太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統的製作方法

2023-12-04 23:32:01 1

專利名稱：太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及汙水處理技術領域，具體涉及一種汙水廠對汙泥進一步除溼幹化處理
設備。
背景技術：
隨著人們生活質量的不斷提高，城市汙水處理的要求也相應提高，城市處理廠的 負荷日趨增大。目前，城市汙水主要包括生活汙水和工業汙水，由城市排水管網匯集並輸送 到汙水處理廠進行處理。城市汙水處理工藝一般根據城市汙水的利用或排放去向並考慮水 體的自然淨化能力，確定汙水的處理程度及相應的處理工藝。處理後的汙水，無論用於工 業、農業或是回灌補充地下水，都必須符合國家頒發的有關水質標準。現代汙水處理技術， 按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理工藝。汙水一級處理應用物理方法，如篩濾、 沉澱等去除汙水中不溶解的懸浮固體和漂浮物質。汙水二級處理主要是應用生物處理方 法，即通過微生物的代謝作用進行物質轉化的過程，將汙水中的各種複雜的有機物氧化降 解為簡單的物質。生物處理對汙水水質、水溫、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。汙水 三級處理是在一、二級處理的基礎上，應用混凝、過濾、離子交換、反滲透等物理、化學方法 去除汙水中難溶解的有機物、磷、氮等營養性物質。汙水中的汙染物組成非常複雜，常常需 要以上幾種方法組合，才能達到處理要求。而汙泥是汙水處理過程中的產物，城市汙水處理 產生的汙泥中含有大量有機物，可作農肥使用，但是又含有大量細菌、寄生蟲卵以及從生產 汙水中帶來的重金屬離子等有害成分，需做汙泥減量、穩定、無害化處理，處理的主要方法 是減量處理(濃縮、脫水等)、穩定處理(消化等)，這也是汙水處理中的重要問題。但由於 設計思想的局限，依然存在處理後汙泥含水率過高、附加物過多、耗能巨大、運行成本高等 問題。隨著我國經濟的高速發展，土地資源已經出現嚴重短缺，能夠用於傳統汙泥處理方法 的土地越來越少；同時受現有汙泥處理設備技術、成本、效能等因素的限制，我國汙泥處理 的手段與效能與我國經濟高速增長的實際狀況形成了極大的反差，汙泥的處置成為一個直 接影響我國可持續發展、建設和諧社會和創新型國家的棘手問題。

發明內容
本發明的目的就是為了解決現有技術之不足而提供的一種不僅結構簡單，維護方 便，運行穩定、脫水幹化效果好，自動化程度高，而且投資運行成本較低的太陽能中水雙熱 源熱泵汙泥幹化系統。 本發明是採用如下技術解決方案來實現上述目的一種太陽能中水雙熱源熱泵汙 泥幹化系統，其特徵在於它包括組合配置的全自動板框壓濾設備、粉碎設備和太陽能、中 水雙熱源熱泵乾燥設備，太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備主要由熱泵乾燥設備、中水儲存 塔，乾燥室及其上安裝的太陽能集熱器構成，乾燥室內設置用於幹化汙泥的自上而下分布 的多層帶式輸送機、減少汙泥粒度的多級粉碎裝置和加速汙泥幹化的高壓電場；熱泵乾燥 設備具有除溼和熱泵兩個工作循環，主要由連接中水系統的蒸發器、氣液分離器及其上連接的壓縮機、冷凝器和節流裝置、除溼蒸發器構成，冷凝器外設置有換熱器，兩工作循環的 循環迴路的通斷由電磁閥控制。 作為上述方案的進一步說明，所述換熱器設置有換熱管，除溼蒸發器與冷凝器分 設於換熱管的兩端，該換熱管與除溼蒸發器的對應端為熱管吸熱端，該換熱管與冷凝器的 對應端為熱管放熱端。 所述除溼蒸發器與連接中水系統的蒸發器分別連接於氣液分離器上，經氣液分離 器連接的壓縮機依次通向冷凝器、節流裝置。
所述多層帶式輸送機由電磁感應加熱。 所述乾燥室內自上而下設置4層以上輸送帶，相鄰的輸送帶的運動方向相反，多 級粉碎裝置分設在每層輸送帶的終點。 所述熱泵工作循環包括熱泵乾燥系統和熱泵供熱系統，熱泵乾燥系統採用閉路式 熱泵乾燥系統，熱泵供熱系統由壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥組成。 所述除溼工作循環採用冷凝排溼系統，冷凝排溼系統由冷凝器、接水盤、排水管組
成，接水盤設置在一蒸發器的下部，排水管與接水盤連接。 本發明採用上述技術解決方案所能達到的有益效果是 1、本發明採用獨特的板框過濾機加太陽能、熱泵幹化汙泥組合處理工藝，將含水
率98%的汙泥經過板框擠壓降低到65% 70%，再經過破碎進入太陽能、中水雙熱源熱泵
幹化裝置，進一步降至45% 50% ，工藝技術路線合理，運行穩定，投資成本較低。 2、從含水率98%的汙泥處理到含水率低於50%的過程中，整個系統處於封閉狀
態，是極大改善了汙泥處理的生產環境，對周遍環境的影響處於最低。 3、本發明太陽能熱泵烘箱內設置汙泥多級粉碎裝置，汙泥由於成塊狀和團狀，在 太陽能熱泵烘箱內水分很難揮發，脫水難度大，通過大量的實驗，在汙泥的傳輸過程中，在 多層帶式傳送裝置上配置汙泥多級粉碎裝置，擴大汙泥的接觸面積，加快幹化的速度，使幹 化後的汙泥成粉末狀；採用高壓電場加速幹化，經複合的高壓電場乾燥技術所乾燥汙泥具 有可滅菌的優點，從而使產品質量較熱風乾燥顯著提高，具有節約能源，不汙染環境的特。
4、用太陽能、中水雙熱源熱泵幹化汙泥，採用太陽能和熱泵技術，及充分利用汙水 廠自身處理後的中水回用取熱源，這些都是節能產品，實現了高效節能的目的，大大降低了 汙泥幹化的成本，從而節約了開支；設備可以在汙水處理廠內直接與汙泥沉澱池對接，將含 水率98%的汙泥在汙水處理廠處理至含水量50%以下後外運，極大地減小汙泥的體積和 重量，從而大幅度減少外運的費用並杜絕遺撒；設備的造價降低，使用維護成本降低，無溫 室氣體排放，更加符合環保要求；設備實現自動控制方式，自動採集數據，遠程監控，操作人 員通過遠程客戶端登錄掌握設備各種信息，了解每日處理數泥總量、耗電量、設備各部件運 轉狀態、事故情況；設備設有語音報警裝置，報表列印等功能，方便BOT項目實施；可以24 小時連續運轉，改善了操作人員的工作條件；設備可以根據各個汙水處理廠的產能和汙泥 特性配置參數，達到最佳配置；設備模塊化搭建，考慮地區差異，根據不同汙泥處理中心的 處理量對設備進行合理配置，達到按需定製的目的，此外，模塊化結構使得運輸極其便利。


圖1為本發明汙泥處理流程示意 圖2為本發明結構示意圖；
圖3為本發明的閉路式熱泵乾燥系統；
圖4為本發明熱泵加熱原理示意圖；
圖5為本發明冷凝除溼系統示意圖。 附圖標記說明1、熱泵乾燥設備l-l、除溼工作循環l-ll、接水盤l-12、排水 管l-2、熱泵工作循環l-21、熱泵乾燥系統l-22、熱泵供熱系統l-221、膨脹閥2、乾燥室 3、太陽能集熱器4、高壓電場5、蒸發器6、氣液分離器7、壓縮機8、冷凝器9、節流裝置 10、除溼蒸發器11、換熱管12、13、電磁閥14、熱管吸熱端15、熱管放熱端16、泥漿罐17、 加藥罐18、全自動板框壓濾機19、破碎機20、送風系統
具體實施例方式
如圖1所示，本發明一種太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，由全自動板框壓 濾設備21、粉碎設備和太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備組合配置構成，具體包括泥漿罐 16、加藥罐17、送料泵、全自動板框壓濾機18、破碎機19、送風系統20、太陽能集熱器3、高壓 電場4、烘乾輸送設備、多級粉碎裝置、電控系統、熱風循環管路系統、中水水塔、熱泵加熱裝 置、保溫設施、安全裝置，泥漿罐16從汙泥池中提取定量泥漿，由加藥罐17往裡添加藥劑後 輸送到全自動板框壓濾機18，經壓濾後由破碎機19破碎、送風系統20乾燥，再次破碎後輸 送到太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備進行乾燥，處理後入成品罐、裝車。
全自動板框壓濾設備18由交替排列的濾板和濾框構成一組濾室，濾板的表面有 溝槽，其凸出部位用以支撐濾布，濾框和濾板的邊角上有通孔，組裝後構成完整的通道，能 通入懸浮液、洗滌水和引出濾液。板、框兩側各有把手支託在橫梁上，由壓緊裝置壓緊板、 框。板、框之間的濾布起密封墊片的作用，由供料泵將懸浮液壓入濾室，在濾布上形成濾渣， 直至充滿濾室。濾液穿過濾布並沿濾板溝槽流至板框邊角通道，集中排出，過濾完畢，可通 入清洗滌水洗滌濾渣。洗滌後，有時還通入壓縮空氣，除去剩餘的洗滌液，打開壓濾機可卸 除濾渣，清洗濾布，重新壓緊板、框，開始下一工作循環。本實施例中，採用1250型廂式全自 動板框壓濾機。 如圖2 圖5所示，太陽能、中水雙熱源熱泵汙泥乾燥設備包括熱泵乾燥設備1、中 水儲存塔、乾燥室2及太陽能集熱器3，其中，太陽能集熱器3與乾燥室兩者合併在一起成為 一個整體。乾燥室2兼併太陽能熱泵烘箱，太陽能熱泵烘箱表面設置太陽能集熱板，收集熱 量進入烘箱內，控制櫃自動控制調節太陽能熱泵烘箱的溫度和溼度，溫度控制在50-85度 之間，溼度控制在40以下，對汙泥進行加熱和抽溼。在烘箱內，自上而下設置4層輸送帶， 相鄰的輸送帶的運動方向相反。每層輸送帶的終點設有汙泥粉碎裝置，在烘箱內對汙泥再 進行多次粉碎，使汙泥成粉末狀，多層帶式輸送機由電磁感應加熱。工作工程中，裝有汙泥 的料盤排列在乾燥室2內，汙泥直接吸收太陽輻射能，起吸熱板的作用，空氣則由於溫室效 應而被加熱。乾燥室2內安裝軸流風機，使空氣在兩列乾燥室中不斷循環，並上下穿透汙泥 層，使汙泥表面增加與熱空氣接觸的機會，輻射換熱與對流換熱同時起作用，乾燥過程得以 強化。吸收了水分的溼空氣從排氣管排出，通過控制閥門，還可以使部分熱空氣隨進氣口補 充的新鮮空氣回流。 在烘箱內設置高壓電場4，對汙泥進行乾燥，這裡，高壓電場4是一綜合效應場，它
5具有離子束(電子束，負離子束——提供電荷、也提供較多的自由電子)的作用，同時又存 在電磁場輻射和恆定電場的作用。這些離子束是低能離子，與生物體相互作用過程是三因 子合一的效應，即能量沉積效應，質量沉積效應和電荷交換效應。高壓電場乾燥汙泥主要是 離子束注入，實現在水分子上能量沉積，電荷交換。 一方面離子和水分子發生能量交換，使 水分子的能量加大，促進水分子中氫鍵的斷開，使分子團變成單個的水分子，減小單個水集 團的體積，為水分子脫出時減小阻力；另一方面離子和水分子發生電荷交換，使水分子的電 荷數增加，在電場作用下，水分子所受的電場力增加，這兩方面的作用使種子內水分子團的 動態平衡向右發展，且在電場力的作用下，汙泥內部的自由水向表面移動，汙泥表皮中的水 分子將直接被拉到空氣中去，從而加速了汙泥的乾燥。細胞中的水分要克服各種阻力而逐 步滲到汙泥表面，這就需要電場的能量足夠大，使水分子能夠順利脫出，即外加電場要大於 某一特定的值。水分子從汙泥內部脫出不發生液態到氣態的轉化，就能量方面來說，省了汽 化的能量，從而省了能量。 熱泵乾燥設備1它具有除溼和熱泵兩個工作循環1-1 、 1-2，有兩個蒸發器(除溼蒸 發器和輔助蒸發器)和三個熱源(乾燥室溼空氣和大氣環境及中水熱源)，具有使乾燥室 除溼和升溫兩種功能。當乾燥室需要除溼時啟動除溼工作循環；當乾燥室需要升溫時，則啟 動熱泵工作循環，由輔助蒸發器從大氣環境取熱向乾燥室供熱風。在結構上，熱泵乾燥設備 1主要由連接中水系統的輔助蒸發器5、氣液分離器6及其上連接的壓縮機7、冷凝器8和 節流裝置9、除溼蒸發器10構成，冷凝器外設置有換熱管11，熱泵循環系統的循環迴路的通 斷由電磁閥12、 13控制。除溼蒸發器10與冷凝器8分設於換熱管11的兩端，該換熱管11 與除溼蒸發器10的對應端為熱管吸熱端14，該換熱管與冷凝器的對應端為熱管放熱端15。 除溼蒸發器與連接中水系統的蒸發器分別連接於氣液分離器6上，經氣液分離器6連接的 壓縮機依次通向冷凝器8、節流裝置9。 熱泵工作循環1-2包括熱泵乾燥系統1-21和熱泵供熱系統l-22，其中，熱泵乾燥 系統1-21採用閉路式熱泵乾燥系統，閉路式熱泵乾燥系統有內外兩個工作循環，即製冷劑 在熱泵系統內的循環和乾燥介質的乾燥循環。製冷劑在蒸發器中吸收由乾燥系統排出的廢 氣中的熱量後，使液體蒸發為蒸氣；經壓縮機壓縮後，送到冷凝器中；在高壓下，熱泵工質 冷凝液化，放出的高溫冷凝熱去加熱來自蒸發器的降溫除溼的低溫幹空氣，把低溫幹空氣 加熱到要求的溫度後，排入乾燥室作為乾燥介質循環使用；液化後的熱泵工質經膨脹閥再 次返回到蒸發器內，如此循環往復，同時，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發器中被冷凝下來直 接排掉。如圖4所示，熱泵供熱系統1-22由壓縮機7、冷凝器8、蒸發器5、膨脹閥1-221組 成，通過流動媒體在蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥中的氣相變化的循環來將低溫物體的 熱量傳遞到高溫物體中去。具體工作過程如下 ①過熱液體媒體在蒸發器內吸收低溫物體的熱量，蒸發成氣體媒體。 ②蒸發器出來的氣體媒體液壓縮機的壓縮，變為高溫高壓的氣體媒體。 ③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給高溫物體、同時自身變為高壓液
體媒體。 ④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變為過熱液體媒體，進入蒸發器，循環最初的 過程。 除溼工作循環1-1採用冷凝排溼系統，冷凝排溼系統由冷凝器8、接水盤l-ll、排
6水管1-12組成，接水盤1-11設置在除溼蒸發器10的下部，排水管1-12與接水盤1-11連
接，如圖5所示，溼空氣在風機吸引下從進口進入，首先與除溼蒸發器10接觸，進行熱交換，
由於蒸發器的溫度低於空氣的露點溫度，所以在冷卻空氣的過程中，空氣中所含的水分將
被冷凝出來，從蒸發器下部的接水盤1-11排出。空氣再流經冷凝器吸熱，使溫度升到高於
進蒸發器的空氣溫度，使相對溼度大大降低。 使用過程中，汙泥處理流程如下 a、板框擠壓濃度為含水率98%的汙泥30噸流入到反應罐內，加6%。的添加劑，進 行15分鐘的氣爆，然後送入全自動板框機。全自動板框機經過3 5個小時擠壓後脫板，產 生含水率70%以下的汙泥2. 4噸，整個過程耗電量為45度。每天能脫板4 5次，日處理含 水率98%的汙泥150噸。對含水率70%以下汙泥進行初次粉碎，進入皮帶輸送，在輸送過 程中進行送風，吹乾汙泥表面的水分，進入儲泥罐。在儲泥罐底部安裝氣動變位螺旋汙泥粉 碎機，對汙泥進行再次粉碎碾細，送入太陽能熱泵烘箱內。 b、太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備控制櫃自動控制調節太陽能熱泵烘箱的溫 度和溼度，溫度控制在50-85度之間，溼度控制在40以下，對汙泥進行加熱和抽溼。從太陽 能熱泵烘箱出來的汙泥含水率低於50% ，呈粉末狀，裝車後的汙泥經自然堆積成錐形。此烘 箱每小時處理汙泥0. 75噸，耗電60-70度， 一天處理汙泥15噸。烘箱的佔地面積約為80 平方米。 本發明與現有技術相比，採用了太陽能和熱泵技術，充分利用汙水廠自身處理後
的中水回用取熱源，這些都是節能產品，實現了高效節能的目的，大大降低了汙泥幹化的成
本，從而節約了開支；設備可以在汙水處理廠內直接與汙泥沉澱池對接，將含水率98%的
汙泥在汙水處理廠處理至含水量50%以下後外運，極大地減小汙泥的體積和重量，從而大
幅度減少外運的費用並杜絕遺撒；設備的造價降低，使用維護成本降低，無溫室氣體排放，
更加符合環保要求；設備實現自動控制方式，自動採集數據，遠程監控，操作人員通過遠程
客戶端登錄掌握設備各種信息，了解每日處理數泥總量、耗電量、設備各部件運轉狀態、事
故情況；設備設有語音報警裝置，報表列印等功能，方便BOT項目實施；可以24小時連續運
轉，改善了操作人員的工作條件；設備可以根據各個汙水處理廠的產能和汙泥特性配置參
數，達到最佳配置；設備模塊化搭建，考慮地區差異，根據不同汙泥處理中心的處理量對設
備進行合理配置，達到按需定製的目的，此外，模塊化結構使得運輸極其便利。 以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術人員
來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明
的保護範圍。
權利要求
一種太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於它包括組合配置的全自動板框壓濾設備、粉碎設備和太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備，太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備主要由熱泵乾燥設備、中水儲存塔、乾燥室及其上安裝的太陽能集熱器構成，乾燥室內設置用於幹化汙泥的自上而下分布的多層帶式輸送機、減少汙泥粒度的多級粉碎裝置和加速汙泥幹化的高壓電場；熱泵乾燥設備具有除溼和熱泵兩個工作循環，主要由連接中水系統的蒸發器、氣液分離器及其上連接的壓縮機、冷凝器和節流裝置、除溼蒸發器構成，冷凝器外設置有換熱器，兩工作循環的循環迴路的通斷由電磁閥控制。
2. 根據權利要求1所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所述換 熱器中設置有換熱管，除溼蒸發器與冷凝器分設於換熱管的兩端，該換熱管與除溼蒸發器 的對應端為熱管吸熱端，該換熱管與冷凝器的對應端為熱管放熱端。
3. 根據權利要求1或2所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所 述除溼蒸發器與連接中水系統的蒸發器分別連接於氣液分離器上，經氣液分離器連接的壓 縮機依次通向冷凝器、節流裝置。
4. 根據權利要求1或2所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所 述多層帶式輸送機由電磁感應加熱。
5. 根據權利要求1或2所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所述乾燥室內自上而下設置4層以上輸送帶，相鄰的輸送帶的運動方向相反，多級粉碎裝置分設在每層輸送帶的終點。
6. 根據權利要求1或2所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所 述熱泵工作循環包括熱泵乾燥系統和熱泵供熱系統，熱泵乾燥系統採用閉路式熱泵乾燥系 統，熱泵供熱系統由壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥組成。
7. 根據權利要求1或2所述的太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於所 述除溼工作循環採用冷凝排溼系統，冷凝排溼系統由冷凝器、接水盤、排水管組成，接水盤 設置在除溼蒸發器的下部，排水管與接水盤連接。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能中水雙熱源熱泵汙泥幹化系統，其特徵在於它包括組合配置的全自動板框壓濾設備、粉碎設備和太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備，太陽能、中水雙熱源熱泵乾燥設備主要由熱泵乾燥設備、乾燥室及其上安裝的太陽能集熱器構成，乾燥室內設置自上而下分布的多層帶式輸送機、多級粉碎裝置和高壓電場；熱泵乾燥設備具有除溼和熱泵兩個工作循環，主要由連接中水系統的蒸發器、氣液分離器及其上連接的壓縮機、冷凝器和節流裝置、除溼蒸發器構成，冷凝器外設置有換熱器，兩工作循環的循環迴路的通斷由電磁閥控制。本發明工藝技術路線合理，運行穩定，投資成本較低，設備機構簡單，組合模塊化，全程運行控制自動化程度高，操作維護簡單。
文檔編號C02F11/12GK101786784SQ20101013515
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者甘永雄 申請人:甘永雄