申请日2010.05.27
公开(公告)日2010.09.08
IPC分类号C02F11/14; C02F11/12
摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种污泥脱水干化工艺方法及装置。本发明技术要点是：首先，在污泥中投加粉煤灰、细锰渣、生石灰、氯化铁溶液、硫酸铝溶液中的一种或者几种，将污泥进行脱水调理;之后再将污泥送入一预干化区，同时加入一定量的生石灰、高锰酸钾以及成品干污泥，并混合均匀;从预干化区处理完的污泥送入到一空心浆叶螺旋间接式干燥机，成品干污泥一部分返回到预干化区，与湿污泥进行干料返混;干燥机由一电锅炉供给饱和热蒸汽，从干燥机出来的蒸汽尾气通入到预干化区，用于对湿污泥加热;本发明装置通过控制总线受控制中心的自动控制。本发明工艺节能、环保、高效。
权利要求书
1.一种污泥脱水干化工艺方法，是将污水处理厂排放剩余浓缩污泥主要用于制作污泥轻质砖而进行脱水干燥，其特征包括如下步骤：
(1)首先，污泥脱水：在污泥中投加无机调理剂：粉煤灰、0.63mm筛分的细锰渣、生石灰、氯化铁溶液、硫酸铝溶液中的一种或者几种，将污泥进行调理，使污泥含水率<60%，并进入储料仓;其中，粉煤灰、细锰渣、生石灰投加量从0到17.5g/100ml污泥，氯化铁溶液、硫酸铝溶液投加量从0到12.5ml/100ml污泥;
(2)其次，污泥预干化：预干化区利用无机强氧化剂、采用干料返混进行好氧消化;将储料仓中的污泥、成品干化污泥通过输送带送入预干化区，同时加入生石灰和高锰酸钾，用推翻机混合均匀，加速污泥好氧消化，进行污泥预干化，其中，脱水调理污泥为79.88%、成品干化污泥为15%、生石灰为5%、高锰酸钾为0.12%的质量百分比关系;同时，从预干化区内部蒸发产生的废气，经管道输送到废气处理塔进行废气处理;
(3)最后，预干化污泥干化，从预干化区处理完的污泥通过输送带送入由空心浆叶螺旋间接式干燥机组成的污泥干化区，通过干燥机干化后的污泥85%送入成品区，15%通过螺旋送料器返回到预干化区，与储料仓中的污泥进行干料返混;
(4)空心浆叶螺旋间接式干燥机由一电锅炉供给饱和热蒸汽，同时，从干燥机出来的蒸汽尾气通入到预干化区，用于对污泥加热;从干燥机内部蒸发产生的废气，经管道输送到废气处理塔进行废气处理;
(5)上述各装置均通过控制总线受控制中心的自动控制。
2.根据权利要求1所述的污泥脱水干化工艺方法，其特征在于：步骤(1)中，优选为，在污泥中投加生石灰和氯化铁溶液，投加比例是：每100ml污泥中投加5g生石灰和0.2g氯化铁溶液，即每吨污泥中投加50kg生石灰和2kg氯化铁溶液;其中，氯化铁溶液的质量分数为2%。
3.根据权利要求1或2所述的污泥脱水干化工艺方法，其特征在于：步骤(2)中，预干化区内通过设置限位开关和布料高度限位器，精确确定污泥的布泥高度，当污泥的高度达到设定值时，污泥推翻机开始工作，加速好氧消化，并始终保持污泥最佳的铺设厚度;预干化区屋顶使用阳光板，让阳光直接进入室内，以增加室内温度，使污泥内部温度达到设定的最佳水分蒸发温度，同时通过设置在预干化区内的温度检测器将污泥内部温度和污泥高度一起作为推翻机工作的控制条件。
4.根据权利要求3所述的污泥脱水干化工艺方法，其特征在于：步骤(3)、(4)中，所述空心浆叶螺旋间接式干燥机采用饱和蒸汽热能间接加热的方式，筒体采用夹层结构，轴和叶片均为空心，从电锅炉出来的饱和热蒸汽，经过减压从这些空间内流过，通过不锈钢板构件的热传导，使污泥在剪切传送、翻转的过程中受到全方位加热，促使内部水分快速蒸发，并使内部的蒸汽保持在低压乃至常压状态。
5.一种用于实现权利要求1所述的污泥脱水干化工艺方法的装置，其特征在于：它包括一个污泥的脱水调理仓，一个与之相连的脱水调理后污泥的储料仓，储料仓通过输送带与一个预干化区的污泥入口联通，预干化区也与一个原料储料仓联通;预干化区的污泥出口则通过输送带与一台空心浆叶螺旋间接式干燥机的污泥入口联通，干燥机的干污泥出口一方面通过输送带联通到成品区，一方面通过螺旋送料器联通到预干化区;干燥机的蒸汽入口与电锅炉联通，干燥机的蒸汽出口与预干化区联通;预干化区和干燥机的废气出口连接到废气处理塔上;所述脱水调理仓、脱水调理后污泥储料仓、无机强氧化剂仓、预干化区、干燥机、废气处理塔、电锅炉、成品区通过控制总线与控制中心连接。
6.根据权利要求5所述的污泥脱水干化装置，其特征在于：所述预干化区设有若干污泥槽以及推翻机，污泥槽上设有限位开关和布料高度限位器，预干化区内设有温度检测器，其屋顶采用阳光板。
7.根据权利要求5或6所述的污泥脱水干化装置，其特征在于：所述空心浆叶螺旋间接式干燥机，它包括固定在安装支架上的上、下两个封闭的筒体，每个筒体内并列安装有两根空心螺旋浆叶轴，其轴和叶片均为空心，两根浆叶轴的旋向相反;上筒体的上部一端设有污泥入口，下筒体的下部同一端设有干污泥出口，上筒体的上部另一端设有废气出口，上筒体和下筒体的中间层通过位于污泥入口另一端的污泥上下层通道联通;上筒体和下筒体的筒壁均为夹层结构，并且均设有筒体夹层蒸汽入口和筒体夹层蒸汽出口;在每根空心螺旋浆叶轴的一端均设有空心轴蒸汽入口，另一端设有空心轴蒸汽出口，每根空心螺旋浆叶轴通过齿轮与驱动电机连接;空心螺旋浆叶轴及筒体内壁采用不锈钢板制成。
说明书
一种污泥脱水干化工艺方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种将污水处理厂排放剩余浓缩污泥主要用于制作污泥轻质砖而进行脱水干化的工艺方法及装置。
技术背景
我国是全球最大的发展中国家，人口众多，由此带来的水环境污染问题日趋严重，水污染防治因此受到人们的广泛关注。据中国水网年度系列报告之四预计到2010年底，我国至少将有近3000座污水处理厂达到运营状态，则到时会生产数量巨大的污泥;同时污泥成分复杂，其是多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分外(可高达99%以上)，还含有难降解的有机物、重金属、少量的致病微生物(致病细菌、病原体、寄生虫、有害昆虫卵等)，以及一般的耗氧性有机物和植物养分(N、P、K)等。污泥处理处置作为污水处理的后继工序，是污水处理过程中必备的重要环节，但我国污泥处理处置由于受到资金等方面因素的影响相对滞后，污泥稳定化率低，无害化处理率不高，处理处置技术单一，而且成本高昂，导致大部分污泥未经处理或仅简单处理后就直接农用、填埋或者是送垃圾场处理、焚烧、污泥土地利用等，甚至有随意堆放的现象。高昂的污泥处理成本严重影响污水处理厂的正常运行;污泥的填埋或随意堆放占用大量土地资源，而且污泥易腐变臭，其产生渗滤液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水体，给环境造成严重的二次污染，还会影响环境卫生状况，破坏城市景观，导致水体的加速淤积。另外，污泥中的重金属和毒性有机物可以通过生态系统中的食物链迁移富集，且焚烧产生有毒气体，对生态环境和人体健康产生长期潜在的危害。由此可见，如何降低污泥处理成本和提高污泥处理效果是众多污水处理厂和环保部门急需解决的当务之急。
城市生活污水处理厂产生的污泥体积比处理的污水体积小得多，但污泥处理设施的投资却占到总投资的20%-50%，对于常规的污水处理工艺，处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需加以处理，对现代化的污水厂而言，污泥处理与处置已经成为污水处理系统中运行复杂、投资大、运行费用高的一部分。因此无论从污染物净化的完善程度，还是污水处理技术开发的重要性及投资比例看，污泥处理与处置都占有十分重要的地位。考虑到污泥中含有大量的有害有毒物质，同时存在可利用成分，污泥需要及时的处理与处置，以便达到如下目的：使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果;使有毒有害物质得到妥善处理或处置;使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理;使有用的物质能够得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理处置遵循减量化、无害化和资源化的原则。
减量化：从沉淀池来的污泥呈液态，含水率高，体积大，不利于储存和运输，因此减量化十分重要。降低污泥含水率的最简单有效的方法是浓缩，浓缩可使剩余污泥的含水率约从99.2%下降到97.5%左右，污泥体积缩到原来的1/3左右，但浓缩后污泥仍呈液态。进一步降低含水率的方法是脱水，经过脱水的污泥从液态转化为固态。脱水污泥的含水率仍很高，一般在60%-80%左右，需进一步干化，以降低其重量和体积。干化污泥的含水率一般低于10%。经过各级处理，100kg湿污泥转化为干污泥，重量常常不到5kg。
无害化：污泥中，尤其是初沉污泥中，含有大量病原微生物、寄生虫卵及病毒，易造成传染病传播。感染个体排泄出的粪便中病原微生物可多达106个/g，肠道病原菌可随粪便排出牲畜和人体外，并进入废水处理系统。污泥中还含有多种重金属离子和有毒有害的有机污染物，这些物质可从污泥中渗滤出来或挥发，污染水体、土壤和空气，造成二次污染。因此污泥处理处置过程必须充分考虑无害化原则。
资源化：近年来污泥处理处置的理论在发生根本变化，从原来的单纯处理逐渐向污泥有效利用、实现污泥资源化方向发展。即广泛将污泥用于农业生产;作为燃料和建筑原材料等。
通过研究发现，城市生活污泥中含有一定量的SiO2、Al2O3、CaO等无机成分，这些无机成分与制轻质砖的主要原材料——粉煤灰的无机成分相接近;而污泥中的有机物在制砖过程中挥发出来能够提高砖的孔隙率，改善砖体热工性能，符合墙体材料生产要求;污泥制作建材的过程中能使有毒重金属固定在建筑材料内，防止环境生物中毒;污泥作为建材原材料还可节约粉煤灰、粘土等资源。
将污泥作为建筑材料应用，污泥的脱水干化是一个不可缺少的重要的工艺过程。然而，目前的脱水干化采用的仍是几十年前的传统干燥技术，只不过经过一定的改造，以使之更适应污泥这种物料而已。
在传统的污泥处理处置工艺中，一般采用有机混凝剂(如PAM等)进行初次脱水，虽然，采用有机混凝剂(如PAM等)进行初次脱水效果均比较好，但高分子调理剂聚丙烯酰胺(PAM)的费用较高，且投加PAM调理的污泥脱水后的泥饼出现粘连现象，不利于污泥的二次脱水干化处理，最重要的是投加PAM的污泥对制作轻质砖砌块的性能有负面影响，不利于污泥的资源化利用。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种将污水处理厂排放剩余浓缩污泥主要用于制作污泥轻质砖而进行脱水干化的工艺方法。该方法包括如下步骤：
(1)首先，污泥脱水：在污泥中投加无机调理剂：粉煤灰、0.63mm筛分的细锰渣、生石灰、氯化铁溶液、硫酸铝溶液中的一种或者几种，将污泥进行调理，使污泥含水率<60%，并进入储料仓;其中，粉煤灰、细锰渣、生石灰投加量从0到17.5g/100ml污泥，氯化铁溶液、硫酸铝溶液投加量从0到12.5ml/100ml污泥;
(2)其次，污泥预干化：预干化区利用无机强氧化剂、采用干料返混进行好氧消化;将储料仓中的污泥、成品干化污泥通过输送带送入预干化区，同时加入生石灰和高锰酸钾，用推翻机混合均匀，加速污泥好氧消化，进行污泥预干化，其中脱水调理污泥为79.88%、成品干化污泥为15%、生石灰为5%、高锰酸钾为0.12%的质量百分比关系;同时，从预干化区内部蒸发产生的废气，经管道输送到废气处理塔进行废气处理;
(3)最后，预干化污泥干化，从预干化区处理完的污泥通过输送带送入由空心浆叶螺旋间接式干燥机组成的污泥干化区，通过干燥机干化后的污泥85%送入成品区，15%通过螺旋送料器返回到预干化区，与储料仓中的污泥进行干料返混;
(4)空心浆叶螺旋间接式干燥机由一电锅炉供给饱和热蒸汽，同时，从干燥机出来的蒸汽尾气通入到预干化区，用于对污泥加热;从干燥机内部蒸发产生的废气，经管道输送到废气处理塔进行废气处理;
(5)上述各装置均通过控制总线受控制中心的自动控制。
所述步骤(1)中，优选为，优选为，在污泥中投加生石灰和氯化铁溶液，投加比例是：每100ml污泥中投加5g生石灰和0.2g氯化铁溶液，即每吨污泥中投加50kg生石灰和2kg氯化铁溶液;其中，氯化铁溶液的质量分数为2%。
步骤(2)中，预干化区内通过设置限位开关和布料高度限位器，精确确定污泥的布泥高度，当污泥的高度达到设定值时，污泥推翻机开始工作，加速好氧发酵，并始终保持污泥最佳的铺设厚度;预干化区屋顶使用阳光板，让阳光直接进入室内，以增加室内温度，使污泥内部温度达到设定的最佳水分蒸发温度，同时通过设置在预干化区内的温度检测器将污泥内部温度和污泥高度一起作为推翻机工作的控制条件。
步骤(3)、(4)中，所述空心浆叶螺旋间接式干燥机采用饱和蒸汽热能间接加热的方式，筒体采用夹层结构，轴和叶片均为空心，从电锅炉出来的饱和热蒸汽，经过减压从这些空间内流过，通过不锈钢板构件的热传导，使污泥在剪切传送、翻转的过程中受到全方位加热，促使内部水分快速蒸发，并使内部的蒸汽保持在低压乃至常压状态。
本发明的第二个目的是提供一种实现上述污泥脱水干化工艺方法的装置。该装置包括一个污泥的脱水调理仓，一个与之相连的脱水调理后污泥的储料仓，储料仓通过输送带与一个预干化区的污泥入口联通，预干化区也与一个原料储料仓联通;预干化区的污泥出口则通过输送带与一台空心浆叶螺旋间接式干燥机的污泥入口联通，干燥机的干污泥出口一方面通过输送带联通到成品区，一方面通过螺旋送料器联通到预干化区;干燥机的蒸汽入口与电锅炉联通，干燥机的蒸汽出口与预干化区联通;预干化区和干燥机的废气出口连接到废气处理塔上;所述脱水调理仓、脱水调理后污泥储料仓、无机强氧化剂仓、预干化区、干燥机、废气处理塔、电锅炉、成品区通过控制总线与控制中心连接。
所述预干化区设有若干污泥槽以及推翻机，污泥槽上设有限位开关和布料高度限位器，预干化区内设有温度检测器，其屋顶采用阳光板。
所述空心浆叶螺旋间接式干燥机，它包括固定在安装支架上的上、下两个封闭的筒体，每个筒体内并列安装有两根空心螺旋浆叶轴，其轴和叶片均为空心，两根浆叶轴的旋向相反;上筒体的上部一端设有污泥入口，下筒体的下部同一端设有干污泥出口，上筒体的上部另一端设有废气出口，上筒体和下筒体的中间层通过位于污泥入口另一端的污泥上下层通道联通;上筒体和下筒体的筒壁均为夹层结构，并且均设有筒体夹层蒸汽入口和筒体夹层蒸汽出口;在每根空心螺旋浆叶轴的一端均设有空心轴蒸汽入口，另一端设有空心轴蒸汽出口，每根空心螺旋浆叶轴通过齿轮与驱动电机连接;空心螺旋浆叶轴及筒体内壁采用不锈钢板制成。
本发明具有如下的优点：
1、采用无机混凝剂脱水，效果好，成本低，无负面影响。
本发明采用在污泥中投加粉煤灰、细锰渣(0.63mm筛分)、生石灰以及质量分数为2%的氯化铁和10%的硫酸铝溶液等无机调理剂，代替传统的有机混凝剂，脱水效果好且初步除臭效果明显，价格便宜，添加过程操作简单便于管理，最主要的是加这些无机脱水剂的污泥对制作轻质砖砌块的性能无负面影响。
2、蒸汽间接加热，运行安全可靠。
本发明中的空心浆叶螺旋间接式干燥机，一是采用饱和水蒸汽间接式加热，热容量大，杜绝了明火的存在;二是采用相对密闭的干化空间，污泥干化室内主要气体是污泥干化蒸发产生的水蒸汽，不存在空气对流，氧气含量极低;三是当污泥达到一定的干度(如98%)就离开干燥器，限制了干化污泥或粉尘起火爆炸的条件，设备在运行过程中没有压力蒸汽，饱和蒸汽的温度为170℃低温，安全性能大大提高。
3、双向螺旋送料，污泥干化不粘结;精简了设备，降低了成本。
空心浆叶螺旋间接式干燥机，采用空心双向螺旋送料，解决了污泥干化难题。该干燥机针对污泥粘稠难以干化的特点，采用空心变导程双螺旋干燥机，重点解决了污泥粘结的问题：它采用双螺旋推进器，两套螺旋旋向相反，并反向转动，叶片之间互相清洁表面，尽量避免污泥在设备表面的粘结，且借助叶片之间剪切效应，破碎大颗粒污泥，采用不等螺距设计，在污泥的进出口形成不同的推送效果。试验表明，这样的设计取得了良好的效果，并使整套污泥干化系统的设备数量大为精简。采用双层结构，大大减少了占地面积，降低设备过长而引起的制作难度，优化了制造工艺，节约了设备的制作成本。
4、采用干料返混工艺，节能高效。
预干化区利用无机强氧化剂、采用干料返混进行好氧消化工艺，可方便达到含固率>90%的干化效果，有效防止粉尘和臭气的产生。这是因为城市污泥的特性是粘度很大，且在干化过程中有一特殊的胶粘相阶段(含水率为60%左右)。在这一极窄的过渡段内，污泥极易结块，表面坚硬、难以粉碎，而里面却仍是稀泥，俗称“糖包芯”现象，这为污泥的均匀干化和灭菌带来极大困难。为了克服这一困难，污泥进干燥器前，先将一定比例含固率为90%左右的干泥颗粒、除臭剂等在预干化区与湿污泥混合，其过程中干泥颗粒起到如珍珠核的作用，湿污泥只是薄薄地包裹在干粒外面，控制混合的比例，使混合物的含水率降低30%～40%，这样使污泥直接越过胶粘相，大大减轻了污泥在干燥器内的粘结，干化时扩大了污泥颗粒水蒸发表面积，使干化容易进行，其蒸发每kg水只需3100 kJ的热能消耗，大大降低了能耗。
5、低温干化技术，安全环保。
整个脱水干化过程中，臭气产生很少，干化环境的温度不高于200℃，避开了污泥干化过程中大量产生二噁英的300-500℃的温度区间，同时在干化过程中产生对人体有害的硫化氢、氨气等气体也大为减少，有利于保护环境。
6、合理处理尾气，确保排放达标。
污泥处理的管理非常严格，它必须是环境安全的，不能产生二次污染。本发明更有利于尾气处理和臭味控制。传统的热风式直接加热，由于风量很大，使得尾气处理量大，成本非常高。本系统采用间接加热，且尾气的主要成分为水蒸汽，废气量很小，尾气处理的负担大大减轻。干化过程中产生的尾气通过废气处理塔处理，其尾气能满足很严格的排放标准。
7、使用清洁能源，响应低碳经济。
干化过程中的热量来源使用饱和水蒸汽，蒸汽来自电锅炉，不使用燃煤锅炉，无CO2的排放，响应低碳经济的号召，电为清洁再生能源，有利于环保。相对于燃煤锅炉，其经济效益也相当明显。
8、综合利用热能，节能降耗。
本发明还采用饱和蒸汽循环利用。经干燥机后的饱和蒸汽，出口温度仍在80℃左右，含有大量的余热。这些尾气用管道输送到预干化区，对湿污泥加热，实现热能的高效利用。预干化区屋顶采用阳光板制作，利用太阳能直接加热，在预干化区更进一步提高污泥的脱水效率，整个预干化区去除的水分可达30%以上。
9、使用集成控制，自动化程度高。
整个系统由控制中心进行集成控制，对污泥处理质量及设备运行情况进行全方位监控。操作简单，维修方便，不需要大量的劳动力，降低了人工成本。
