公布日：2023.11.21

申請日：2023.09.28

分類號：C02F11/131(2019.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本發(fā)明提供了一種污泥熱水解裝置，包括依次管路連接的污泥輸送機、污泥預(yù)熱器、熱水解反應(yīng)器、減壓罐；污泥預(yù)熱器內(nèi)設(shè)有加熱管，減壓罐的出口端通過管路與加熱管的入口端管路連通，加熱管的出口端從污泥預(yù)熱器接出后連接有污泥脫水器。本發(fā)明采用采用微波加熱及超聲波輔助破壁的技術(shù)提高污泥熱水解效率，利用熱水解污泥對新輸入污泥進行預(yù)熱，無需為污泥預(yù)熱器提供外熱源，能量利用率搞，降低了系統(tǒng)的整體運行能耗。

權(quán)利要求書

1.一種污泥熱水解裝置，其特征在于：包括依次管路連接的污泥輸送機(1)、污泥預(yù)熱器(6)、熱水解反應(yīng)器(14)、減壓罐(29)；所述的污泥預(yù)熱器(6)內(nèi)設(shè)有加熱管(7)，所述的減壓罐(29)的出口端通過管路與加熱管(7)的入口端管路連通，加熱管(7)的出口端從污泥預(yù)熱器(6)接出后連接有污泥脫水器(35)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的污泥輸送機(1)底部具有進料口(2)，污泥輸送機(1)的輸送管道為豎向設(shè)計，輸送管道內(nèi)設(shè)有推送螺桿(3)，所述的污泥輸送機(1)外接有三相電機(4)，該三相電機(4)驅(qū)動推送螺桿(3)沿輸送管道向上輸送污泥。

3.如權(quán)利要求2所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的污泥預(yù)熱器(6)為罐狀結(jié)構(gòu)，污泥預(yù)熱器(6)上部具有入口，推送螺桿(3)向上輸送的污泥通過管路從該入口進入污泥預(yù)熱器(6)內(nèi)；所述的加熱管(7)螺旋環(huán)繞設(shè)置在污泥預(yù)熱器(6)內(nèi)，加熱管(7)由導(dǎo)熱材料制成，加熱管(7)外周面間隔分布有碟狀散熱片(12)；所述的污泥預(yù)熱器(6)的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有第一電動攪拌器(8)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的熱水解反應(yīng)器(14)包括若內(nèi)膽(22)、保溫外層(23)和若干微波發(fā)生器(16)，所述的內(nèi)膽(22)采用不銹鋼材料制成，所述的保溫外層(23)采用保溫材料制作，所述的微波發(fā)生器(16)均勻分布在內(nèi)膽(22)的上部，并向內(nèi)膽(22)內(nèi)發(fā)射加熱微波。

5.如權(quán)利要求4所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的內(nèi)膽(22)外層均勻分布有若干超聲波發(fā)生器(18)，所述超聲波發(fā)生器(18)向內(nèi)膽(22)內(nèi)發(fā)射不同頻率的超聲波。

6.如權(quán)利要求4所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的熱水解反應(yīng)器(14)的頂部設(shè)有第二電動攪拌器(17)，第二電動攪拌器(17)的轉(zhuǎn)動桿伸入內(nèi)膽(22)內(nèi)，且轉(zhuǎn)動桿上分布有攪拌葉片，所述的熱水解反應(yīng)器(14)底部還設(shè)有攪拌器支撐(26)，所述的攪拌器支撐(26)伸入內(nèi)膽(22)內(nèi)并與轉(zhuǎn)動桿端部轉(zhuǎn)動連接。

7.如權(quán)利要求4所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的熱水解反應(yīng)器(14)的頂部分別設(shè)有第一溫度監(jiān)測器(19)、第一壓力監(jiān)測器(20)和第一安全閥(21)，所述的第一壓力監(jiān)測器(20)與第一安全閥(21)信號連接。

8.如權(quán)利要求1所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的熱水解反應(yīng)器(14)底部具有出泥口(27)，所述的出泥口(27)外接泄壓閥(28)后與減壓罐(29)管路連接，所述的減壓罐(29)頂部設(shè)有第二溫度監(jiān)測器(30)、第二壓力監(jiān)測器(32)和第二安全閥(31)，所述的第二壓力監(jiān)測器(32)與第二安全閥(31)信號連接。

9.如權(quán)利要求1所述的一種污泥熱水解裝置，其特征在于：所述的污泥脫水器(35)包括板框壓濾機(36)和氣泵(37)，所述的板框壓濾機(36)包括框架底座、液壓頂板(39)和濾板(38)，所述的濾板(38)由若干層濾布組成，所述的濾板(38)設(shè)置在框架底座內(nèi)并由液壓頂板(39)頂緊，所述的濾板(38)遠離液壓頂板(39)的一側(cè)接出具有三通管道，該三通管道一路與濾板(38)連通，一路為第二進泥口(41)，一路為進氣口(40)，第二進泥口(41)與加熱管(7)的出口端管路連通，進氣口(40)則與氣泵(37)管路連通，所述的氣泵(37)產(chǎn)生高壓氣體進入進氣口(40)，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)將污泥從第二進泥口(41)吸入并射向濾板(38)，所述的濾板(38)下方設(shè)有濾液收集器(42)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供一種污泥熱水解裝置，采用微波加熱及超聲波輔助破壁的技術(shù)提高污泥熱水解效率，降低能耗。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種污泥熱水解裝置，包括依次管路連接的污泥輸送機、污泥預(yù)熱器、熱水解反應(yīng)器、減壓罐；所述的污泥預(yù)熱器內(nèi)設(shè)有加熱管，所述的減壓罐的出口端通過管路與加熱管的入口端管路連通，加熱管的出口端從污泥預(yù)熱器接出后連接有污泥脫水器。

在上述方案中，污泥從污泥輸送機被送入污泥預(yù)熱器，污泥預(yù)熱器將污泥加熱到80℃，預(yù)熱后的污泥被輸送到熱水解反應(yīng)器內(nèi)，由熱水解反應(yīng)器將污泥加熱到160℃并保溫30min。熱水解后的污泥被輸入到減壓罐內(nèi)，減壓罐內(nèi)壓強維持在0.6MPa左右。減壓后的高溫污泥被輸入污泥預(yù)熱器的加熱管內(nèi)，與污泥預(yù)熱器內(nèi)的污泥進行熱交換，用于加熱新污泥。降溫后的污泥則輸入污泥脫水器進行固液分離操作。通過加熱管的熱交換操作，一方面實現(xiàn)了熱水解污泥的降溫，另一方面回收利用了熱水解污泥的熱能，并將該熱能用于對新污泥的余熱。同時，由于氣壓的設(shè)置，配合減壓罐后，整體熱水解裝置可利用氣壓差實現(xiàn)污泥在不同結(jié)構(gòu)之間的流動，熱水解反應(yīng)器與減壓罐之間、減壓罐與加熱管之間，無需額外增加污泥泵送設(shè)備，有效降低了設(shè)備運行成本。

進一步的，污泥輸送如污泥預(yù)熱器需要使用污泥輸送機。所述的污泥輸送機底部具有進料口，污泥輸送機的輸送管道為豎向設(shè)計，輸送管道內(nèi)設(shè)有推送螺桿，所述的污泥輸送機外接有三相電機，該三相電機驅(qū)動推送螺桿沿輸送管道向上輸送污泥。

進一步的，所述的污泥預(yù)熱器為罐狀結(jié)構(gòu)，污泥預(yù)熱器上部具有入口，推送螺桿向上輸送的污泥通過管路從該入口進入污泥預(yù)熱器內(nèi)；所述的加熱管螺旋環(huán)繞設(shè)置在污泥預(yù)熱器內(nèi)，用于輸入熱污泥與污泥預(yù)熱器內(nèi)的新污泥進行換人操作，可將新污泥加熱到70-90℃。加熱管由導(dǎo)熱材料制成，加熱管外周面間隔分布有碟狀散熱片，碟狀散熱片可有效增大污泥與加熱管的接觸面積，即增大換熱面積，提高了熱傳遞效率；所述的污泥預(yù)熱器的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有第一電動攪拌器，第一電動攪拌器可使新污泥與加熱管充分接觸，不僅可以促進污泥絮凝體的解體，也可提高預(yù)熱效率。同時可在污泥預(yù)熱器底部設(shè)計用于支撐電動攪拌器的第一攪拌器支撐，保證電動攪拌器的穩(wěn)定性。

進一步的，在熱水解反應(yīng)器中采用微波加熱的方式對污泥進行熱處理。所述的熱水解反應(yīng)器包括若內(nèi)膽、保溫外層和若干微波發(fā)生器，所述的內(nèi)膽采用不銹鋼材料制成，可采用加厚設(shè)計，最高可承受3.5MPa的壓強，內(nèi)膽為金屬材料可以隔絕微波向外輻射，避免微波對操作人員造成危害。所述的微波發(fā)生器均勻分布在內(nèi)膽的上部，并向內(nèi)膽內(nèi)發(fā)射加熱微波。所述的保溫外層采用保溫材料制作，可減少熱量損失，降低能耗。

進一步的，熱水解反應(yīng)器還可采用超聲波輔助污泥熱水解。所述的內(nèi)膽外層均勻分布有若干超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器向內(nèi)膽內(nèi)發(fā)射不同頻率的超聲波，從而促進污泥的破壁和水解。

進一步的，所述的熱水解反應(yīng)器的頂部設(shè)有第二電動攪拌器，所述第二電動攪拌器的轉(zhuǎn)動桿伸入內(nèi)膽內(nèi)，且轉(zhuǎn)動桿上分布有攪拌葉片，轉(zhuǎn)動桿以150rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，為污泥熱水解過程提供剪切力，促進污泥破壁。所述的熱水解反應(yīng)器底部還設(shè)有第二攪拌器支撐，所述的第二攪拌器支撐伸入內(nèi)膽內(nèi)并與轉(zhuǎn)動桿端部轉(zhuǎn)動連接,可提高攪拌器的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)剛度。

進一步的，所述的熱水解反應(yīng)器的頂部分別設(shè)有第一溫度監(jiān)測器、第一壓力監(jiān)測器和第一安全閥，所述的第一壓力監(jiān)測器與第一安全閥信號連接，可隨時監(jiān)測罐內(nèi)溫度和壓力變化情況，當(dāng)罐內(nèi)壓力達到3MPa時，第一安全閥被頂起，罐內(nèi)壓力降低。

進一步的，所述的熱水解反應(yīng)器底部具有出泥口，所述的出泥口外接泄壓閥后與減壓罐管路連接。熱水解反應(yīng)器內(nèi)高溫高壓的污泥通過泄壓閥分段輸入所述減壓罐內(nèi)，減壓罐起到緩沖和降壓的作用，減壓罐內(nèi)污泥在泄壓后被排入污泥預(yù)熱器的加熱管內(nèi)。所述的減壓罐頂部設(shè)有第二溫度監(jiān)測器、第二壓力監(jiān)測器和第二安全閥，所述的第二壓力監(jiān)測器與第二安全閥信號連接，可以監(jiān)測罐內(nèi)實時溫度和壓力，并為第二安全閥提供壓力信號，保證安全。

進一步的，所述的污泥脫水器包括板框壓濾機和氣泵，所述的板框壓濾機包括框架底座、液壓頂板和濾板，所述的濾板由若干層濾布組成，可過濾污泥中懸浮固體顆粒，所述的濾板設(shè)置在框架底座內(nèi)并由液壓頂板頂緊，所述的濾板遠離液壓頂板的一側(cè)接出具有三通管道，該三通管道一路與濾板連通，一路為第二進泥口，一路為進氣口，第二進泥口與加熱管的出口端管路連通，進氣口則與氣泵管路連通，所述的氣泵產(chǎn)生高壓氣體進入進氣口，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)將污泥從第二進泥口吸入并射向濾板，所述的濾板下方設(shè)有濾液收集器，濾板將固體物質(zhì)截留從而實現(xiàn)固液分離，濾液和濾餅可作資源化利用。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明的熱水解反應(yīng)器采用微波加熱方式，與傳統(tǒng)的蒸汽加熱方式相比，加熱速度更快，能量轉(zhuǎn)化效率更高，且對水的消耗量更低。

(2)本發(fā)明采用超聲波輔助污泥熱水解，可以促進污泥絮凝體的解體，胞外聚合物的破碎以及污泥細胞壁的破裂，促進有機物的釋放和水解，提升污泥的脫水性和可生化性。超聲波輔助熱水解可使最佳熱水解溫度降低到160℃，相比于傳統(tǒng)熱水解裝置的170℃，本發(fā)明能耗更低，運行成本更低。同時，與傳統(tǒng)的藥劑輔助熱水解相比，超聲波可避免藥劑對反應(yīng)釜的腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命，也可以降低運行成本。

(3)由于熱水解反應(yīng)器內(nèi)壓力很大，如果直接將熱水解污泥排入污泥預(yù)熱器內(nèi)，將對管道和設(shè)備造成嚴重沖擊，影響操作人員的安全。因此，本發(fā)明在熱水解反應(yīng)器和污泥預(yù)熱器之間增加了一個減壓罐，用以緩沖管道內(nèi)氣壓，這樣可以大大提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。

(4)熱水解后的污泥溫度達到160℃，這不利于后續(xù)的處理。為了降低熱水解污泥的溫度，傳統(tǒng)的方法是通過循環(huán)水來降溫，但此種方法不利于能量的充分利用。本發(fā)明將泄壓后的污泥輸入進污泥預(yù)熱器的內(nèi)置管道內(nèi)，在攪拌裝置的旋轉(zhuǎn)下，管道內(nèi)的熱水解污泥可通過熱傳遞將熱量傳遞給新輸入的污泥，并將新輸入的污泥加熱到70～90℃。這種設(shè)計不需要額外對污泥預(yù)熱器提供熱源，極大的提高了能量的利用率，降低了系統(tǒng)的整體運行能耗。同時，管道呈螺旋方式環(huán)繞，管道外層嵌有碟狀散熱片，可極大增大管道與污泥的接觸面積，提高熱傳遞效率。

(5)本發(fā)明充分利用氣壓差對污泥進行輸送，通過對氣壓的精確控制，將污泥從系統(tǒng)前端輸送入后端，整個系統(tǒng)除了前端的污泥輸送裝置外不需要額外安裝污泥輸送泵，這提高了能量的利用率，降低了系統(tǒng)的能耗。

（發(fā)明人：李習(xí)偉;劉昌敏;毛林強;馬安妮）