一种污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法及干化设备与流程

本发明涉及污泥处理技术领域，具体来说是一种污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法及干化设备。

背景技术：

据了解，我国的污水处理厂在建设过程中，一直以来都是“重水轻泥”。城镇污水处理厂基本实现了污泥的初步减量化，但未实现污泥的稳定化处理。未经稳定化处理的污泥有很多危害，例如有机物的腐败、臭味等二次污染，另外，原水中40%~50%的cod会污染水体环境，这会使得减排目标大打折扣。目前国内污泥处理主要有三种方式：深度脱水填埋、好氧发酵做堆肥使用、干化焚烧。无论哪种技术的应用都是为了实现污泥的减量化，资源化，这些技术能不能得到推广关键是在如何降低运行成本。

本申请的申请人于我国专利公开号：cn105859080a中公开了一种污泥好氧通风曝气干化设备，其具有占地面积小，臭气处理方便等优点，比较适合含水率70%以下污泥经过造粒后的进一步自然发酵脱水。不过该技术还有废气余热不能回收的缺点，本专利申请结合热泵除水分技术对立体堆肥技术进行优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法及干化设备，旨在进一步降低污泥堆肥的运行成本，实现污泥处置的低成本运行，解决目前污泥处理面临的难题。

为了实现上述目的，设计一种污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法，所述的干化方法将污泥设置于立体堆肥料仓内，通过循环风机由立体堆肥料仓的底部至顶部方向向立体堆肥料仓输入循环气体，以带走污泥中含有的水分及污泥发酵时自身发热的热量，将由立体堆肥料仓顶部排出的循环气体送入热泵的低温蒸发器段，以对循环气体进行干燥，干燥后的循环气体继续运行到热泵的冷凝器段，循环气体在热泵的冷凝器段进行升温后，再由循环风机将循环气体再次送入立体强化堆肥料仓。

在循环气体循环过程中，循环气体通过热泵并被干燥时获得第一热量，循环气体被循环风机压缩时获得第二热量，所述的循环气体将所述的第一热量及第二热量传递至污泥并结合污泥发酵产生的第三热量共同为污泥提供水分蒸发所需要的热量。

优选地，在循环气体循环过程中，在立体堆肥料仓内设置若干传感器以采集温度和湿度，通过处理器对运行参数不断进行调整，结合干化污泥量、去除水量、停留时间、整体电耗，计算出去除吨水的电耗，然后进行对比和寻找，动态标定各运行参数的最佳值。

优选地，所述的运行参数包括污泥温度、通风量、热泵功率、污泥处理量。

优选地，将含水率70%污泥破碎、并经过造粒设备造粒，以使污泥的颗粒度为0-30mm，将打碎的污泥从立体堆肥料仓顶部进料口倒入，使其松散的堆在料仓内，并分层堆放于立体堆肥料仓内由上至下均匀设有的各层格栅中。

本发明还设计一种用于污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法的干化设备，所述的干化设备包括一立体堆肥料仓，所述的立体堆肥料仓的顶部与底部之间设有位于立体堆肥料仓外部的循环气道，所述的循环气道间依次设有热泵与循环风机。

优选地，所述的立体堆肥料仓内由上至下设有若干层格栅，相邻两层格栅之间的间距相等。

优选地，所述的立体堆肥料仓顶部设有进料口，且底部设有出料口。

优选地，所述的立体堆肥料的侧壁面上设有观察窗和温度探头。

本发明同现有技术相比，将堆肥技术和空气热泵除湿气技术进行组合，跨专业和行业、交叉学科，突破原有堆肥和低温干化的应用瓶颈，其优点在于：

1、无需专门设置热源对污泥进行加热，利用了生物自身的发酵能量去除水分，同时对排出来的气体进行能量回收，进一步节约能耗，相比传统的发酵工艺和热泵低温干化工艺均要节能，蒸发每吨水的电耗可以降低到100-200度之间。

2、完全封闭，没有臭气外排，环境友好，传统的堆肥是需要大量通风的，会有大量臭气排出，环境非常不友好。

3、污泥含水率可以降低到20%左右。

4、相比普通堆肥技术，占地面积小，3，整个系统全封闭，臭气内部循环，没有臭气外排，且能耗低。

5、相比传统热泵低温干化技术，能耗进一步降低。

6、污泥干化温度在55-65度之间，voc产量少。

7、采用了立体堆肥技术，通风量少，整体投资合理。

8、利用我司原有技术，结合空气除湿技术，工艺成熟可靠，运行稳定；另外我们开发了最新的ai智能运行管理技术，不依赖实现设定的模型和算法，通过污泥反应温度动态控制通风量和热泵能量输出，实现了系统的智能化运行。

9、对于重金属含量低的市政污泥，产物可以用于土地利用，对于重金属含量高的可以做生物辅助燃料。

10、非常适合于分散的污水处理厂的污泥干化和资源化处理。

附图说明

图1是一实施方式中本发明用于污泥立体强化堆肥结合热泵除水分的污泥干化方法的干化设备的结构示意图。

图中：1、立体堆肥料仓2、蒸发器3、热泵4、压缩机5、膨胀阀6、冷凝器7、循环风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，在本实施方式中，所述的干化设备包括一立体堆肥料仓，所述的立体堆肥料仓的顶部与底部之间设有位于立体堆肥料仓外部的循环气道，所述的循环气道间依次设有热泵与循环风机。热泵包括蒸发器段和冷凝器段，蒸发器段和冷凝器段之间通过膨胀阀和压缩机连接以共同构成所述的热泵。

在一个优选的实施方式中，所述的立体堆肥料仓包括框架、料仓、卸料阀、观察窗、温度探头、以及若干格栅，所述框架由上部料仓固定架及底部高脚支撑架组成，所述料仓安装在框架的上部料仓固定架内，若干层格栅分别经由料仓侧面上下等间距水平横插入料仓内，打碎的污泥从料仓顶部进料口倒入，分层堆放于各层格栅中，料仓的底部安装卸料阀，并同时设有进气管，进气管7与鼓风机连接，鼓风机将高温高压的空气送入料仓中，空气通过污泥间的间隙从下向上运动，料仓的侧壁面上分别设有观察窗和温度探头。所述每一层格栅是由若干水平横向格栅条与若干水平纵向格栅条均匀交错组成。所述温度探头，测量料仓内的温度，其信号输出端与远程控制装置相连，远程控制装置的信号输出端控制连接卸料阀启闭，温度探头可以测量料仓内的温度，将温度控制在55°-70°之间，利于细菌有氧消化，当污泥处理达到一定时间后，即含水率达到规定值30%-40%所需时间，卸料阀打开，将料仓内干污泥排出。所述料仓运行过程中全密闭，尾气可经由尾气收集装置收集，经过除尘、除臭设备处理。。在料仓所在的上部料仓固定架的侧旁设有与高脚支撑架等高的扶梯。

使用时，前期通过电渗析板框脱水机或者其他脱水干化技术，将污泥含水率降到70%以下后对污泥进行造粒，将含水率70%污泥破碎、经过造粒设备造粒，颗粒度0-30mm，打碎的污泥从料仓顶部进料口倒入，使其松散的堆在料仓内，并分层堆放于各层格栅中。对于进泥含水率较高的项目，可以通过物料返混造粒，不需要传统堆肥那样添加蘑菇土、秸秆、锯末等辅料。污泥在55-65℃之间停留2-3天，进行好氧发酵，有机物降解，水分被通入的气体不断带走，污泥实现减量化和稳定化处理。

在此处理工艺下，污泥通风量控制在合理范围以内，确保污泥处于好氧状态，根据温度和携带水气量调节风量。这个过程中污泥发酵同时自身发热，污泥中含的水分会蒸发出来，为了保证堆肥料仓中的空气不形成饱和的水蒸气，需要将空气排出。由于污泥自身在发热，堆肥系统中的空气在排出时会带走一部分热量，为了将这部分热量利用起来，降低能量消耗，减少运行成本，在此堆肥系统中增加装置，引导排出的湿空气进入热泵的低温蒸发器端，形成过饱和的空气，此时空气中的水蒸汽会凝结成水珠，水分得以排出，干燥后的冷空气继续运行到热泵的冷凝器段，进行升温后，循环风机再次送入立体强化堆肥料仓，再次输入热量和带走污泥中的水分，循环往复。系统中的臭气，定期排出进行气体处理。

本系统核心组成是污泥立体堆肥仓和通风系统以及热泵除湿系统。污泥颗粒在好氧环境下，高温嗜热好氧菌会大量繁殖，降解有机物，完成堆肥的过程，同时释放大量的热量。另外由于泥层较厚，循环风机压力较高，空气在通过风机是被压缩的过程中温度会升高几十度，这样也会往污泥里面输送热量。在热泵除湿气的过程中也会反向向干燥空气输送热量。这三部分热量独属于绿色的廉价热量，共同提供了污泥中水分蒸发所需要的热量。实现了这套系统的核心功能，在极低的运行成本下，干化和资源化了污泥，具有了强大的市场竞争力。

另外在整个过程中利用传感器采集关键节点的温度和湿度，在结合人工智能，实现系统运行的ai化，无需人工干预。让系统通过大数据，建立低运行成本的干化能力。污泥堆肥干化运行的温度在50-70度之间，随着季节的变化，除湿和通风循环系统的运行参数是动态变化的，ai系统通过参数的不断微调，结合干化污泥量，去除水量，停留时间，整体电耗，计算出去除吨水电耗，然后进行对比和寻找，动态标定各最佳参数（比如污泥温度，通风量，除湿机的功率，污泥处理量等）。首先确保每天的去除水量的稳定，然后通过温度和通风量的控制，实现输入能量和蒸发出水量的平衡。

本申请方法所采用的ai系统不依赖固定不变的模型，更多通过大数据和自我学习实现最佳运行。处理器不依赖事先设定的模型和算法，而是根据客观环境，例如温度和湿度的变化，结合传感器采集的数据，对热泵和风机的功率进行动态的调整，以达到当前情况下最佳的功率并实现最佳的污泥干化效果。

该方法特别适合中小规模能力的污水厂的污泥处理。这类污水厂位置比较偏远，管理和操作人才匮乏，集中干化处理的成本偏高，这就需要一种投入合适，运行简单和稳定的污泥干化和资源化的技术。该技术具有投入合适，运行简单可靠，产物可以资源化利用等优点。大大缓解了污泥围城的现象。该发明专利具有较强的推广价值和生命力。