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详细内容

污泥干化技术,你知道几种?

随着社会的发展和人类的进步,人们对生存环境的保护和改善意识不断加强。加之,国家对环境保护政策实施力度不断加强,使全国范围内污水处理率不断提高,各城市纷纷建设污水处理厂,大、中、小型污水处理厂已达几百座,而且还在迅速增加。各污水处理厂都面临着如何处置每天产生的大量剩余污泥的问题。在我国目前尚无妥善的最终处置方法,加之,致病菌的超标,传统上用作农肥,不能完全符合卫生标准。特别是天津市作为老工业城市,污水中工业废水的比例一直较高,污泥中含有一定比例的重金属物质长期使用会在土壤中富集,造成土地板结,因此近年来污水处理厂脱水污泥无适当出路随意堆放造成二次污染,污泥处置问题已经成为多数污水处理厂急待解决的问题,污泥处置是否妥当已关系到污水处理厂的生存。 


纵观欧、美一些国家进入80年代末期,由于污泥在农用、填埋、投海上的各种限制条件和不利因素的逐渐突出,也由于污泥热干化技术在欧、美等国家一些污水处理厂的成功应用,使污泥干化技术在西方工业发达国家很快推广开来。例如:欧盟在80年代初只有数家污水处理厂采用污泥热干化设备处理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化处理厂,并且还在逐年增加。这项技术同时也得到了越来越多发展中国家环境工程界的重视,也为我国污泥处置提供了宝贵的经验。 


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污泥干化设备的类型


1.1 按热介质与污泥接触的方式可分为:


1.1.1 直接加热式:将燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合,使污泥得以加热,水分得以蒸发并最终得到干污泥产品,是对流干化技术的应用;


1.1.2 间接加热式:将燃烧炉产生的热气通过蒸气、热油介质传递,加热器壁,从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发而加以去除,是传导干化技术的应用;


1.1.3 “直接一间接”联合式干燥:即是"对流一传导技术"的结合。


1.2 按设备的形式分为:


转鼓式、转盘式、带式、螺旋式、离心干化机、喷淋式多效蒸发器、流化床、多重盘管式、薄膜式、浆板式等多种形式。


1.3 按干化设备进料方式和产品形态大致分为两类:


一种是采用干料返混系统,湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合,然后才进入干燥器,产品为球状颗粒,是干化、造粒结合为一体的工艺;另一种是湿污泥直接进料,产品多为粉末状。


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结合在欧、美的实际考察情况,就目前西方国家主要采用的几家公司的污泥干化技术和设备,介绍其工作原理和工艺流程。


2.1 直接加热转鼓干化技术


如图1是带返料、直接加热转鼓式干化系统流程图。


工作原理是:脱水后的污泥从污泥漏斗进入混合器,按比例充分混合部分已经被干化的污泥,使干湿混合污泥的含固率达50%~60%,然后经螺旋输送机运到三通道转鼓式干燥器中。在转鼓内与同一端进入的流速为1.2-1.3m/s、温度为700℃左右的热气流接触混合集中加热,经25min左右的处理,烘干后的污泥被带计量装置的螺旋输送机送到分离器,在分离器中干燥器排出的湿热气体被收集进行热力回用,带污染的恶臭气体被送到生物过滤器处理达到符合环保要求的排放标准,从分离器中排出的干污泥其颗粒度可以被控制,再经过筛选器将满足要求的污泥颗粒送到贮藏仓等候处理。干化的污泥干度达92%以上或更高。干燥的污泥颗粒直径可控制在1-4mm,这主要考虑了用干燥的污泥作为肥料或园林绿化的可能性。细小的干燥污泥被送到混合器中与湿污泥混合送入转鼓式干燥器,用于加热转鼓干燥器的燃烧器可使用沼气、天然气或热油等为燃料。分离器将干燥的污泥和水汽进行分离,水汽几乎携带了污泥干燥时所耗用的全部热量,这部分热量需要充分回收利用。因此水汽要经过冷凝器,冷凝器冷却水入口温度为20℃,出水温度为55℃,被冷却的气体送到生物过滤器处理完全达到排放标准后排放。


该干化系统特点是:在无氧环境中操作,不产生灰尘,干化污泥呈颗粒状,粒径可以控制,采用气体循环回用设计减少了尾气的处理成本。


2.2 间接加热转鼓干化技术


如图2是湿污泥直接进料、间接加热转鼓干化系统工艺流程图。



脱水后的污泥输送至干化机的进料斗,经过螺旋输送器送至干化机内,螺旋输送器可变频控制定量输送。干化机由转鼓和翼片螺杆组成,转鼓通过燃烧炉加热,转鼓最大转速为1.5r/min。翼片螺杆通过循环热油传热,最大转速 为0.5 r/min。转鼓和翼片螺杆同向或反向旋转,污泥可连续前移进行干化,转鼓沿长度方向分布为三个燃烧炉温度区域,分别为370℃,340℃和85℃。翼片螺杆内的热油温度为315℃。转鼓经抽风,其内部为负压,水汽和尘埃无法外逸。污泥经转鼓和翼片螺杆推移和加热被逐步烘干并磨成粒状,在转鼓后端低温区经过S形空气止回阀由干泥螺杆输送器送至储存仓。污泥蒸发出的水汽通过系统抽风机送至冷凝和洗涤吸附系统。


该干化系统的特点是:流程简单,污泥的干度可控制,干化器终端产物为粉末状。


2.3 离心干化技术(即脱水干化一体机)

如图3是离心干化机系统工艺流程图。




稀污泥自浓缩池或消化池进入离心干化机,干化机内的离心机对污泥进行脱水,经机械离心脱水后的污泥呈细粉状从离心机卸料口高速排出,高热空气以适当的方式引入到离心干化机的内部,遇到细粉状的污泥并以最短的时间将其干化到含固率80%左右。干化后的污泥颗粒经气动方式以70℃的温度从干化机排出,并与湿废气一起进入旋流分离器进行分离。一部分湿废气进入洗涤塔,在洗涤塔中湿废气中的大部分水分被冷凝析出,净化后的废气以40℃的温度离开洗涤塔。


该干化系统的特点是:流程简单, 省去了污泥脱水机及从脱水机至干化机的存储、输送、运输装置。


2.4 间接式多盘干燥技术(珍珠工艺)

其工作原理是:机械脱水后的污泥(含固率25%~30%)送入污泥缓冲料仓,然后通过污泥泵输送至涂层机,在涂层机中再循环的干污泥颗粒与输入的脱水污泥混合,干颗粒核的外层涂上一层湿污泥后形成颗粒,这个涂敷过程非常重要, 内核是干的(含固率>90%),外层是一层湿污泥,涂覆了湿污泥的颗粒被送入硬颗粒造粒机(多盘干燥器),被倒入造粒机上部,均匀的散在顶层圆盘上。通过与中央旋转主轴相连的耙臂上的耙子的作用,污泥颗粒在上层圆盘上作圆周运动。污泥颗粒从造粒机的上部圆盘由重力作用直至造粒机底部圆盘,颗粒在圆盘上运动时直接和加热表面接触干化。污泥颗粒逐盘增大,类似于蚌中珍珠的形成过程,最终形成坚实的颗粒故也叫珍珠工艺。干燥后的颗粒温度90℃,粒径为14mm,离开干燥机后由斗式提升机向上送至分离料斗,一部分被分离出再循环回涂层机,同时剩余的颗粒进入冷却器冷却至40°送入颗粒储料仓。污泥干燥过程所需的能量由热油传递,温度介于260~230℃的热油在干燥机内中空的圆盘内循环,从干燥机排出的接近115℃的蒸汽冷凝,经热交换器冷凝后的热水温度为50~60℃。


此间接式多盘干燥器也叫造粒机,立式布置多级分布,间接加热。


特点:干燥和造粒过程氧气浓度<2%,避免了着火和爆炸的危险性。颗粒呈圆形、坚实、无灰尘且颗粒均匀、具有较高的热值可作为燃料,尾气经冷凝、水洗后送回燃烧炉,将产生臭味的化合物彻底分解,所以其尾气能满足很严格的排放标准。


2.5 流化床污泥干化技术

如图5为流化床污泥系统工艺流程框图。


其工作原理是:脱水污泥送至污泥计量储存仓,然后用污泥泵将污泥送至流化床污泥干燥机中的进料口并将污泥进行分配。流化床污泥干燥机从底部到顶部基本由三部分组成,在干燥机的最下面是风箱,用于将循环气体分送到流化床装置的不同区域,其底部装有一块特殊的气体分布板,用来分送惰性流化气体。在中间段,用于蒸发水的热量将通过加热热油送入流化床内。最上部为抽吸罩,用来使流化的干颗粒脱离循环气体,而循环气体带着污泥细粒和蒸发的水分离开干燥机。在干燥机内干燥温度85℃,产生的污泥颗粒被循环气体流化并产生激烈的混合。由于流化床内依靠其自身的热容量,滞留时间长和产品数量大,因此,即使供料的质量或水分有些波动也能确保干燥均匀,用循环的气体将污泥细粒和灰尘带出流化层,污泥颗粒通过旋转气锁阀送至冷却器,冷凝到小于40℃,通过输送机送至产品料仓。灰尘、污泥细粒与流化气体在旋风分离器分离,灰尘、污泥细粒通过计量螺旋输送机,从灰仓输送到螺旋混合器。在那里灰尘与脱水污泥混合并通过螺旋输送机再送回到流化床干燥机。干燥机系统和冷却器系统的流化气体均保持在一个封闭气体回路。循环气体将污泥细粒和蒸发的水分带离流化床干燥机。污泥细粒在旋风分离器内分离,而蒸发的水分在一个冷凝洗涤器内采用直接逆流喷水方式进行冷凝。蒸发的水分以及其它循环气体从85℃左右冷却为60℃,然后冷凝,冷凝下来的水离开循环气体流回到污水处理区,冷凝器中干净而冷却的流化气体又回到干燥机,干化污泥由冷却回路气体却冷到低于40℃。


该干化系统的特点是:无返料系统,间接加热,干燥机本身无动部件,故几乎无需维修,但干化颗粒的粒径无法控制。

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结束语


以上是欧、美几家公司生产的污泥干化设备的简单介绍。污泥干化设备在西方国家已有相当多的工程业绩,其干化设备的种类也非常之多,除上述外还有闪蒸式干燥器、螺旋式干燥机、薄膜干燥器、喷雾式干化器、多效蒸发器、微波干化器、带式干燥机、多床干燥器等,同一类型的干化设备在不同的生产厂家也各有其特点。目前我国污泥干化工艺用之甚少.本次天津市咸阳路污水处理厂工程首次将100t/d(含水率75%)的污泥进行干化处理,由于咸阳路污水处理厂的建设同样面临着如何科学处置污泥的重大课题, 而且还承担纪庄子、北仓污水处理厂的污泥处置任务。为此,设计对可能采用的处置方法如:焚烧、干化、填埋、堆肥、弃置等分别进行了研讨,对如何利用污泥的能量进行分析,对如何发挥污泥的效益利用污泥资源化如:制造建筑材料、绿化、肥料等可能的利用途径进行探索,通过各种方案的对比,基于经济、技术条件,根据咸阳路污水处理厂的具体情况,决定采用:“污泥填埋为主”并辅以“污泥干化”的处置方案,与处理厂同步建设市政污泥填埋场和100t/d的污泥干化车间。污泥干化的规模约为咸阳路污水处理厂污泥量的三分之一,干化的目的是在生产中取得经验为今后彻底解决"市政污泥的处置"寻求一条科学的、因地制宜的途径。


目前国际上污泥干化设备的品种很多,欧、美先进国家具有一定的生产、运行、管理经验,各种形式干化机有其不同的优点和适用条件。考虑到可能出现的各种情况,咸阳路污水处理厂决定采用两套干化设备,以便适应污泥量、沼气量大小变化和设备检修、故障时保持一台运行的可能性,同时要求干化设备能够产生不同干度污泥,以满足用于不同资源化原料如:用作填埋场的覆盖土、用于调节填埋污泥干度的混合土、建筑材料的添加剂等各种条件,另外也特别考虑利用沼气作为干化的第一能源以降低成本,尽量不使用增加运行费用的天然气、燃油等,只将其作为第二能源,保持运行中干化设备的最大使用率。这项技术的实施将积累经验为我国污泥后处置探索一条新路。 

    

国外污泥干化技术进展


提要:城市污泥的管理是一个世界性的社会和环境问题。污泥干化的优点及其在污泥管理体系中所起的作用正逐步被认同。根据实际考察,并结合污泥干化的一些技术要点简要介绍国外干化技术和设备的进展情况。

1污泥干化技术简介


早在20世纪40年代,日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展,污染干化技术的优点正逐渐显现出来[1]:  

①污泥显著减容,体积可减少4~5倍;

②形成颗粒或粉状稳定产品,污泥性状大大改善;

③产品无臭且无病原体,减轻了污泥有关的负面效应,使处理后的污泥更易被接受;

④产品具有多种用途,如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。 

所以无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用,污泥干化都是重要的第一步,这使污泥干化在整个污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20世纪90年代以来,运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。

2污泥干化设备


污泥干化设备有许多不同的种类,其中常见的类型有:

(1)直接加热式。原理为对流加热,代表设备有转鼓、流化床等;

(2)间接加热式。原理为传导或接触加热,代表设备有螺旋、圆盘、薄层、碟片、桨式等;

(3)热辐射加热式。有带式、螺旋式等。


3污泥干化技术的进展


下面结合在美国的实际考察结果,就污泥干化的一些技术要点,简要介绍市场主流干化技术和设备的进展情况。


3.1 污泥粘结问题


现有的污泥干化设备从进料方式和产品形态上大致可以分为两类:一种是采用干料返混系统,湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合,含水率降至30%~40%,然后才进入干燥器,产品为球状颗粒,是结合干燥与造粒为一体的工艺;另一种是湿污泥直接进料,产品多为粉末状。干燥不同的污泥,如工业污泥和城市污泥,对设备的要求也不尽相同。最初能成功用于干燥工业污泥的设备直接用于城市污泥,却不一定能成功。这是因为城市污泥的特性是非常粘,且在干燥过程中有一特殊的胶粘相阶段(含水率为60%左右)。在这一极窄的过渡段内,污泥极易结块,表面坚硬、难以粉碎,而里面却仍是稀泥。这为污泥的进一步干燥和灭菌带来极大困难。为了克服这一困难,达到含固率>90%的干燥效果,就产生了干料返混工艺。干燥器进料前先将一定比例含固率>90%的干泥颗粒返回混合器(或称涂层机)与湿污泥混合,其过程中干粒起到如"珍珠核"的作用,湿污泥只是薄薄地包裹在干粒外面。控制混合的比例,使混合物的含水率降到30%~40%,这样使污泥直接越过胶粘相,大大减轻了污泥在干燥器内的粘结,干燥时只需蒸发颗粒表层的水分,使干燥容易进行,能耗降低。


直接加热系统出于其自身的需要,多采用干料返混。早期的间接加热系统采用湿污泥直接进料,由于湿污泥的粘结造成设备的磨蚀损耗相当严重,并由此引发了一些安全事故,其中部分设备因此停产[2]。后来有的间接加热系统如西格斯(Seghers)的"珍珠工艺 "也采用了干料返混,成功生产出球状颗粒,且设备运行良好,能耗也低。其蒸发每kg 水只需3100 kJ的热能消耗。也有的间接加热系统,如Fenton的专利间接回转室(IRC系列) 仍采用湿污泥直接进料,但其重点解决了污泥粘结的问题:它采用双螺旋推进器,两套螺旋之间互相清洁表面,并且采用不等螺距设计,尽量避免污泥在设备表面的粘结。实践表明也取得了较好的效果,并使整套污泥干化系统的设备数量大为精简。


3.2尾气处理和臭味控制


国外对污泥处理的管理非常严格,它必须是环境安全的,不能产生二次污染。所以国外的污泥干化技术很重视尾气处理和臭味控制。早期的ESP直接加热系统,引入外部空气经加热后通入干燥器,蒸发污泥中的水分并运送污泥。离开干燥器后热风与干污泥颗粒分离,然后经过除尘、热氧化除臭后排放。由于热风的量很大,使得尾气处理成本非常高,这一缺陷使人们一度将兴趣转到了间接加热系统上[2]。后来,安德里兹(Andritz)的转鼓式直接加热工艺采用了气体循环回用的设计,使这一缺陷得到明显改善。在其干燥工艺中,热风经过除尘、冷凝、水洗后,85%返回转鼓,只有15%需经过热氧化除臭后排放。这减少了尾气处理的负担,更重要的是大大减少了外部空气的引入量,将转鼓内氧气的含量维持在很低的水平,从而很大程度上提高了系统的安全性能。对于间接加热系统,尾气的量要小得多,相应尾气处理的负担要轻得多。西格斯干燥设备的尾气经冷凝、水洗后送回燃烧炉,将产生臭味的化合物彻底分解,所以其尾气能满足很严格的排放标准。另外,无论是直接加热或间接加热系统,干燥设备内部都采用适当负压,避免了臭气的外泄,工厂的污泥仓、干燥车间、成品仓等构筑物内的气体都抽走集中处理。

3.3 设备安全

在老式干燥器里,起火或爆炸相当频繁,令污泥干燥设备的安全性能倍受置疑。现在,起火或爆炸的大部分原因已经明确,与爆炸有关的三个主要因素是氧气、粉尘和颗粒的温度。不同的工艺报道或许会有些差异,但总的来说必须控制的安全要素是:氧气含量<12%;粉尘浓度<60g/m3;颗粒温度<110℃。现在的污泥干化技术都非常重视设备的安全性,并针对性地采取了措施来完善设计和加强管理。对于控制氧气的含量,间接加热器如西格斯的干燥设备还附加了氮气保护来确保系统内氧气含量<2%;直接加热器,如安德里兹的转鼓则如前所述,通过气体循环使用来控制氧气含量<8%。系统内氧气含量的实时监测是非常重要的,在安德里兹的系统内设置了氧气超标保护,一旦氧气含量超过10%,系统会自动停机。颗粒温度的控制关键在于控制污泥在干燥器内的停留时间,必须保持干泥中适量的水分,以避免污泥过热而燃烧,所以当污泥达到一定的干度(如90%)就需离开干燥器。这也使解决污泥在设备内的粘结问题显得尤为重要。对于粉尘的控制,采用干料返混的干燥工艺较好,而对于那些产生粉状产品的间接加热设备则需注意这个问题。另外污泥干化厂还需考虑其它的安全因素:设计有湿污泥仓的工厂,必须考虑甲烷的产生而尽量减少湿泥的贮存时间,在安德里兹的设计中将湿泥仓中甲烷浓度控制在1%以下;干泥仓的安全同样受到重视,为防止自燃,干泥颗粒的温度必须控制在40 ℃以下。

4结语


在新千年里,污泥干化仍将继续不断地发展、完善和受到欢迎。据预测,在欧洲未来的10年里,采用热处理的污泥量将翻一番[3]。污泥干化设备也在向大型化发展,如安德里兹建成了欧洲最大的污泥干化厂--英国的Bransands,处理能力为蒸发水量7×5000kg/h,西格斯在巴塞罗那建了世界上最大的间接加热污泥干化厂,蒸发水量能力为4×5000kg/h。同时污泥干化设备在安全性能包括环境友好方面不断完善,设备开发商在降低能耗上所作的努力。


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