污水淤泥脱水装置

本发明涉及污水淤泥，特别是城市污水工厂中沉积的淤泥的脱水方法及装置。

污水工厂中沉积的占有大量空间的、新的或是腐败的淤泥中所含固体物质小于10%，因此要利用或是除去此类淤泥时，首先必须将其脱水，采用机械脱水方法，例如吸滤池过滤法，淤泥中的含水量降低，其固体物质的含量约为30%，此时淤泥中的主要成分仍然还是水，这种脱水后的淤泥中通常仍散发出臭气。另一个通常采用的方法是使淤泥在干燥鼓中脱水，该方法是将加热到600℃的空气通到干燥鼓中使淤泥脱水。采用这种方法脱水后的淤泥，其固体成分大大增加而且没有一点臭味。但是，采用这种方法，淤泥中挥发性的有机污染物被排放到空气中，而且在此工艺的后一阶段，产生含污染物的液体冷凝物或废气。

因此，需要一种不会产生含污染物的废气或冷凝物的污水淤泥脱水方法和装置。

本发明的一个目的是提供一种污水淤泥的脱水方法，包括以下几个步骤：将污水淤泥放置于脱水室中;加热污水淤泥，使其中的水份转化成水蒸汽;将脱水室中的水蒸汽吸出到一冷凝器中，使水蒸汽冷凝得到热水和废气;将冷凝器中的废气吸出到一燃烧器中。

本发明的另一目的是提供污水淤泥的脱水装置，该装置包括一个带有一个进料口和一个出料口的脱水室;采用机械传输设备使污水淤泥从进料口输送到出料口;把多个带燃烧器的热辐射器边靠边地设置，每一个热辐射器带有多个热辐射面而且被安装在脱水室内，辐射面的辐射温度超过850℃，从而使污水淤泥中的水份受热变成水蒸汽，而其中所含大部分的有害的有机化合物则发生断裂;与脱水室连接的是一个冷凝器，采用一定的设备将水蒸汽从脱水室中吸出并送到冷凝器内冷凝，得到热水和废气;排气管道将其中未冷凝的废气送到热辐射器的燃烧室中，在燃烧室内废气被加热到温度超过1700℃，从而使其中所含的有 害的二噁英类化合物（dioxins）发生裂解。

在所述的淤泥的热脱水过程中所产生的被污染的空气被送到燃烧区，从而将其中的污染物烧掉，而湿的污水淤泥，不管是新的还是腐败的则脱水形成固体含量超过95%的固体物质。从下面的描述中，可以看到本发明的新方法和新设备的其它的优点。

为满足以上所述的要求，本发明的脱水方法是按如下来设计的：燃料油或燃料气的燃烧可同时产生辐射热和热空气，辐射热作用于脱水室内机械传输的污水淤泥，与此同时，污水淤泥与所产生的热空气发生间接的热交换，然后将淤泥所产生的水蒸气从淤泥的上部空间吸出并将其冷凝。热辐射以及热空气同时向湿的污水淤泥传热的结果，使污水淤泥显著地脱水，其固体含量从小于10%到固体含量达到50%至90%之间。在此过程中，产生了大量的水蒸汽。淤泥在传输过程中放出的挥发性的有机污染物，例如碳氢化合物如二噁英类化合物，在蒸汽相中受热辐射的作用而发生裂解和断裂，裂解或断裂产物是完全无毒的，因此它们并不污染冷凝物-假若它们能和水蒸汽一起被冷凝的话。由于淤泥氧化分解是不可能的，因此产生的水蒸汽几乎是不含氧的，淤泥不与氧发生接触。

在本发明的工艺过程中，经第一步热辐射部分脱水后的淤泥，要再经过第二步且可能是多步干燥。干燥是采用机械方法传输淤泥并与热空气进行间接的热交换来实现的。从第二步以及随后进行的干燥步骤中产生的水蒸汽，用温热空气流将其带出并将其冷凝。在第一步中，只有水蒸汽被空气流带到冷凝器中，在随后的步骤中从淤泥产生的水蒸汽也用同样的方法将其带出，为此，第二步和随后的步骤中，经热交换后部分冷却下来的热空气被用作将这些步骤中产生的水蒸汽带出所需的温热的空气流。蒸气冷凝后剩余的空气流则可用作燃料油或燃料气燃烧时所需的空气，这样，空气流中所含有的任何污染物可以被烧掉。

本发明的工艺过程中，燃料油或燃料气燃烧时产生的温度为500℃到850℃的热空气与污水淤泥之间发生热交换，这种热交换必须是 间接的以使得淤泥不与空气接触，而且一旦淤泥几乎完全干燥，不发生氧化分解。

在两个顺次的处理步骤中，污水淤泥的传输方向是相反的，而且一般是直线传输。脱水设备是分层设置的，淤泥在相邻的两层中的传输方向是相反的，因此其可以在一个相对较小的面积内进行脱水，脱水装置可以安置在一辆拖车上。

在本发明工艺的第一步中，从污水淤泥释放出的有机化合物，特别是碳氢化合物和/或二噁英类化合物，在温度为约850℃至1200℃的热辐射的作用下，在蒸气相中发生裂解。本发明的工艺的一个特征是：蒸气相中产生高温-温度范围一般是800℃-2300℃之间，优选是900℃-1150℃之间-以及与此同时，蒸汽相不与空气中的氧发生接触，结果是，淤泥能迅速地释放出其中的水份而不发生氧化分解;而且在该工艺过程中，从淤泥中释放到所述的高温蒸气中的污染物发生裂解或断裂形成低毒性的或无害的化合物。

在本发明的工艺中，第一步产生的水蒸汽用负压将其吸到冷凝器中。使冷凝器内保持为负压的一种方法是在冷凝器的另一面安装一个抽风机。冷凝后剩余的废气经过过滤后可用来燃烧燃料油或燃料气。为使蒸气充分冷凝，冷凝过程中进行了热交换;在冷凝循环过程中，所使用的水经深冷单元冷却。

本发明的工艺所使用的其他装置包括：几个边靠边设置的热辐射器，每个热辐射器带有一个燃烧室，燃烧室的下部室壁作为热辐射表面，燃料油或燃料气在每个燃烧室内燃烧;用热的燃烧废气加热空气的热交换器，该交换器位于脱水室中热辐射表面之下;开式传输设备系统，该系统或多或少地从辐射区的这一端延伸到另一端，由此使污水淤泥受到热空气的间接加热;以及冷凝器，它通过一根管道与脱水室相连。因此，该装置主要是由：热辐射器，它产生热空气和辐射热;污水淤泥传输设备系统，该系统传输污水淤泥通过热辐射区，使其受热辐射的作用，其中的水份以蒸汽的形式释放出来;以及将此工艺过程中产生 的水蒸汽冷凝的冷凝器组成。本发明的另一个突出的优点是热交换器和热辐射器是一体化的，形成一个很紧凑的结构单元。因此，几个这样的热辐射器可以装备在一台活动的脱水器中。每个热辐射器的热量以圆锥形辐射散发，因此，将热辐射器安装成一排，可使热辐射区大大加长，污水淤泥传输设备沿热辐射区呈纵向设置。

本发明的污水淤泥传输设备是由几个边靠边地平行安装的槽所组成，传输设备内的挤泥机在槽内转动，槽上安有套管，挤泥机带一用于热空气加热用的中空轴。热空气是由呈环形环绕在辐射器燃烧室四周的热交换器产生的，它被用来加热这些槽式挤压机。其作法是使加热到850℃的热空气首先穿过槽的套管，然后从反方向穿过挤泥机的中空轴。在此工艺过程中，沿槽边设有带孔的吸管，这些吸管又与冷凝器相连。靠冷凝器使这些吸管内保持为负压，以使由污水淤泥释放出的水蒸汽能被吸入吸管内，然后经吸管进入冷凝器。

该装置的进一步的改进是在开式传输设备系统的下面再安装至少一层，优选是两层封闭的污水淤泥传输设备系统，其内的污水淤泥传输途经与开式传输设备系统相同。每层传输设备内的污水淤泥的传输方向与其上层或其下层传输设备内的传输方向是相反的，在封闭的传输设备内部分干燥的污水淤泥将继续干燥至其固体物质的含量超过95%，优选是超过98%。在传输设备的顶部再设置传输设备的这种多层设置方式可使其结构更为紧凑，占有的空间相对较小。在本发明的设计中，每层封闭的传输设备由几个带旋转挤泥机的相互平行的管组成，管上安一层套管，传输设备的挤泥机带有用于热空气加热的中空轴，在每根管上轴向安装与管等长的吸管，该吸管经管上的小孔与管的内室相连，该管的一端与中空轴的中心镗孔或是与所述的管的套管相连，另一端则与冷凝器相连，每层传输设备可由5到15个，优选是8到12个槽或管组成。用加热槽同样的方法加热管，从热辐射器来的热空气被引到一层中的各管式挤泥机中，经挤泥机，热空气首先被引入穿过管的套管，然后经中空轴到吸管，最后到冷凝器。管内产生的水蒸汽通过吸管上的小孔并被空气流 带到冷凝器内冷凝。

在此方法中，每个槽和其下的管由连接管在两端作换向连接，使污水淤泥机槽和管中作变向传输。

最下面一层挤压机管上的连接管安装在出料挤泥机上，出料挤泥机与其上的挤泥机管成90°角。最下面一层管，可由约10根挤泥机管组成，将干燥后的淤泥经连接管卸到出料挤泥机中，然后从出料挤压机的侧面将干燥后的淤泥排出。

传输设备内的挤泥机安装在传动装置上，每层挤压机的马达转速可分别独立地控制，用这样的方法，可使污水淤泥在槽层内的处理时间与其下面的挤泥机层内的处理时间不相同。也就是说，可分别调节每一层的污水淤泥的处理时间以适应不同类型的淤泥和不同的蒸发速度。

本发明同时也设计了进料设备以使其能够安装在脱水室的一端。该进料设备突出在脱水室墙上，并使进料口一侧与加料漏斗相连，使出料口一侧与开式淤泥传输设备进料端相连。通过漏斗加淤泥的一种方法是使用传输带。建议使进料挤泥机-它们也可以是管式挤泥机-的数目与槽的数目相等，这样，每个进料挤泥机与一个槽安装在一起。这些进料挤泥机也可以由从相应的槽式挤泥机的中空轴中排出的温热空气加热。

所述的装置可以安装在一个底架上，这样，该装置可用运输车辆，如双轮拖车将其从一个地方运到另一个地方，从而使一些污水淤泥量少，不经常需要对污水淤泥进行脱水的工厂也可以利用本发明的处理污水淤泥的新工艺的优点。

下面结合附图对本发明进行阐述。

图1为本发明新工艺的简单流程图;

图2为本发明新工艺的空气进出系统的简单流程图;

图3为本发明新工艺所使用的热辐射器的简单剖视图;

图4为本发明的新装置的综合图;

图5为本发明新装置中使用的槽式挤泥机的三维图;

图6为本发明装置中使用的管式挤泥机的三维图，其中省去了套管的外面部分;

图7为本发明的另一个实施装置的三维图;

图8为该实施装置的管道系统的简图;

图9为该实施装置中使用的顶部槽式挤泥机的三维视图;

图10为该实施装置中使用的下部槽式挤泥机的三维视图，其中省去了套管的外面部分。

图1示出了本发明新工艺的重要步骤并对其作了解说。

图2所示实施方案的具体操作方法将在下文中述及。从所有的辐射器来的热量辐射到顶部的槽式挤泥机上，从任意一个辐射器产生的热空气仅被引到一层挤泥机中，例如被引到槽式挤泥机中或是其他层的管式挤泥机中。空气首先流经挤泥机的套管，然后从套管进入挤泥机轴的镗孔中。就槽式挤泥机来说，热空气从挤泥机轴中排出，然后进入到进料挤泥机中，以使进料挤泥机也被加热，这样，热空气只与淤泥间接换热，它不含有任何污染物，可以经进料挤泥机的另一端排放到大气中;一种方法是将其与烟道气混合，然后将其引向到烟囱中。在槽式挤泥机中产生的蒸气经吸管吸出并送到冷凝器内冷凝。

就管式挤泥机来说，热空气也首先进入套管内，并经套管进入挤泥机轴，然后还有温热的空气流经挤泥机的吸管，并将污水淤泥释放出的水蒸汽带到冷凝器。蒸气冷凝后，剩余的空气用于热辐射器内燃料的燃烧。

图3表示一个产生红外辐射和热空气的热辐射器（1），用于本发明新型的脱水装置中，它带一个燃料油燃烧器（2），通过管（3）将燃料油、经另一根管（42）将空气加到其中，燃烧器（2）用中空套管（2a）包覆，该套管上的小孔通向燃烧室（4）。经管（41），该套管接收从水蒸汽冷凝器（18）排出的空气，燃烧室（4）内的温度可高达1700℃，金属辐射锥体（5）向下辐射热量，使锥体下的温度达到 1200℃，该辐射锥体（5）被一个园头的锥形热反射挡板（6）包围，使辐射热集中;室（4）被另一个室（7）包围，从燃烧室（4）流出的热的燃烧废气流经该室。室（7）带一个螺旋管（8），该管与空气风机（9）相连，风机（9）吸入管线四周区域的空气并使其经过热交换器（8，7）。由此产生的热空气从热交换器（10）排出时的温度可高达850℃，最好是在600℃到800℃之间。

如图4所示的本发明的装置安装在双轮拖车的底架（40）上，该拖车可被拖拉机牵引。所述的装置带有三个热辐射器（1），该辐射器将热量呈园锥形辐射到其下面的脱水室内（11）。在脱水室（11）内，沿拖车的边装有10个槽式挤泥机（12）并用电动马达（13）驱动，每一个槽式挤泥机（12）由一个进料挤泥机（14）进料，挤泥机（14）同样也由电动马达（15）驱动。一排进料挤泥机（14）从供料漏斗（16）获取湿的污水淤泥，并将其输送到连接管道（17），通过此管道将污水淤泥挤到挤泥机槽（12）中，在槽（12）中，湿的污水淤泥被来自三个热辐射器的热量直接加热。另外，槽（12）和挤泥机轴被热空气加热，这在下文中将详细述及到。通过槽中的挤泥机将湿的污水淤泥输送到管道的另一端，在此过程中挤泥机的同时转动，可使污水淤泥显著地脱水。在此过程中释放出的水蒸汽被吸到吸管中-这将在下文中很详细地述及，然后将其从吸管中引到冷凝器（18）中冷凝。

部分脱水的污水淤泥经连接管（19）进入挤泥机管（20）中，该挤泥机由电动马达（21）驱动。在挤泥机管（20）中，部分脱水的污水淤泥又被输送到连接管（22）中，挤泥机管（20）由来自中间那个热辐射器（1）的热空气加热，使得淤泥输送到连接管道（22）时继续脱水。在此过程中产生的水蒸汽由温热空气流排出，该温热空气流是经吸管进入管（20）的，这在下文中将更详细地述及，然后再被送到冷凝器（18）中冷凝。

将上述经高度脱水后的污水淤泥经连接管（22）进入下面的挤泥机管（23）内，在其中淤泥几乎完全脱水，即脱水后得到固体含量约 98%的固体物质。管（23）中的挤泥机也电动马达（24）驱动，以逆方向将淤泥输送到连接管（25）内。连接管（25）中的干燥污泥被挤压送到出料挤泥机（26）内，它是与管（25）成90°角安置的，它将脱水后的淤泥从该装置的侧部排出。在挤泥机（12）槽和挤泥机管（20，23）的两端设有空气箱（27）以引入空气，如图2中很详细地显示出的那样，特别地是将空气直接从套管中引入到中空轴的镗孔中。

图5是挤泥机槽（12）的简图，它带有一个中空套管（28），热辐射器（1）产生的热空气通过该套管引入。从套管（28）排出的热空气进入挤泥机轴（30a）的镗孔（29）内以加热挤泥机（30），如图中箭头所示。吸管（31）与挤泥机槽（12）相连，该吸管在与槽（30）相连的那一侧带有一排小孔（32），吸管（31）导向冷凝器（18）（未示出），该冷凝器保持为低压，以使槽（12）内污水淤泥释放出的水蒸汽能通过小孔（32）及吸管（31）引到冷凝器中。

如图6所示，挤泥机管（20）与挤泥机管（23）是相同的，而且如果需要的话，也可以安装第四层挤泥机管。挤泥机管（20）带有一个空心套管（33），其中的吸管（34）被径向墙（35）分开，挤泥机（36）的轴（36a）同样带有镗孔（37）供加热用，在有吸管（34）的区域内，管（20）的内壁（38）在与吸管接触的整个长度内打上小孔（39），污水淤泥释放出的水蒸汽排到吸管之中，由热辐射器（1）而来的热空气首先被引到套管（33）内，该热空气用来加热管（20），如图中箭头所示。然后从管（20）进入挤泥机轴（36a）的镗孔（37）中，最后进入吸管（34），空气从吸管排出并通过一空气流将其输送到冷凝器（18）内。

图7到图10所描述的另一个实施装置表示本发明的一个改进的实施装置。与下文所叙述的那样，该改进的实施装置中也能达到更高的温度。上述经改进的实施装置中，其换热方法发生了变化，改进后的方法使热交换在槽式挤泥机中就能完成，并更具灵活性，热转换既可利用热空气也可利用热废气来完成。图2示出了污水淤泥的传输、热废气的流 向、蒸汽和有毒气体的流向以及系统内热水循环的框图，这将在下文中述及。图7和8描述了一种污水淤泥的脱水设备。该实施装置中带有一个脱水室，该脱水室由隔体墙110和123密封，脱水室实际上分成两个较小的室：一个是加热室116，另一个是蒸气室118。脱水室有一个进料口103和一个出料口127，槽117、120和121分层安装在脱水室118内。槽117位于加热室116内而槽120和121则位于蒸气室118内，每个槽安装有可转动的挤泥机129，以机械方式传输污水淤泥。于是污水淤泥经过一列的挤泥机从进料口103输送到出料口127。槽117、120及121在脱水室内呈多层设置，顶层-槽117，中层-槽120以及下层-槽121。每层的运输途径实际上都是一样的，只是相邻层内的污水淤泥的运动方向是交替变化的，这是通过一系列的转换箱来完成的。当污水淤泥进入进料口103时，通过挤泥机槽104将污水淤泥送到转换箱109，在其中污水淤泥从进料层的挤泥机槽104中传送到顶层挤泥机槽117中，然后污水淤泥又沿着挤泥机槽117传送到转换箱124内，通过转换箱124又将顶层挤泥机槽117中的污水淤泥传输到中层的挤泥机槽120中，然后污水淤泥又沿着挤泥机槽124以相反的方向传输到转换箱112;通过转换箱112，污水淤泥从中层的挤泥机槽120内传送到下层的挤泥机槽121内。在挤泥机槽121内，污水淤泥的运动方向又发生变化并沿挤泥机槽121被传输到转换箱126内。通过转换箱126，污水淤泥从下层的挤泥机槽121中传到出料口127。如图9和10所示，每一个槽都有中空的槽壁131，作为流体流动通道130，挤泥机槽117与120和121在结构上有一不同点：挤泥机槽117如图9所示，挤泥机槽120与121在结构上是相似的，其结构如图10所示。多个带燃烧器135的热辐射器115边靠边安置于加热室116内，每个热辐射器115的热辐射面安装在加热室116内，该辐射面的热辐射温度超过850℃。在该实施装置中，辐射面的最高辐射温度为1600度，优选的操作温度为1250度。污水淤泥受热后，其中的水份转变成水蒸汽并使污水淤泥气化。在所述的温度下，污水淤泥中最有害的有机化合物被裂解 了。热辐射器115的辐射面与顶层槽式挤泥机117内的污水淤泥之间最近点的距离是10厘米，平均为35厘米。如图9所示，顶层挤泥机槽117的顶部被切去一部分，形成一个约70°的环形区，其结果是顶层挤泥机槽117约有67%的有效受热面积暴露在能源下并受到红外线的作用，使得污水淤泥的黑色粒状表面能高效率地吸收从热辐射器115来的辐射能。挤泥机槽104、117、120和121分别带有马达105、107、108、和111，这些马达也带动挤泥机129转动。挤泥机129是一个特殊的螺旋形的挤泥机，它具有相对较高的转速，以每分钟40到60转的转速沿挤泥机槽传输污水淤泥，传输管内的污水淤泥连续地翻动并前移以防止其过早地“烧固”。冷凝器125与脱水室相接，水蒸汽可以自由地从加热室116流到蒸汽室118，通过蒸气导管122可将水蒸汽从脱水室118中吸到冷凝器125，如图10清楚地描述的那样：槽120和121之间有蒸气导管132连接着，加热室116内的水蒸汽可通过档板133之间的开口进入蒸气导管132、蒸汽导管132与蒸汽导管122相接。在冷凝室125内，蒸汽被冷凝后得到热水和废气，蒸汽是从冷凝器125的下面进入冷凝器的。使用“桶式冷凝器”，在该冷凝器内，用桶128内的冷水喷洒于蒸气上，以使蒸气冷凝。由于气体冷凝导致其体积的减小以及蒸气导管122和132属封闭系统，使在其中产生相当大的负压，产生的真空又通过蒸气导管122和132将蒸气室118中的蒸气吸出。为使该操作稳定和安全起见，在每一个下部蒸气导管的端部安装一台风机。冷凝产生的热水流经热水管136和阀137，阀137使操作者既可以将水收集到热水桶138内，也可以将热水通过管139排出以作别用。这种热水不含污染物。当加热室116和蒸气室118中的热使污水淤泥发生气化时，将产生的气体与水蒸汽一起吸到冷凝器125内，产生的气体包括甲烷，以及根据污水淤泥的性能也可能带有二噁英类化合物。这些气体可通过排气管134将其从冷凝器125送到辐射加热器115的一个燃烧器135中，在燃烧器135中，气体在温度超过1200℃下燃烧，其中的有毒的二噁英类化合物发生裂解。在该实施例中，燃烧器内的火焰温度可 达到1900°。燃烧室135中产生的燃烧废气通过烟囱113最终放空。但是，从燃烧室135排放的废气其温度高达850°，因此它也是有价值的潜在能源。有鉴于此，每个燃烧器135设有一废气管155，该管与气体分配箱119相连，气体分配箱119使每根废气管155与挤泥机槽117，120或121中的一个流体流动通道130相接。流经相应的槽式挤泥机的流体流动通道130以后燃烧废气收集在收集箱114中，该箱与烟囱113相连。类似地，由冷凝器125产生的热水是第二个潜在能源，因此将其与热水循环系统相接。为方便起见先将热水集中于热水箱138中。第一条流体流动路线由管140和142组成，它通过热水箱138把冷凝器与挤泥机槽104的中空槽壁内的流体流动通道130相连。由此可使热水中的热量通过热交换传递给污水淤泥，热水经第一条流体流动路线的循环是由管144来完成的。在管144上装有阀145，该阀可使操作人员既可将水经辐射器149和管线150送回到冷水箱128，或是通过管146将水排出作为他用。必须指出的是，系统内经常会产生过量的水，必须定期将其从系统内排出。第二条流体流动路线是通过烟囱113间接地将燃烧器135的燃烧废气与挤泥机槽104的中空槽壁131内的流体流动通道130连接起来。第二条流体流动路线由管143和142组成，它们使从烟囱来的热的燃烧废气内流到挤泥机槽104的流体流动通道130中。管144和148表示燃烧废气从挤泥机槽104外流到烟囱113。当然，热水和热的燃烧废气不可能同时用来预热挤泥机槽104，操作人员可通过调节阀141和147来任意选择哪一个能源作为预热能源。阀141控制着是使热水还是废气进入管142进而引入挤泥机槽104的流体流动通道130内，而阀147则控制着是使挤泥机槽104返回的流体进入到冷水箱128还是进入到烟囱113内。冷水箱128有两个隔舱，一个是容量较小的隔舱154，另一个是容量较大的隔舱152，隔舱152和154用溢流管151相连接。管线153从隔舱152延伸到冷凝器125的顶部，用来冷凝蒸气，这在前文中已经描述过了。该系统很紧凑，可以安装在一辆拖车101上，在拖车上有一操作人员控制区102。

很明显，还可在不超出本发明的本质范围的前提下对所述的装置进行改进。同时必须指出的是：术语“污水”的含义是广泛的，所述的方法和装置可以稍作修改而应用于一系列的废料的处理过程中。