一种质热协同的污泥低药深度脱水系统及方法与流程

本发明涉及污泥脱水，尤其涉及一种质热协同的污泥低药深度脱水系统及方法。

背景技术：

1、污泥脱水是城镇污水处理厂实现污泥减量化和资源化的核心环节。剩余污泥中的水分按赋存状态可分为自由水、间隙水、毛细结合水和表面吸附水四类。其中，自由水和间隙水约占总水分的70%～80%，可通过重力浓缩和机械压滤等物理方式有效脱除；而毛细结合水和表面吸附水由于受毛细管力和表面能作用，束缚于污泥絮体微孔和胞外聚合物网络结构中，仅靠机械力难以脱除，成为制约脱水极限的关键因素。

2、板框压滤机是目前应用最广泛的高干脱水设备之一。其典型工艺为：先向污泥中投加铁盐（如三氯化铁）和石灰进行化学调理，再通过高压隔膜压榨实现固液分离。然而，该工艺在实际运行中暴露出以下技术缺陷：

3、第一，药剂投量大，泥饼增量显著。为达到约60%的泥饼含水率，通常需投加占污泥干基质量5%～10%的铁盐和15%～30%的石灰。大量石灰的引入不仅造成药剂成本居高不下，更使泥饼无机物含量大幅增加，热值降低，严重制约后续焚烧或建材利用等处置途径的经济性与可行性。

4、第二，脱水机理单一，含水率难以进一步突破。传统板框压滤脱水本质上是基于机械力驱动的渗滤传质过程。随着压榨进行，泥饼被不断压实，孔隙率降低，液相渗流阻力急剧增大，毛细结合水与吸附水因无法被机械力有效驱替而残留在泥饼中，形成含水率55%～65%的技术瓶颈。这一单一传质脱水机制从根本上限制了脱水极限的进一步降低。

5、第三，泥饼粘附严重，卸料依赖人工。采用高石灰投加量虽可在一定程度上改善泥饼的力学强度和剥离性，但在实际运行中，泥饼与滤布的粘附问题仍未根本解决。大量污水厂仍依赖人工铲泥或高压水冲洗卸料，劳动强度大、自动化程度低，且频繁刮铲加速滤布磨损，增加运行维护成本。

6、针对上述问题，已有学者和工程技术人员提出若干改进方案。专利cn108164118a公开了一种提高隔膜压滤机污泥脱水效果的组合方法，其在隔膜压滤机每个滤板的导流槽外侧面敷设网格垫，并在压榨结束后采用鼓风机对滤饼进行通风吹扫，以将滤饼中难以单靠提高压力去除的毛细水带出。但该方案采用常温空气吹扫，未利用热风的对流换热效应，且吹扫在压榨结束后进行，此时泥饼已被压实，孔隙率低，气流穿流阻力大，吹扫效果有限。

7、专利cn111018297a公开了一种污泥脱水、干化和热裂解的一站式处置方法，其在隔膜压榨脱水成饼阶段，利用热空气强气流吹扫进行穿流置换，使滤饼中的毛细水进一步排出，滤饼含水率可降至55%~60%。但该方案中压榨脱水与热风穿流为同一阶段内并行操作，隔膜压榨与热空气吹扫在同一工序中同步进行。随着压榨的进行，泥饼逐渐被压实、孔隙率降低，热风穿流阻力随之不断增大，穿流置换效率呈递减趋势，且未解决泥饼粘附滤布的问题。

8、从传质传热机制层面分析，上述技术改进的核心缺陷在于：机械脱水与热风干燥未被有机整合为同一滤室内的顺序协同过程。理想的方案应使两种脱水机制在各自最优条件下顺序发挥作用，先以机械力在泥饼尚疏松时高效脱除自由水，再在卸压后泥饼回弹、孔隙恢复的状态下以热风穿流脱除毛细水及吸附水。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种质热协同的污泥低药深度脱水系统及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种质热协同的污泥低药深度脱水系统，包括进料系统，配置有变频调速螺杆泵；

4、质热协同脱水系统，包括多组平行设置的滤板，滤板两侧覆有滤布，滤板间形成的滤室厚度为6～10mm；

5、滤板内部设有隔膜压榨腔和穿流热风分配腔；

6、穿流热风供给系统，包括风机、空气加热器和热风管路，热风管路与每块滤板的穿流热风分配腔连通，所述空气加热器的热风温度为60～80℃；

7、卸料系统，包括自动拉板装置和泥饼收集输送机。

8、优选地，所述穿流热风分配腔在面向滤室的滤板表面设有多个均匀分布的出风微孔，孔径为0.5～2.0mm，开孔率为5%～15%，热风经出风微孔以穿流方式均匀穿透滤布及泥饼层。

9、优选地，所述穿流热风供给系统的穿流风速为0.5～1.5m/s。

10、优选地，一种利用上述系统的质热协同污泥低药深度脱水方法，包括以下步骤：

11、（1）低药调理：向待脱水污泥中仅投加占污泥干基质量1%～3%的铁盐调理剂，不投加石灰，搅拌反应；

12、（2）薄层进料：由螺杆泵将调理污泥注入滤室，形成厚度6～10mm的薄层泥饼；

13、（3）质脱水阶段：向隔膜压榨腔内通入压榨介质，保压，以机械力驱动液相水穿过滤布排出；

14、（4）热脱水阶段：卸压后，通过穿流热风分配腔向滤室通入60～80℃的热空气，热风以穿流方式强制穿透泥饼层及滤布，使泥饼含水率降至60%以下，并在泥饼与滤布界面形成气膜；（5）自动卸料：启动自动拉板装置，泥饼在重力作用下自滤布完整剥离落下。

15、优选地，步骤（1）中所述铁盐为聚合硫酸铁或三氯化铁；调理后污泥比阻≤1.0×10¹¹m/kg。

16、优选地，步骤（2）中所述进料压力从0.2mpa逐步升至1.0mpa。

17、优选地，步骤（3）中所述压榨介质的压力为1.5～2.0mpa，保压时间为10～15分钟。

18、优选地，步骤（4）中所述穿流风速为0.5～1.5m/s，持续时间为5～10分钟。

19、优选地，步骤（3）与步骤（4）在同一滤室内顺序进行，质脱水阶段脱除自由水及间隙水，为热脱水阶段创造多孔的低阻力穿透通道；热脱水阶段脱除毛细水及吸附水，并在泥饼-滤布界面形成气膜实现自动剥离。

20、优选地，步骤（5）中泥饼终含水率≤60%，泥饼质量残留量<6%。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本发明在同一滤室内将隔膜压榨传质脱水与穿流热风传热脱水顺序耦合，质脱水阶段脱除大部分自由水及间隙水，并为热脱水阶段创造多孔的低阻力穿透通道；热脱水阶段利用对流传热脱除毛细水及吸附水，并在泥饼与滤布界面形成气膜实现自动剥离。二者接力增效，泥饼终含水率可稳定降至60%以下，优于传统压滤60%～65%的水平。

23、2.本发明仅需投加占污泥干基质量1%～3%的铁盐调理剂，无需投加石灰，药剂成本显著降低，泥饼无机物增量少，热值高，便于后续焚烧或建材利用等资源化处置。

24、3.热风穿流脱水阶段在泥饼与滤布界面形成气膜，有效降低粘附力，泥饼在拉板时在重力作用下自动完整剥离，泥饼残留量低于6%，大幅减少人工铲泥工作量，实现了脱水工序的无人化自动运行。

25、4.薄层滤室（6～10mm）使热风以最短路径穿透泥饼，对流传热效率显著提升；热风温度仅需60～80℃，可利用工业余热或热泵供给，单位脱水能耗较传统热干化显著降低，具有良好的经济可行性。

1.一种质热协同的污泥低药深度脱水系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的质热协同的污泥低药深度脱水系统，其特征在于，所述穿流热风分配腔在面向滤室的滤板表面设有多个均匀分布的出风微孔（15），孔径为0.5～2.0mm，开孔率为5%～15%，热风经出风微孔以穿流方式均匀穿透滤布及泥饼层。

3.根据权利要求1所述的质热协同的污泥低药深度脱水系统，其特征在于，所述穿流热风供给系统的穿流风速为0.5～1.5 m/s。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述系统的质热协同污泥低药深度脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁盐为聚合硫酸铁或三氯化铁；调理后污泥比阻≤1.0×1011 m/kg。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述进料压力从0.2 mpa逐步升至1.0 mpa。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述压榨介质的压力为1.5～2.0 mpa，保压时间为10～15分钟。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述穿流风速为0.5～1.5 m/s，持续时间为5～10分钟。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（3）与步骤（4）在同一滤室内顺序进行，质脱水阶段脱除自由水及间隙水，为热脱水阶段创造多孔的低阻力穿透通道；热脱水阶段脱除毛细水及吸附水，并在泥饼-滤布界面形成气膜实现自动剥离。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（5）中泥饼终含水率≤60%，泥饼质量残留量<6%。