一种原位污泥冷冻预处理装置及其方法与流程

本发明涉及环境保护中污泥填埋场(污泥坑)原位修复技术领域，具体是一种原位污泥冷冻预处理系统。

背景技术：

我国污泥处理处置事业发展晚，早期建设的污水处理厂普遍存在“重水轻泥”的倾向，追求污水处理率，而忽略污泥的最终处理处置，且大多数污水处理厂没有完善配套的污泥处理措施。专家研究预判，每年未妥善处置的污泥数量已经超过3000万吨。由于污泥中包含有重金属、持久性有机污染物、寄生虫卵、病原微生物等大量有毒有害物质，如若不能妥善处置，势必成为引爆环境危机的“定时炸弹”，污泥处理处置及资源化利用已成为了我国一个重要环境和社会问题。

城镇污泥运往污泥填埋场进行填埋曾经一度有效解决了污水处理厂污泥处理出路难的问题。然而随着城镇污泥量不断增大，对污泥填埋场需求量也在增加，受到土地资源的限值，少占土地解决污泥填埋场扩容问题已经迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决污泥填埋场长期封闭揭膜后，控制臭气扩散问题的同时，也可以解决面积较广的填埋场开挖问题。

为达到上述发明目的，提供一种原位污泥冷冻预处理装置，包括用于垂直向待处理污泥场地插入的冻结管，所述冻结管的入口、出口分别连通至用于铺设在土面上的冷媒干管、回流干管，所述回流干管连通至冷冻机，所述冷冻机通过管路依次通过水箱、水泵导通至冷媒干管。

本处披露所采用的冷媒可以是氯化钙、氯化镁、氯化钠和氯化锂等盐水溶液等不妨碍施工作业的冷却介质。冷冻机可以是螺杆式压缩机，并采用氟利昂或其替代品作为制冷剂。本处披露的水箱和水泵，实质上是用于适配冷媒的相应设备。

优选的，还包括用于依据温度信息控制水泵和冷冻机运行功率的温控装置，所述冷媒干管及回流干管中安装用于向所述温控装置传送温度信息的温感装置。

温控装置可以选用的型号宇电ai-208g、zr10等，其对应温控装置的接口为rs485等。温感装置可以选用型号hydra探头ii型、fr-100w等，其对应温控装置的接口为rs485。本处所披露的控温装置可以是水泵和冷冻机自带的一体机构也可以是额外设置的控制机构。

优选的，还包括用于依据温度信息控制水泵和冷冻机运行功率的温控装置和设置于待处理污泥中用于向所述温控装置传送温度信息的感温探头。

感温探头可以选用型号hydra探头ii型、fr-100w等，其对应温控装置的接口为sdi-12。

优选的，所述冷冻机中的冷却塔冷却水循环管路中安装用于向外传送温度信息以识别冷冻机是否正常运行的温度监测装置。

冷冻机可以选用的型号w-yslgf300ⅱ型螺杆机。温度监测装置可以选用型号为宇电ai-208g、zr10等。

优选的，所述冷媒干管、回流干管包裹隔热保温外层。

本处披露的隔热保温外层可以采用聚氨酯、复合硅酸盐等导热系数低的材料，在无隔热保温外层时也可直接采用玻璃棉管等隔热效果好的材料做冷媒干管、回流干管的管道材料或其外壳。

还提供一种原位污泥冷冻预处理方法，采用上述的原位污泥冷冻预处理装置，其步骤为：

在污泥填埋场内将排水板垂直插入，在污泥填埋场上表面排布水平排水管；

在污泥填埋场上压设荷载，使得污泥填埋场内空隙水渗滤液由排水板排到水平塑料排水管，并通过管道排出收集；

垂直向污泥填埋场中安插所述冻结管；

开启所述冷冻机和水泵，以冻结污泥填埋场中的待处理污泥。

使用时，根据冻结管的辐射半径，计算安装密度，确保冷冻范围可以辐射整个污泥场，一般可以采用无缝钢管的形式。

优选地，在对污泥填埋场上原先铺设的覆盖膜进行割膜插管施工前，对膜内泄漏气体进行检测；若泄漏气体浓度在安全可靠范围内则允许施工；若泄漏气体浓度较高，则先采取臭气控制措施，再进行施工。

使用时，如果泄漏气体浓度较高，需采取臭气控制措施，常用办法有喷洒植物液或活性炭进行吸收等。

优选地，冻结污泥填埋场中的待处理污泥前，先进行试冷冻，对试冷冻的污泥块进行强度测试，以选择可以满足施工荷载的冷冻温度和冷冻时长。

一般，冻结后的污泥强度要保持1.0mpa不崩坏，便于施工。

优选地，采用上述的感温装置；所述冷媒干管中的感温装置检测冷媒温度，在其检测的冷媒温度超出要求范围时对所述冷冻机进行功率调节，以实现冷媒输出温度在要求范围内；所述回流干管的温感装置监测冷媒回流后与设计温度的温差，以维持该温差在冷冻前期保持2℃以内，冷冻后期保持1℃以内，在其检测的冷媒温度超出要求范围时对所述冷冻机功率和水泵功率进行调节，以实现冷媒温差在要求范围内。

本处所披露的功率调节可以通过温控装置直接依据温度信息实现调节，也可以直接由人工在控温装置上进行辅助调节。

优选地，采用上述的感温探头，所述感温探头均匀分布于待处理污泥土体内。

原位污泥冷冻预处理装置的各部分相互衔接，构建原位污泥冷冻集成系统，用于污泥填埋场修复与开挖前处理。冷冻预处理可以有效控制污泥填埋场膜内臭气浓度，防止因臭气扩散造成二次污染；冷冻预处理后的污泥具备一定的结构强度，可以为污泥开挖提供工作界面，方便施工；经过冷冻后的污泥，其结构性能会发生变化，污泥内微生物的细胞壁经过冻融发生破碎，释放出大部分胞内水，后续的脱水将更加彻底；预处理全过程采用物理法处置，无需添加任何化学药剂，不增加污泥总量，也不会产生二次污染。

由于本技术对冷媒和污泥的冷冻温度控制要求高，所以在冷冻过程中需进行全程监控。冷媒干管中的温感装置主要控制冷媒的温度，使得冷冻严格按照设计温度进行，发生温度偏差可以及时调整。污泥内感温探头主要是监测冷冻效果，确保污泥能达到设计的冷冻温度和强度。温感装置、温度监测装置、感温探头的联用，能够在温度发生变化时及时作出调整，做到精细化管理。冷却水的温度和水量与冷冻机的正常运转、压缩机的制冷效率、冷媒温度有直接关系，如果冷却水温度高或水量不足，导致压缩机的排出温度、压力过高，使操作维护困难，制冷效率低，同时，冷媒温度达不到设计要求，势必延长冻结时间，冷冻污泥强度低，降低施工安全性，因此通过温度监测装置进行检测以随时进行调控。通过温控装置可以结合温度信息，对水泵或冷冻机实现功率调整，使得整套装置处于协调的工作中。

由于干管裸露在外界环境中，冷媒在管道内流过周期长，所以必须要做好隔热保温措施，防止冷媒吸收外界热量，影响冷冻效果。

填埋场内污泥含水率较高时会造成冷冻能源的浪费，增加施工成本，所以需要尽可能先排除污泥内的空隙水，提高能源利用率；通过排水板配合荷载与水平排水管，实现了方便快捷地去除空隙水功能，同时，排水板方式在土体内的排水也较为均匀。垂直安插冻结管，使得只需要揭开一小部分的覆盖膜就可以插管，有利于膜内臭气控制；如果选用水平管的安装方式，则需要在填埋场周边进行放坡开挖，施工方量较大，周期较长，而垂直安装无需放坡开挖，节省成本；冷冻管铺设不受填埋场面积影响，水平管在面积较大的填埋场铺设时，由于管长度的限值，不能辐射到填埋场中心段，而垂直安插时不受面积影响。

通过在施工前对膜内泄漏气体进行检测，提升施工安全，避免臭气大量外泄影响环境，

对试冷冻的污泥块进行强度测试，可以为不同污泥土的个性化冷冻提供依据，实现冷冻效率最高化。

对冷冻机功率和水泵功率进行调节，能提升其温度整体调控能力。

感温探头均匀分布，提升温度测量及其后调控的精确性。

本发明的有益效果是结合了冻土法施工的优势，对污泥填埋场进行原位预处理，通过冷冻污泥提供工作界面，方便污泥填埋场开挖；降低开挖过程中的臭气浓度，防止二次污染的发生。

附图说明

图1为本发明的一种原位污泥冷冻预处理装置示意图；

其中：

1-冻结管2-冷媒干管3-回流干管

4-冷冻机5-水箱6-水泵

7-温感装置8-感温探头9-温度监测装置

10-温控装置

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

根据图1所示的一种原位污泥冷冻预处理装置，包括用于垂直向待处理污泥场地插入的冻结管1，所述冻结管的入口、出口分别连通至用于铺设在土面上的冷媒干管2、回流干管3，所述回流干管3连通至冷冻机4，所述冷冻机4通过管路依次通过水箱5、水泵6导通至冷媒干管2。

还包括用于依据温度信息控制水泵6和冷冻机4运行功率的温控装置10，所述冷媒干管2及回流干管3中安装用于向所述温控装置10传送温度信息的温感装置7。还包括设置于待处理污泥中用于向所述温控装置10传送温度信息的感温探头8。所述冷冻机4中的冷却塔冷却水循环管路中安装用于向外传送温度信息以识别冷冻机4是否正常运行的温度监测装置9。

所述冷媒干管2、回流干管3包裹隔热保温外层。

利用一种原位污泥冷冻预处理方法，采用上述的原位污泥冷冻预处理装置，其步骤为：

在污泥填埋场内将排水板垂直插入，在污泥填埋场上表面排布水平排水管；

在污泥填埋场上压设荷载，使得污泥填埋场内空隙水渗滤液由排水板排到水平塑料排水管，并通过管道排出收集；

垂直向污泥填埋场中安插所述冻结管7，所述感温探头均匀分布于待处理污泥土体内；

开启所述冷冻机4和水泵6，以冻结污泥填埋场中的待处理污泥；所述冷媒干管2中的感温装置7检测冷媒温度，在其检测的冷媒温度超出要求范围时对所述冷冻机4进行功率调节，以实现冷媒输出温度在要求范围内；所述回流干管3的温感装置7监测冷媒回流后与设计温度的温差，以维持该温差在冷冻前期保持2℃以内，冷冻后期保持1℃以内，在其检测的冷媒温度超出要求范围时对所述冷冻机4功率和水泵6功率进行调节，以实现冷媒温差在要求范围内。

在对污泥填埋场上原先铺设的覆盖膜进行割膜插管施工前，对膜内泄漏气体进行检测；若泄漏气体浓度在安全可靠范围内则允许施工；若泄漏气体浓度较高，则先采取臭气控制措施，再进行施工。

冻结污泥填埋场中的待处理污泥前，先进行试冷冻，对试冷冻的污泥块进行强度测试，以选择可以满足施工荷载的冷冻温度和冷冻时长。

具体施工使用时，可以是通过冷冻机4机组将盐水溶液温度降至-28～-20℃，然后将冷媒溶液传导至冻结管1，冻结管1垂直安插在污泥填埋场内，在传导过程中，不断吸收污泥填埋场内污泥的热量，将污泥冷冻，再回流至冷冻机4进行再次循环冷冻过程。一般来说，初期盐水溶液输出温度采用-28℃～-25℃，中期和末期采用-22℃～-20℃，可以使得污泥平均温度降至-5℃左右，冻结后污泥强度达到1.0mpa不崩坏，形成污泥冰冻体。污泥被冷冻后，低温效果下，臭气分子扩散速率大大降低。污泥冰冻体具有适当的结构强度，为污泥开挖提供工作界面。污泥经过冰冻再融解后，其内物理性能发生变化，微生物细胞破裂，释放出胞内水，经过后续脱水处理后，可以达到更低的含水率。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。