污泥冷冻脱水装置及污泥脱水方法

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种污泥冷冻脱水装置及污泥脱水方法。

背景技术

活性污泥法或以此为基础的改良工艺是我国目前运用最普遍的污水处理工艺，在这些工艺中，污水中有相当一部分的污染物会转移到活性污泥中。此外，由于我国工业污水和生活污水常常混杂在一起进行处理，因此活性污泥中还存在大量重金属等有毒有害物质。为防止污泥造成二次污染、保证污水处理厂的正常运行和污水处理效果，需要对污泥进行妥善处理。

污水厂产生的污泥含水率一般为80%左右，目前常用的污泥处理工艺有填埋、堆肥、干化处理等。由于污泥含有大量水分，因此直接填埋会影响填埋场的正常运行，并且占用大量面积，目前已被禁止采用。污泥中含有大量重金属等有毒有害物质，这导致了污泥堆肥产品的市场接受度低，技术难以大规模推广使用。污泥干化技术一般采用高温高压蒸汽作为热源，同时能耗和运行成本较高；高温干燥还存在粉尘爆炸风险；污泥粘壁现象导致设备运行稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、节能、稳定、安全的污泥冷冻脱水装置及污泥脱水方法，以克服现有技术中污泥脱水能耗高、安全性低、稳定性差的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种污泥冷冻脱水装置，包括进料装置、具有冷冻进料口与冷冻出料口的冷冻处理装置，以及具有过滤机进料口与过滤机出料口的螺旋挤压过滤机，所述进料装置与所述冷冻进料口连接，所述冷冻出料口连接所述过滤机进料口，其中，所述冷冻处理装置包括用于对污泥进行冷冻处理的冷冻机，以及用于对冷冻后的污泥进行破碎处理的破碎装置，所述螺旋挤压过滤机包括污泥传输通道，所述污泥传输通道沿污泥的传输路径自后向前依次包括用于破碎污泥的破碎处理段、用于融化冷冻污泥的加热处理段，以及用于将污泥与水分进行分离的过滤处理段。

优选地，所述螺旋挤压过滤机包括具有内腔的外壳、绕自身轴心线转动地设置在所述内腔中且外周部设有螺旋片的转动螺杆，所述转动螺杆的长度延伸方向与所述污泥传输通道的延伸方向一致，所述转动螺杆沿自身长度方向贯穿所述破碎处理段、所述加热处理段及所述过滤处理段。

优选地，在所述破碎处理段中，所述外壳为横截面积沿所述传输路径自后向前逐渐缩小的锥形，所述螺旋片沿所述传输路径自后向前逐渐变小。

优选地，所述加热处理段设有加热装置，所述加热装置包括电热丝，所述过滤处理段的后端还设有用于探测污泥是否达到设定温度的热电偶。

优选地，所述污泥冷冻脱水装置还包括连接有反冲洗管的反冲洗装置，所述过滤处理段设有滤网，所述滤网将所述过滤处理段分隔为互不连通的出水区与出泥区，所述出泥区设有所述过滤机出料口，所述出水区设有用于排出从污泥中脱出的水分及反冲洗水的过滤机出水口以及用于连接所述反冲洗管的反冲洗进水口。

优选地，所述冷冻机具有用于将冷冻后的污泥传输至所述破碎装置的冷冻传输带，所述冷冻传输带具有多条，每条所述冷冻传输带均包括输入口及输出口，每相邻两条所述冷冻传输带之间均设有一组所述破碎装置，所述破碎装置连接在前一条所述冷冻传输带的输出口与后一条所述冷冻传输带的进料口之间。

优选地，每组所述破碎装置均包括破碎机及连接在所述破碎机后端的污泥输送机，所述破碎机包括设有螺带式搅拌器的破碎部及套设于所述破碎部外且具有进水口及出水口的夹套部，所述破碎部与所述夹套部互不连通。

本发明还提供一种污泥脱水方法，包括以下步骤：

（1）将预脱水污泥输送至冷冻机进行冷冻；

（2）将步骤（1）得到的冷冻污泥输送至破碎装置进行破碎同时加热融化；

（3）将步骤（2）得到的破碎且融化的污泥输送至冷冻机再次进行冷冻；

（4）将步骤（3）得到的冷冻污泥输送至螺旋挤压过滤机，依次进行破碎、融化及过滤处理，将脱水污泥及脱出的水分分别排出；

在所述步骤（4）之前，重复进行所述步骤（2）及步骤（3）至少两次。

优选地，污泥冷冻脱水装置在所述步骤（2）的同时，向所述破碎装置内通入常温水，对所述破碎装置内的冷冻污泥进行间接接触加热。

优选地，所述污泥脱水方法是基于所述的污泥冷冻脱水装置实施的。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的污泥冷冻脱水装置及污泥脱水方法，通过冷冻处理装置对污泥进行冷冻和破碎，破坏污泥中微生物的细胞结构，使得细胞内的水分被分离出来，再通过螺旋挤压过滤机将冷冻污泥融化后进行固液分离，得到低含水率的脱水污泥。1、整个装置在低温环境下运行，臭气挥发速率低，现场异味较小；2、污泥仅需由室温降至冷冻温度，降温温差较小，且污泥中大部分水分以机械方式去除，与干化蒸发相比，本技术节省了大量能源；3、污泥经过多次反复冷冻、融化处理，且螺旋挤压过滤机中对污泥同时进行深度破碎与压滤，污泥细胞破壁效果更好，最终得到的污泥含水率低。综上，本污泥冷冻脱水装置及污泥脱水方法具有安全、节能、高效、稳定的优点。

附图说明

附图1为本发明的污泥冷冻脱水装置一具体实施例的整体结构示意图；

附图2为本实施例中螺旋挤压过滤机的结构示意图；

附图3为本实施例中挡板的两种结构示意图；

其中：1、进料装置；11、螺杆泵；12、造粒机；

2、冷冻机；21、冷冻进料口；22、冷冻出料口；23、冷冻传输带；231、第一传输带；232、第二传输带；233、第三传输带；24、进气口；25、出气口；

3、破碎装置；31、破碎机；311、破碎部；3111、螺带式搅拌器；312、夹套部；32、污泥输送机；

4、螺旋挤压过滤机；41、过滤机进料口；42、过滤机出料口；43、转动螺杆；431、螺旋片；44、破碎处理段；45、加热处理段；451、加热装置；46、过滤处理段；461、滤网；462、出水区；463、出泥区；464、过滤机出水口；465、反冲洗进水口；466、挡板；4661、圆孔；47、外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1所示的一种污泥冷冻脱水装置，包括进料装置1、冷冻处理装置及螺旋挤压过滤机4，其中，进料装置1具体包括螺杆泵11及连接在其后端的造粒机12，冷冻处理装置包括冷冻机2及破碎装置3，破碎装置3包括破碎机31及连接在其后端的污泥输送机32。

冷冻机2具有连接造粒机12的冷冻进料口21、以及连接螺旋挤压过滤机4的冷冻出料口22，本实施例中，冷冻机2内设有三条冷冻传输带23，沿污泥传输方向依次为第一传输带231、第二传输带232及第三传输带233，三条冷冻传输带23并联运行，每条冷冻传输带23均包括输入口及输出口，每相邻两条冷冻传输带23之间均设有一组破碎装置3，破碎装置3连接在前一条冷冻传输带23的输出口与后一条冷冻传输带23的输入口之间。

本实施例中，冷冻机2内以空气为冷却气体，采用直接接触的方式对污泥进行冷冻，冷冻机2的底部设有供冷却气体输入的进气口24，顶部设有供冷却气体输出的出气口25，升温后的冷却气体从出气口25排出后，经设于冷冻机2外的热泵（图中未示出）降温冷却，再次输入进气口24进行循环利用。

如图1所示，破碎机31包括破碎部311及套设于破碎部311外的夹套部312，破碎部311与夹套部312互不连通。破碎部311具有进泥口及出泥口，进泥口接收自冷冻传输带23输入的污泥，出泥口将破碎处理后的污泥向污泥输送机32传输，破碎部311内还设有用于破碎污泥的螺带式搅拌器3111。夹套部312具有进水口及出水口，用于通入常温水以对破碎部311内的冷冻污泥进行加温融化。在破碎机31中破碎并融化的污泥经污泥输送机32输送至下一条冷冻传输带23的输入口。

从第一传输带231及第二传输带232中输出的污泥均经过一组破碎装置3处理并输送至下一条冷冻传输带23，而第三传输带233中的污泥经冷冻出料口22输出后，进入螺旋挤压过滤机4。

如图2所示，螺旋挤压过滤机4包括具有内腔的外壳47，内腔中具有污泥传输通道，污泥传输通道沿污泥的传输路径自后向前依次包括破碎处理段44、加热处理段45及过滤处理段46，破碎处理段44与过滤机进料口41相连通，过滤处理段46与过滤机出料口42相连通。

螺旋挤压过滤机4的内腔中设有绕自身轴心线转动的转动螺杆43，转动螺杆43的外周部设有螺旋片431，转动螺杆433的长度延伸方向与污泥传输通道的延伸方向一致，转动螺杆43沿自身长度方向贯穿破碎处理段44、加热处理段45及过滤处理段46。

具体地，在破碎处理段44中，外壳47为横截面积沿传输路径自后向前逐渐缩小的锥形，位于该破碎处理段44的螺旋片431沿传输路径自后向前逐渐变小。

加热处理段45设有具有电热丝的加热装置451，过滤处理段46的后端还设有热电偶（图中未示出），用于探测污泥温度，并控制加热装置451的启停及运行。

过滤处理段46沿外壳47的内侧一周设有筒状的滤网461，滤网461将过滤处理段46分隔为内外互不连通的出泥区463与出水区462，内侧的出泥区463设有过滤机出料口42，外侧的出水区462设有过滤机出水口464。该污泥冷冻脱水装置还包括连接有反冲洗管的反冲洗装置（图中未示出），当过滤水流量明显减小时用于对滤网461进行反冲洗，以恢复滤网461的过滤能力。上述出水区462还具有连接反冲洗管的反冲洗进水口465，反冲洗水同样从过滤机出水口464排出。

如图3所示，过滤机出料口42处设有挡板466，挡板466上开有一个或多个圆孔4661，通过开孔数量及转动螺杆43的转速可控制螺旋挤压过滤机4内的压力。当螺旋挤压过滤机4进行反冲洗时，过滤机出料口42上还设有用于遮挡的盲板（图中未示出）。

以下具体阐述本实施例污泥冷冻脱水装置的工作过程：

如图1所示，使用时，首先将污水处理厂产生的含水率80%左右的常温预脱水污泥经螺杆泵11输送至造粒机12进行造粒，然后粒状污泥经冷冻进料口21进入冷冻机2中的第一传输带231进行冷冻处理。约-20℃的冷却空气从进气口24进入冷冻机2，与每条冷冻传输带23上的污泥直接接触，将污泥冷冻至-5℃~-10℃，污泥中的水分由液态转换为固态，发生相变，污泥主要成分——微生物的体积膨胀，细胞壁破裂，细胞结构被破坏。从出气口25排出的冷却空气约为-10℃，将其输送至热泵降温至约-20℃后再次输送至进气口24。

从第一输送带231输出的冷冻污泥进入一组破碎装置3，在破碎部311中的螺带式搅拌器3111的搅拌、挤压下，冷冻状态的污泥结构被进一步破坏；同时向夹套部312中通入约25℃的常温水对破碎部311中的污泥进行加热，加上搅拌产生的摩擦热，破碎部311中的污泥融化为液态。

融化的污泥经污泥输送机32输送至第二传输带232，重复上述第一传输带231及破碎装置3中的冷冻-破碎-融化过程，再输入第三传输带233进行最后一次冷冻处理。

从第三传输带233输出的冷冻污泥经冷冻出料口22及过滤机进料口41，进入螺旋挤压过滤机4的破碎处理段44中，通过机体内壁和转动螺杆43的表面摩擦作用不断向前输送。破碎处理段44的锥形结构能够产生强烈的剪切、搅拌、摩擦、挤压作用，使得冷冻的固态污泥被破碎，颗粒变小，细胞结构进一步被破坏；在此过程中，污泥的温度也逐渐升高，污泥中的水分逐渐转化为液态。当污泥进入加热处理段45中，加热装置451进行电加热，保证污泥全部转化为液态；在过滤处理段46后端设置的热电偶用于监测污泥温度是否达到设定温度，低于设定温度时，热电偶连接的控制电路可开启加热装置451进行加热。最后污泥进入过滤处理段46中，在转动螺杆43的压力作用下，污泥中的水分从滤网461分离至出水区462并排出，污泥的含水率得到显著降低，从过滤机出料口42得到含水率约为50%的污泥滤饼。

如此，本实施例的污泥冷冻脱水装置通过对污泥的反复冷冻、破碎、融化处理，实现了高效的污泥微生物破壁，使得污泥与水分的有效分离，最终污泥含水率低，是一种安全、节能、高效、稳定的污泥冷冻脱水装置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。