0 引言

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，工業(yè)垃圾、工業(yè)廢水、生活垃圾、生活污水總量不斷增加。工業(yè)、城市污水處理廠匯集的污泥的無(wú)害化、減量化和資源化處置是國(guó)內(nèi)同行目前正在研究和實(shí)踐的一個(gè)課題。目前污泥處置主要有焚燒、衛(wèi)生填埋、土地利用、建材利用等方式。本文針對(duì)可用于焚燒(摻燒)的污泥干化工藝技術(shù)進(jìn)行探討。

1 污泥的特性污泥主要來(lái)源于城市污水處理廠和工業(yè)污水處理廠，是污水處理廠產(chǎn)生的廢棄物，為便于運(yùn)輸和后續(xù)處置，污水處理廠要對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械壓濾后才會(huì)出廠，一般含水率在80%或更低。污泥是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌體、無(wú)機(jī)顆粒和膠體等組成的非均質(zhì)體，很難通過(guò)沉降進(jìn)行徹底的固液分離。污水處理產(chǎn)生的污泥是典型的有機(jī)污泥，其特性是有機(jī)物含量高(60%～80%)、顆粒細(xì)(0.02～0.2 mm)、密度小(1 002～1 006 kg/m3)、呈膠體結(jié)構(gòu)、可管道輸送、親水、脫水性能差。隨著污泥中水分的減少，污泥從純液狀到粘滯狀、塑性狀、半干固體狀直到純固體狀進(jìn)行變化。通過(guò)濃縮可將含水率降到85％；含水率在70％～75％時(shí)，污泥呈柔軟狀態(tài)，不易流動(dòng)；含水率降到60％～65％時(shí)，幾乎為固體；含水率降到35％～40％時(shí)，成聚散狀態(tài)；進(jìn)一步降低到10％～15％時(shí)，則成粉末狀。

2 污泥干化工藝介紹污泥干化工藝主要分機(jī)械壓榨干化和加熱烘干干化兩大類(lèi)，其中機(jī)械壓榨干化工藝有普通機(jī)械壓榨干化工藝、機(jī)械壓濾干化工藝；加熱烘干干化工藝有煙氣干化工藝、蒸汽干化工藝、導(dǎo)熱油干化工藝等。

2.1機(jī)械壓榨干化

2.1.1機(jī)械壓榨干化常用的機(jī)械壓榨干化有帶式壓濾脫水機(jī)脫水和螺旋壓榨式離心機(jī)脫水兩種方式。這兩種機(jī)械壓榨干化工藝均通過(guò)一級(jí)壓榨過(guò)濾使污泥含水率降至約80%。

2.1.2機(jī)械壓濾干化機(jī)械壓濾一般為隔膜壓濾。隔膜壓濾干化工藝將污泥經(jīng)過(guò)加藥調(diào)質(zhì)、攪拌，使污泥與藥劑充分反應(yīng)，污泥含水率調(diào)理為95%～97%，再通過(guò)泵輸送到污泥隔膜壓濾機(jī)內(nèi)，過(guò)濾壓榨后，分解成含水率為50%～60%的干污泥與濾液。

2.2加熱烘干干化污泥干化的加熱方式可以分為直接干化和間接干化。直接干化是將高溫?zé)煔庵苯右敫苫鳎ㄟ^(guò)氣體與濕污泥的接觸，對(duì)流進(jìn)行換熱。間接干化是將蒸汽或高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)熱交換器加熱污泥，與污泥不接觸。2.2.1煙氣熱干化工藝該工藝?yán)缅仩t煙氣余熱干化污泥，將污水處理廠經(jīng)過(guò)一級(jí)脫水含水率80%的污泥，干化成含水率約45%的污泥。

2.2.2蒸汽熱干化工藝該工藝?yán)谜羝麨闊崦浇橘|(zhì)干化污泥，將污水處理廠經(jīng)過(guò)一級(jí)脫水含水率80%的污泥，干化成含水率約40%的污泥。

2.3方案比選由于污泥普通機(jī)械壓榨干化處理后含水率只能達(dá)到75%～80%，直接燃燒會(huì)降低鍋爐效率；煙氣干化由于需對(duì)大量煙氣進(jìn)行二次處理，難度大，系統(tǒng)設(shè)備龐大，安全性、經(jīng)濟(jì)性較差，故這兩種干化方式目前使用較少。本文僅對(duì)機(jī)械壓濾干化和蒸汽干化兩種工藝進(jìn)行對(duì)比分析。

2.4工程應(yīng)用實(shí)例調(diào)研目前摻燒污泥的熱電廠的污泥來(lái)源多為污水處理廠、印染企業(yè)、造紙企業(yè)、皮革企業(yè)等工藝污水或工藝污泥，這些企業(yè)處理后的污泥一般為含水率為80%，通過(guò)專(zhuān)用密封車(chē)運(yùn)送至熱電廠進(jìn)行摻燒。為此對(duì)四個(gè)摻燒污泥的熱電廠進(jìn)行調(diào)研，A廠和B廠采用蒸汽干化技術(shù)，C廠和D廠采用機(jī)械壓濾干化技術(shù)，其干化技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1所列。

3 兩種干化工藝流程比較3.1污泥處理工藝3.1.1機(jī)械壓濾脫水1)機(jī)械壓濾脫水系統(tǒng)流程濕污泥車(chē)運(yùn)進(jìn)廠過(guò)地磅后倒入濕污泥接收儲(chǔ)存料倉(cāng)，壓濾前將污泥含水率調(diào)理為95%～97%，在污泥中加入絮凝劑和助凝劑，改善污泥脫水性能，減小水與污泥固體顆粒的結(jié)合力，加速污泥脫水。調(diào)理完成后，用污泥螺桿泵將混合污泥輸送至隔膜壓濾機(jī)中進(jìn)行脫水，隔膜板內(nèi)注入高壓水，最高水壓1.6 MPa，利用隔膜張力對(duì)污泥進(jìn)行強(qiáng)力擠壓脫水。壓榨水通過(guò)管道回流至壓榨水箱，壓榨濾液水透過(guò)濾布排出，固體物質(zhì)被濾布阻隔，污泥含固率進(jìn)一步提高。2)隔膜壓濾脫水系統(tǒng)配置按每日處理污泥量500 t計(jì)，共設(shè)6臺(tái)隔膜壓濾機(jī)。脫水后的污泥含水率為50%～60%。污泥成硬塊狀，需通過(guò)污泥破碎機(jī)進(jìn)行破碎。3)干污泥輸送脫水后的污泥有一定的粘性，如果采用與煤一起運(yùn)輸，容易粘堵，影響上煤系統(tǒng)的運(yùn)行。故需設(shè)置專(zhuān)用的污泥輸送系統(tǒng)及專(zhuān)用的爐前干污泥倉(cāng)。

3.1.2 蒸汽加熱干化1)蒸汽加熱干化系統(tǒng)流程濕污泥進(jìn)廠過(guò)地磅后倒入濕污泥接收儲(chǔ)存料倉(cāng)，通過(guò)污泥泵送入圓盤(pán)干燥機(jī)內(nèi)，利用飽和蒸汽作加熱介質(zhì)，間接加熱污泥。污泥干化過(guò)程產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)尾氣引風(fēng)機(jī)排出，維持干燥機(jī)及輔助設(shè)備、系統(tǒng)管路微負(fù)壓運(yùn)行。被抽出的氣體(蒸汽和空氣混合物)經(jīng)除塵和冷凝后，廢氣冷凝液納入污水收集管網(wǎng)。干化系統(tǒng)不凝尾氣、濕污泥接收和儲(chǔ)存系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氣由尾氣引風(fēng)機(jī)抽引至焚燒爐內(nèi)高溫降解。2)蒸汽加熱干化系統(tǒng)配置按每日處理污泥量500 t計(jì)，共設(shè)5臺(tái)超圓盤(pán)干燥機(jī)。干燥機(jī)采用變頻調(diào)速控制，干化用熱源為低品位蒸汽，參數(shù)為0.5 MPa.g的飽和蒸汽。每臺(tái)干燥機(jī)每日處理污泥量為100 t，干化后的污泥含水率為30%～40%。污泥干化后成細(xì)粒狀，無(wú)需破碎。3)干污泥輸送干化后的污泥先采用刮板輸送機(jī)輸送并冷卻，然后采用刮板輸送機(jī)或帶式輸送機(jī)輸送至煤倉(cāng)間污泥斗內(nèi)。

3.1.3 干化工藝比較以每天處理500 t污泥為例，機(jī)械壓濾干化和蒸汽干化的工藝比較見(jiàn)表2所列。

 

3.2其他

3.2.1熱機(jī)部分污泥蒸汽干化需消耗0.5 MPa.g的飽和蒸汽400 t/d。根據(jù)熱平衡計(jì)算結(jié)果，若采用污泥蒸汽干化工藝，汽輪機(jī)在最大熱負(fù)荷工況下，單臺(tái)汽輪機(jī)進(jìn)汽量從163.2 t/h增加到169.3 t/h。單臺(tái)鍋爐耗標(biāo)煤量從16.17 t/h增加到16.77 t/h(共3臺(tái)鍋爐)。同時(shí)，單臺(tái)汽輪機(jī)發(fā)電量約增加800 kW (共3臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組)。兩種干化工藝的運(yùn)行指標(biāo)比較見(jiàn)表3所列。表3 兩種干化工藝的運(yùn)行指標(biāo)比較表項(xiàng)目機(jī)械壓濾干化(成品污泥含水率60%)蒸汽干化(成品污泥含水率40%)污泥處理量 (折算至80%含水率) / (t/d)500500鍋爐效率/%8990全廠年標(biāo)煤耗量增加量/(t/a)基準(zhǔn)10 800全廠年發(fā)電增加量/( kWh /a )基準(zhǔn)1 440×104注：1.年利用小時(shí)數(shù)按6 000 h；2.標(biāo)煤費(fèi)用按712元/t；3.上網(wǎng)電價(jià)按0.505 8元/ kWh。

3.2.2 除臭系統(tǒng)污泥干化過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣主要通過(guò)控制污泥區(qū)域始終為負(fù)壓的方法來(lái)保證臭氣不向外擴(kuò)散。對(duì)于污泥蒸汽干化工藝，其過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣主要由兩部分組成：工藝臭氣和廠房臭氣。工藝臭氣即蒸汽干化機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中污泥受熱產(chǎn)生的臭氣，有一定腐蝕性；廠房臭氣包括污泥堆放區(qū)、污泥輸送等區(qū)域散發(fā)出來(lái)的臭氣，無(wú)腐蝕性。以A廠為例，共設(shè)有五臺(tái)蒸汽干化機(jī)，每臺(tái)機(jī)產(chǎn)生的工藝臭氣量約為2 000 m3/h，通過(guò)三臺(tái)風(fēng)量為13 000 m3/h的離心風(fēng)機(jī)(一用兩備)排出，與廠房臭氣合并后，再通過(guò)兩臺(tái)風(fēng)量為58 000 m3/h的離心風(fēng)機(jī)(一用一備)，作為鍋爐的一次風(fēng)和空氣一起進(jìn)入鍋爐燃燒。對(duì)于污泥壓濾干化工藝，其過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣主要也由兩部分組成：工藝臭氣和廠房臭氣。工藝臭氣為污泥在壓濾之前進(jìn)行加水稀釋、加藥調(diào)和過(guò)程中所產(chǎn)生的臭氣，有一定腐蝕性；廠房臭氣的產(chǎn)生及處理同蒸汽干化工藝。以C廠為例，共有8個(gè)調(diào)和罐，每個(gè)調(diào)和罐頂部均設(shè)有吸風(fēng)管，通過(guò)離心風(fēng)機(jī)將臭氣抽出，臭氣通過(guò)一臺(tái)低溫等離子除臭裝置后排入大氣。由于施工順序的問(wèn)題，C廠將加藥臭氣單獨(dú)進(jìn)行處理排放，實(shí)際上，該部分臭氣也可以與廠房臭氣合并送入鍋爐燃燒。從幾家電廠的調(diào)研結(jié)果來(lái)看：相比于壓濾干化工藝，蒸汽干化工藝過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣量更大，因此所需的廠房排氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也更大，對(duì)應(yīng)的設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用也更高一些。工藝臭氣，對(duì)于壓濾干化工藝，在調(diào)和罐中產(chǎn)生的臭氣量較少，僅需維持微負(fù)壓，對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)壓要求均較小。而蒸汽干化機(jī)由于產(chǎn)生的工藝臭氣量較大，有腐蝕性，且對(duì)離心風(fēng)機(jī)有較高要求(需要維持整個(gè)機(jī)組內(nèi)部較大負(fù)壓)，因此其設(shè)備成本較高。從臭氣排除系統(tǒng)方面來(lái)看，蒸汽干化工藝和壓濾干化工藝相比，蒸汽干化工藝對(duì)應(yīng)的除臭系統(tǒng)設(shè)備和運(yùn)行成本更高一些。

3.2.3 廢水處理兩種工藝在污泥干化工程中都會(huì)產(chǎn)生廢水，其主要污染物是表征有機(jī)污染物的COD和氨氮(NH3-N)，廢水處理的目標(biāo)是使COD和氨氮等相關(guān)指標(biāo)符合當(dāng)?shù)丶{管排放標(biāo)準(zhǔn)。常用廢水處理方法有：缺氧-好氧法(anoxic/oxic A/O法)，厭氧-缺氧-好氧法(anaerobic/ anoxic/oxic A2/O法)，曝氣生物流化池(aeration biological fluidized tank ABFT法)，間歇式活性污泥法(sequencing batch reactor activated sludge process SBR法)等。蒸汽干化和機(jī)械壓濾干化產(chǎn)生的廢水量、廢水成分不同，因此廢水處理工藝也有所不同。蒸汽干化產(chǎn)生的廢水量較少，機(jī)械壓濾干化產(chǎn)生的廢水量較多；蒸汽干化廢水成分較為簡(jiǎn)單，機(jī)械壓濾干化由于壓榨過(guò)程中需要添加藥劑來(lái)提高出水率，導(dǎo)致廢水中存在藥劑，成分較復(fù)雜。根據(jù)調(diào)研，蒸汽干化法COD約為1 200 mg/L，氨氮約為300 mg/L；機(jī)械壓濾干化法COD約為5 000 mg/L，氨氮約為300 mg/L。

3.2.4 冷卻水蒸汽干化方案的冷卻水量1 500 t/h，需要增加機(jī)力冷卻塔和循環(huán)水泵。

4 兩種干化工藝的經(jīng)濟(jì)性比較4.1投資比較以處理500 t/d濕污泥為例，機(jī)械壓濾干化工藝與蒸汽干化工藝的投資初步估算，采用蒸汽干化工藝比機(jī)械壓濾干化工藝增加投資約3 050萬(wàn)元。4.2年運(yùn)行費(fèi)用比較以處理500 t/d濕污泥為例，采用蒸汽干化工藝與機(jī)械壓濾干化工藝年運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表6所列。初步估算，采用蒸汽干化工藝比機(jī)械壓濾干化工藝年運(yùn)行費(fèi)用少580.56萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)綜合以上對(duì)污泥機(jī)械壓濾干化工藝和蒸汽干化工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，技術(shù)上都是成熟可靠的。蒸汽干化工藝初投資高，但自動(dòng)化程度高，配置人員少。機(jī)械壓濾干化工藝初投資少，但運(yùn)行維護(hù)工作量大，配置人員多。

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