本實用新型屬于資源與環境技術領域，具體涉及一種豎向太陽能強化污泥深度生物干化系統。

背景技術：

隨著中國城鎮污水處理事業的快速發展，污水處理廠數量不斷增多，污泥產生量也日益增加。目前中國城鎮污水處理廠數量達4000座以上，污泥年產生量在4000萬噸（含水率80%）以上。污泥不但含水率高、體積十分龐大，而且含有大量難降解有機物、重金屬以及病原微生物和寄生蟲卵等，如不經過有效的處理，極易造成二次污染，影響環境治理效果。目前中國的污泥處理以濃縮、脫水為主，但經濃縮脫水后的污泥含水率仍然高達70% ~ 80%，因此，對脫水污泥進行干化處理，是實現污泥資源化處置利用的關鍵。

現代化的污泥干化工藝主要是熱干化，采用集約化的污泥干化裝置，通過外加熱源將污泥中的水分蒸發，從而降低污泥含水率。污泥熱干化的能耗和運行成本較高，運行管理難度較大，干化設備對運行要求嚴苛，運行不當則存在爆炸的安全風險。中國的污泥干化技術尚處于起步階段，雖然已建成十余座污泥熱干化項目，但是大多引進國外的技術和設備，且大多采用通用干燥器，設備適應性能不理想，系統能耗普遍較高，運行成本居高不下，難以維持穩定運行。中國的污泥好氧發酵技術已得到一定應用，但存在發酵時間長、減量化效果不明顯、占地面積大等缺點。

國外污泥干化技術起步較早，近年來特別注重高效節能新技術的開發和清潔廉價能源（如太陽能）的利用。生物干化是一種與好氧堆肥相似的污泥干化新技術，利用微生物好氧發酵過程中降解有機質所產生的生物熱能，實現物料的快速脫水干化和減容減量。生物干化以快速降低污泥中的含水率為目的，但沒有外加能源，因此生物干化周期有縮短的空間，而利用太陽能這種清潔能源為外加能源是一種可行的方式。

污泥太陽能干化主要通過太陽能輻射效應使污泥內部水分加速向外蒸發，然后通過自然循環或通風將污泥表面的水分帶走。污泥太陽能干化與傳統的熱干化技術相比，能耗小、運行管理費用低，蒸發1 t水的耗電量僅為傳統熱干化技術的1/30。盡管如此，太陽能干化裝置的能量利用效率較低，需要較長的停留時間和較大的占地面積，因此需要在污水處理廠有足夠可利用的場地空間。而且太陽能干化處理效果受天氣和季節性條件約束，很難保持均勻、連續的運行，為此許多太陽能干化工藝采取集熱或與其他輔助熱源結合應用，但這增加了工藝成本。而且即使如此，在德國的工程應用結果表明整個冬季污泥都需要停留在干化車間內，這進一步加大了太陽能干化裝置的占地面積需求。

因此，針對上述技術存在的限制，開發一種高效低耗的污泥深度干化處理工藝與系統，對于促進污泥資源化處置利用、提升污泥處理處置行業水平具有重要意義。

技術實現要素：

本實用新型的目的是根據城鎮污泥減量化和資源化處理的需求以及脫水污泥的特點，提出一種豎向太陽能強化污泥深度生物干化系統，利用太陽能干化和微生物好氧發酵原理實現脫水污泥的高效低耗深度干化處理。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種豎向太陽能強化污泥深度生物干化系統，其特征在于所述系統包括

生物干化室，生物干化室底部設置曝氣系統；

太陽能干化室，太陽能干化室豎向設置于生物干化室的上方，生物干化室的干化污泥出口經干化污泥管道連通至太陽能干化室；

振動篩，太陽能干化室的輸出端連接至振動篩，振動篩上方設置返混料回流裝置連接至生物干化室，振動篩下方為最終產物出料口。

生物干化室的進口處設置有混料機，所述混料機設置有脫水污泥進料口、返混料進料口和出料口，所述返混料進料口通過管道連接至振動篩，振動篩的篩上物作為返混料從返混料進料口進入混料機，與脫水污泥進料口進入的脫水污泥在混料機中混合均勻，從出料口輸出至生物干化室；所述出料口通過管道連接至生物干化室。

所述生物干化室頂部設置硫化氫傳感器及臭氣收集系統，臭氣收集系統通過管道經氣體洗滌器連接至地下式土壤生物濾床，氣體洗滌器連接至土壤生物濾床的管段還設置氣體循環系統，氣體循環系統輸出端通過回流管道連接至曝氣系統。

所述的生物干化室底部設置可伸縮的溫度傳感器，實時監測發酵物料的溫度，曝氣系統連接鼓風機，鼓風機根據發酵物料的溫度變化在線調節曝氣系統的供風量。

太陽能干化室屋面內側鋪設疏水復合膜，沿太陽能干化室單側或雙側屋面安裝不銹鋼鏈板，不銹鋼鏈板輸入端的上方設置布料機，所述布料機通過干化污泥管道與生物干化室的干化污泥出口連接，不銹鋼鏈板輸出端則通過輸送管道連接至振動篩，振動篩對太陽能干化后的物料進行篩分，篩上物作為返混料回流至混料機，篩下物為最終產物。

不銹鋼鏈板傾角可在15°~30°范圍內調節，距太陽能干化室屋面高度為30cm~50cm；不銹鋼鏈板上部設置垂直擋板防止物料向下聚集，擋板高度為10cm~15cm。

本系統利用微生物好氧發酵產生的生物熱能和清潔可再生能源太陽能的耦合作用實現脫水污泥的高效低耗深度干化，具有以下有益效果：

1．污泥在系統中的停留時間為5~10d，僅為好氧堆肥工藝的1/6~1/2，翻拋次數少或不翻拋，處理效率大大提高。系統受天氣和季節性條件的影響較小，運行穩定性好，可保持連續運行，且無需輔助熱源。

2．由于利用生物熱能和太陽能等清潔能源的耦合作用，運行能耗低于12kW·h/t濕污泥（含水率80%）。采用氣體循環系統和熱交換裝置，系統的熱利用效率較高。通過振動篩篩分后的粗顆粒和輔料回流，降低輔料用量，強化干化效果，運行成本較低。

3．太陽能干化室和生物干化室采用豎向疊加設計，節約了二級工藝的占地面積。微生物發酵產生的熱量可為太陽能干化室提供輔助熱源，提升太陽能干化室的運行效率和穩定性。太陽能干化室可對生物干化室形成保溫層，減少熱量逸散，采用單側鏈板運行時還可對生物干化室內的發酵物料形成熱輻射，促進生物干化過程的順利進行。此外，由于系統處理效率提高，相同處理規模條件下的占地面積減小。采用地下式土壤生物濾床，也可節約用地，且可與周圍綠地統一設計，提升工程的環境協調性。

4．生物干化室設置氣體收集、洗滌和循環系統，提高氣體利用效率，節約鼓風機運行能耗，減少臭氣物質逸出。

附圖說明

圖1為豎向太陽能強化污泥深度生物干化工藝流程圖。

圖中編號：1為脫水污泥；2為混料機；3為生物干化室；4為布料機；5為太陽能干化室；6為不銹鋼鏈板；7為冷凝水槽；8為振動篩；9為鼓風機；10為曝氣系統；11為溫度傳感器；12為硫化氫傳感器；13為臭氣收集系統；14為氣體洗滌器；15為氣體循環系統；16為熱交換裝置；17為引風機；18為地下式土壤生物濾床。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步地說明。

實施例1

如圖1所示，本實用新型提供的豎向太陽能強化污泥深度生物干化系統及方法，通過生物干化和太陽能干化的二級豎向耦合工藝對脫水污泥進行干化處理，該系統由混料機2、生物干化室3、布料機4、太陽能干化室5、振動篩8、鼓風機9、曝氣系統10、溫度傳感器11、硫化氫傳感器12、氣體收集系統13、氣體洗滌器14、氣體循環系統15、熱交換裝置16、引風機17和地下式土壤生物濾床18組成。

其中，生物干化室3底部設置曝氣系統10，生物干化室3對物料進行生物干化。所述的生物干化室3混凝土地面下設置曝氣系統10及可伸縮的溫度傳感器11套筒，實時監測發酵物料的溫度，鼓風機9根據發酵物料的溫度變化在線調節供風量，強化生物干化效果。

太陽能干化室5豎向設置于生物干化室3的上方，生物干化室3的出料端經干化污泥輸送裝置連通至太陽能干化5室，經快速生物干化的物料在太陽能溫室效應作用下進一步去除水分。生物干化后的物料為固態，輸送方式包括帶式輸送機、螺旋輸送機、螺桿泵等。

振動篩8，太陽能干化室5的輸出端連接至振動篩8，所述振動篩8對太陽能干化后的物料進行篩分，篩上物作為返混料回流至生物干化室3，篩下物為最終產物。

所述的生物干化室3頂部設置硫化氫傳感器12及臭氣收集系統13；收集的臭氣進入氣體洗滌器14洗滌后，經氣體循環系統15部分回流至曝氣系統10，減少鼓風機9的供風量和臭氣物質的釋放；排放氣體在熱交換裝置16中進一步回收熱量后，通過引風機17送入地下式土壤生物濾床18過濾后排入大氣。

太陽能干化室5屋面內側鋪設疏水復合膜，物料中蒸發出來的水分經疏水復合膜聚集至冷凝水槽7排出系統；根據系統設計要求，沿太陽能干化室5單側或雙側屋面安裝不銹鋼鏈板6；不銹鋼鏈板6傾角可在15°~30°范圍內調節，距太陽能干化室5屋面高度為30cm~50cm；不銹鋼鏈板6上部設置垂直擋板防止物料向下聚集，擋板高度為10cm~15cm。鏈板是水平移動。2、一個干化周期就一個行程，鏈板移動到底后循環至輸入端，開始下一個干化周期。

該方法的具體工藝流程為：脫水污泥1進入到混料機2中，根據工藝設計要求，從振動篩8回流脫水污泥重量20%~60%的返混料到混料機2中，并加入脫水污泥重量10%~20%的輔料，如：秸稈、麩皮、木屑等，調節混合物料的含水率為55%~65%；混合物料輸送至生物干化室3中進行快速好氧發酵，發酵時間為5~7d；生物干化室3中的氣體經臭氣收集系統13進入氣體洗滌器14酸洗，并通過氣體循環系統15部分回流至曝氣系統10，回流量為50%~100%，排放氣體在熱交換裝置16中進一步回收熱量后，通過引風機17送入地下式土壤生物濾床18過濾后排入大氣；生物干化后的物料經布料機4均勻分布于生物干化室3上方太陽能干化室5中的不銹鋼鏈板6上，物料隨不銹鋼鏈板6緩慢移動，并在太陽能溫室效應作用下進一步去除水分，干化時間為1~5d；太陽能干化室5中從物料蒸發出來的水分經屋面的疏水復合膜聚集至冷凝水槽7排出系統，干化后的物料輸送至振動篩8進行篩分，篩上物作為返混料回流至混料機2與脫水污泥1混合，篩下物為最終產物。

將上述系統及方法應用于某城鎮污水處理廠，設計處理規模為8萬m³/d，污水生物處理采用A²/O工藝，污泥處理采用重力濃縮+離心脫水，脫水后的污泥含水率為74%~78%。為解決污泥消納問題，建有脫水污泥干化工程，具體步驟如下：

1．脫水污泥產量為50~60t/d，含水率為74%~78%，通過輸送帶輸送到臥式螺帶混料機2。在輸送的同時加入粉碎的秸稈和振動篩8篩分出來的粗顆粒返混料，調節混合物料含水率為55%~65%，秸稈和返混料的投加量分別為6~8t/d和20~30t/d。

2．在混料機2中混合均勻的物料通過輸送帶輸送到生物干化室3，通過實時監測物料的溫度在線調節鼓風機8的供風量和氣體回流量。經過5d的生物干化處理后，混合物料含水率降至45%左右。

3．生物干化后的混合物料經布料機4均勻分布于太陽能干化室5內的不銹鋼鏈板6上，物料隨不銹鋼鏈板6緩慢移動，并在太陽能溫室效應作用下進一步去除水分，根據天氣和季節的變化，干化時間為1~5d。

4．干化后的混合物料輸送至振動篩8篩分，篩上物作為返混料對脫水污泥進行調理和接種，篩下物為最終產物，含水率為25%~35%。脫水污泥減量可達50%以上，減量化效果明顯。最終產物的低位熱值大于8000kJ/kg，糞大腸桿菌未檢出，衛生狀況良好，養分含量較高，具有較好的資源化利用潛力。