一种竖向太阳能强化污泥深度生物干化系统的制作方法

本实用新型属于资源与环境技术领域，具体涉及一种竖向太阳能强化污泥深度生物干化系统。

背景技术：

随着中国城镇污水处理事业的快速发展，污水处理厂数量不断增多，污泥产生量也日益增加。目前中国城镇污水处理厂数量达4000座以上，污泥年产生量在4000万吨（含水率80%）以上。污泥不但含水率高、体积十分庞大，而且含有大量难降解有机物、重金属以及病原微生物和寄生虫卵等，如不经过有效的处理，极易造成二次污染，影响环境治理效果。目前中国的污泥处理以浓缩、脱水为主，但经浓缩脱水后的污泥含水率仍然高达70% ~ 80%，因此，对脱水污泥进行干化处理，是实现污泥资源化处置利用的关键。

现代化的污泥干化工艺主要是热干化，采用集约化的污泥干化装置，通过外加热源将污泥中的水分蒸发，从而降低污泥含水率。污泥热干化的能耗和运行成本较高，运行管理难度较大，干化设备对运行要求严苛，运行不当则存在爆炸的安全风险。中国的污泥干化技术尚处于起步阶段，虽然已建成十余座污泥热干化项目，但是大多引进国外的技术和设备，且大多采用通用干燥器，设备适应性能不理想，系统能耗普遍较高，运行成本居高不下，难以维持稳定运行。中国的污泥好氧发酵技术已得到一定应用，但存在发酵时间长、减量化效果不明显、占地面积大等缺点。

国外污泥干化技术起步较早，近年来特别注重高效节能新技术的开发和清洁廉价能源（如太阳能）的利用。生物干化是一种与好氧堆肥相似的污泥干化新技术，利用微生物好氧发酵过程中降解有机质所产生的生物热能，实现物料的快速脱水干化和减容减量。生物干化以快速降低污泥中的含水率为目的，但没有外加能源，因此生物干化周期有缩短的空间，而利用太阳能这种清洁能源为外加能源是一种可行的方式。

污泥太阳能干化主要通过太阳能辐射效应使污泥内部水分加速向外蒸发，然后通过自然循环或通风将污泥表面的水分带走。污泥太阳能干化与传统的热干化技术相比，能耗小、运行管理费用低，蒸发1 t水的耗电量仅为传统热干化技术的1/30。尽管如此，太阳能干化装置的能量利用效率较低，需要较长的停留时间和较大的占地面积，因此需要在污水处理厂有足够可利用的场地空间。而且太阳能干化处理效果受天气和季节性条件约束，很难保持均匀、连续的运行，为此许多太阳能干化工艺采取集热或与其他辅助热源结合应用，但这增加了工艺成本。而且即使如此，在德国的工程应用结果表明整个冬季污泥都需要停留在干化车间内，这进一步加大了太阳能干化装置的占地面积需求。

因此，针对上述技术存在的限制，开发一种高效低耗的污泥深度干化处理工艺与系统，对于促进污泥资源化处置利用、提升污泥处理处置行业水平具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据城镇污泥减量化和资源化处理的需求以及脱水污泥的特点，提出一种竖向太阳能强化污泥深度生物干化系统，利用太阳能干化和微生物好氧发酵原理实现脱水污泥的高效低耗深度干化处理。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种竖向太阳能强化污泥深度生物干化系统，其特征在于所述系统包括

生物干化室，生物干化室底部设置曝气系统；

太阳能干化室，太阳能干化室竖向设置于生物干化室的上方，生物干化室的干化污泥出口经干化污泥管道连通至太阳能干化室；

振动筛，太阳能干化室的输出端连接至振动筛，振动筛上方设置返混料回流装置连接至生物干化室，振动筛下方为最终产物出料口。

生物干化室的进口处设置有混料机，所述混料机设置有脱水污泥进料口、返混料进料口和出料口，所述返混料进料口通过管道连接至振动筛，振动筛的筛上物作为返混料从返混料进料口进入混料机，与脱水污泥进料口进入的脱水污泥在混料机中混合均匀，从出料口输出至生物干化室；所述出料口通过管道连接至生物干化室。

所述生物干化室顶部设置硫化氢传感器及臭气收集系统，臭气收集系统通过管道经气体洗涤器连接至地下式土壤生物滤床，气体洗涤器连接至土壤生物滤床的管段还设置气体循环系统，气体循环系统输出端通过回流管道连接至曝气系统。

所述的生物干化室底部设置可伸缩的温度传感器，实时监测发酵物料的温度，曝气系统连接鼓风机，鼓风机根据发酵物料的温度变化在线调节曝气系统的供风量。

太阳能干化室屋面内侧铺设疏水复合膜，沿太阳能干化室单侧或双侧屋面安装不锈钢链板，不锈钢链板输入端的上方设置布料机，所述布料机通过干化污泥管道与生物干化室的干化污泥出口连接，不锈钢链板输出端则通过输送管道连接至振动筛，振动筛对太阳能干化后的物料进行筛分，筛上物作为返混料回流至混料机，筛下物为最终产物。

不锈钢链板倾角可在15°~30°范围内调节，距太阳能干化室屋面高度为30cm~50cm；不锈钢链板上部设置垂直挡板防止物料向下聚集，挡板高度为10cm~15cm。

本系统利用微生物好氧发酵产生的生物热能和清洁可再生能源太阳能的耦合作用实现脱水污泥的高效低耗深度干化，具有以下有益效果：

1．污泥在系统中的停留时间为5~10d，仅为好氧堆肥工艺的1/6~1/2，翻抛次数少或不翻抛，处理效率大大提高。系统受天气和季节性条件的影响较小，运行稳定性好，可保持连续运行，且无需辅助热源。

2．由于利用生物热能和太阳能等清洁能源的耦合作用，运行能耗低于12kW·h/t湿污泥（含水率80%）。采用气体循环系统和热交换装置，系统的热利用效率较高。通过振动筛筛分后的粗颗粒和辅料回流，降低辅料用量，强化干化效果，运行成本较低。

3．太阳能干化室和生物干化室采用竖向叠加设计，节约了二级工艺的占地面积。微生物发酵产生的热量可为太阳能干化室提供辅助热源，提升太阳能干化室的运行效率和稳定性。太阳能干化室可对生物干化室形成保温层，减少热量逸散，采用单侧链板运行时还可对生物干化室内的发酵物料形成热辐射，促进生物干化过程的顺利进行。此外，由于系统处理效率提高，相同处理规模条件下的占地面积减小。采用地下式土壤生物滤床，也可节约用地，且可与周围绿地统一设计，提升工程的环境协调性。

4．生物干化室设置气体收集、洗涤和循环系统，提高气体利用效率，节约鼓风机运行能耗，减少臭气物质逸出。

附图说明

图1为竖向太阳能强化污泥深度生物干化工艺流程图。

图中编号：1为脱水污泥；2为混料机；3为生物干化室；4为布料机；5为太阳能干化室；6为不锈钢链板；7为冷凝水槽；8为振动筛；9为鼓风机；10为曝气系统；11为温度传感器；12为硫化氢传感器；13为臭气收集系统；14为气体洗涤器；15为气体循环系统；16为热交换装置；17为引风机；18为地下式土壤生物滤床。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供的竖向太阳能强化污泥深度生物干化系统及方法，通过生物干化和太阳能干化的二级竖向耦合工艺对脱水污泥进行干化处理，该系统由混料机2、生物干化室3、布料机4、太阳能干化室5、振动筛8、鼓风机9、曝气系统10、温度传感器11、硫化氢传感器12、气体收集系统13、气体洗涤器14、气体循环系统15、热交换装置16、引风机17和地下式土壤生物滤床18组成。

其中，生物干化室3底部设置曝气系统10，生物干化室3对物料进行生物干化。所述的生物干化室3混凝土地面下设置曝气系统10及可伸缩的温度传感器11套筒，实时监测发酵物料的温度，鼓风机9根据发酵物料的温度变化在线调节供风量，强化生物干化效果。

太阳能干化室5竖向设置于生物干化室3的上方，生物干化室3的出料端经干化污泥输送装置连通至太阳能干化5室，经快速生物干化的物料在太阳能温室效应作用下进一步去除水分。生物干化后的物料为固态，输送方式包括带式输送机、螺旋输送机、螺杆泵等。

振动筛8，太阳能干化室5的输出端连接至振动筛8，所述振动筛8对太阳能干化后的物料进行筛分，筛上物作为返混料回流至生物干化室3，筛下物为最终产物。

所述的生物干化室3顶部设置硫化氢传感器12及臭气收集系统13；收集的臭气进入气体洗涤器14洗涤后，经气体循环系统15部分回流至曝气系统10，减少鼓风机9的供风量和臭气物质的释放；排放气体在热交换装置16中进一步回收热量后，通过引风机17送入地下式土壤生物滤床18过滤后排入大气。

太阳能干化室5屋面内侧铺设疏水复合膜，物料中蒸发出来的水分经疏水复合膜聚集至冷凝水槽7排出系统；根据系统设计要求，沿太阳能干化室5单侧或双侧屋面安装不锈钢链板6；不锈钢链板6倾角可在15°~30°范围内调节，距太阳能干化室5屋面高度为30cm~50cm；不锈钢链板6上部设置垂直挡板防止物料向下聚集，挡板高度为10cm~15cm。链板是水平移动。2、一个干化周期就一个行程，链板移动到底后循环至输入端，开始下一个干化周期。

该方法的具体工艺流程为：脱水污泥1进入到混料机2中，根据工艺设计要求，从振动筛8回流脱水污泥重量20%~60%的返混料到混料机2中，并加入脱水污泥重量10%~20%的辅料，如：秸秆、麸皮、木屑等，调节混合物料的含水率为55%~65%；混合物料输送至生物干化室3中进行快速好氧发酵，发酵时间为5~7d；生物干化室3中的气体经臭气收集系统13进入气体洗涤器14酸洗，并通过气体循环系统15部分回流至曝气系统10，回流量为50%~100%，排放气体在热交换装置16中进一步回收热量后，通过引风机17送入地下式土壤生物滤床18过滤后排入大气；生物干化后的物料经布料机4均匀分布于生物干化室3上方太阳能干化室5中的不锈钢链板6上，物料随不锈钢链板6缓慢移动，并在太阳能温室效应作用下进一步去除水分，干化时间为1~5d；太阳能干化室5中从物料蒸发出来的水分经屋面的疏水复合膜聚集至冷凝水槽7排出系统，干化后的物料输送至振动筛8进行筛分，筛上物作为返混料回流至混料机2与脱水污泥1混合，筛下物为最终产物。

将上述系统及方法应用于某城镇污水处理厂，设计处理规模为8万m³/d，污水生物处理采用A²/O工艺，污泥处理采用重力浓缩+离心脱水，脱水后的污泥含水率为74%~78%。为解决污泥消纳问题，建有脱水污泥干化工程，具体步骤如下：

1．脱水污泥产量为50~60t/d，含水率为74%~78%，通过输送带输送到卧式螺带混料机2。在输送的同时加入粉碎的秸秆和振动筛8筛分出来的粗颗粒返混料，调节混合物料含水率为55%~65%，秸秆和返混料的投加量分别为6~8t/d和20~30t/d。

2．在混料机2中混合均匀的物料通过输送带输送到生物干化室3，通过实时监测物料的温度在线调节鼓风机8的供风量和气体回流量。经过5d的生物干化处理后，混合物料含水率降至45%左右。

3．生物干化后的混合物料经布料机4均匀分布于太阳能干化室5内的不锈钢链板6上，物料随不锈钢链板6缓慢移动，并在太阳能温室效应作用下进一步去除水分，根据天气和季节的变化，干化时间为1~5d。

4．干化后的混合物料输送至振动筛8筛分，筛上物作为返混料对脱水污泥进行调理和接种，筛下物为最终产物，含水率为25%~35%。脱水污泥减量可达50%以上，减量化效果明显。最终产物的低位热值大于8000kJ/kg，粪大肠杆菌未检出，卫生状况良好，养分含量较高，具有较好的资源化利用潜力。