本實(shí)用新型屬于資源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種豎向太陽能強(qiáng)化污泥深度生物干化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)的快速發(fā)展，污水處理廠數(shù)量不斷增多，污泥產(chǎn)生量也日益增加。目前中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量達(dá)4000座以上，污泥年產(chǎn)生量在4000萬噸（含水率80%）以上。污泥不但含水率高、體積十分龐大，而且含有大量難降解有機(jī)物、重金屬以及病原微生物和寄生蟲卵等，如不經(jīng)過有效的處理，極易造成二次污染，影響環(huán)境治理效果。目前中國(guó)的污泥處理以濃縮、脫水為主，但經(jīng)濃縮脫水后的污泥含水率仍然高達(dá)70% ~ 80%，因此，對(duì)脫水污泥進(jìn)行干化處理，是實(shí)現(xiàn)污泥資源化處置利用的關(guān)鍵。

現(xiàn)代化的污泥干化工藝主要是熱干化，采用集約化的污泥干化裝置，通過外加熱源將污泥中的水分蒸發(fā)，從而降低污泥含水率。污泥熱干化的能耗和運(yùn)行成本較高，運(yùn)行管理難度較大，干化設(shè)備對(duì)運(yùn)行要求嚴(yán)苛，運(yùn)行不當(dāng)則存在爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)。中國(guó)的污泥干化技術(shù)尚處于起步階段，雖然已建成十余座污泥熱干化項(xiàng)目，但是大多引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)和設(shè)備，且大多采用通用干燥器，設(shè)備適應(yīng)性能不理想，系統(tǒng)能耗普遍較高，運(yùn)行成本居高不下，難以維持穩(wěn)定運(yùn)行。中國(guó)的污泥好氧發(fā)酵技術(shù)已得到一定應(yīng)用，但存在發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、減量化效果不明顯、占地面積大等缺點(diǎn)。

國(guó)外污泥干化技術(shù)起步較早，近年來特別注重高效節(jié)能新技術(shù)的開發(fā)和清潔廉價(jià)能源（如太陽能）的利用。生物干化是一種與好氧堆肥相似的污泥干化新技術(shù)，利用微生物好氧發(fā)酵過程中降解有機(jī)質(zhì)所產(chǎn)生的生物熱能，實(shí)現(xiàn)物料的快速脫水干化和減容減量。生物干化以快速降低污泥中的含水率為目的，但沒有外加能源，因此生物干化周期有縮短的空間，而利用太陽能這種清潔能源為外加能源是一種可行的方式。

污泥太陽能干化主要通過太陽能輻射效應(yīng)使污泥內(nèi)部水分加速向外蒸發(fā)，然后通過自然循環(huán)或通風(fēng)將污泥表面的水分帶走。污泥太陽能干化與傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)相比，能耗小、運(yùn)行管理費(fèi)用低，蒸發(fā)1 t水的耗電量?jī)H為傳統(tǒng)熱干化技術(shù)的1/30。盡管如此，太陽能干化裝置的能量利用效率較低，需要較長(zhǎng)的停留時(shí)間和較大的占地面積，因此需要在污水處理廠有足夠可利用的場(chǎng)地空間。而且太陽能干化處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束，很難保持均勻、連續(xù)的運(yùn)行，為此許多太陽能干化工藝采取集熱或與其他輔助熱源結(jié)合應(yīng)用，但這增加了工藝成本。而且即使如此，在德國(guó)的工程應(yīng)用結(jié)果表明整個(gè)冬季污泥都需要停留在干化車間內(nèi)，這進(jìn)一步加大了太陽能干化裝置的占地面積需求。

因此，針對(duì)上述技術(shù)存在的限制，開發(fā)一種高效低耗的污泥深度干化處理工藝與系統(tǒng)，對(duì)于促進(jìn)污泥資源化處置利用、提升污泥處理處置行業(yè)水平具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是根據(jù)城鎮(zhèn)污泥減量化和資源化處理的需求以及脫水污泥的特點(diǎn)，提出一種豎向太陽能強(qiáng)化污泥深度生物干化系統(tǒng)，利用太陽能干化和微生物好氧發(fā)酵原理實(shí)現(xiàn)脫水污泥的高效低耗深度干化處理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種豎向太陽能強(qiáng)化污泥深度生物干化系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括

生物干化室，生物干化室底部設(shè)置曝氣系統(tǒng)；

太陽能干化室，太陽能干化室豎向設(shè)置于生物干化室的上方，生物干化室的干化污泥出口經(jīng)干化污泥管道連通至太陽能干化室；

振動(dòng)篩，太陽能干化室的輸出端連接至振動(dòng)篩，振動(dòng)篩上方設(shè)置返混料回流裝置連接至生物干化室，振動(dòng)篩下方為最終產(chǎn)物出料口。

生物干化室的進(jìn)口處設(shè)置有混料機(jī)，所述混料機(jī)設(shè)置有脫水污泥進(jìn)料口、返混料進(jìn)料口和出料口，所述返混料進(jìn)料口通過管道連接至振動(dòng)篩，振動(dòng)篩的篩上物作為返混料從返混料進(jìn)料口進(jìn)入混料機(jī)，與脫水污泥進(jìn)料口進(jìn)入的脫水污泥在混料機(jī)中混合均勻，從出料口輸出至生物干化室；所述出料口通過管道連接至生物干化室。

所述生物干化室頂部設(shè)置硫化氫傳感器及臭氣收集系統(tǒng)，臭氣收集系統(tǒng)通過管道經(jīng)氣體洗滌器連接至地下式土壤生物濾床，氣體洗滌器連接至土壤生物濾床的管段還設(shè)置氣體循環(huán)系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)輸出端通過回流管道連接至曝氣系統(tǒng)。

所述的生物干化室底部設(shè)置可伸縮的溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵物料的溫度，曝氣系統(tǒng)連接鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)發(fā)酵物料的溫度變化在線調(diào)節(jié)曝氣系統(tǒng)的供風(fēng)量。

太陽能干化室屋面內(nèi)側(cè)鋪設(shè)疏水復(fù)合膜，沿太陽能干化室單側(cè)或雙側(cè)屋面安裝不銹鋼鏈板，不銹鋼鏈板輸入端的上方設(shè)置布料機(jī)，所述布料機(jī)通過干化污泥管道與生物干化室的干化污泥出口連接，不銹鋼鏈板輸出端則通過輸送管道連接至振動(dòng)篩，振動(dòng)篩對(duì)太陽能干化后的物料進(jìn)行篩分，篩上物作為返混料回流至混料機(jī)，篩下物為最終產(chǎn)物。

不銹鋼鏈板傾角可在15°~30°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，距太陽能干化室屋面高度為30cm~50cm；不銹鋼鏈板上部設(shè)置垂直擋板防止物料向下聚集，擋板高度為10cm~15cm。

本系統(tǒng)利用微生物好氧發(fā)酵產(chǎn)生的生物熱能和清潔可再生能源太陽能的耦合作用實(shí)現(xiàn)脫水污泥的高效低耗深度干化，具有以下有益效果：

1．污泥在系統(tǒng)中的停留時(shí)間為5~10d，僅為好氧堆肥工藝的1/6~1/2，翻拋次數(shù)少或不翻拋，處理效率大大提高。系統(tǒng)受天氣和季節(jié)性條件的影響較小，運(yùn)行穩(wěn)定性好，可保持連續(xù)運(yùn)行，且無需輔助熱源。

2．由于利用生物熱能和太陽能等清潔能源的耦合作用，運(yùn)行能耗低于12kW·h/t濕污泥（含水率80%）。采用氣體循環(huán)系統(tǒng)和熱交換裝置，系統(tǒng)的熱利用效率較高。通過振動(dòng)篩篩分后的粗顆粒和輔料回流，降低輔料用量，強(qiáng)化干化效果，運(yùn)行成本較低。

3．太陽能干化室和生物干化室采用豎向疊加設(shè)計(jì)，節(jié)約了二級(jí)工藝的占地面積。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的熱量可為太陽能干化室提供輔助熱源，提升太陽能干化室的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。太陽能干化室可對(duì)生物干化室形成保溫層，減少熱量逸散，采用單側(cè)鏈板運(yùn)行時(shí)還可對(duì)生物干化室內(nèi)的發(fā)酵物料形成熱輻射，促進(jìn)生物干化過程的順利進(jìn)行。此外，由于系統(tǒng)處理效率提高，相同處理規(guī)模條件下的占地面積減小。采用地下式土壤生物濾床，也可節(jié)約用地，且可與周圍綠地統(tǒng)一設(shè)計(jì)，提升工程的環(huán)境協(xié)調(diào)性。

4．生物干化室設(shè)置氣體收集、洗滌和循環(huán)系統(tǒng)，提高氣體利用效率，節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗，減少臭氣物質(zhì)逸出。

附圖說明

圖1為豎向太陽能強(qiáng)化污泥深度生物干化工藝流程圖。

圖中編號(hào)：1為脫水污泥；2為混料機(jī)；3為生物干化室；4為布料機(jī)；5為太陽能干化室；6為不銹鋼鏈板；7為冷凝水槽；8為振動(dòng)篩；9為鼓風(fēng)機(jī)；10為曝氣系統(tǒng)；11為溫度傳感器；12為硫化氫傳感器；13為臭氣收集系統(tǒng)；14為氣體洗滌器；15為氣體循環(huán)系統(tǒng)；16為熱交換裝置；17為引風(fēng)機(jī)；18為地下式土壤生物濾床。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步地說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的豎向太陽能強(qiáng)化污泥深度生物干化系統(tǒng)及方法，通過生物干化和太陽能干化的二級(jí)豎向耦合工藝對(duì)脫水污泥進(jìn)行干化處理，該系統(tǒng)由混料機(jī)2、生物干化室3、布料機(jī)4、太陽能干化室5、振動(dòng)篩8、鼓風(fēng)機(jī)9、曝氣系統(tǒng)10、溫度傳感器11、硫化氫傳感器12、氣體收集系統(tǒng)13、氣體洗滌器14、氣體循環(huán)系統(tǒng)15、熱交換裝置16、引風(fēng)機(jī)17和地下式土壤生物濾床18組成。

其中，生物干化室3底部設(shè)置曝氣系統(tǒng)10，生物干化室3對(duì)物料進(jìn)行生物干化。所述的生物干化室3混凝土地面下設(shè)置曝氣系統(tǒng)10及可伸縮的溫度傳感器11套筒，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵物料的溫度，鼓風(fēng)機(jī)9根據(jù)發(fā)酵物料的溫度變化在線調(diào)節(jié)供風(fēng)量，強(qiáng)化生物干化效果。

太陽能干化室5豎向設(shè)置于生物干化室3的上方，生物干化室3的出料端經(jīng)干化污泥輸送裝置連通至太陽能干化5室，經(jīng)快速生物干化的物料在太陽能溫室效應(yīng)作用下進(jìn)一步去除水分。生物干化后的物料為固態(tài)，輸送方式包括帶式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、螺桿泵等。

振動(dòng)篩8，太陽能干化室5的輸出端連接至振動(dòng)篩8，所述振動(dòng)篩8對(duì)太陽能干化后的物料進(jìn)行篩分，篩上物作為返混料回流至生物干化室3，篩下物為最終產(chǎn)物。

所述的生物干化室3頂部設(shè)置硫化氫傳感器12及臭氣收集系統(tǒng)13；收集的臭氣進(jìn)入氣體洗滌器14洗滌后，經(jīng)氣體循環(huán)系統(tǒng)15部分回流至曝氣系統(tǒng)10，減少鼓風(fēng)機(jī)9的供風(fēng)量和臭氣物質(zhì)的釋放；排放氣體在熱交換裝置16中進(jìn)一步回收熱量后，通過引風(fēng)機(jī)17送入地下式土壤生物濾床18過濾后排入大氣。

太陽能干化室5屋面內(nèi)側(cè)鋪設(shè)疏水復(fù)合膜，物料中蒸發(fā)出來的水分經(jīng)疏水復(fù)合膜聚集至冷凝水槽7排出系統(tǒng)；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，沿太陽能干化室5單側(cè)或雙側(cè)屋面安裝不銹鋼鏈板6；不銹鋼鏈板6傾角可在15°~30°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，距太陽能干化室5屋面高度為30cm~50cm；不銹鋼鏈板6上部設(shè)置垂直擋板防止物料向下聚集，擋板高度為10cm~15cm。鏈板是水平移動(dòng)。2、一個(gè)干化周期就一個(gè)行程，鏈板移動(dòng)到底后循環(huán)至輸入端，開始下一個(gè)干化周期。

該方法的具體工藝流程為：脫水污泥1進(jìn)入到混料機(jī)2中，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，從振動(dòng)篩8回流脫水污泥重量20%~60%的返混料到混料機(jī)2中，并加入脫水污泥重量10%~20%的輔料，如：秸稈、麩皮、木屑等，調(diào)節(jié)混合物料的含水率為55%~65%；混合物料輸送至生物干化室3中進(jìn)行快速好氧發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間為5~7d；生物干化室3中的氣體經(jīng)臭氣收集系統(tǒng)13進(jìn)入氣體洗滌器14酸洗，并通過氣體循環(huán)系統(tǒng)15部分回流至曝氣系統(tǒng)10，回流量為50%~100%，排放氣體在熱交換裝置16中進(jìn)一步回收熱量后，通過引風(fēng)機(jī)17送入地下式土壤生物濾床18過濾后排入大氣；生物干化后的物料經(jīng)布料機(jī)4均勻分布于生物干化室3上方太陽能干化室5中的不銹鋼鏈板6上，物料隨不銹鋼鏈板6緩慢移動(dòng)，并在太陽能溫室效應(yīng)作用下進(jìn)一步去除水分，干化時(shí)間為1~5d；太陽能干化室5中從物料蒸發(fā)出來的水分經(jīng)屋面的疏水復(fù)合膜聚集至冷凝水槽7排出系統(tǒng)，干化后的物料輸送至振動(dòng)篩8進(jìn)行篩分，篩上物作為返混料回流至混料機(jī)2與脫水污泥1混合，篩下物為最終產(chǎn)物。

將上述系統(tǒng)及方法應(yīng)用于某城鎮(zhèn)污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為8萬m³/d，污水生物處理采用A²/O工藝，污泥處理采用重力濃縮+離心脫水，脫水后的污泥含水率為74%~78%。為解決污泥消納問題，建有脫水污泥干化工程，具體步驟如下：

1．脫水污泥產(chǎn)量為50~60t/d，含水率為74%~78%，通過輸送帶輸送到臥式螺帶混料機(jī)2。在輸送的同時(shí)加入粉碎的秸稈和振動(dòng)篩8篩分出來的粗顆粒返混料，調(diào)節(jié)混合物料含水率為55%~65%，秸稈和返混料的投加量分別為6~8t/d和20~30t/d。

2．在混料機(jī)2中混合均勻的物料通過輸送帶輸送到生物干化室3，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的溫度在線調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)8的供風(fēng)量和氣體回流量。經(jīng)過5d的生物干化處理后，混合物料含水率降至45%左右。

3．生物干化后的混合物料經(jīng)布料機(jī)4均勻分布于太陽能干化室5內(nèi)的不銹鋼鏈板6上，物料隨不銹鋼鏈板6緩慢移動(dòng)，并在太陽能溫室效應(yīng)作用下進(jìn)一步去除水分，根據(jù)天氣和季節(jié)的變化，干化時(shí)間為1~5d。

4．干化后的混合物料輸送至振動(dòng)篩8篩分，篩上物作為返混料對(duì)脫水污泥進(jìn)行調(diào)理和接種，篩下物為最終產(chǎn)物，含水率為25%~35%。脫水污泥減量可達(dá)50%以上，減量化效果明顯。最終產(chǎn)物的低位熱值大于8000kJ/kg，糞大腸桿菌未檢出，衛(wèi)生狀況良好，養(yǎng)分含量較高，具有較好的資源化利用潛力。