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污泥處理熱干化技術分享

2020.05.12

1原理與作用

為滿足污泥后續(xù)處置要求,需要進一步降低常規(guī)機械脫水污泥的含水率。污泥的熱干化是指通過污泥與熱媒之間的傳熱作用,脫除污泥中水分的工藝過程。

2應用原則

應根據(jù)處置的需要和實際條件選擇干化的類型和工藝技術。熱干化工藝應與余熱利用相結(jié)合,不宜單獨設置熱干化工藝??沙浞掷梦勰鄥捬跸幚磉^程中產(chǎn)生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱、熱電廠余熱或其他余熱干化污泥。

3污泥干化工藝與設備

3.1 一般工藝流程

污泥熱干化系統(tǒng)主要包括儲運系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、尾氣凈化與處理、電氣自控儀表系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)等。

儲運系統(tǒng)主要包括料倉、污泥泵、污泥輸送機等;干化系統(tǒng)以各種類型的干化工藝設備為核心;尾氣凈化與處理包括干化后尾氣的冷凝和處理系統(tǒng);電氣自控儀表系統(tǒng)包括滿足系統(tǒng)測量控制要求的電氣和控制設備;輔助系統(tǒng)包括壓縮空氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風采暖、消防系統(tǒng)等。

3.2工藝與設備

1)工藝設備類型

根據(jù)熱量傳遞方式的不同,污泥干化設備分為直接加熱和間接加熱兩種方式??紤]到系統(tǒng)的安全性和防止二次污染,推薦采用間接加熱的方式。

2)干化工藝設備

目前應用較多的污泥干化工藝設備包括流化床干化設備、帶式干化設備、槳葉式干化設備、臥式轉(zhuǎn)盤式干化設備、立式圓盤式干化設備和噴霧干化設備等六種工藝設備。干化工藝和設備應綜合考慮技術成熟性和投資運行成本,并結(jié)合不同污泥處理處置項目的要求進行選擇。

流化床干化設備

流化床干化系統(tǒng)中污泥顆粒溫度一般為 40℃~85℃,系統(tǒng)氧含量<3%,熱媒溫度 180℃ ~220℃。推薦采用間接加熱方式,熱媒常采用導熱油,可利用天然氣、燃油、蒸汽等各種熱源。流化床干化工藝既可對污泥進行全干化處理,也可半干化,最終產(chǎn)品的污泥顆粒分布較均勻,直徑1~5 mm。

流化床干化工藝設備單機蒸發(fā)水量 1000~20000 kg/h,單機污泥處理能力 30~600 t/d(含水率以80%計)??捎糜诟鞣N規(guī)模的污水處理廠,尤其適用于大型和特大型污水處理廠。干化效果好,處理量大;國內(nèi)有成功工程經(jīng)驗可以借鑒。但投資和維修成本較高;當污泥含沙量高時應注意采用防磨措施。

帶式干化設備

帶式干化的工作溫度從環(huán)境溫度到65℃,系統(tǒng)氧含量<10%;直接加料,無需干泥返混。帶式干化工藝設備既可適應于污泥全干化,也適用于污泥半干化。出泥含水率可以自由設置,使用靈活。在部分干化時,出泥顆粒的含水率一般可在15%~40%之間,出泥顆粒中灰塵含量很少;當全干化時,含水率小于15%,粉碎后顆粒粒徑范圍在3~5 mm。帶式干化工藝設備可采用直接或間接加熱方式,可利用各種熱源,如天然氣、燃油、蒸汽、熱水、導熱油、來自于氣體發(fā)動機的冷卻水及排放氣體等。

帶式干化有低溫和中溫兩種方式。低溫干化裝置單機蒸發(fā)水量一般小于1000 kg/h,單機污泥處理能力一般小于 30 t/d(含水率以80%計),只適用于小型污水處理廠;中溫干化裝置單機蒸發(fā)水量可達 5000kg/h,全干化時,單機污泥處理能力最高可達約 150 t/d(含水率以 80% 計),可用于大中型污水處理廠。由于主體設備為低速運行,磨損部件少,設備維護成本很低;運行過程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵,安全性好;使用比較靈活,可利用多種熱源。但單位蒸發(fā)量下設備體積比較大;采用循環(huán)風量大,熱能消耗較大。

槳葉式干化設備

槳葉式干化通過采用中空槳葉和帶中空夾層的外殼,具有較高的熱傳遞面積和物料體積比。污泥顆粒溫度<80℃,系統(tǒng)氧含量<10%,熱媒溫度 150℃~220℃。一般采用間接加熱,熱媒首選蒸汽,也可采用導熱油(通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱)。干污泥不需返混,出口污泥的含水率可以通過軸的轉(zhuǎn)動速度進行調(diào)節(jié),既可全干化,也可半干化。全干化污泥的顆粒粒徑小于10 mm,半干化污泥為疏松團狀。

槳葉式干化工藝設備單機蒸發(fā)水量最高可達8000 kg/h,單機污泥處理能力達約240 t/d(含水率以80%計),適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構簡單、緊湊;運行過程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵,安全性高;國內(nèi)有成功的工程經(jīng)驗可以借鑒。但污泥易黏結(jié)在槳葉上影響傳熱,導致熱效率下降,需對漿葉進行針對性設計。

臥式轉(zhuǎn)盤式干化設備

臥式轉(zhuǎn)盤式干化既可全干化,也可半干化。全干化工藝顆粒溫度105 ℃,半干化工藝顆粒溫度 100℃;系統(tǒng)氧含量<10%;熱媒溫度 200℃~300℃。采用間接加熱,熱媒首選飽和蒸汽,其次為導熱油(通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱),也可以采用高壓熱水。污泥需返混,返混污泥含水率一般需低于30%。全干化污泥為粒徑分布不均勻的顆粒,半干化污泥為疏松團狀。

臥式轉(zhuǎn)盤式干化工藝設備單機蒸發(fā)水量為 1000~7500 kg/h,單機污泥處理能力為 30~225t/d(含水率以80%計),適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構緊湊,傳熱面積大,設備占地面積較省。但可能存在污泥附著現(xiàn)象,干化后成疏松團狀,需造粒后方可作肥料銷售;在國內(nèi)暫沒有工程應用。

立式圓盤式干化設備

立式圓盤式干化又被稱為珍珠造粒工藝,僅適用于污泥全干化處理,顆粒溫度100℃~40℃,系統(tǒng)氧含量<5%,熱媒溫度 250℃~300℃。采用間接加熱,熱媒一般只采用導熱油(通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱)。返混的干污泥顆粒與機械脫水污泥混合,并將干顆粒涂覆上一層薄的濕污泥,使含水率降至30%~40%。干化污泥顆粒粒徑分布均勻,平均直徑在 1~5 mm 之間,無須特殊的粒度分配設備。

立式圓盤式干化工藝設備的單機蒸發(fā)水量一般為 3000~10000 kg/h,單機污泥處理能力從90~300 t/d(含水率以80%計),適用于大中型污水處理廠。結(jié)構緊湊,傳熱面積大,設備占地面積較?。晃勰喔苫w粒均勻,可適應的消納途徑較多。僅適用于全干化,對導熱油的要求較高;在國內(nèi)暫沒有應用。

噴霧干化設備

噴霧干化系統(tǒng)是利用霧化器將原料液分散為霧滴,并用熱氣體(空氣、氮氣、過熱蒸汽或煙氣)干燥霧滴。原料液可以是溶液、乳濁液、懸浮液或膏糊液。干燥產(chǎn)品根據(jù)需要可制成粉狀、顆粒狀、空心球或團粒狀。

噴霧干化采用并流式直接加熱,既可用于污泥半干化,也可用于全干化,且無須污泥返混。脫水污泥經(jīng)霧化器霧化后,霧化液滴粒徑在30~150μm之間。熱媒首選污泥焚燒高溫煙氣,其次為熱空氣(通過燃燒沼氣、天然氣或煤等產(chǎn)生),也可采用高壓過熱蒸汽。采用污泥焚燒高溫煙氣時,進塔溫度為400℃~500℃,排氣溫度為 70℃~90℃,污泥顆粒溫度小于 70℃,干化污泥顆粒粒徑分布均勻,平均粒徑在 20~120 μm 之間。

噴霧干化工藝設備的單機蒸發(fā)能力一般為 5~12000 kg/h,單機處理能力最高可達 360 t/d (含水率以80%計),適用于各種規(guī)模的污水處理廠。干燥時間短(以s計),傳熱效率高,干燥強度大采用污泥焚燒高溫煙氣時,干燥強度可達12~15 kg/(m3?h),干化污泥顆粒溫度低,結(jié)構簡單,操作靈活,安全性高,易實現(xiàn)機械化和自動化,占地面積小。但干燥系統(tǒng)排出的尾氣中粉塵含量高,有惡臭,需經(jīng)兩級除塵和脫臭處理。國內(nèi)已有工程實例可借鑒。

3.3 尾氣凈化與處理

污泥干化后的尾氣包括水蒸汽和不可凝氣體(臭氣),需首先進行分離。水蒸汽通過冷凝裝置冷凝后處理,不可凝氣體(臭氣)外排。干化尾氣冷凝裝置可采用噴淋塔或冷凝器。

4設計與工藝控制

4.1設計和運行控制要點

1)污泥熱干化程度的選擇應遵循下列原則:利用干化工藝自身的技術特點;整個干化通過污泥與熱媒之間的傳熱作用和后續(xù)處置系統(tǒng)投資和運行成本應最低;考慮污泥形態(tài)(松散度和粒度)對污泥輸送、給料系統(tǒng)和后續(xù)處置設備的適應性。

2)按照干化熱源的成本,從低到高依次如下:①煙氣;②燃煤;③蒸汽;④燃油;⑤沼氣;⑥天然氣。一般來說間接加熱方式可以使用所有的能源,其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。直接加熱方式,則因能源種類不同,受到一定限制。其中燃煤爐、焚燒爐的煙氣量大,又存在腐蝕性污染物,較難使用。

3)與干化設備爆炸有關的三個主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝會有些差異,但總的來說必須控制的安全要素是:流化床式和立式圓盤式的氧氣含量小于5%,帶式、槳葉式和臥式轉(zhuǎn)盤式的氧氣含量小于 10%;粉塵濃度小于 60 g/m3;顆粒溫度小于 110 ℃。

4)濕污泥倉中甲烷濃度控制在 1%以下;干泥倉中干泥顆粒的溫度控制在 50 ℃以下。

5)為避免濕污泥敞開式輸送對環(huán)境造成影響,應采用污泥泵和管道將濕污泥密封輸送入干化機。干化機出料口須設置事故儲存?zhèn)}或緊急排放口,供污泥干化機停運或非正常運行時,暫存或外排。

6)沙石混入污泥對干化設備的安全性存在著負面影響。對于含沙量較大的污泥,可通過增加耐磨裕量、降低轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)速等措施降低換熱面的磨損。特別是采用導熱油作為熱媒介質(zhì)時,須十分注意。

4.2二次污染控制要求

污泥干化后蒸發(fā)出的水蒸汽和不可凝氣體(臭氣)需進行分離。水蒸汽通過冷凝裝置冷凝后處理。焚燒廠的廢水經(jīng)過處理后應優(yōu)先回用。當廢水需直接排入水體時,其水質(zhì)應符合《污水綜合排放標準》GB 8978 的規(guī)定。

為防止污泥干化過程中臭氣外泄,干化裝置必須全封閉,污泥干化機內(nèi)部和污泥干化間需保持微負壓。干化后污泥應密封儲存,以防止由于污泥溫度過高而導致臭氣揮發(fā)。干化廠惡臭污染物控制與防治應符合《惡臭污染物排放標準》GB 14554 的規(guī)定。

干化廠的噪聲應符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》GB 3096 和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》GB12348 的規(guī)定,對建筑物內(nèi)直接噪聲源控制應符合《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范》GBJ 87 的規(guī)定。干化廠噪聲控制應優(yōu)先采取噪聲源控制措施。廠區(qū)內(nèi)各類地點的噪聲控制宜采取以隔音為主,輔以消聲、隔振、吸音的綜合治理措施。

5投資和運行成本的評價及分析

投資成本是由系統(tǒng)復雜程度、設備國產(chǎn)化率等因素決定的。一般情況下,若有可利用的余熱能源,熱干化采用國產(chǎn)設備時,單位投資成本在10~20 萬元/t 污泥(含水率 80%);若干化設備采用進口設備,單位投資成本在 30~40 萬元/t 污泥(含水率 80%)。

污泥熱干化的運行成本是由眾多因素所決定的,例如干化熱源的價格、最終干化污泥的含水率、是否需單獨建設尾氣凈化系統(tǒng)等,難以轉(zhuǎn)化到具體金額。各干化設備的具體能耗,如表4-4所示。
污泥干化設備的具體能耗

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