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關(guān)于污泥干化及處置方案

本文作者： 高鼎 13880843666  ，隨著近幾年我國(guó)城市化速度的飛速增長(zhǎng)，新增以及擴(kuò)建了大量集中型污水處理廠，污泥的產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)脫水污泥年產(chǎn)量將達(dá)到3000萬(wàn)噸。無(wú)論是從病原體還是重金屬的方面考慮，將濃縮及脫水污泥直接填埋、填海、施肥的傳統(tǒng)處理方法已不再適用于現(xiàn)在對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越高的要求，這樣就使得污泥的處理、處置成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。目前的污泥深度處置的方法有干化、固化、堆肥、碳化、焚燒等。堆肥在減量方面效果不明顯，并且受場(chǎng)地、天氣、運(yùn)輸、市場(chǎng)等不同因素的影響，有一定的局限性。固化由于終產(chǎn)物的處理問(wèn)題，更多情況下作為一種臨時(shí)性或替代性的處置方法被應(yīng)用。焚燒是為徹底的污泥處理方式，但是也存在不少爭(zhēng)議，特別是在碳排放方面，同時(shí)也沒(méi)有將污泥徹底的資源化。干化是一種減量徹底的處理方式，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，同時(shí)又能完全殺滅病原體，終產(chǎn)品可以用作肥料、原料和替代燃料。干化不僅可以作為一種獨(dú)立的處理工藝存在，也可以整合在一個(gè)完整的污水、污泥的處理系統(tǒng)中，是實(shí)現(xiàn)污泥的 “四化”，即減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化，很好的解決方案。 一、埃梯梯Bojner干化機(jī) 埃梯梯Bojner系統(tǒng)干化機(jī)全稱是間接加熱傳導(dǎo)管式轉(zhuǎn)鼓干化機(jī)，該裝置由干化機(jī)，輸送儲(chǔ)存裝置，除塵設(shè)備，冷凝裝置，噴淋裝置，熱氣發(fā)生器或鍋爐等幾部分組成（圖1）。該系統(tǒng)主要有如下幾個(gè)特征： (1) 處理過(guò)程中污泥衛(wèi)生安全。在污泥干化器中，污泥在惰性過(guò)熱蒸汽中保持持續(xù)的溫度水平，進(jìn)行可靠的衛(wèi)生消毒。 (2) 污泥處理過(guò)程中自動(dòng)造粒。反混的干污泥作為顆粒的內(nèi)核，使得在污泥干化的過(guò)程中自動(dòng)形成顆粒狀態(tài)。 (3) 釋放的氣體安全。一流的熱氣體除臭系統(tǒng)已經(jīng)在幾百個(gè)去除硫醇和氣體及其刺鼻組分的工程案例中得到證實(shí)，確保釋放到大氣中的氣體得到有效的凈化。 (4) 在熱除臭系統(tǒng)中氣體清洗要求的氣體量相對(duì)較少。 (5) 風(fēng)險(xiǎn)低。干化器中的過(guò)熱蒸汽完全符合ATEX的指令要求，使得超溫、失火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)小。 (6) 干化工藝在高溫范圍的熱回收潛力極高，可用于消化池加熱以及其他加熱用途的。 經(jīng)過(guò)Bojner系統(tǒng)，污泥的產(chǎn)品呈均勻粒狀，便于包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存。由于經(jīng)過(guò)高溫，細(xì)菌、病毒等被殺滅，同時(shí)經(jīng)過(guò)高溫干化過(guò)程，大部分重金屬形成穩(wěn)定狀態(tài)，毒性降低，該污泥可用于周圍森林的施肥，這樣能夠增快樹(shù)木的生長(zhǎng)速度，改善土壤結(jié)構(gòu)，吸收更多的二氧化碳，降低溫室氣體濃度，提高木材產(chǎn)量。 1、干化機(jī)組件 干化機(jī)由兩個(gè)主要組件組成。一個(gè)旋轉(zhuǎn)單元，轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)子的一個(gè)固定殼體。轉(zhuǎn)子由一個(gè)帶有端板和空心套管的圓柱殼組成。端板配有敞開(kāi)的軸管，卷在管板中。套管配有滾圈，其中一個(gè)套管的滾圈外側(cè)裝有鏈輪。殼體由一個(gè)圓柱筒組成。圓柱筒由兩個(gè)零件組成，用螺栓連接。端板帶有連接轉(zhuǎn)子套管的孔。殼體比轉(zhuǎn)子的管狀零件更長(zhǎng)，直徑比轉(zhuǎn)子的直徑稍大。在殼子的兩端分別有一個(gè)介質(zhì)輸入和輸出的接口。 旋轉(zhuǎn)單元(即轉(zhuǎn)子)架在蓋子之外，其中四個(gè)套管上套有輪胎或者滾圈，通過(guò)其中一個(gè)套管的圖1　干化系統(tǒng)構(gòu)成圖 42 水工業(yè)市場(chǎng) 2010年第7期污泥處理處置新鏈傳動(dòng)帶動(dòng)輪胎或者滾圈轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子在軸向方向由立式導(dǎo)向輪引導(dǎo)，其中導(dǎo)向輪在一個(gè)滾圈的側(cè)面和鏈輪表面之間運(yùn)行。 2、干化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的尺寸比殼體的內(nèi)部尺寸稍小，煙氣、熱水、蒸汽、導(dǎo)熱油不僅流經(jīng)軸管，也圍繞著轉(zhuǎn)子的外殼流動(dòng)。這樣，轉(zhuǎn)子的所有表面由熱水/蒸汽以及蓋子內(nèi)部的套管部分加熱。這就意味著，與處理物料相接觸的所有表面均為有效加熱的表面。因此，在操作中干化器的加熱表面上不可能出現(xiàn)蒸汽再冷凝現(xiàn)象。(圖2) 3、工藝描述脫水后的污泥由螺旋輸送機(jī)中送出，在和干污泥的進(jìn)行反混后進(jìn)入干化機(jī)內(nèi)，同時(shí)熱介質(zhì)（蒸汽、導(dǎo)熱油、煙氣等）通入干燥機(jī)內(nèi)部的不銹鋼管束內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓緩慢旋轉(zhuǎn)使污泥和加熱的管壁充分接觸后，進(jìn)行熱交換，蒸發(fā)出水分。同時(shí)通入少量的循環(huán)空氣，用于帶走污泥中蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣。轉(zhuǎn)鼓略微傾斜的角度和干化機(jī)內(nèi)通入的循環(huán)空氣使得污泥在機(jī)器內(nèi)移動(dòng)輸送，機(jī)器內(nèi)所產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離裝置除塵，冷凝器，噴淋裝置，后送到燃燒器做除臭處理后再循環(huán)使用。（圖3） 4、三回路 整個(gè)工藝包含三個(gè)基本回路。包括物料（污泥）回路， (煙氣)熱介質(zhì)回路和循環(huán)空氣回路。（圖4） (1) 物料回路 機(jī)械脫水污泥的含水率約技術(shù)研究與新趨勢(shì)圖2　干化機(jī)剖面圖為80％。為了不使污泥在干化過(guò)程中，例如在污泥進(jìn)料系統(tǒng)和轉(zhuǎn)鼓中產(chǎn)生堵塞、粘連，需要濕污泥與部分循環(huán)的干污泥混和，使混合后的污泥的含水率在30％－ 40％之間，越過(guò)污泥的“膠態(tài)” 狀態(tài)。這樣的污泥在干化過(guò)程中很容易輸送，并且不會(huì)造成堵塞和粘連。進(jìn)料的脫水污泥與循環(huán)反混的干污泥在混合螺旋輸送機(jī)處混合。 干污泥和濕污泥的混合污泥通過(guò)進(jìn)料螺旋輸送機(jī)和有角螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入到污泥干化器內(nèi)，干化器的進(jìn)料通道要比濕污泥的輸送通道大。干化后的污泥的含水率在30%與5%之間可調(diào)，干污泥通過(guò)干化機(jī)出料螺旋輸送機(jī)、旁路螺旋輸送機(jī)和提升輸送機(jī)輸送到位于回流循環(huán)干污泥料倉(cāng)頂部的顆粒篩選裝置。 篩選出的合適尺寸的顆粒經(jīng)過(guò)冷卻后儲(chǔ)存在干污泥料倉(cāng)。過(guò)大或過(guò)小顆粒的污泥儲(chǔ)存在反混圖3　系統(tǒng)流程圖解讀干污泥料倉(cāng)內(nèi)。反混干污泥料倉(cāng)中的污泥通過(guò)螺旋輸送機(jī)、漿式或碾壓式粉碎機(jī)輸送到混合螺旋輸送機(jī)和脫水污泥在混合螺旋輸送機(jī)內(nèi)混合。 (2) 煙氣回路 污泥干化工藝中干化污泥的能量來(lái)源于熱氣發(fā)生器所產(chǎn)生的煙氣，也可以是鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸氣，此處僅介紹使用煙氣加熱的過(guò)程。煙氣通過(guò)污泥干化機(jī)后的溫度由300－400攝氏度降到150－180攝氏度。熱煙氣是在熱氣發(fā)生器中通過(guò)燃燒沼氣、天然氣或油料而產(chǎn)生的，燃燒后煙氣的溫度大約1200度。為了得到穩(wěn)定的300－400度的煙氣，燃燒后的煙氣需要與干化器出來(lái)的煙氣混合。混合后的煙氣在設(shè)定的溫度下被送進(jìn)干化機(jī)。在干化器中循環(huán)利用的煙氣的流量比煙氣發(fā)生器中產(chǎn)生的煙氣的流量大得多，這樣就能更充分的利用能源。圖4　系統(tǒng)三回路圖5　污泥處置流程圖水工業(yè)市場(chǎng) 2010年第7期 43 專題在煙氣回路中，當(dāng)煙氣不斷產(chǎn)生的同時(shí)，必須有相同流量的煙氣被排出。排除的氣體的流量也相對(duì)較小，同時(shí)是在干化器的出口排除，因此溫度也較低。為了回收排除煙氣內(nèi)留存的熱能，其中的一小部分通過(guò)熱交換器，與進(jìn)入干化機(jī)之前的流通空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱。煙氣回路中被排出的煙氣是通過(guò)在煙氣發(fā)生器上的真空設(shè)備排除，因此在煙氣回路中不需要高壓，這樣也不會(huì)有煙氣回路中的煙氣泄漏到室內(nèi)。 (3) 循環(huán)空氣回路在污泥干化過(guò)程中，污泥中蒸發(fā)出來(lái)的蒸氣由低壓氣體帶走。少量的通風(fēng)氣體循環(huán)進(jìn)入干化器，用于帶走從干化機(jī)中蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣。通過(guò)干化機(jī)后的通風(fēng)氣體和水蒸氣，被一個(gè)裝在空氣清洗裝置的風(fēng)扇排出干化機(jī)。除了含有水蒸氣，通風(fēng)氣體內(nèi)還含有灰塵顆粒，這些顆粒被一個(gè)旋風(fēng)分離器分離出來(lái)。循環(huán)空氣和水蒸氣中含有大量能量，被冷凝器所回收。如果污水廠內(nèi)有污泥消化池的循環(huán)污泥加熱系統(tǒng)，可以把這個(gè)冷凝器所回收的熱能用于以上系統(tǒng)的加熱，或是用于周邊建筑物的供暖。如果沒(méi)有，產(chǎn)生的熱水可以為其它用途供熱。熱交換系統(tǒng)的循環(huán)水的溫度上升，同時(shí)循環(huán)空氣內(nèi)的含水量和溫度隨之下降。沒(méi)被分離的細(xì)小灰塵顆粒在冷凝器中被清洗分離，同時(shí)循環(huán)氣體的溫度也可以通過(guò)清洗過(guò)程降下來(lái)，清洗水通常來(lái)源于冷凝水。因此不管污水出廠對(duì)熱的需求如何，通風(fēng)空氣的溫度終都會(huì)在噴淋清洗裝置內(nèi)降下來(lái)。通過(guò)清洗裝置的循環(huán)氣體在一個(gè)熱交換器內(nèi)被煙氣回路中的一小部分排出的尾氣（上文已提及）加熱。大部分循環(huán)回路中的空氣繼續(xù)在回路中循環(huán)，吸收蒸發(fā)的水蒸氣。一小部分循環(huán)回路空氣與房間內(nèi)的空氣混合預(yù)熱后，被送到燃燒器作為燃燒用。煙氣發(fā)生器內(nèi)的溫度高達(dá)1200攝氏度，因此從循環(huán)回路中帶來(lái)的有氣味的尾氣在這里會(huì)被高溫完全分解。氣體發(fā)生器內(nèi)部的耐火結(jié)構(gòu)也為能夠使氣體在發(fā)生器內(nèi)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間能夠被破壞而設(shè)計(jì)的。三回路設(shè)計(jì)的結(jié)果是干化過(guò)程產(chǎn)生的所有能產(chǎn)生氣味的組分都能夠在高溫的條件下被破壞，確保尾氣不會(huì)有氣味產(chǎn)生。同時(shí)亦能在整個(gè)過(guò)程中盡可能多的回收系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱能，是整個(gè)系統(tǒng)能耗降到低。二、埃梯梯經(jīng)驗(yàn)案例瑞典斯德歌爾摩Himmerfj?rden 案例。瑞典斯德歌爾摩這個(gè)集中性的污水廠有三個(gè)4000m 3 的污泥消化池，產(chǎn)生的沼氣初用于消化池加熱，剩余的用于污泥干化。熱回收系統(tǒng)改進(jìn)后，干化系統(tǒng)的冷凝器能夠回收60％的沼氣的熱量，這樣消化池的加熱僅需要這些能量就足夠了，而不需要再消耗沼氣所提供的附加的熱源。這樣所有的沼氣都用于污泥干化過(guò)程。 干化污泥產(chǎn)品多年來(lái)一直用于森林的施肥。其結(jié)果十分良好，樹(shù)木的增長(zhǎng)速度增快了40％。這個(gè)數(shù)據(jù)證明了Torkapparater的 Bojner 系統(tǒng)生產(chǎn)的污泥顆粒肥料比工業(yè)肥料和其它形式的污泥肥料更為高效。在重慶，同樣系統(tǒng)的施肥實(shí)驗(yàn)也正在進(jìn)行，用以證明該方法產(chǎn)生的污泥同樣對(duì)中國(guó)的土壤改良和農(nóng)作物的生長(zhǎng)有著的積極效果。三、埃梯梯的污泥處置方案污泥干化不是一種終處理方案，而是一種中間工藝，無(wú)論是干化后作肥料、燃料、建材的原料或是干化和消化的整合，干化都是一種靈活高效的處理方案（圖5），以下介紹常見(jiàn)的污泥處置方案： 1、干化、肥料、土壤改良脫水污泥經(jīng)過(guò)干化后，含水量達(dá)到10%左右，并通過(guò)Tork 干化機(jī)的自動(dòng)造粒過(guò)程，終的干化產(chǎn)品的形狀是均勻的球狀顆粒，直徑在4－6毫米左右，這樣的形狀不僅有利于保持水分，營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)也便于儲(chǔ)藏運(yùn)輸和施肥。通過(guò)在瑞典、挪威等一些國(guó)家多次的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)用證明，通過(guò)Tork干化設(shè)備生成的固體污泥肥料在施肥的效果上完全可以替代，甚至超越普通的有機(jī)肥料， 污泥肥料不僅能改良土壤、提高土壤保肥、保水、保溫性能，而且可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量，有明顯的增產(chǎn)增收效果。這種方案比較適應(yīng)于周邊有肥料，或是有土壤改良市場(chǎng)需求的前提 44 水工業(yè)市場(chǎng) 2010年第7期污泥處理處置新下，同時(shí)要充分考慮污泥中的重金屬含量（工業(yè)污水和市政污水的混排容易造成重金屬超標(biāo)）。同樣污泥也可以用于制林，因?yàn)樯诌h(yuǎn)離人口密集區(qū)，不會(huì)影響人類的食物鏈，而且森林比農(nóng)田更為缺乏養(yǎng)料，同時(shí)污泥中富含氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，有助于樹(shù)木的成長(zhǎng)。 2、干化、焚燒 目前常見(jiàn)的污泥的干化，焚燒工藝是指將含水80%左右的脫水污泥通過(guò)干化機(jī)干化到含水 45%－55%左右，然后把這部分污泥送入焚燒爐（通常是鼓泡流化床或循環(huán)流化床）進(jìn)行焚燒，在850至950度左右的溫度下，污泥中的有害物質(zhì)完全被分解，同時(shí)也極好的控制了焚燒過(guò)程中，NOx和二噁英等有害氣體的產(chǎn)生。由于考慮污泥所含熱值過(guò)低，無(wú)法達(dá)到完全的能量平衡，通常會(huì)加入煤或者燃油作為補(bǔ)充燃料，焚燒爐所產(chǎn)生的熱能用于前段的污泥干化的供熱，而干化的污泥作為焚燒爐的燃料，形成一個(gè)整體的系統(tǒng)。 3、熱電廠摻燒 在污泥處理廠附近有熱電廠的前提下，可以考慮把干化的污泥（通常是全干化）送入熱電廠作為替代能源摻燒，同時(shí)熱電廠由發(fā)電機(jī)組剩余的低品質(zhì)的飽和蒸汽可以作為干化系統(tǒng)的供熱。需要注意的是考慮到尾氣處理和影響發(fā)電效率等方面的因素，在污泥摻燒比例方面必須嚴(yán)格控制，通常的情況下污泥的摻燒比大不超過(guò)10%。該種解決方案無(wú)論是投資，還是運(yùn)行費(fèi)用都偏高，比較適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地稀少的城市中應(yīng)用。 4、水泥廠混燒作為制造水泥的原料和部分替代燃料，污泥可以應(yīng)用于水泥廠，與水泥原料粉混合送入回轉(zhuǎn)窯，考慮到污泥中過(guò)高含量鹵、硫、磷等元素，污泥的混入比通常不超過(guò)15%，特別要注意汞元素，如果超標(biāo)就不能送入水泥窯。通過(guò)1700攝氏度左右的高溫，污泥的有害物質(zhì)完全被分解和穩(wěn)固，同時(shí)水泥窯產(chǎn)生的余熱也可以用于污泥干化的供熱。利用水泥廠混燒污泥主要有下面兩種方法： (1) 脫水污泥直接運(yùn)到水泥廠，干化機(jī)安置在水泥廠里面，這樣干化過(guò)程就能充分利用回轉(zhuǎn)窯廢熱煙氣，該方法是在污水處理廠和水泥廠距離較近時(shí)，運(yùn)輸線路不長(zhǎng)。 (2) 污水處理廠的污泥經(jīng)過(guò)脫水后，就地進(jìn)行干化，然后運(yùn)送到水泥廠，該方法的優(yōu)點(diǎn)是比較容易得到水泥廠的配合，運(yùn)輸費(fèi)用相對(duì)于脫水污泥較低，污泥可以作為輔助燃料為水泥窯供熱。 5、污泥消化、干化整合方案 污泥的消化池和污泥干化系統(tǒng)可以整合為一個(gè)完整的系統(tǒng)，首先濃縮污泥送入消化池內(nèi)進(jìn)行消化，產(chǎn)生沼氣，沼氣送到后面干化機(jī)的氣體發(fā)生器中燃燒生成 400攝氏度左右的煙氣，為污泥干化提供熱能，同時(shí)干化過(guò)程中所回收的熱能又可以為污泥消化池供熱，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到能量平衡，自給自足。不過(guò)考慮到國(guó)內(nèi)的污泥有機(jī)物含量偏低，熱值不高等因素，必要的時(shí)候需要附加能源，但是總體上還是節(jié)省了大量的能源。目前污泥干化工藝有幾十種之多，如何正確的選擇適合的工藝是用戶所關(guān)心的。筆者就此給出自己的一些觀點(diǎn)：除了設(shè)備本身的造價(jià)以外，運(yùn)行費(fèi)也是個(gè)必須考慮的一點(diǎn)，其決定因素不外乎能耗、折舊維護(hù)、人工等，而其中能耗是重要的，所以如何選擇有效的能源并充分利用是污泥干化的重點(diǎn)。所以筆者建議，首先盡可能的利用周邊熱技術(shù)研究與新趨勢(shì)解讀電廠等處的廢熱，包括低品質(zhì)蒸氣、煙氣等。其次在一些大中型的污水、污泥處理廠，利用其污泥消化所產(chǎn)生的沼氣，使得干化和消化成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，沼氣為干化機(jī)提供熱能，同時(shí)干化機(jī)中所回收的熱能為污泥消化池供熱，或是為污水處理廠的建筑提供供暖。終的干污泥，除了可以用作固體生物肥料，也可以作為替代燃料或是建材所需的原材料使用。總之，污泥干化是實(shí)現(xiàn)污泥的無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化有效的方法之一。雖然不論是從造價(jià)還是投資方面，都是一筆不小的費(fèi)用，但是污泥干化并不僅僅是一個(gè)獨(dú)立處理工藝，而是可以和前后段工藝，甚至整個(gè)污水處理廠整合在一起，從而使資源的利用大化，充分節(jié)省能源，終達(dá)到節(jié)能減排的目的。

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