質(zhì)易污染且處理后需分離;間接干燥的實質(zhì)是傳導(dǎo)干燥，它可以減少廢氣污染且降低氣體帶走的熱損失，但傳熱蒸發(fā)效率不如直接式。傳統(tǒng)的污泥干燥方法均基于物理原理干燥，而在這一過程中的熱能損耗是對干化系統(tǒng)進行考評的重中之重。

　　目前也有研究利用好氧微生物分解有機廢物釋放出的熱量蒸發(fā)有機廢物中水分的生物干燥技術(shù)。這一技術(shù)最早由美國Cornell University科學(xué)家Jewell，W.J于1984年提出的。該技術(shù)主要用于動物糞便的處理，其操作工藝主要有批式和序批式，批式的操作工藝與傳統(tǒng)高溫堆肥相同。除此之外，生物干燥技術(shù)還在造紙污泥和生活垃圾處理等領(lǐng)域有所應(yīng)用，如Roy等(2006)通過對造紙污泥的生物干燥處理研究表明，由生物轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生的能量除去對流、輻射、出氣及滲濾液排出帶走的熱量，依然可以作為有效干燥能源被利用(Roy.G.，Jasmin.S.，Stuart.P.R.，2006，Technical modelling of a batch biodrying reactor for pulp and paper mill sludge.In：CHISA 2006-17th International Congress of Chemical and Process Engineering.Prague，Paper H6.2 14：20)。ZHANG Dongqing、He pinjing(2008)等通過好氧生物處理技術(shù)干燥高含水率的城市固體廢棄物，將固體廢物由72%的初始含水率降至50.5%(Dong-Qing Zhang，Pin-Jing He.Bio-drying ofmunicipal solid waste with high water content by aeration procedures regulationand inoculation.Bioresource Technology 99(2008)8796-8802)。中國專利文獻公開 了【一種生活垃圾的生物干燥方法，申請?zhí)?00710038264.6】和【城鎮(zhèn)污水污泥的生物干燥方法，申請?zhí)?00910086129.8】。綜合各類已在研究的生物干燥技術(shù)，不論是應(yīng)用在生活垃圾、糞便還是造紙污泥，其主要操作工藝均為批式或序批式，這和傳統(tǒng)的堆肥技術(shù)相似，只是通過過程上的控制使得生物反應(yīng)放熱來蒸發(fā)底物水分。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備及方法，旨在利用好氧微生物分解污泥有機物所釋放出的熱量提高熱焓蒸發(fā)物料中的水分，通過控制物理通風對流作用實現(xiàn)水分去除速率遠大于有機物料的降解速率，同時通過微生物好氧呼吸作用打破污泥大顆粒的膠團結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多形態(tài)-多路徑的水分流失，使得污泥含水率從80%左右降至45%以下，且干燥后便于后續(xù)處理處置利用。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種連續(xù)流污泥生物物理干燥設(shè)備，其特征在于：所述設(shè)備包括臥式滾筒、滾筒驅(qū)動裝置、交替底部布氣系統(tǒng)、頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)和溫濕度在線監(jiān)測反饋系統(tǒng);所述臥式滾筒外壁依次設(shè)有廢熱循環(huán)夾層和保溫層，臥式滾筒兩端設(shè)有固定封頭，在滾筒內(nèi)壁上均勻設(shè)有多塊抄料板，抄料板的長度方向沿滾筒軸向布置，寬度方向沿滾筒徑向布置，每塊抄料板設(shè)有一條或多條鉸鏈;所述交替底部布氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機、主布氣管路、時間繼電器和至少一組嵌于滾筒內(nèi)壁的多孔布氣板，每組多孔布氣板包括兩塊對向布置的第一多孔布氣板和第二多孔布氣板，所述的主布氣管路分別經(jīng)支管、電磁閥和穿孔布氣管與兩塊多孔布氣板連通，支管上的電磁閥通過控制線路與時間繼電器連接;所述頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)包括引風機、導(dǎo)氣回流管路和尾氣冷凝除臭器，所述導(dǎo)氣回流管路的一端與滾筒的出氣端相連通，另一端與滾筒的進氣端相連通，所述的引風機和尾氣冷凝除臭器依次布設(shè)在靠近滾筒出氣端的導(dǎo)氣回流管路上;所述的溫濕度在線監(jiān)測反饋系統(tǒng)包括用于監(jiān)測滾筒內(nèi)基質(zhì)溫度的溫度傳感器、用于監(jiān)測滾筒出氣端導(dǎo)氣回流管路中氣體濕度的濕度傳感器和PLC控制器，溫度傳感器和濕度傳感器分別通過信號線與PLC控制器相連接，PLC控制器通過控制線路連接交替底部布氣系統(tǒng)和頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)。

　　本發(fā)明的特征還在于：所述的臥式滾筒向出料端方向傾斜布置，臥式滾筒的軸心線與水平面的夾角為3°～5°，滾筒直徑∶長度=1∶5～10。

　　本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：所述的臥式滾筒底部兩端設(shè)托輪支撐。

　　本發(fā)明的技術(shù)特征還在于：所述的滾筒驅(qū)動裝置包括電動機、減速器、傳動齒輪和設(shè)置在滾筒筒體上的齒圈，電動機的輸出軸經(jīng)減速器與傳動齒輪連接，旋轉(zhuǎn)的傳動齒輪與齒圈嚙合，實現(xiàn)滾筒的旋轉(zhuǎn);所述電動機為變頻電機。

　　本發(fā)明還提供了一種連續(xù)流污泥生物物理干燥方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

　　1)前處理和進料：將脫水泥餅與干燥輔料混勻，進入滾筒內(nèi)，填充率50%～75%;

　　2)系統(tǒng)啟動：系統(tǒng)啟動階段，滾筒轉(zhuǎn)速0～5轉(zhuǎn)/d;交替底部布氣系統(tǒng)通風布氣，通氣量0.05～0.07m3/h kgVS，滾筒旋轉(zhuǎn)時依靠時間繼電器控制電磁閥啟閉實現(xiàn)滾筒旋轉(zhuǎn)時相對兩塊多孔布氣板交替進行底部供氧，當?shù)谝欢嗫撞細獍咫S滾筒旋轉(zhuǎn)至底部時，通過時間繼電器控制第一電磁閥常開，第二電磁閥常閉，此時只有處于底部的一塊多孔布氣板布氣;隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，當?shù)诙�布氣板旋轉(zhuǎn)至底部時，控制第二電磁閥常開，第一電磁閥常閉，同樣只有處于底部的一塊多孔布氣板布氣;當基質(zhì)內(nèi)溫度低于50℃時，頂部引風機處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門處于開啟狀態(tài)，尾氣經(jīng)旁通管路、尾氣冷凝除臭器后自然回流;當基質(zhì)內(nèi)溫度由室溫升高至50℃時，進入穩(wěn)態(tài)干燥階段;

　　3)穩(wěn)態(tài)干燥：滾筒轉(zhuǎn)速5～25轉(zhuǎn)/d;通過PLC控制器，以筒內(nèi)基質(zhì)溫度反饋控制底部通風：以50℃為界，當基質(zhì)溫度低于50℃時，交替底部布氣系統(tǒng)通風控制參數(shù)0.05～0.07m3/h kgVS，當基質(zhì)溫度超過50℃時，交替底部布氣系統(tǒng)通風控制參數(shù)0.1～0.15m3/hkgVS;以排氣口濕度反饋控制頂部對流導(dǎo)氣系統(tǒng)：以濕度80%為界，當排氣口濕度低于80%時，頂部引風機關(guān)閉，設(shè)于旁通管路上的閥門處于開啟狀態(tài)，尾氣經(jīng)旁通管路、尾氣冷凝除臭器后自然回流，當排氣口濕度超過80%時，頂部引風機開啟，閥門關(guān)閉，尾氣經(jīng)引風機、尾氣冷凝除臭器后回流，引風量與空氣壓縮機的鼓風量保持一致;

　　4)連續(xù)流運行：物料在臥式滾筒內(nèi)停留5～7d后控制出料端緩慢出料，同時在進料端等速補充新鮮物料，連續(xù)流運行階段按照穩(wěn)態(tài)干燥階段參數(shù)調(diào)控;

　　5)輔料篩分回流：出料端排出的混合物料經(jīng)自然風干后，通過振動篩分機篩分，篩分后的輔料回流，同時補充少量新鮮輔料，混勻待干燥污泥作為新鮮物料重新進入臥式滾筒;篩分分離輔料的干化污泥進行后續(xù)資源化利用。

　　本發(fā)明具有如下優(yōu)點及突出性效果：①干燥過程中充分利用好氧微生物的自發(fā)熱作用，連續(xù)干化脫水污泥，由于污泥自發(fā)熱作用使得傳熱傳質(zhì)方向一致，大大提高了能量的利用效率，且通過好氧微生物的代謝作用可打破污泥的膠團絮體結(jié)構(gòu)，改善了污泥的水分存在形式，便于后處理利用;連續(xù)流生物物理干燥過程中，干燥輔料的添加可起到改善污泥通風性狀、補充好氧微生物代謝碳源的雙重作用，且干燥后輔料可篩分回流，也起到了循環(huán)利用和接種微生物加速系統(tǒng)啟動的雙重作用。②臥式滾筒設(shè)計首先從運行方式上實現(xiàn)了連續(xù)式進出料，大大提高了生物干燥效率和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，其次通過臥式滾筒旋轉(zhuǎn)、輔以抄料板/鉸鏈輸送、充氧、混勻物料，大大節(jié)省了能耗。③通過廢熱循環(huán)夾層設(shè)計，可高效利用各類能量作為輔助熱源用以提高污泥和空氣熱焓，大大降低熱量損失。④通過交替底部布氣-頂部對流導(dǎo)氣的通風系統(tǒng)布設(shè)，以及溫濕度在線監(jiān)測反饋控制通風條件，強化微生物、污泥、水分、空氣間傳熱傳質(zhì)，實現(xiàn)污泥水分的快速去除。