抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法及裝置的製作方法

2023-04-22 18:04:01

專利名稱：：抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法及裝置的製作方法抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法及裝置
背景技術：
：隨著工業城市建設的不斷發展，人民生活水平的提高，對環境的汙染破壞越來越嚴重，環境保護的治理工作也就越來越重要。根據我國環境保護"十一五"規劃與全國城鎮汙水處理及再生利用設施建設"十一五"規劃，至2010年，我國所有城鎮都需要建設汙水處理設施，城市汙水處理率不低於70%。由此預計全國城市汙水能力將超過IX10/山伴隨產生的汙泥(含水率80%左右)將高達3Xl(ft/d，加上汙染河湖疏浚汙泥和城市下水道汙染等，以及企業本身的汙水預處理等，每年產生的汙泥不僅數量非常巨大，每年還以10%15%的速度增加。如何處理好上述汙泥是世界各國共同面臨的問題。解決這個世界性難題已刻不容緩。由於當前世界各國的汙水處理，大多採用生物活性汙泥法，或氧化溝，其處理後的汙泥含多種病原性微生物，多種有機和無機汙染物及固液混合體，這是一類危害性極大的固液廢棄物，如果不加以徹底的處理和控制，將會對環境造成嚴重的二次汙染。目前國內外汙泥的處置方法歸納起來主要有衛生填埋、焚燒和土地利用等；其中，衛生填埋須要有足夠的汙泥填埋空間；焚燒須要承受昂貴的設備投資和高昂的運行費用；土地利用又受到各種有毒物質的限制。目前我國大部分汙泥只經過消化濃縮和初步的機械脫水後，便進行無序的堆放或簡單填埋，不僅佔用了大面積的土地資源，還破壞了生態環境，影響人體健康。因此，針對以上現象，開闢一條汙泥無害化、資源化處理的新途徑已勢在必行。這是關係我國生態環境、人類生存發展的大事。針對上述情況，國內有人提出了汙泥低溫幹化成粒技術，並將處理後的產品與黏土混合燒製成輕質節能磚加以應用，並已建成了若干的汙泥處理廠。這是將汙泥資源化的一個途徑，其研究的有關技術數據和積累的資源是難能可貴的。但從目前實施的情況來看，還只限於將汙泥集中後的工程處理，其處理流程的設施包括汙泥堆放的預倉庫、鍋爐、汙泥幹化成粒裝置、成品庫，及其配套的有關設備和煙氣除塵除臭通風等裝置，一次性設備投資折合7.5萬元/噸(含水率80%的汙泥)，還不包括成品利用方的投資。對於單純作汙泥焚燒處理時，其設備的一次性投資巨大，能耗和運費均很高，一般汙泥的處理費用在500元/噸以上，而且汙泥直接焚燒，操作管理複雜，可能產生廢氣、噪聲等，特別在不充分燃燒時，還會產生二惡英等有害氣體，使附近的居民叫苦不堪。不僅如此，所有這些處理，都將佔用大量寶貴的土地資源。由於當前絕大部分的汙水、汙泥處理法，特別是汙泥處理都是純消耗性的，費用又很高，建起來不容易。建起來以後，運行費用又不堪負擔，以致許多興建起來的環保治理項目，相當部分是虛設。下列表1是已公開的關於城市汙泥及兩種煤的發熱量比較數據表13tableseeoriginaldocumentpage4下列表2是已公開的關於城市汙泥有機物組成資料數據表2tableseeoriginaldocumentpage4由上二表可知，汙泥有兩大可利用之處一是發熱量；二是有機物、油脂、蛋白質含量等。就發熱量而言，其新鮮汙泥的熱值已接近煙煤，高於褐煤的熱值上限，但其消化泥的熱值則大為降低。就有機物而言，新鮮汙泥的綜合有機物達到80%，但厭氧消化泥的有機含量只相當新鮮泥的一半，隨著有機物含量的降低，多種有毒重金屬含量也會隨之升高。因此，如果對新鮮汙泥能做快速保鮮幹化處理，則可最大限度保有其熱值和有機物含量，既可為工業提供部分再生能源，對農業亦可為生態農業林業提供大量無害化的有機肥，其作用將難以估計。
發明內容本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的諸多缺陷，提出一種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法及裝置，具有經濟實用並把汙泥資源化的特點，變廢為寶。本發明的技術方案之一是，所述抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法的工藝步驟為(1)取汙水處理廠產生的新鮮活性汙泥(未做厭氧消化處理之汙泥)，進行常規機械脫水，得重量百分比含水量為78%_82%的初步脫水汙泥；(2)將初步脫水汙泥投入幹化爐的封閉內筒中，然後啟動該內筒中的粉碎式攪拌器並加熱內筒中的初步脫水汙泥至不低於4(TC;幹化爐的封閉內筒位於外筒內，且所述外筒內壁與封閉內筒外壁之間有換熱腔；(3)啟動抽氣壓氣機，將封閉內筒中的水蒸汽抽出並將抽出的水蒸汽壓入換熱腔；同時根據內筒中的壓力檢測訊號，調節抽氣壓氣機變頻電機的頻率以使抽氣量的變化與內筒中的壓力變化相適應而使內筒中壓力控制在設定值，由此使抽氣量適應內筒物料水份加溫蒸發的速度變化；(4)當換熱腔中蒸汽壓力上升至壓力趨於平穩、封閉內筒及外筒內溫度上升趨於平緩時，延續一定時間至內筒中物料的重量比含水量《40%，停止抽氣壓氣機運行，同時打開內筒的放空閥(使內筒內腔與外界大氣相通)；然後延續至換熱腔中溫度與內筒物料溫度相差不大於l(TC時，排出內筒內物料；該排出的物料採用真空包裝，待用；(5)內筒內物料排空後，再次向該封閉內筒中投入初步脫水汙泥，並利用換熱腔內的儲熱對內筒物料預熱；(6)內筒中物料升溫至4(TC或換熱腔內水溫降至5(TC時，將換熱腔內積水排出；(7)依次重複上述步驟(3)至(6)。並且，步驟(5)至(7)循環往復進行。上述過程最好採用圖1所示的雙線間歇進行工作，使全流程可實現連續化，全過程可通過工控機實現全自動控制。本發明的技術方案之二是，所述抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理裝置的結構是(參見圖2)，它有外周設有保溫層13的外筒19，封閉內筒1位於外筒19中，且封閉內筒1的外壁與外筒19內壁之間有換熱腔2;封閉內筒1底部裝有連接了測溫加熱控制器6的電熱元件12和帶閥門的幹泥排出管5，頂部裝有放空閥15的該封閉內筒1中設有粉碎式攪拌器3，所述封閉內筒1上部還設有帶進料閥的進料管4;由變頻電機10驅動的抽氣壓氣機9的進氣口同封閉內筒1上部的抽氣口20連通而該抽氣壓氣機9的排氣口同所述換熱腔2的壓氣入口21連通；抽氣壓力檢測與電機變頻控制器7的檢測信號輸入端同裝在所述抽氣口20管路中的壓力傳感器信號輸出端連接，該抽氣壓力檢測與電機變頻控制器7的控制信號輸出端同所述變頻電機10的工作電源控制端連接；所述換熱腔2底部裝有帶排水閥的排水管22，該換熱腔2還裝有壓力檢測傳感器和超壓放空控制單元11。進一步地，在所述抽氣口20與抽氣壓氣機9的進氣口之間裝有氣體淨化過濾器8;封閉內筒1中設有內筒散熱片組16，換熱腔2中設有散熱片組17，以提高換熱效率。本發明的裝置中，採用抽氣壓氣機和上述設備進行幹化處理；裝置採用內外兩筒結構，並配有相當數量的吸熱，散熱片，內筒盛幹化物料，外筒作加壓，升溫供熱，水汽冷凝用；內、外筒壁中裝有測溫和加熱元件組，供原始啟動，對冷物料作預熱升溫，並在正常工作中，提供一輔助溫控手段；外筒內裝有安全放空閥和排水閥；抽氣過程，有壓力檢測，並以此對電機作變頻調節，以適用負荷變化的需求；整個裝置外壁作良好的保溫處理；可用電腦實現全自動控制。本發明所述方法和裝置的工作過程與技術原理是，在汙水處理現場，將活性汙泥機械脫水後，送入裝置的內筒，當投入量達到額定要求時，關掉進料閥。投入的物料在內筒中預熱，同時啟動粉碎式攪拌器，待內筒殼體溫度達到一定溫度時，打開換熱腔的排水口排水，直至排空，然後關閉排水口；同時關閉放空閥，啟動抽氣壓氣機(簡稱抽壓機)，並根據抽氣壓力檢測訊號，調節變頻電機的頻率，調節抽壓機的速率，以適應物料加溫蒸發的速度變化。隨著抽壓機的工作，內筒壓力呈現一定負壓狀態，外筒(換熱腔)內壓力、溫度將逐5步上升，內、外筒逐漸形成溫差，外筒(換熱腔)向內筒送熱。隨著工作的進行，外筒(換熱腔)與內筒之間的溫差越來越大，供熱量也越來越大。內筒內的物料溫度隨之升高，水汽的蒸發量也將逐步加快。當物料溫度達到水的沸點時，因物料中的水急速汽化，吸收大量的氣化潛熱，致使物料溫度處於較平穩的狀態。此時被抽出的氣體已基本是水蒸汽。當進入外筒(換熱腔)後，由於壓力增高，加上外筒(換熱腔)向內筒供熱，外筒(換熱腔)內水汽的組份將達到較高壓力下的飽和冷凝狀態。一部分水汽凝成水，並放出大量汽化潛熱，以滿足內筒物料水汽化的需要。此時，外筒(換熱腔)內的壓力升高到一定值時，也就平穩下來。在抽壓機及粉碎式攪拌器繼續工作的條件下，因其作功放熱的緣故，內筒和外筒(換熱腔)的溫度還將略有上升，但上升速度已較平緩；直到物料內水份降到一定程度時，水汽蒸發速度放緩，外筒(換熱腔)內將積累相當數量的凝結水，且溫度較高；因此，在適當的時候，可將抽壓機停下來，打開放空閥15，利用外筒(換熱腔)內儲藏的較高溫度水的熱能，繼續對物料蒸發乾化，並逐步降溫達到節能降耗的效果。直到外筒(換熱腔)內溫度接近內筒物料溫度時，再打開幹泥排出口閥門，內筒內物料排出。物料排空後，關閉排料閥，然後打開進料閥，向內投料，並利用外筒(換熱腔)內儲備好的熱能對物料預熱。加料完後，關閉加料閥，待物料升溫到一定程度或外筒內水溫降到較低時，將外筒內積水通過排水口排空後關閉排水閥，同時關閉放空閥15。啟動抽壓機工作，如此循環往復進行。此裝置中，設置有外筒(換熱腔)內壓檢測與超壓放空控制單元，主要防止操作不慎導致的內壓過高，屬安全保護。此外，還設有測溫加熱控制，以便了解內外筒(換熱腔)的溫度變化情況，初始投運時，還可控制加熱器組，對內筒物料升溫，以加快幹化物料溫升的速度。降低抽壓機負荷。某些特殊情況下，還可用作溫控輔助調節手段，但運行一般不用。全套設備可採用電腦全自動控制。具體內容從略。該裝置的負荷能力，取決於外筒對內筒單位時間的供熱量，(即供熱速率)，其供熱速率Q^KFAT;其中K為傳熱係數，F為傳熱面積，AT為內、外筒溫差。AT的大小，由內、外筒的工作壓力來確定。AT越高，內、外筒的壓差也越大，抽壓機的做功也越大，由於散熱、摩擦等原因，損耗亦將增加，能源的利用係數將降低，並將增加設備投資成本。為此要將AT控制在一定範圍之內，則必須增大傳熱面積F。因此，在內外筒內均須設置一定量的吸熱散熱片組(即內筒散熱片組16和外筒之散熱片組17)。內筒內的散熱片組採用的外形和布置，既要考慮散熱量，還應充分防止幹化物料的堆積與破壞。為進一步達到節能降耗的效果，排出的水是蒸餾冷凝水，還具有相當高的溫度，可用儲槽儲存作生活用，亦可在冬天用作汙水處理水溫調節。排出的幹化汙泥還可對機械脫水後的汙泥進行預熱。本發明對汙水處理廠產生的活性汙泥，不做厭氧消化處理，即進入機械脫水，然後進入特效快速低溫幹化裝置進入下一步脫水，獲得含水量30%的幹化汙泥，再用真空包裝保鮮防汙染防退化，流程簡單，其特點有(1)直接在汙水處理廠處理。初步濃縮後的汙泥，不通過消化處理，直接機械脫水後，即進入本裝置的幹化階段，使幹化後的汙泥的熱值、有機物含量最大化；(2)通過抽氣壓氣式幹化裝置，達到高效節能、快速、低溫幹化，殺菌消毒的效果；(3)採用變頻調節適應幹化過程中，物料水汽蒸發速度的變化，以保證內外筒之間，壓力、溫度，傳熱過程所需的工作條件；(4)產品採用真空包裝法，以利存儲期間，有機物不受外界環境條件，時間的影響，使有機物變質，逐步失去其使用價值，以達到保鮮的效果；(5)設備簡單歸一。佔地很少，與現有汙泥幹化技術設施相比，用地幾乎微不足道，故可免去大量水含量甚高的汙泥運輸的煩惱，還可減少汙泥的二次汙染；(6)汙水廠處理後的汙泥，可立即進入快速、低溫、幹化處理，可最大限度保有汙泥的發熱值和有機物含量，還對汙泥進行了細菌病蟲害的消毒處理。因此，從提供一種再生能源，和作為有機肥料的推廣作用，均將起到相當積極的作用；(7)能耗很低；由於烘乾所需的熱量主要為汽化潛熱，而將1KG的H20由室溫加熱到IO(TC所需的熱量還不足1KG水汽化所需熱量的五分之一；本發明的核心思想是汽化潛熱的全部回收，利用抽壓機、粉碎攪拌器作功的熱量亦得到直接回收利用，形成一個良好的閉路循環；因此，熱損耗是很低的，僅須補償一點散熱損失和產品餘溫帶走的熱量及幾十度的冷凝水溫即可，因而是一種理想化的烘乾設備，凡涉及水分離或轉移的多種場合，它都有用武之地；(8)全封閉式工作。除被分離的冷凝水和少量水汽排放外，無任何其他廢氣廢液排放；(9)可適用於大小不同的汙水處理廠；由於不同時間、地點、不同性質的汙泥其組成及重金屬含量是不同的。這種分散處理有利於區別對待，因此，為幹化汙泥作為有機肥料推廣應用提供了條件，減少了重金屬對土地農作物的汙染。—次性設備投資費用不足現有幹化法的五分之一，運行費用也很低，只相當現有費用的九分之一左右，一旦幹化後的汙泥得到有效應用後，還可變廢為寶，實現盈利。圖i是本發明方法的一種實施例雙線間歇工作流程示意圖；圖2是本發明裝置的一種實施例結構示意圖。在圖中l-封閉內筒，2-換熱腔，4-進料管，5-幹泥排出管，7-抽氣壓力檢測與電機變頻控制器，9-抽氣壓氣機，10-變頻電機，11-壓力檢測傳感器和超壓放空控制單元，12-電熱元件，13-保溫層，14-內筒密封蓋，15-放空閥，16-內筒散熱片組，17-散熱片組，18-攪拌器活接頭，19-外筒，20-抽氣口，21-壓氣入口，22-排水管。3-粉碎式攪拌器，6_測溫加熱控制器，8-抽氣淨化過濾器，具體實施例方式實施例1:一種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法，它的工藝步驟為(1)取汙水處理廠產生的新鮮活性汙泥，進行常規機械脫水，得重量百分比含水量為78%_82%的初步脫水汙泥；(2)將初步脫水汙泥投入幹化爐的封閉內筒中，然後啟動該內筒中的粉碎式攪拌器並加熱內筒中的初步脫水汙泥至不低於4(TC;幹化爐的封閉內筒位於外筒內，且所述外筒內壁與封閉內筒外壁之間有換熱腔；(3)啟動抽氣壓氣機，將封閉內筒中的水蒸汽抽出並將抽出的水蒸汽壓入換熱腔；同時根據內筒中的壓力檢測訊號，調節抽氣壓氣機變頻電機的頻率以使抽氣量的變化與內筒中的壓力變化相適應而使內筒中壓力控制在設定值，由此使抽氣量適應內筒物料水份加溫蒸發的速度變化；(4)當換熱腔中蒸汽壓力上升至壓力趨於平穩、封閉內筒及外筒內溫度上升趨於平緩時，延續一定時間至內筒中物料的重量比含水量《40%，停止抽氣壓氣機運行，同時打開內筒的放空閥；然後延續至換熱腔中溫度與內筒物料溫度相差不大於l(TC時，排出內筒內物料；該排出的物料採用真空包裝，待用；(5)內筒內物料排空後，再次向該封閉內筒中投入初步脫水汙泥，並利用換熱腔內的儲熱對內筒物料預熱；(6)內筒中物料升溫至4(TC或換熱腔內水溫降至5(TC時，將換熱腔內積水排出；(7)依次重複上述步驟(3)至(6)。並且，步驟(5)至(7)循環往復進行。上述過程採用圖1所示的雙線間歇進行工作，使全流程可實現連續化，全過程通過工控機實現全自動控制。實施例2:—種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理裝置，它的結構是(如圖2所示)，它有外周設有保溫層13的外筒19，封閉內筒1位於外筒19中，且封閉內筒1的外壁與外筒19內壁之間有換熱腔2;封閉內筒1底部裝有連接了測溫加熱控制器6的電熱元件12和帶閥門的幹泥排出管5，頂部裝有放空閥15的該封閉內筒1中設有粉碎式攪拌器3，所述封閉內筒1上部還設有帶進料閥的進料管4;由變頻電機IO驅動的抽氣壓氣機9的進氣口同封閉內筒1上部的抽氣口20連通而該抽氣壓氣機9的排氣口同所述換熱腔2的壓氣入口21連通；抽氣壓力檢測與電機變頻控制器7的檢測信號輸入端同裝在所述抽氣口20管路中的壓力傳感器信號輸出端連接，該抽氣壓力檢測與電機變頻控制器7的控制信號輸出端同所述變頻電機10的工作電源控制端連接；所述換熱腔2底部裝有帶排水閥的排水管22，該換熱腔2還裝有壓力檢測傳感器和超壓放空控制單元11。在所述抽氣口20與抽氣壓氣機9的進氣口之間裝有氣體淨化過濾器8;封閉內筒1中設有內筒散熱片組16，換熱腔2中設有散熱片組17，以提高換熱效率。組成本發明所述裝置的各單元均可採用現有技術之結構。以日處理50噸含水量80%的汙泥為例，裝置的技術參數有內筒體積Vi=12.5M3，外筒體積V2=0.65Vp抽氣壓氣機打氣量標準狀態下Qmax=100M3/min，變頻電機驅動功率Wi=260KW，粉碎攪拌器功率W2=40KW，電加熱元件組功率W3=60KW，8工作狀態(內筒壓力設定值)內筒控制氣壓P內"0.77atm，該壓力值可根據對幹化汙泥含水量不同要求而進行調整，H20沸點"70。C，氣溫L"40。C，外筒控制氣壓P外"3.Oatm氣溫T2"103。C內外筒換熱面積=(34)X11.4M2以二小時為一工作周期，控制部分採用LYF優化監控儀和6510集散控制系統。權利要求一種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法，其特徵是，該方法的工藝步驟為(1)取汙水處理廠產生的新鮮活性汙泥，進行常規機械脫水，得重量百分比含水量為78％-82％的初步脫水汙泥；(2)將初步脫水汙泥投入幹化爐的封閉內筒中，然後啟動該內筒中的粉碎式攪拌器並加熱內筒中的初步脫水汙泥至不低於40℃；幹化爐的封閉內筒位於外筒內，且所述外筒內壁與封閉內筒外壁之間有換熱腔；(3)啟動抽氣壓氣機，將封閉內筒中的水蒸汽抽出並將抽出的水蒸汽壓入換熱腔；同時根據內筒中的壓力檢測訊號，調節抽氣壓氣機變頻電機的頻率以使抽氣量的變化與內筒中的壓力變化相適應而使內筒中壓力控制在設定值，由此使抽氣量適應內筒物料水份加溫蒸發的速度變化；(4)當換熱腔中蒸汽壓力上升至壓力趨於平穩、封閉內筒及外筒內溫度上升趨於平緩時，延續一定時間至內筒中物料的重量比含水量≤40％，停止抽氣壓氣機運行，同時打開內筒的放空閥；然後延續至換熱腔中溫度與內筒物料溫度相差不大於10℃時，排出內筒內物料；該排出的物料採用真空包裝，待用；(5)內筒內物料排空後，再次向該封閉內筒中投入初步脫水汙泥，並利用換熱腔內的儲熱對內筒物料預熱；(6)內筒中物料升溫至40℃或換熱腔內水溫降至50℃時，將換熱腔內積水排出；(7)依次重複上述步驟(3)至(6)。2.—種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理裝置，它有外周設有保溫層(13)的外筒(19)，其特徵是，封閉內筒(1)位於外筒(19)中，且封閉內筒(1)的外壁與外筒(19)內壁之間有換熱腔(2);封閉內筒(1)底部裝有連接了測溫加熱控制器(6)的電熱元件(12)和帶閥門的幹泥排出管(5)，頂部裝有放空閥(15)的該封閉內筒(1)中設有粉碎式攪拌器(3)，所述封閉內筒(1)上部還設有帶進料閥的進料管(4);由變頻電機(10)驅動的抽氣壓氣機(9)的進氣口同封閉內筒(1)上部的抽氣口(20)連通而該抽氣壓氣機(9)的排氣口同所述換熱腔(2)的壓氣入口(21)連通；抽氣壓力檢測與電機變頻控制器(7)的檢測信號輸入端同裝在所述抽氣口(20)管路中的壓力傳感器信號輸出端連接，該抽氣壓力檢測與電機變頻控制器(7)的控制信號輸出端同所述變頻電機(10)的工作電源控制端連接；所述換熱腔(2)底部裝有帶排水閥的排水管(22)，該換熱腔(2)還裝有壓力檢測傳感器和超壓放空控制單元(11)。3.根據權利要求2所述抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理裝置，其特徵是，在所述抽氣口(20)與抽氣壓氣機(9)的進氣口之間裝有氣體淨化過濾器(8)。4.根據權利要求2所述抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理裝置，其特徵是，封閉內筒(1)中設有內筒散熱片組(16)，換熱腔(2)中設有散熱片組(17)。全文摘要一種抽氣壓氣式高效節能汙泥即時快速低溫幹化消毒保鮮處理方法及裝置，它直接在汙水處理廠處理；初步濃縮後的汙泥直接機械脫水後，即進入幹化階段，使幹化後的汙泥的熱值、有機物含量最大化；抽氣壓氣式幹化裝置採用雙筒結構，並用變頻調節適應幹化過程中，物料水汽蒸發速度的變化，以保證內外筒之間，壓力、溫度，傳熱過程所需的工作條件，產品採用真空包裝法，以利存儲期間，有機物不受外界環境條件，時間的影響，使有機物變質，逐步失去其使用價值，以達到保鮮的效果，還實現了高效節能、快速、低溫幹化，殺菌消毒。文檔編號A61L2/04GK101774742SQ200910044689公開日2010年7月14日申請日期2009年11月4日優先權日2009年11月4日發明者郭少儀申請人:郭少儀