热泵和污泥干化集成方法及系统

　　申请日2008.03.14

　　公开(公告)日2008.08.13

　　IPC分类号F25B30/06; C02F11/12

　　摘要

　　一种热泵和污泥干化集成方法及系统，属于污水处理厂节能降耗技术领域。本发明是利用水源热泵回收城市污水处理厂出水的热能，同时用除湿热泵吸收污泥烘干过程中湿热空气的显热和气化潜热，共同作为污泥干化预热的热源;采用干料返混系统，将机械脱水后的污泥与部分从烘干机出来的污泥一起送入造粒机，经混合制成含水率为60～65%的污泥，然后进入烘干机;采用脱水污泥两段式烘干技术，连续进料和出料的连续式干燥方式，最终污泥含水率达20～25%，可用作优质肥料和固体燃料。该方法及系统可以实现污水厂内部水、热、能的综合利用，污水厂整体能耗降低20%以上。

 
       权利要求书

　　1.一种热泵和污泥干化集成方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

　　1)将污水经深度处理得到的二级出水送入水源热泵，利用水源热泵回收二级出水 的热能，作为污泥干化的热源;

　　2)利用除湿热泵吸收污泥烘干过程中湿热空气的显热和气化潜热再重复用于污泥干 化;

　　3)采用干料返混系统，将机械脱水后的污泥与部分从烘干机出来的污泥一起送入造 粒机，经混合制成含水率为60～65%的污泥，然后进入烘干机;

　　4)采用两段式烘干技术，利用分别从水源热泵和除湿热泵出来的热风对脱水污泥进行 干化，最终制成含水率20～25%的污泥。

　　2.如权利要求1所述的热泵和污泥 干化集成方法，其特征在于：所述水源热泵的进 口温度为10～35℃。

　　3.如权利要求1所述的热泵和污泥干化集成方法，其特征在于：进入烘干机的污泥 采用连续进料和出料的连续式干燥方式。

　　4.如权利要求1、2或3所述的热泵和污泥干化集成方法，其特征在于：机械脱水 后的污泥含水率为80～85%，从烘干机返混的污泥的含水率为40～45%。

　　5.一种实施如权利要求1所述方法的热泵和污泥干化集成系统，其特征在于：该系统包 括污水深度处理设备，水源热泵，除湿热泵，造粒设备以及烘干机，造粒后的污泥经管道进 入烘干机的干燥室，该烘干机的干燥室通过污泥返混管道与污泥造粒设备的进口连接;水源 热泵的蒸发器换热介质侧与污水深度处理设备的出水管连接，水源热泵的冷凝器换热介质侧 通过风管与烘干机干燥室相连;所述的除湿热泵放入烘干机的排风道中，湿热空气由风机抽 取先后经过除湿热泵的蒸发器和冷凝器后，再通过管道返回到烘干机干燥室内。

　　说明书

　　一种热泵和污泥干化集成方法及系统

　　技术领域

　　本发明属于污水处理厂节能降耗技术领域，涉及一种污水厂出水余热回收利用与污泥干 化组合的水热能综合利用方法。该方法是利用热泵回收城市污水处理厂出水的热能，作为污 泥干化的热源。

　　背景技术

　　随着城市化进程的加快和环境保护要求的逐步提高，城市污水处理厂数量日趋增加。目 前，世界上超过90%的城市污水处理都采用活性污泥法，由于剩余污泥产生量一般是污水处 理量的0.3%～0.5%(以含水率97%计)，污泥含水率高，有机质含量高，性质不稳定，易 腐化发臭，且含有病原菌、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，使得污泥的减量化和资源化 成为污水处理中的重要问题。污泥处理投资占污水处理厂总投资的20%～50%。城市污泥处 理处置运行费用居高不下已成为限制其发展的一个重要因素，大力发展廉价低耗的污泥处理 处置技术已成当务之急。

　　通常情况下，机械脱水技术只能将污泥的含水率降至80%左右，如此高的含水率不利于 污泥的后续运输和处置，因此，要使污泥得到有效处理和资源化利用，污泥干化环节是不可 缺少的。污泥干化是污泥减量化的关键措施，可以使污泥显著减容，性状大大改善，产品无 臭、无病原体且具有多种用途，如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。目前，污泥干化包括 直接干化和间接干化。直接干化通常采用热空气或废烟气，不仅热效率低(30%左右)，而且 产生大量尾气，尾气中臭气浓度高，必须进行脱臭处理。而间接干化易产生污泥胶结粘壁现 象。污泥干化要消耗大量的热能，导致污泥处理的成本高昂。

　　城市生活污水中赋存着大量低位热能，例如将10万m3污水处理厂二级出水降低3℃，可 获得约2.8亿kcal的热量。同时污水水量稳定，与环境温度相比，表现为冬暖夏凉，水温变 化幅度小，是稳定的热源。新型热泵工质能够稳定产生80℃左右的热水，并且能够保证相 当高的性能系数。

　　污泥干化技术与热泵技术的发展，为实现污水处理厂基于能量优化配置的污泥减量化提 供了技术可能，同时可以挖掘出污水处理厂的节能潜力。

　　发明内容

　　本发明的目的是针对城市污水处理厂的污泥减量和节能降耗问题，提供一种热泵 和污泥干化集成方法及系统，即利用热泵技术将污水厂出水余热回收，用于污泥干化的 水热能综合利用，并构建一套以热泵机组和污泥干化设备为主体的基于能量优化配置的 污泥干化系统，实现系统能量平衡，达到干化污泥、降低成本、回收利用能源的目的。

　　本发明的技术方案如下：

　　一种热泵和污泥干化集成方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

　　1)将污水经深度处理得到的二级出水送入水源热泵，利用水源热泵回收二级出 水的热能，作为污泥干化的热源;

　　2)利用除湿热泵吸收污泥烘干过程中湿热空气的显热和气化潜热再重复用于污泥干 化;

　　3)采用干料返混系统，将机械脱水后的污泥与部分从烘干机出来的污泥一起送入造 粒机，经混合制成含水率为60～65%的污泥，然后进入烘干机;

　　4)采用两段式烘干技术，利用分别从水源热泵和除湿热泵出来的热风对脱水污泥进 行干化，最终制成含水率20～25%的污泥。

　　本发明的优选技术方案是：所述水源热泵的进口温度为10～35℃。机械脱水后的污泥含 水率保持为80～85%，从烘干机返混的污泥的含水率保持为40～45%。

　　本发明的另一技术特征是：进入烘干机的污泥采用连续进料和出料的连续式干燥方式。

　　本发明提供的一种实施上述方法的热泵和污泥干化集成系统，其特征在于：该系统包括 污水深度处理设备，水源热泵，烘干机，除湿热泵以及造粒设备，水源热泵的蒸发器换热介 质侧与污水深度处理设备的出水管连接，水源热泵的冷凝器换热介质侧通过风管与烘干机干 燥室相连，所述的除湿热泵放入烘干机的排风道中，湿热空气由风机抽取先后经过除湿热泵 的蒸发器和冷凝器后，再通过管道返回到烘干机干燥室内。

　　本发明具有以下优点及突出性效果：①将污泥干化技术和污水源热泵技术相结合， 发挥二者的优点，利用水源热泵回收城市生活污水厂二级出水中的大量废热，提升能量品 位，同时有除湿热泵吸收湿热空气的显热和气化潜热，共同作为污泥干化预热的热源，能量 得到充分而合理的利用，形成了污水处理厂内部水、热、能综合利用的新集成技术。②节约 能源。热泵的性能系数(COP)达到3.0～4.0，即热泵提供的热量是同功率下电加热产生的 热量的3～4倍。故与电锅炉相比，可节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2的能源。热 泵的热源来自污水厂出水，采用本技术后，污水厂整体能耗降低20%以上;③采用的两段式 和连续式干燥方式，污泥干化周期较短，批量较大，成型后物料细小而颗粒度较均一，干燥 质量稳定，同时能保持干燥成品中的有机成分;④不产生二次污染。热泵干化污泥在封闭循 环系统中进行，在干化过程中产生的粉尘及挥发份的有害气体可以做到不外泄，对周围环境 可以减少到最低的污染。