高含湿污泥超细化同步深度干化装置及方法与流程

本发明涉及高含湿污泥超细化同步深度干化装置及方法，尤其涉及一种剩余污泥深度脱水的设备及工艺方法，属于环保技术领域的污水处理厂剩余污泥处理子领域。

背景技术：

随着我国社会和城市化的发展，城市污水的产生量在不断增长，相应的污水处理设施的数量也随之增加，污水处理后的副产物——剩余污泥的产生量也越来越大。截止2017年，我国剩余污泥年产量已超过4000万吨，而无害化处理率不足10％。如何妥善处理处置这些源源不断产生、数量日益庞大的污泥已成为我国环境保护方面亟待解决的问题。

国内大部分污水处理厂产生的剩余污泥，其含水率一般在80％以上。污泥脱水是其处理过程中的关键步骤。而污泥难以深度脱水的特点，已成为限制污泥无害化、资源化处理的瓶颈问题。

目前，污泥脱水干化的主要工艺有太阳能干燥、热干化、调理-压滤脱水等。其中太阳能干燥工艺利用太阳能的热效应，可将污泥含水率降至10％以下，达到深度干化的目的，但是由于其占地面积达、处理周期长、受天气变化影响大，较难广泛应用。热干化技术是通过直接加热或间接加热的方式将污泥中水分蒸发去除，污泥含水率可降至40％以下，而进一步降低含水率则所需将能耗大幅上升；调理-压滤脱水技术是剩余污泥经过调理剂改性处理，提高污泥脱水性能，再经过压滤机压榨脱水，污泥含水率可降至60％。以上工艺能够快速脱除污泥中的水分，但是脱水程度有限，较难实现污泥的深度干化(含水率≤20％)。

因此，进一步降低热干化或机械脱水工艺产生的半干污泥的含水率，快速高效的实现剩余污泥的深度干化，是目前的发展方向。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种高含湿污泥超细化同步深度干化装置及方法，通过将污泥粉化增加其接触面积从而提高了干燥效率。

本发明通过以下技术方案实现：

污泥超细化同步深度干化装置，包括水平并列设置的污泥超细粉化单元和污泥干化单元，所述污泥超细粉化单元和污泥干化单元之间设置有粉化污泥出料口连通；

所述污泥超细粉化单元包括污泥粉化室和设置在所述污泥粉化室一端的污泥进料口，所述污泥粉化室为空心筒状结构，其中心设置有水平布置的粉化旋转轴，所述粉化旋转轴上设置有污泥粉化叶轮；所述污泥进料口下部靠近所述污泥粉化叶轮一侧设置有引导挡板；

所述污泥干化单元包括污泥干化室和设置在所述污泥干化室下部的流化旋转轴，所述流化旋转轴水平布置，并与所述粉化旋转轴呈同心轴布置；所述流化旋转轴上设置有流化叶轮；

所述污泥干化室上部设置有水平布置的混合旋转轴，所述混合旋转轴上设置有若干组混合叶轮；所述污泥干化室上部还设置有进气口，所述进气口位于所述混合叶轮下方；

所述污泥干化室下部设置有干化污泥出口，所述干化污泥出口设置在远离所述粉化污泥出料口一侧；所述流化旋转轴穿过所述干化污泥出口布置。

上述技术方案中，所述污泥粉化叶轮、流化叶轮和混合叶轮均设有转向控制装置。

上述技术方案中，所述污泥粉化叶轮包括若干个扇叶，所述扇叶以所述粉化旋转轴为圆心呈同心圆式均匀设置，每个扇叶均与所述粉化旋转轴轴向呈夹角χ布置，所述夹角χ为0～25°。

优选的，所述扇叶设置4～8个。

上述技术方案中，所述污泥粉化叶轮沿所述粉化旋转轴轴向设置两组以上。

上述技术方案中，所述污泥进料口下方设置有第一导流板，所述第一导流板位于所述粉化旋转轴上方，且所述第一导流板沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角α为15°～30°。

上述技术方案中，所述污泥进料口下方设置有第二导流板，所述第二导流板位于所述粉化旋转轴下方，且所述第二导流板沿着污泥行进方向向下倾斜，其倾斜角β为15°～60°。

上述技术方案中，所述污泥粉化室内壁上环形设置有粉化污泥导流模块，所述粉化污泥导流模块断面呈直角梯形；所述粉化污泥导流模块设置在所述粉化污泥出料口内侧。

上述技术方案中，所述污泥干化室并列设置若干个，且所述流化旋转轴水平穿过所述若干个污泥干化室的下部；所述若干个污泥干化室并列形成至少包括首级污泥干化室和下一级污泥干化室的多级污泥干化室。

上述技术方案中，所述干化污泥出口设置有移动导流模块和固定导流模块；所述固定导流模块呈半环形设置在所述污泥干化室底部，且所述固定导流模块的上部设有朝向出口方向收缩的导流坡面；所述移动导流模块为能够上下移动的挡块。

上述技术方案中，所述导流坡面倾斜角η为45°～70°。

上述技术方案中，所述挡块一面从上到下呈渐扩再减缩的钝角三角形，所述钝角三角形的钝角γ为120°～160°；所述挡块另一面为平面，贴着所述污泥干化室的竖直壁面。

上述技术方案中，所述流化叶轮沿所述流化旋转轴轴向设置两个以上；所述每个流化叶轮包括若干个流化扇叶，所述流化扇叶与所述流化旋转轴的轴向夹角ε为0～10°。

上述技术方案中，所述每组混合叶轮包括若干个混合扇叶，所述混合扇叶与所述混合旋转轴的轴向夹角φ为0～15°。

上述技术方案中，所述装置还包括分离收集室，所述分离收集室设置在所述污泥干化室之后。

污泥超细化同步深度干化方法，所述方法包括：

将高湿污泥破碎为污泥粗颗粒后，通过污泥进料口将污泥粗颗粒给入污泥粉化室，调整粉化旋转轴的转速使通过污泥粉化叶轮的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉；污泥粉在粉化旋转轴上随着粉化旋转轴的转动被推送到粉化污泥出料口，并从粉化污泥出料口进入到污泥干化室；

调整流化旋转轴的转速使污泥粉在流化叶轮扰动下在污泥干化室呈流态化状态；从进气口通入干燥空气，与污泥干化室内流态化状态的污泥粉混合并干燥污泥粉；

调整混合旋转轴的转速，使污泥干化室内流态化状态的污泥粉与干燥空气混合均匀，并使得污泥粉充分干燥成为干化污泥粉从干化污泥出口排出；

将干化污泥粉分离和收集。

当污泥超细化同步深度干化装置的污泥干化室设置多个，所述若干个污泥干化室并列形成至少包括首级污泥干化室、下一级污泥干化室和/或最后一级污泥干化室的多级污泥干化室的时候，所述方法包括：

将高湿污泥破碎为污泥粗颗粒后，通过污泥进料口将污泥粗颗粒给入污泥粉化室，调整粉化旋转轴的转速使通过污泥粉化叶轮的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉；污泥粉在粉化旋转轴上随着粉化旋转轴的转动被推送到粉化污泥出料口，并从粉化污泥出料口进入到首级污泥干化室；

调整流化旋转轴的转速使污泥粉在流化叶轮扰动下在首级污泥干化室呈流态化状态；从进气口通入干燥空气，与首级污泥干化室内流态化状态的污泥粉混合并干燥污泥粉；

调整混合旋转轴的转速，使首级污泥干化室内流态化状态的污泥粉与干燥空气混合均匀，并使得污泥粉干燥成为干燥污泥粉；

干燥污泥粉从首级污泥干化室的干化污泥出口进入下一级污泥干化室，并在下一级污泥干化室内重复上述干燥过程，直到成为干化污泥并从最后一级污泥干化室的干化污泥出口排出；

将干化污泥粉分离和收集。

上述技术方案中，所述高湿污泥含水率为35％-60％；所述干化污泥含水率为10％-30％。

上述技术方案中，所述污泥粗颗粒的粒径为0.5～3cm；所述污泥粉的粒径为10～300μm。

上述技术方案中，所述粉化旋转轴的转速为1000～3000r/min；所述流化旋转轴的转速为500～1200r/min；所述混合旋转轴的转速为300～1500r/min。

上述技术方案中，所述干燥空气温度为20～80℃。

本发明具有以下优点及有益效果：通过将污泥粉化成细小颗粒，显著增加了污泥与空气的接触面积，在降低污泥干化所需气流温度的同时，提高了干化效率；干化效果提高，将污泥干化的经济含水率由40％大幅降至20％以下，进而提升了污泥末端资源化处置的范围和经济性。

附图说明

图1为本发明所涉及的其中一种实施方式的高含湿污泥超细化同步深度干化装置示意图。

图2为图1的a-a俯视示意图。

图3为本发明所涉及的流化叶轮结构示意图。

图中：1–污泥超细粉化单元；101–污泥粉化室；102–污泥进料口；103–第一导流板；104–第二导流板；105–污泥粉化叶轮；106–粉化旋转轴；107–粉化污泥出料口；108–粉化电机；109–引导挡板；110–轴承座；111–粉化污泥导流模块；112–扇叶；2–泥粉干化单元；201–污泥干化室；202–混合叶轮；203–进气口；204–干化污泥出口；205–流化旋转轴；206–混合旋转轴；207–固定导流模块；208–移动导流模块；209–流化叶轮；210–管道；211–流化电机；212–分离收集室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，污泥超细化同步深度干化装置，包括水平并列设置的污泥超细粉化单元1和污泥干化单元2，污泥超细粉化单元1和污泥干化单元2之间设置有粉化污泥出料口107连通。

污泥超细粉化单元包括污泥粉化室101和设置在污泥粉化室101一端的污泥进料口102。污泥粉化室101为空心筒状结构，其中心设置有水平布置的粉化旋转轴106，通过粉化电机108驱动。粉化旋转轴106上设置有污泥粉化叶轮105。污泥粉化叶轮105包括若干个扇叶112，优选的，扇叶112设置4～8个。扇叶112以粉化旋转轴106为圆心呈同心圆式均匀设置，每个扇叶112均与粉化旋转轴106轴向呈夹角χ布置，夹角χ为0～25°。

污泥粉化叶轮105沿粉化旋转轴106轴向设置两组以上。

污泥进料口102下部靠近所述污泥粉化叶轮105一侧设置有引导挡板109，使从污泥进料口102进入的污泥能够在引导挡板109的导流作用下尽可能下落到粉化旋转轴106上。

污泥进料口102下方设置有第一导流板103和/或第二导流板104，进一步起导流作用，同时也避免污泥堆积在污泥进料口102底部的污泥粉化室101角落里。第一导流板103位于粉化旋转轴106上方，且第一导流板103沿着污泥行进方向向下倾斜，呈现前低后高的倾斜坡面，其倾斜角α为15°～30°。第二导流板104位于粉化旋转轴106下方，且第二导流板104沿着污泥行进方向向下倾斜，呈现前低后高的倾斜坡面，其倾斜角β为15°～60°。以污泥进料口102为后，粉化污泥出料口107方向为前。

污泥干化单元2包括污泥干化室201和设置在污泥干化室201下部的流化旋转轴205，流化旋转轴205水平布置，由流化电机211驱动，并与粉化旋转轴106呈同心轴布置。流化旋转轴205上设置有流化叶轮209。

污泥干化室201上部设置有水平布置的混合旋转轴206，混合旋转轴206上设置有若干组混合叶轮202；污泥干化室201上部还设置有若干个进气口203，若干个进气口203位于混合叶轮202下方。

污泥干化室201下部设置有干化污泥出口204，干化污泥出口204设置在远离所述粉化污泥出料口107一侧；流化旋转轴205穿过所述干化污泥出口204布置。

污泥粉化叶轮、流化叶轮和混合叶轮均设有转向控制装置。

污泥粉化室101内壁上环形设置有粉化污泥导流模块111，粉化污泥导流模块111断面呈直角梯形，梯形斜边与底边夹角δ为30°～60°。粉化污泥导流模块111设置在粉化污泥出料口107内侧。污泥出料口107还设置有轴承座110，用于支撑粉化旋转轴106和流化旋转轴205。轴承座110由悬置于污泥出料口107内的轴承套、连接轴承套和污泥出料口107内壁的3～6个支撑杆组成。支撑杆横截面为圆形、三角形、菱形或三角方形(前部三角形、后部方形)，三角形、菱形或三角方形中角的一端朝向粉化叶轮105。

作为一种优化方案，污泥干化室201并列设置若干个，且流化旋转轴205水平穿过若干个污泥干化室201的下部。若干个污泥干化室201并列形成至少包括首级污泥干化室和下一级污泥干化室的多级污泥干化室。每个污泥干化室的混合旋转轴206都由独立电机控制。

干化污泥出口204设置有移动导流模块208和固定导流模块207。固定导流模块207呈半环形设置在污泥干化室201底部，且固定导流模块207的上部设有朝向出口方向收缩的导流坡面，导流坡面倾斜角η为45°～70°。

移动导流模块208为能够上下移动的挡块。挡块一面从上到下呈渐扩再减缩的钝角三角形，钝角三角形的钝角γ为120°～160°。挡块另一面为平面，贴着污泥干化室201的竖直壁面。

流化叶轮209沿流化旋转轴205轴向设置两个以上。每个流化叶轮209包括若干个流化扇叶，流化扇叶与流化旋转轴205的轴向夹角ε为0～10°。

每组混合叶轮202包括若干个混合扇叶，混合扇叶与所述混合旋转轴206的轴向夹角φ为0～15°。

所述装置还包括分离收集室212，分离收集室212设置在污泥干化室201之后。污泥干化室设置若干个时，分离收集室212设置在最后一个污泥干化室201之后。分离后的空气从管道210排出进一步净化。

将含水率为35％-60％的高湿污泥破碎为粒径为0.5～3cm的污泥粗颗粒后，通过污泥进料口102将污泥粗颗粒给入污泥粉化室101，调整粉化旋转轴106的转速为1000～3000r/min，使通过污泥粉化叶轮105的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉。粉化后，污泥粉的粒径为10～300μm。

污泥粉在粉化旋转轴106上随着粉化旋转轴106的转动被推送到粉化污泥出料口107，在粉化污泥导流模块111导流下从粉化污泥出料口107进入到污泥干化室201。

调整流化旋转轴205的转速为500～1200r/min，使污泥粉在流化叶轮209扰动下在污泥干化室201呈流态化状态。从进气口203通入温度为20～80℃的干燥空气，与污泥干化室201内流态化状态的污泥粉混合。

调整混合旋转轴206的转速为300～1500r/min，使污泥干化室201内流态化状态的污泥粉与干燥空气混合均匀，使其混合均匀并充分发生水气交换，并使得污泥粉充分干燥成为干化污泥粉从干化污泥出口204排出。同时干燥空气吸收了污泥粉中的水分后成为含湿空气。由于从干化污泥出口204一起排出的干化污泥粉和含湿空气混合着，因此，进一步将干化污泥分离和收集。实施结果表明，经过深度脱水干化的干化污泥含水率为10％-30％。

当污泥干化室设置多个，若干个污泥干化室201并列形成包括首级污泥干化室、下一级污泥干化室和/或最后一级污泥干化室的多级污泥干化室：

将含水率为35％-60％的高湿污泥破碎为粒径为0.5～3cm的污泥粗颗粒后，通过污泥进料口102将污泥粗颗粒给入污泥粉化室101，调整粉化旋转轴106的转速为1000～3000r/min，使通过污泥粉化叶轮105的污泥粗颗粒被破碎成污泥粉。粉化后，污泥粉的粒径为10～300μm。污泥粉在粉化旋转轴106上随着粉化旋转轴106的转动被推送到粉化污泥出料口107，并从粉化污泥出料口107进入到首级污泥干化室。

调整流化旋转轴205的转速为500～1200r/min，使污泥粉在流化叶轮209扰动下在首级污泥干化室呈流态化状态；从进气口203通入温度为20～80℃的干燥空气，与首级污泥干化室内流态化状态的污泥粉混合并干燥污泥粉。

调整混合旋转轴206的转速为300～1500r/min，使首级污泥干化室内流态化状态的污泥粉与干燥空气混合均匀，并使得污泥粉干燥成为干燥污泥粉。

干燥污泥粉从首级污泥干化室的干化污泥出口204进入下一级污泥干化室，并在下一级污泥干化室内重复上述干燥过程，直到成为干化污泥并从最后一级污泥干化室的干化污泥出口排出；将干化污泥分离和收集。经过深度脱水干化的干化污泥含水率为10％-30％。

在上述实施过程中，干燥空气可以循环使用，而且通常循环3～8次后作为废气排出净化处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。