[发明专利]一种活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥的方法及系统，属于活性污泥处理技术领域。

背景技术

活性污泥是污水处理过程产生量最大的一种污泥，随着城镇化进程的深入，生活废水、工业废水产生量不断增长，废水处理成为城镇化过程必不可少的基础设施。作为最普遍的污水生化处理方法，该法带来的活性污泥产量呈现出了令人惊异地快速增长，因此污泥的最终处理受到了广泛的关注。

一般认为，焚烧和填埋是处理污水厂污泥的较为普遍的方法，但其中不可回避的问题是，仅仅用机械压滤等措施处理后，污泥的含水率仍达不到以上两种方法的要求。污泥的进一步脱水成为解决问题的关键。

应对大量活性污泥的产生，低成本快速的干燥过程是一个必然的要求。蒸汽机械再压缩工艺是脱水过程的新方法，如中国专利文献CN102989181A公开的《复合式单体多效蒸汽机械再压缩蒸发器》和CN102989181A公开的《一种单体式的多效蒸汽机械在压缩的蒸发器》，可以达到蒸发过程的节能。CN1546386公开的《机械压缩蒸馏法海水淡化装置及方法》，提供了一种多效蒸发的蒸汽压缩再蒸发的过程。

值得指出的是，蒸汽压缩再蒸发过程涉及到蒸汽由饱和蒸汽，经绝热压缩转换为过热蒸汽，再经换热器冷却重新变成饱和蒸汽冷凝的过程。由图1可以看到，水的饱和蒸汽压曲线和蒸汽机械再压缩的绝热压缩曲线，图中不同初始温度的蒸汽绝热压缩曲线均远高于饱和蒸汽压曲线，即Δt＞＞ΔT，因此其差值Δt-ΔT即为机械能转换过程的显热变化，降低了机械能的利用效率。尽管该过程换热器两侧的温差ΔT是必不或缺的，过热蒸汽的温度曲线远高于饱和蒸汽的曲线，对应同等水蒸汽压强状况下，蒸发和冷凝的温差ΔT并不大，结果将反映出该换热过程所需换热面积的较大需求。同样的，随着压缩比(排气与进气的绝对压强之比)的增加，过热蒸汽与饱和蒸汽温差更趋加大，机械能的利用效率大幅下降。

由图2中同样看出，绝热压缩出口温度随压缩比的增加而增加，引起的机械能理论消耗迅速增加，特别是初始温度不同，同样压缩比和绝热压缩温差对应的机械能消耗不同，初始温度越高，机械能消耗越小，而且产生同样的饱和蒸汽温差ΔT对应的压缩比不同，初始温度越高，所需要压缩比越小。

基于以上分析可以看出，经过绝热压缩后的水蒸汽具有适当ΔT，可用于某些体系的液态水的蒸发过程，自然也可用于水处理产生污泥的干燥过程。CN103708702A公开的《一种蒸汽压缩回收余热的节能污泥干燥装置》，则是利用了其它系统产生的废蒸汽经过升压后，加热干空气再用于回转窑污泥的干燥系统。CN103708697A公开的《机械蒸汽再压缩热泵MVR污泥干化系统》和CN203212442U公开的《一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统》则直接利用干燥过程产生的水蒸气，经压缩机绝热压缩升温后，直接用于系统的污泥干燥，可以达到污泥干燥节能的目的。但该技术并未注意到初始温度对系统机械能消耗的影响，尽管系统增加了辅助电加热功能。这是以上专利文献之所以尚未大规模应用的主要原因之一。整体上讲，由于污泥进出干燥系统的温度差全部来源于电能，其实际操作成本仍难以与蒸汽、干热空气干燥过程相比。更重要的，大部分污水处理过程的污泥含有大量的活性污泥，活性污泥在干燥升温过程中，会迅速地产生无氧状态下的沼气或有氧状态下的二氧化碳，这些气体均为不凝性温室气体，在蒸汽机械压缩系统的循环过程中，将严重影响系统的循环过程。由于不凝性温室气体不断的积累，在压缩冷却循环过程无汽化潜热释放，会造成干燥系统无法正常工作，已有的相关专利文献中均未注意到相关问题。

发明内容

本发明针对现有活性污泥蒸汽机械压缩干燥技术存在的不足，提供一种成本低、干燥效果好的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法，同时提供一种实现该方法的系统。

本发明的活性污泥灭菌与蒸汽机械压缩干燥方法，具体步骤如下：

(1)含水活性污泥先进入灭菌室，通过循环热风将污泥加热至80-100℃，消毒灭菌，防止后续干燥过程污泥中的微生物产生不凝性温室气体；

(2)灭菌后的污泥输送至一个转动内筒，该内筒外侧套装一个外筒，内筒与外筒之间形成蒸汽夹套；运行前，应首先排空内筒和蒸汽夹套内的空气以及其它不凝性气体，通过向蒸汽夹套通入蒸汽保证内筒温度为60-100℃，并使内筒转动；

(3)内筒中污泥干燥过程产生的水蒸汽通过压缩机在内筒与蒸汽夹套之间形成循环，压缩机的压缩比根据内筒的内外温差调节，压缩机的压缩比控制在1.5-2.1，以保证蒸汽压缩再循环系统的能效比大于10；