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當(dāng)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(guī)的污泥填埋已經(jīng)無法滿足當(dāng)前污泥無害化處置的需要。國家層面對污泥填埋規(guī)模的政策導(dǎo)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,污泥焚燒為什么會成為大勢所趨?干化焚燒又何以成為污泥處理處置的首選?
01、污泥焚燒已成趨勢
「單獨(dú)焚燒or摻燒」誰將"C位出道"
污泥處理處置的最終目的是實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。而污泥焚燒,可以說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(jī)組分發(fā)生氧化(燃燒)反應(yīng)生成CO2和H2O等氣相物質(zhì),無機(jī)組分形成爐灰、渣等固相惰性物質(zhì)的過程。
從污泥焚燒方式來看,主要分為單獨(dú)焚燒和協(xié)同焚燒(摻燒)。
單獨(dú)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(shè)備以鼓泡式流化床和回轉(zhuǎn)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、污泥停留時間短、焚燒熱量可直接利用、效率高、適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小和事故率低等優(yōu)點(diǎn),但是存在動力消耗較大、飛灰量大等缺點(diǎn)。
圖源:網(wǎng)絡(luò)
◎回轉(zhuǎn)窯焚燒爐具有強(qiáng)大的廢物焚燒處理能力,可處理廢物的范圍廣(可同時處理固體、液體及氣體廢物),適用性強(qiáng)、操作穩(wěn)定、焚燒安全,但多用于危險(xiǎn)廢物的焚燒處置。
圖源:網(wǎng)絡(luò)
單獨(dú)焚燒存在對項(xiàng)目規(guī)模要求高(日處理400噸以上)、投資高、審批難、周期長以及技術(shù)層面等問題。不過對于污泥產(chǎn)生量大、土地資源緊缺、經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū),應(yīng)鼓勵建設(shè)污泥單獨(dú)焚燒設(shè)施,污泥單獨(dú)焚燒要考慮系統(tǒng)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、燃煤熱電廠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(jì)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協(xié)同焚燒,其對鍋爐的影響較小,運(yùn)行成本較低。
◎燃煤熱電廠協(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題,又能為熱電廠節(jié)省鍋爐燃料,降低發(fā)電成本。
需要特別說明的是,無論是哪種焚燒工藝,在污泥入爐焚燒前,都應(yīng)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(dāng)污泥中有毒有害物質(zhì)含量很高且短期不可降低時,這種處理方法尤為適用。
機(jī)械熱干化-焚燒工藝路線圖|圖源:網(wǎng)絡(luò)
目前國內(nèi)新項(xiàng)目大多以干化—焚燒類居多,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。
02、焚燒工藝前處理--污泥干化技術(shù)
一般來說,剩余污泥采用機(jī)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。
此時采用污泥干化技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模減量。污泥干化,主要是指通過通風(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(wěn)定化和無害化。
01污泥干化要關(guān)注哪些技術(shù)參數(shù)?
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,對于干化工藝來說,以下內(nèi)容值得注意:
污泥中絮凝劑含量;污泥的粘度、彈性;有機(jī)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);油脂類物質(zhì)的百分比
02六種污泥干化技術(shù)
目前應(yīng)用較多的污泥干化工藝設(shè)備包括流化床干化、轉(zhuǎn)筒干化、帶式干化、漿葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、圓盤式干化、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(tǒng)中污泥顆粒溫度一般為40℃~85℃,系統(tǒng)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(dǎo)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(shè)備是流化床干燥機(jī),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。
通過流化床下部風(fēng)箱,將循環(huán)氣體送入流化床內(nèi),顆粒在床內(nèi)流態(tài)化并同時混合。通過循環(huán)氣體不斷地流過物料層,達(dá)到干燥的目的。工作原理如圖所示:
流化床干化機(jī)工作原理|圖源:網(wǎng)絡(luò)
流化床干化工藝可用于各種規(guī)模的污水處理廠,尤其適用于大型和特大型污水處理廠,干化效果好,處理量大。但投資和維修成本較高,當(dāng)污泥含沙量高時應(yīng)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,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℃,無需干泥返混,適用于污泥全干化和半干化。
帶式干燥機(jī)|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)過造粒后落入履帶上便靜止不動,污泥的干化全部依靠熱泵產(chǎn)生的熱量,在鼓風(fēng)機(jī)作用下自下而上送至帶式干燥機(jī)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(dú)立,可移動放置,采用除濕熱泵作為干化系統(tǒng)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(jī)溫度較低,一般控制在45~80℃之間,物料基本處于靜止?fàn)顟B(tài),無粉塵、廢氣排出,干凈衛(wèi)生,設(shè)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(jì)價值較高的物料。
漿葉式干化技術(shù)
槳葉式污泥干化技術(shù)較為傳統(tǒng),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(tǒng),以及尾氣的處理系統(tǒng)。
該技術(shù)可以將污泥含水率從80%降低至40%以下,設(shè)備制作簡單,應(yīng)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(shè)備是槳葉干燥機(jī)。常見的槳葉結(jié)構(gòu)如下圖所示,多為單軸或多軸形式,少見四軸形式,利用楔形結(jié)構(gòu)的槳葉推動干燥機(jī)中的污泥向末端推進(jìn)。
臥式空心漿葉干燥機(jī)|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(guī)模一般較小,多適用中小規(guī)模裝置。當(dāng)日處理濕污泥質(zhì)量超過50t時,需要2臺以上設(shè)備。
圓盤式干化技術(shù)
圓盤式污泥干化技術(shù)是在槳葉式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,目前主要應(yīng)用在市政污泥處理領(lǐng)域,其日處理規(guī)模大,裝置自動化程度高,可建設(shè)于電廠,依托電廠現(xiàn)成的余熱蒸汽和公用工程,同時干化脫水后的污泥可直接與電廠燃料煤摻燒。
圓盤式污泥干化技術(shù)的核心設(shè)備是圓盤干燥機(jī),由同軸排列的盤片組成,污泥的翻動和前進(jìn)主要依靠盤片上的推進(jìn)片和固定在殼體上的刮刀片。
網(wǎng)絡(luò)圓盤干燥機(jī)|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?dú)狻⑦^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(shè)備是噴霧干燥設(shè)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(shè)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(qū)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(dāng)顆粒運(yùn)動到塔的下部時,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(shè)備干化時間短(以s計(jì)),傳熱效率高,干燥強(qiáng)度大。干化污泥顆粒溫度低,結(jié)構(gòu)簡單,操作靈活,安全性高,易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化,占地面積小。但干燥系統(tǒng)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(xiàn)污泥快速干化的目的。
該技術(shù)的核心設(shè)備是薄層蒸發(fā)器,其主要組成包括加熱夾套、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子驅(qū)動裝置、軸密封裝置等。
薄層蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)|圖源:網(wǎng)絡(luò)
該技術(shù)理論上相當(dāng)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(dá)到30%以下。
但是由于薄層蒸發(fā)器設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備檢修難度大,且不適用于雜質(zhì)顆粒大的濕污泥,導(dǎo)致該技術(shù)市場占有率并不高。
03、其他新型污泥干化技術(shù)
除了以上提到的應(yīng)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)。
太陽能污泥干化技術(shù)
利用太陽能,借助傳統(tǒng)溫室干燥工藝,具有低溫干化、能耗小、操作簡單、運(yùn)行安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其驅(qū)動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。
太陽能干化技術(shù)受氣候、季節(jié)、天氣等因素約束大,并且需要在一個配置翻泥機(jī)的大型暖房內(nèi)進(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(zhuǎn)化為污泥內(nèi)能蒸發(fā)水分,從而達(dá)到干化污泥目的。
在不同微波波長和頻率工況下,污泥極性分子(如,水分子)產(chǎn)生反作用力(如,彈力、內(nèi)摩擦力和分子作用力)抵抗變化磁場的偶極矩作用,導(dǎo)致分子內(nèi)能上升,從而使水分逐漸蒸發(fā),實(shí)現(xiàn)干化目的。
低溫真空脫水干化一體化技術(shù)
將傳統(tǒng)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(jù)實(shí)際需求調(diào)整脫水干化后的污泥含水率,以滿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(nèi)的超聲波,在瞬態(tài)空化作用下對污泥進(jìn)行破解,通過將破解后的污泥回流至生物反應(yīng)器,作為底物供其他微生物重復(fù)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(diào)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%,同時污泥粘度降低,導(dǎo)致污泥過濾性能提高,說明超聲波調(diào)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(chǔ)上發(fā)展而來的技術(shù),在強(qiáng)制通風(fēng)條件下利用微生物產(chǎn)熱實(shí)現(xiàn)快速脫水,目標(biāo)是以更少的有機(jī)質(zhì)降解實(shí)現(xiàn)更多的水分去除。
目前國內(nèi)對于生物干化工藝的研究工作較少,且主要集中在實(shí)驗(yàn)室。
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