城市污泥特性焚燒及干化技術(shù)及設(shè)計要點(diǎn) 來源:《基層建設(shè)》 作者:郭銳
摘要：通過污泥特性指標(biāo)介紹了城市污泥的特點(diǎn) ,介紹了常用的污泥干化技術(shù)以及三種具有代策性的污泥干化設(shè)備,總結(jié)了干化污泥的終端處理方式及其發(fā)展趨勢。污泥干化使污泥的終端處理方法多元化、簡便化。土地利用和能源化利用被認(rèn)為是干化污泥終端處理方式的發(fā)展方向。 為達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的目標(biāo)，對于大量污泥來說，焚燒兼具徹底穩(wěn)定化和減量化雙重功能。污泥干化至含水率 30%時，可在不投加輔助燃料的情況下實(shí)現(xiàn)流化床焚燒爐內(nèi)的焚燒 處理，干化污泥焚燒時需關(guān)注煙氣中常規(guī)污染氣體和重金屬的控制，焚燒灰渣浸出毒性未超過國標(biāo)限值。
關(guān)鍵詞：污泥特性 污泥干化焚燒 干化技術(shù) 終端處理。
1.城市污泥特性
表征污泥特性的指標(biāo)有含水率和含固率、揮發(fā)性固體、營養(yǎng)物質(zhì)、有毒有害物質(zhì)、脫水性能以及化學(xué)動力學(xué)性質(zhì)等。
(1)含水率和含固率 。城市污泥的含水率很高 ,含固率很低 。一般來說 ,固體顆粒愈小 ,其所含有機(jī)物愈多 ,污泥的含水率愈高 。
(2)揮發(fā)性 固體。污泥的揮發(fā)分是一種氧、硫、氮和其它元素的有機(jī)化合物以及飽和的和不飽和的芳香族碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。揮發(fā)性固體通常用來表征污泥中有機(jī)物的量 。揮發(fā)性固體越多 ,污泥穩(wěn)定性越差。不同種類和不同地域的污泥加熱時析出揮發(fā)分的數(shù)量差別很大 ,一般情況下 ,工業(yè)污水污泥揮發(fā)分的析出比率大于生活污水污泥的析出比率。
(3)營養(yǎng)物質(zhì)。李艷霞對個中國城市29座污水處理廠城市污泥養(yǎng)分的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn) ,城市污泥不包括工業(yè)污泥的有機(jī)質(zhì)平均含量達(dá)到384.0g/kg,全氮、全磷 和全鉀 ,氮 、磷 、鉀總養(yǎng)分含量平均達(dá)到48.3g/kg。由此可見 ,污泥含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì) ,可將其作為肥料施于農(nóng)田 ,但應(yīng)該注意它對土壤的污染 。
2.污泥焚燒方法
污泥焚燒按處理流程工藝可分為直接焚燒和干化焚燒。
(1) 直接焚燒
直接焚燒是將機(jī)械脫水后的污泥直接送入焚燒爐內(nèi)焚燒。 這種工藝適用于含水率低、 熱值較高的污泥。目前，直接焚燒在國外運(yùn)用較多。
(2) 干化焚燒
干化焚燒是將機(jī)械脫水后的污泥先進(jìn)行干燥處理，降低其含水率，提高焚燒效率，使焚燒爐在運(yùn)行過程中無需再添加輔助燃料或添加少量的輔助燃料。
重慶市曾對主城區(qū)城市污水處理廠污泥熱值做過研究，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，該地區(qū)污水廠污泥具有自持燃燒特性時的最高含水率為 68% ， 污泥直接焚燒需添加大量輔助燃料才能保證完全焚燒和達(dá)到要求，且運(yùn)行成本相當(dāng)高 [4-5] 。目前，國內(nèi)大部分地區(qū)的污泥普遍存在熱值低、含水率高等特點(diǎn)，故采用“先干化再焚燒”的處理方法是比較合適的。
(3)污泥干化焚燒
直接焚燒脫水污泥不僅十分困難,而且也是極不經(jīng)濟(jì)的。干化后的污泥熱值接近褐煤的熱值,焚燒干化污泥不僅能徹底處理污泥,殺死病原體,最大限度地減少污泥體積,還能回收利用其熱能。污泥焚燒后產(chǎn)生的飛灰可用于改 良土壤、筑路,制造磚瓦和陶瓷等.在日本60% 以上污泥采用了干化焚燒處理方式,歐洲也有10% 以上的污泥采用這種處理方法。
污泥焚燒主要有單獨(dú)焚燒和混合焚燒兩種方式。污泥混合焚燒是將干化污泥與垃圾、水泥窯燃料閣及電廠用煤等燃料摻混燃燒,是一種合理的處置途徑。
3.城市污泥干化技術(shù)
20世紀(jì)80年代末由于脫水污泥在農(nóng)用、填埋、投海時存在突出的不利因素, 也由于污泥熱干化技術(shù)在歐美等國家的成功應(yīng)用,使污泥干化技術(shù)在西方國家很快推廣開來。污泥干化是在機(jī)械脫水后,對污泥進(jìn)行的深度脫水操作。干化處理后的污泥可以用作肥料、土壤改 良劑以及替代能源等。干化的目的,是使污泥進(jìn)一步脫水,從機(jī)械脫水后含水率80%脫水至含水10%~50% ,一方面進(jìn)行了有效的減容 ,另一方 面方便了污泥的存儲、運(yùn)輸和利用。干化污泥由于含水率低,相對穩(wěn)定,微生物和病菌也大大減少。污泥干化技術(shù)主要有熱干化、太陽能干化、微波加熱干化、超聲波干化以及熱泵干化等。目前應(yīng)用最廣泛也是最成熟的是熱干化技術(shù)。根據(jù)熱介質(zhì)與污泥的接觸方式可將熱干化技術(shù)分為三類直接干化法、間接干化法和直接一間接聯(lián)合干化法 。
(1)直接干化法
直接干化是利用燃燒裝置向干化設(shè)備提供熱風(fēng)和煙氣,污泥與熱風(fēng)和煙氣直接接觸 ,在高溫作用下污泥中的水分被蒸發(fā)。此技術(shù)熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高,可使污泥的含固率從 25%提高至85%~95%。但由于與污泥直接接觸,熱介質(zhì)將受到污染,排出的廢水和水蒸氣須經(jīng)過無害化處理后才能排放同時,熱介質(zhì)與干污泥需加以分離,給操作和管理帶來一定的困難。閃蒸式干燥器、轉(zhuǎn)筒式干燥器、帶式干燥器以及流化床干燥器等都屬于直接干化類型。其中，直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥器是最常用的直接干化設(shè)備 。
(2)間接干化法
與直接干化法相對應(yīng)的是間接干化法, 由加熱設(shè)備提供的蒸汽或熱油首先加熱容器,再通過容器表面將熱傳遞給污泥,使污泥中的水分蒸發(fā)。間接干化技術(shù)主要有盤式干燥、膜式干燥、空心槳葉式干燥、涂層干燥技術(shù)等。該技術(shù)有效避開污泥的塑性階段,且污泥有機(jī)物不易破壞,另外還具有工廠化操作、占地少、自動化程度高、易操作等優(yōu)點(diǎn)。
(3)直接一間接聯(lián)合式干燥技術(shù)
直接一間接聯(lián)合式干燥技術(shù)是對流和傳導(dǎo)技術(shù)的整合,設(shè)計的渦輪薄層干燥 器,Schwing的二級干化系統(tǒng), 開發(fā)的新型流化床干燥器以及Enviryix 推出的帶式干燥器都屬于這種類型。
渦輪薄層干燥工藝既采用熱傳導(dǎo)也采用熱對流,其有效的熱對流占換熱總量40%的左右,熱傳導(dǎo)占60%以上.其優(yōu)點(diǎn)在于污泥干燥處理后含水率<5%僅為脫水后污泥含水率為70%~80% 體積的20%~25% ,減量率 >70%可以保證對微生物及病菌的徹底消滅,并保護(hù)污泥中的植物養(yǎng)分和生物能不被破壞運(yùn)行經(jīng)濟(jì),在能耗方面處于歐洲污泥干化能耗的下限 污泥干化過程中,無廢氣排放,冷凝水也可循環(huán)使用,不會造成二次污染 。
4.設(shè)計要點(diǎn)
(1)污泥的性質(zhì)較特殊，在含水率40% ～ 60% 范圍時，污泥流態(tài)特征會發(fā)生顯著變化，突然變得黏稠，即通常所說的污泥黏滯區(qū)。黏稠的污泥給輸送帶來極大不便，如污泥干化時出現(xiàn)該情況也會影響干燥機(jī)的正常運(yùn)行。所以，污泥干化過程中應(yīng)考慮避免污泥黏滯區(qū)。
(2)污泥熱值與含固率均是影響焚燒系統(tǒng)熱能平衡的重要因素。含固率的降低直接導(dǎo)致污泥量增大。以1 t 絕干污泥量計，當(dāng)含固率由25%降低到20%，含固率僅降低了5% ，但濕污泥量卻增加了 25% 。這無疑將增加干燥機(jī)的負(fù)荷，影響整個系統(tǒng)熱量平衡。
(3)污泥中的SiO 2含量對干化系統(tǒng)及焚燒系統(tǒng)設(shè)備的磨損影響尤為重要。含砂量高的污泥，在流化的狀態(tài)下將使設(shè)備受到磨損的程度大大增加。所以提高脫水污泥前道工序沉砂池的效率，從源頭減少脫水污泥含砂量，能從根本上解決設(shè)備的磨損問題。采用耐磨材料或耐磨涂層以增加設(shè)備的耐磨程度也能減少上述問題的發(fā)生率。
5.結(jié)語
(1)在全球普遍倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響下，污泥作為一種可回收利用的資源與能源的載體，越來越受到關(guān)注。
(2)城市脫水污泥具有以下特點(diǎn)含水率以上,不易脫水,揮發(fā)份含量高含有豐富的植物營養(yǎng)成分,并含有大量的病原體、重金屬以及有毒有機(jī)物等有毒有害物有一定的熱值 ,可對其進(jìn)行熱能回收利用。
(3)熱介質(zhì)與污泥的接觸方式可將熱干化技術(shù)分為三類直接干化法、間接干化法和直接一間接聯(lián)合干化法。直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥器是最常用的直接干化設(shè)備,該設(shè)備減小了尾氣處理的負(fù)擔(dān) ,提高了系統(tǒng)安全性 間接式多盤干燥技術(shù)是常用的間接干化設(shè)備,該干燥工藝安全性高,尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)渦輪薄層干燥工藝是主要的直接一間接聯(lián)合干化技術(shù) ,采用對流和傳熱相結(jié)合的方法,使得該工藝能耗很低,運(yùn)行非常經(jīng)濟(jì) 。
(5)污泥干化后的終端處理方法有土地利用、污泥農(nóng)用、填埋、能源化利用和綜合利用等。其中土地利用和能源化利用被認(rèn)為是今后污泥處理的發(fā)展趨勢。隨著一些新技術(shù)如污泥低溫?zé)崽幚怼⑽勰鄽饣�、污泥水煤漿等的出現(xiàn),污泥的終端處理方法也漸漸地朝著多元化、安全化、經(jīng)濟(jì)化的方向發(fā)展 。
參考文獻(xiàn)
(1)城市污泥特性及其干化技術(shù)_王睿坤
(2)污泥干化焚燒處理工藝和設(shè)計要點(diǎn)_俞玨瑾
(3)污泥干化焚燒處理工藝和設(shè)計要點(diǎn)_俞玨瑾
(4)污泥干化與水泥窯焚燒協(xié)同處置工藝分析與案例_史駿
(5)污水處理廠污泥干化焚燒處理可行性分析_李博
(6)新型污泥干化_焚燒技術(shù)的試驗(yàn)研究_王凱軍
