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當下對于剩余污泥的處理,有搞厭氧消化的,有搞好氧發(fā)酵的,也有搞焚燒的,還有搞填埋的。眾所周知,常規的污泥填埋已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當前污泥無(wú)害化處置的需要。國家層面對污泥填埋規模的政策導向也從“合理壓減”、“逐步限制”到“加快壓減”。與之相反的,污泥焚燒的“待遇”截然不同。目前國家政策大力鼓勵推動(dòng)焚燒,地方政府正積極推進(jìn)干化焚燒。那么,污泥焚燒為什么會(huì )成為大勢所趨?干化焚燒又何以成為污泥處理處置的首選?
一、污泥焚燒已成趨勢-「單獨焚燒or摻燒」誰(shuí)將“C位出道”
污泥處理處置的最終目的是實(shí)現污泥的減量化、穩定化、無(wú)害化和資源化。而污泥焚燒,可以說(shuō)是減量化最為徹底的一種手段。
污泥焚燒是指在一定溫度和有氧條件下,污泥分別經(jīng)蒸發(fā)、熱解、氣化和燃燒等處理方式,使其有機組分發(fā)生氧化(燃燒)反應生成CO2和H2O等氣相物質(zhì),無(wú)機組分形成爐灰、渣等固相惰性物質(zhì)的過(guò)程。
從污泥焚燒方式來(lái)看,主要分為單獨焚燒和協(xié)同焚燒(摻燒)。
單獨焚燒是利用污泥焚燒爐,添加少量助燃燃料進(jìn)行焚燒的方式。其中,直接焚燒設備以鼓泡式流化床和回轉窯焚燒爐焚燒為主流爐型。
◎鼓泡式流化床焚燒爐具有燃燒速度快、污泥停留時(shí)間短、焚燒熱量可直接利用、效率高、適用性強、結構緊湊、占地面積小和事故率低等優(yōu)點(diǎn),但是存在動(dòng)力消耗較大、飛灰量大等缺點(diǎn)。
圖源:網(wǎng)絡(luò )
◎回轉窯焚燒爐具有強大的廢物焚燒處理能力,可處理廢物的范圍廣(可同時(shí)處理固體、液體及氣體廢物),適用性強、操作穩定、焚燒安全,但多用于危險廢物的焚燒處置。
圖源:網(wǎng)絡(luò )
單獨焚燒存在對項目規模要求高(日處理400噸以上)、投資高、審批難、周期長(cháng)以及技術(shù)層面等問(wèn)題。不過(guò)對于污泥產(chǎn)生量大、土地資源緊缺、經(jīng)濟條件較好的地區,應鼓勵建設污泥單獨焚燒設施,污泥單獨焚燒要考慮系統能量的優(yōu)化,以提高污泥熱能利用效率。
協(xié)同焚燒也叫摻燒,主要是在垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)、燃煤熱電廠(chǎng)和水泥窯中摻入少量污泥,對其進(jìn)行協(xié)同處置的方式。
◎水泥窯協(xié)同焚燒的灰分能直接作為水泥熟料加以利用,且煙氣余熱用于污泥干化,其具有一定的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,在環(huán)保和水泥行業(yè)得到極大關(guān)注。
◎垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)協(xié)同焚燒是將污泥與垃圾協(xié)同焚燒,相較于水泥窯協(xié)同焚燒和燃煤熱電廠(chǎng)協(xié)同焚燒,其對鍋爐的影響較小,運行成本較低。
◎燃煤熱電廠(chǎng)協(xié)同焚燒是干污泥與煤摻混后直接進(jìn)入鍋爐進(jìn)行焚燒,既可解決污泥的處置問(wèn)題,又能為熱電廠(chǎng)節省鍋爐燃料,降低發(fā)電成本。
需要特別說(shuō)明的是,無(wú)論是哪種焚燒工藝,在污泥入爐焚燒前,都應先將污泥進(jìn)行干化處理,降低污泥含水率,以提高入爐污泥熱值,提高焚燒效率。
所以,干化—焚燒工藝也成為目前污泥處理處置最佳方案中的首選方式。當污泥中有毒有害物質(zhì)含量很高且短期不可降低時(shí),這種處理方法尤為適用。
機械熱干化-焚燒工藝路線(xiàn)圖|圖源:網(wǎng)絡(luò )
目前國內新項目大多以干化—焚燒類(lèi)居多,在國際污泥處理處置技術(shù)中“干化—焚燒”也是主流工藝之一。
二、焚燒工藝前處理--污泥干化技術(shù)
一般來(lái)說(shuō),剩余污泥采用機械脫水(帶式壓濾、板框壓濾等)后可將含水率降至 80%,但距離自持燃燒含水率(40%~70%)還有一定距離,其處置難度和成本仍然較高,因此有必要進(jìn)一步減量。
此時(shí)采用污泥干化技術(shù)就能實(shí)現大規模減量。污泥干化,主要是指通過(guò)通風(fēng)、加熱等手段,使污泥中的水分蒸發(fā),從而使污泥減量化、穩定化和無(wú)害化。
01污泥干化要關(guān)注哪些技術(shù)參數?
污泥成分對于最終干化效果有明顯的影響,這很大程度也受進(jìn)水水質(zhì)和污水處理工藝的影響,因此,對于干化工藝來(lái)說(shuō),以下內容值得注意:
污泥中絮凝劑含量;污泥的粘度、彈性;有機物在干物質(zhì)中的比例;磨蝕性成分的比例(如沙、石等);腐蝕性成分的濃度(如氯、硫等);油脂類(lèi)物質(zhì)的百分比
02六種污泥干化技術(shù)
目前應用較多的污泥干化工藝設備包括流化床干化、轉筒干化、帶式干化、漿葉式干化、臥式轉盤(pán)式干化、圓盤(pán)式干化、噴霧干化和等渦輪薄膜干化等幾種,可以將污泥干化至含水60%以下。
流化床干化技術(shù)
流化床干化系統中污泥顆粒溫度一般為40℃~85℃,系統氧含量<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。
流化床干化干化技術(shù)的核心設備是流化床干燥機,從底部到頂部基本由風(fēng)箱、帶熱交換器的中間部分和抽吸罩三部分組成。
通過(guò)流化床下部風(fēng)箱,將循環(huán)氣體送入流化床內,顆粒在床內流態(tài)化并同時(shí)混合。通過(guò)循環(huán)氣體不斷地流過(guò)物料層,達到干燥的目的。工作原理如圖所示:
流化床干化機工作原理|圖源:網(wǎng)絡(luò )
流化床干化工藝可用于各種規模的污水處理廠(chǎng),尤其適用于大型和特大型污水處理廠(chǎng),干化效果好,處理量大。但投資和維修成本較高,當污泥含沙量高時(shí)應注意采用防磨措施。
帶式干化技術(shù)
帶式干化技術(shù)主要是通過(guò)干燥的熱空氣將均布在網(wǎng)帶上的濕污泥中的水分吸收出來(lái),使污泥被逐步烘干,含水率降至10%~30%的污泥干化技術(shù)。
低溫帶式<65℃,中溫帶式110-130℃,無(wú)需干泥返混,適用于污泥全干化和半干化。
帶式干燥機|圖源:網(wǎng)絡(luò )
低溫帶式污泥脫水技術(shù)是一種污泥靜止干化技術(shù),裝置一般需配套管道式擠壓造粒。
污泥經(jīng)過(guò)造粒后落入履帶上便靜止不動(dòng),污泥的干化全部依靠熱泵產(chǎn)生的熱量,在鼓風(fēng)機作用下自下而上送至帶式干燥機中循環(huán)吹干,從而帶走污泥中的水分。
該技術(shù)的特點(diǎn)是裝置獨立,可移動(dòng)放置,采用除濕熱泵作為干化系統的熱源,以電能作為輸入能量,只消耗電能。
低溫帶式污泥干燥機溫度較低,一般控制在45~80℃之間,物料基本處于靜止狀態(tài),無(wú)粉塵、廢氣排出,干凈衛生,設備投資成本高,更適合低含水率(<50%)物料的干燥,出料含水率可以控制在10%以下,更適用于較干凈、經(jīng)濟價(jià)值較高的物料。
漿葉式干化技術(shù)
槳葉式污泥干化技術(shù)較為傳統,一般采用蒸汽作為熱源,配套濕污泥和干污泥儲存、輸送系統,以及尾氣的處理系統。
該技術(shù)可以將污泥含水率從80%降低至40%以下,設備制作簡(jiǎn)單,應用范圍廣,曾經(jīng)在污泥處理領(lǐng)域占有率較大。
槳葉式污泥干化技術(shù)的核心設備是槳葉干燥機。常見(jiàn)的槳葉結構如下圖所示,多為單軸或多軸形式,少見(jiàn)四軸形式,利用楔形結構的槳葉推動(dòng)干燥機中的污泥向末端推進(jìn)。
臥式空心漿葉干燥機|圖源:網(wǎng)絡(luò )
值得一提的是,因槳葉換熱面積小,熱量利用率低,干化規模一般較小,多適用中小規模裝置。當日處理濕污泥質(zhì)量超過(guò)50t時(shí),需要2臺以上設備。
圓盤(pán)式干化技術(shù)
圓盤(pán)式污泥干化技術(shù)是在槳葉式基礎上發(fā)展起來(lái)的,目前主要應用在市政污泥處理領(lǐng)域,其日處理規模大,裝置自動(dòng)化程度高,可建設于電廠(chǎng),依托電廠(chǎng)現成的余熱蒸汽和公用工程,同時(shí)干化脫水后的污泥可直接與電廠(chǎng)燃料煤摻燒。
圓盤(pán)式污泥干化技術(shù)的核心設備是圓盤(pán)干燥機,由同軸排列的盤(pán)片組成,污泥的翻動(dòng)和前進(jìn)主要依靠盤(pán)片上的推進(jìn)片和固定在殼體上的刮刀片。
網(wǎng)絡(luò )圓盤(pán)干燥機|圖源:網(wǎng)絡(luò )
噴霧式干化技術(shù)
噴霧干化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(guò)熱蒸汽或煙氣)干燥霧化后含水顆粒而獲得干燥產(chǎn)品的一種干化方法。
噴霧式污泥干化技術(shù)的核心設備是噴霧干燥設備,主要由三部分組成,第一部分是對料液進(jìn)行霧化處理,第二部分是使被霧化處理的料液與空氣接觸,第三部分是使干燥后的粉末與空氣分離。
噴霧干燥設備|圖源:網(wǎng)絡(luò )
噴霧干化多采用向下流并流干化,即噴嘴安裝在塔的頂部,污泥和熱空氣均從塔頂進(jìn)入。
熱空氣和霧化污泥首先在塔頂溫度最高區域接觸,由于大量吸收高溫空氣的熱量,污泥中的水分迅速蒸發(fā),從而空氣溫度急劇下降當顆粒運動(dòng)到塔的下部時(shí),產(chǎn)品已干燥完畢,空氣溫度也已降低至最低點(diǎn)。
噴霧干化設備干化時(shí)間短(以s計),傳熱效率高,干燥強度大。干化污泥顆粒溫度低,結構簡(jiǎn)單,操作靈活,安全性高,易實(shí)現機械化和自動(dòng)化,占地面積小。但干燥系統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。
薄層式干化技術(shù)
薄層式污泥干化技術(shù)是對污泥減量化最徹底的技術(shù)。顧名思義,該技術(shù)主要是將污泥制成“煎餅”一樣的薄層,以此增加污泥中水分蒸發(fā)的表面積,實(shí)現污泥快速干化的目的。
該技術(shù)的核心設備是薄層蒸發(fā)器,其主要組成包括加熱夾套、轉子、轉子葉片、轉子驅動(dòng)裝置、軸密封裝置等。
薄層蒸發(fā)器內部結構|圖源:網(wǎng)絡(luò )
該技術(shù)理論上相當完美:污泥在薄層狀態(tài)下干化迅速、徹底,熱量消耗低,干污泥含水率可以輕松達到30%以下。
但是由于薄層蒸發(fā)器設備結構復雜,設備檢修難度大,且不適用于雜質(zhì)顆粒大的濕污泥,導致該技術(shù)市場(chǎng)占有率并不高。
三、其他新型污泥干化技術(shù)
除了以上提到的應用較廣泛、成熟的是污泥熱干化技術(shù)外,也有頗多新型污泥干化技術(shù)。
太陽(yáng)能污泥干化技術(shù)
利用太陽(yáng)能,借助傳統溫室干燥工藝,具有低溫干化、能耗小、操作簡(jiǎn)單、運行安全穩定等優(yōu)點(diǎn)。其驅動(dòng)力為污泥中水分含量和空氣中水蒸汽分壓之間的水蒸氣壓力差。
太陽(yáng)能干化技術(shù)受氣候、季節、天氣等因素約束大,并且需要在一個(gè)配置翻泥機的大型暖房?jì)冗M(jìn)行,濕污泥從一端輸入,干污泥從另一端輸出。
微波干化技術(shù)
其實(shí)質(zhì)是將電磁能轉化為污泥內能蒸發(fā)水分,從而達到干化污泥目的。
在不同微波波長(cháng)和頻率工況下,污泥極性分子(如,水分子)產(chǎn)生反作用力(如,彈力、內摩擦力和分子作用力)抵抗變化磁場(chǎng)的偶極矩作用,導致分子內能上升,從而使水分逐漸蒸發(fā),實(shí)現干化目的。
低溫真空脫水干化一體化技術(shù)
將傳統污泥脫水與熱干化工序合成一體,含水率90%~99%的污泥,經(jīng)一次工藝處理后可降低至20%以下,并可根據實(shí)際需求調整脫水干化后的污泥含水率,以滿(mǎn)足各種污泥處置工藝的含水率要求。
超聲波干化技術(shù)
利用頻率在20kHz到10MkHz 范圍內的超聲波,在瞬態(tài)空化作用下對污泥進(jìn)行破解,通過(guò)將破解后的污泥回流至生物反應器,作為底物供其他微生物重復代謝,可使得污泥總體產(chǎn)量下降。
國外研究者采用超聲波技術(shù)調理污泥后,污泥總固體含量增加16.2%,絮體平均尺寸在22.3μm左右,體積減小了60.9%,同時(shí)污泥粘度降低,導致污泥過(guò)濾性能提高,說(shuō)明超聲波調理促進(jìn)污泥的脫水性。
生物干化技術(shù)
生物干化是在好氧發(fā)酵基礎上發(fā)展而來(lái)的技術(shù),在強制通風(fēng)條件下利用微生物產(chǎn)熱實(shí)現快速脫水,目標是以更少的有機質(zhì)降解實(shí)現更多的水分去除。
目前國內對于生物干化工藝的研究工作較少,且主要集中在實(shí)驗室。
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