公布日：2022.07.08
申请日：2022.05.10
分类号：C02F11/12(2019.01)I;C02F11/15(2019.01)I;C02F11/20(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种冻融超声联合污泥高干脱水系统及方法，系统包括冻融超声单元，冻融超声单元设置冻融仓和热泵机房；冻融仓包括一一对应的奇数仓和偶数仓，冻融仓单仓内部统一设置多层皮带机、超低温空气源热泵蒸发冷凝器及超声波装置；超声波装置布置在皮带机的皮带上方；热泵机房包括余热回收间、超低温空气源热泵压缩机，余热回收间包括压榨水系统。方法采用冻融双仓序批式处理工艺，具体包括准备阶段、工作阶段和收尾阶段。本发明无需任何化学调理药剂，省去药剂成本，污泥不增容，不影响后续处置。本发明系统余热在内部进行充分利用，污泥脱水运行能耗可低至40kJ/kg脱除水。
权利要求书
1.一种冻融超声联合污泥高干脱水系统，其特征在于：包括冻融超声单元；冻融超声单元设置冻融仓和热泵机房；冻融仓包括一一对应的奇数仓和偶数仓，冻融仓单仓内部统一设置多层皮带机、超低温空气源热泵蒸发冷凝器及超声波装置；超声波装置布置在皮带机的皮带上方；冻融仓内部设置1-3台超低温空气源热泵蒸发冷凝器，超低温空气源热泵单机功率为50-100kW，COP系数大于1.5；超低温空气源热泵蒸发冷凝器的蒸发和冷凝功能转换通过热泵换向阀改变制冷剂流向实现；热泵机房包括余热回收间、1-3台超低温空气源热泵压缩机，热泵机房还包括1-3台超低温空气源热泵节流阀，余热回收间包括压榨水系统；余热回收间内部设置1-3台超低温空气源热泵辅助冷凝器；超低温空气源热泵连通余热回收间的压榨水系统；冻融超声单元在双仓准备阶段，奇数仓采用多层皮带机进行待处理污泥进料，将污泥摊铺成均匀薄层，污泥进料完成后，对奇数仓污泥进行冷冻联合超声处理：采用超低温空气源热泵对污泥薄层进行冷冻；奇数仓完成污泥冷冻后，采用超声波装置对冷冻污泥薄层进行超声波处理；序批式工作阶段，偶数仓进行污泥进料；其次热泵换向阀换向，蒸发冷凝器功能切换，奇数仓污泥开始融化，同时偶数仓污泥开始冷冻联合超声处理；奇数仓污泥出料，然后奇数仓进行下批次污泥进料；再次热泵换向阀换向，偶数仓污泥开始融化，同时奇数仓污泥开始冷冻联合超声处理；最后偶数仓污泥出料；一个或多个序批式工作阶段结束后，进入收尾阶段：热泵换向阀换向，奇数仓污泥开始融化，之后奇数仓污泥完成出料。
2.根据权利要求1所述的冻融超声联合污泥高干脱水系统，其特征在于：冻融仓外壁为保温隔热材质；冻融仓内部设置1-3台多层皮带机，多层皮带机的层数为2-4层，多层皮带机单机功率为10-30kW。
3.根据权利要求1所述的冻融超声联合污泥高干脱水系统，其特征在于：超声波装置包括超声波换能器、超声波变幅杆和工具头，在三层皮带机的皮带上方两侧间隔0.3-0.6m均匀布置，超声波装置中心点竖向高于皮带表面约1/2污泥薄层高度，超声波装置单机功率0.5-2.5kW。
4.根据权利要求1所述的冻融超声联合污泥高干脱水系统，其特征在于：还包括压榨单元；压榨单元设置在冻融超声单元之后，压榨单元包括干污泥泵和隔膜板框压滤机。
5.一种冻融超声联合污泥高干脱水方法，其特征在于，使用权利要求1-4中任意一项所述的冻融超声联合污泥高干脱水系统，包括以下步骤：冻融超声单元在双仓准备阶段，奇数仓采用多层皮带机进行待处理污泥进料，将污泥摊铺成均匀薄层，污泥进料完成后，对奇数仓污泥进行冷冻联合超声处理：采用超低温空气源热泵对污泥薄层进行冷冻；奇数仓完成污泥冷冻后，采用超声波装置对冷冻污泥薄层进行超声波处理；序批式工作阶段，偶数仓进行污泥进料；其次热泵换向阀换向，蒸发冷凝器功能切换，奇数仓污泥开始融化，同时偶数仓污泥开始冷冻联合超声处理；奇数仓污泥出料，然后奇数仓进行下批次污泥进料；再次热泵换向阀换向，偶数仓污泥开始融化，同时奇数仓污泥开始冷冻联合超声处理；最后偶数仓污泥出料；一个或多个序批式工作阶段结束后，进入收尾阶段：热泵换向阀换向，奇数仓污泥开始融化，之后奇数仓污泥完成出料。
6.根据权利要求5所述的冻融超声联合污泥高干脱水方法，其特征在于：污泥进料时间在2min以内，污泥进料的初始泥温为5-20℃，冷冻后泥温控制在-20--5℃，冷冻时长控制在30-90min；超声波工作频率为10-30kHz，工作时长为1-3min。
7.根据权利要求5所述的冻融超声联合污泥高干脱水方法，其特征在于：冻融超声单元产余热用于加热余热回收间压榨水，经压榨水系统连通压榨单元。
8.根据权利要求6所述的冻融超声联合污泥高干脱水方法，其特征在于：冻融超声单元处理后污泥经干污泥泵进入压榨单元的隔膜板框压滤机，压滤机过滤压力为6-16bar，压榨压力为10-20bar，序批工作时长为1.5-3h。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种冻融超声联合污泥高干脱水系统，可实现低能耗污泥脱水及干化，运行能耗可低至40kJ/kg脱除水左右，若搭载光伏光热一体化单元，还可实现系统净零能耗运行。
为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种冻融超声联合污泥高干脱水系统，包括冻融超声单元。
冻融超声单元设置冻融仓和热泵机房。
冻融仓具体包括一一对应的奇数仓和偶数仓，冻融仓单仓内部统一设置多层皮带机、超低温空气源热泵蒸发冷凝器及超声波装置。
超声波装置布置在皮带机的皮带上方；热泵机房包括余热回收间、1-3台超低温空气源热泵压缩机，余热回收间内部设置压榨水系统。
进一步的，热泵机房还包括1-3台超低温空气源热泵节流阀，余热回收间内部设置1-3台超低温空气源热泵辅助冷凝器。
优选的，冻融仓外壁选用保温隔热材质。冻融仓单仓内部设置1-3台多层皮带机，层数为2-4层，多层皮带机单机功率为10-30kW。
优选的，冻融仓单仓内部设置1-3台超低温空气源热泵蒸发冷凝器，超低温空气源热泵单机功率为50-100kW，COP系数大于1.5。超低温空气源热泵蒸发冷凝器的蒸发和冷凝功能转换通过热泵换向阀改变制冷剂流向实现。
优选的，超声波装置包括超声波换能器、超声波变幅杆和工具头，在三层皮带机的皮带上方两侧间隔0.3-0.6m均匀布置，超声波装置中心点竖向高于皮带表面约1/2污泥薄层高度，超声波装置单机功率0.5-2.5kW。
优选的，一种冻融超声联合污泥高干脱水系统，还包括光伏光热一体化单元，光伏光热一体化单元包括光伏面板和太阳能集热器，太阳能集热器使用热循环机制，冷却光伏面板，从而提高太阳能板的光电转换效率。光伏光热一体化单元在冻融仓仓顶搭载，在用户端同时实现电、热两种能源产出，日节能1-2.5kWh/m2，系统可实现净零能耗运行。
进一步的，还包括压榨单元。压榨单元设置在冻融超声单元之后，压榨单元包括干污泥泵和隔膜板框压滤机。
本发明还公开一种冻融超声联合污泥高干脱水方法，冻融超声单元采用冻融双仓序批式处理工艺，具体包括准备阶段、工作阶段和收尾阶段。在双仓准备阶段，奇数仓采用多层皮带机进行待处理污泥进料，将污泥摊铺成均匀薄层，污泥进料完成，对奇数仓污泥进行冷冻联合超声处理：采用超低温空气源热泵对污泥薄层进行冷冻；奇数仓完成污泥冷冻后，采用超声波装置对冷冻污泥薄层进行超声波处理；
工作阶段，偶数仓进行污泥进料；其次热泵换向阀换向，蒸发冷凝器功能切换，奇数仓污泥开始融化，同时偶数仓污泥开始冷冻联合超声处理；
奇数仓污泥出料；然后奇数仓进行下批次污泥进料；再次热泵换向阀换向，偶数仓污泥开始融化，同时奇数仓污泥开始冷冻联合超声处理；最后偶数仓污泥出料。
一个或多个上述序批式工作阶段结束后，进入收尾阶段，热泵换向阀换向，奇数仓污泥开始融化，之后奇数仓污泥完成出料。
进一步的，污泥进料的初始泥温为5-20℃，冷冻后泥温控制在-20--5℃，冷冻时长控制在30-90min。超声波工作频率为10-30kHz，工作时长为1-3min。
进一步的，冻融超声单元日工作5-10批次，共计10-20h。冻融超声单元产余热用于加热余热回收间压榨水，经压榨水系统连通压榨单元。
进一步的，冻融超声单元处理后污泥经干污泥泵进入隔膜板框压滤机，压滤机过滤压力为6-16bar，压榨压力为10-20bar，序批工作时长为1.5-3h，80％含水率污泥处理能力为10-20t/批次，出泥含水率为50％以下。压榨单元日工作3-6批次，共计6-15h。
本发明的有益之处在于：
(1)80％含水率污泥经冻融超声单元进行冻融联合超声处理后，进入压榨单元脱水，泥饼含水率可低至50％以下，无需任何化学调理药剂，省去药剂成本，污泥不增容，不影响后续处置；
(2)热泵在低温条件下工作，结构不易腐蚀，使用寿命更长；
(3)系统余热在内部进行充分利用，污泥脱水运行能耗可低至40kJ/kg脱除水，若搭载光伏光热一体化单元还可实现系统净零能耗运行。
（发明人：朱慧可;贺大立;李惠;郑书盈;陶先兵）
