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城市污泥特性焚烧及干化技术及设计要点

时间:2018-7-21 14:44:00 来源:中国干燥设备网

  通过污泥特性指标介绍了城市污泥的特点 ,介绍了常用的污泥干化技术以及三种具有代策性的污泥干化设备,总结了干化污泥的终端处理方式及其发展趋势。污泥干化使污泥的终端处理方法多元化、简便化。土地利用和能源化利用被认为是干化污泥终端处理方式的发展方向。 为达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目标,对于大量污泥来说,焚烧兼具彻底稳定化和减量化双重功能。污泥干化至含水率 30%时,可在不投加辅助燃料的情况下实现流化床焚烧炉内的焚烧 处理,干化污泥焚烧时需关注烟气中常规污染气体和重金属的控制,焚烧灰渣浸出毒性未超过国标限值。

  1.城市污泥特性

  表征污泥特性的指标有含水率和含固率、挥发性固体、营养物质、有毒有害物质、脱水性能以及化学动力学性质等。

  (1)含水率和含固率 。城市污泥的含水率很高 ,含固率很低 。一般来说 ,固体颗粒愈小 ,其所含有机物愈多 ,污泥的含水率愈高 。

  (2)挥发性 固体。污泥的挥发分是一种氧、硫、氮和其它元素的有机化合物以及饱和的和不饱和的芳香族碳氢化合物的混合物 。挥发性固体通常用来表征污泥中有机物的量 。挥发性固体越多 ,污泥稳定性越差。不同种类和不同地域的污泥加热时析出挥发分的数量差别很大 ,一般情况下 ,工业污水污泥挥发分的析出比率大于生活污水污泥的析出比率。

  (3)营养物质。李艳霞对个中国城市29座污水处理厂城市污泥养分的统计分析发现 ,城市污泥不包括工业污泥的有机质平均含量达到384.0g/kg,全氮、全磷 和全钾 ,氮 、磷 、钾总养分含量平均达到48.3g/kg。由此可见 ,污泥含有丰富的营养物质 ,可将其作为肥料施于农田 ,但应该注意它对土壤的污染 。

  2.污泥焚烧方法

  污泥焚烧按处理流程工艺可分为直接焚烧和干化焚烧。

  (1) 直接焚烧

  直接焚烧是将机械脱水后的污泥直接送入焚烧炉内焚烧。 这种工艺适用于含水率低、 热值较高的污泥。目前,直接焚烧在国外运用较多。

  (2) 干化焚烧

  干化焚烧是将机械脱水后的污泥先进行干燥处理,降低其含水率,提高焚烧效率,使焚烧炉在运行过程中无需再添加辅助燃料或添加少量的辅助燃料。

  重庆市曾对主城区城市污水处理厂污泥热值做过研究,由实验数据得出,该地区污水厂污泥具有自持燃烧特性时的最高含水率为 68% , 污泥直接焚烧需添加大量辅助燃料才能保证完全焚烧和达到要求,且运行成本相当高 。目前,国内大部分地区的污泥普遍存在热值低、含水率高等特点,故采用“先干化再焚烧”的处理方法是比较合适的。

  (3)污泥干化焚烧

  直接焚烧脱水污泥不仅十分困难,而且也是极不经济的。干化后的污泥热值接近褐煤的热值,焚烧干化污泥不仅能彻底处理污泥,杀死病原体,最大限度地减少污泥体积,还能回收利用其热能。污泥焚烧后产生的飞灰可用于改 良土壤、筑路,制造砖瓦和陶瓷等。在日本60% 以上污泥采用了干化焚烧处理方式,欧洲也有10% 以上的污泥采用这种处理方法。

  污泥焚烧主要有单独焚烧和混合焚烧两种方式。污泥混合焚烧是将干化污泥与垃圾、水泥窑燃料阁及电厂用煤等燃料掺混燃烧,是一种合理的处置途径。

  3.城市污泥干化技术

  20世纪80年代末由于脱水污泥在农用、填埋、投海时存在突出的不利因素, 也由于污泥热干化技术在欧美等国家的成功应用,使污泥干化技术在西方国家很快推广开来。污泥干化是在机械脱水后,对污泥进行的深度脱水操作。干化处理后的污泥可以用作肥料、土壤改 良剂以及替代能源等。干化的目的,是使污泥进一步脱水,从机械脱水后含水率80%脱水至含水10%~50% ,一方面进行了有效的减容 ,另一方 面方便了污泥的存储、运输和利用。干化污泥由于含水率低,相对稳定,微生物和病菌也大大减少。污泥干化技术主要有热干化、太阳能干化、微波加热干化、超声波干化以及热泵干化等。目前应用最广泛也是最成熟的是热干化技术。根据热介质与污泥的接触方式可将热干化技术分为三类直接干化法、间接干化法和直接一间接联合干化法 。

  (1)直接干化法

  直接干化是利用燃烧装置向干化设备提供热风和烟气,污泥与热风和烟气直接接触 ,在高温作用下污泥中的水分被蒸发。此技术热传输效率及蒸发速率较高,可使污泥的含固率从 25%提高至85%~95%。但由于与污泥直接接触,热介质将受到污染,排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放同时,热介质与干污泥需加以分离,给操作和管理带来一定的困难。闪蒸式干燥器、转筒式干燥器、带式干燥器以及流化床干燥器等都属于直接干化类型。其中,直接加热转鼓式干燥器是最常用的直接干化设备 。

  (2)间接干化法

  与直接干化法相对应的是间接干化法, 由加热设备提供的蒸汽或热油首先加热容器,再通过容器表面将热传递给污泥,使污泥中的水分蒸发。间接干化技术主要有盘式干燥、膜式干燥、空心桨叶式干燥、涂层干燥技术等。该技术有效避开污泥的塑性阶段,且污泥有机物不易破坏,另外还具有工厂化操作、占地少、自动化程度高、易操作等优点。

  (3)直接一间接联合式干燥技术

  直接一间接联合式干燥技术是对流和传导技术的整合,设计的涡轮薄层干燥 器,Schwing的二级干化系统, 开发的新型流化床干燥器以及Enviryix 推出的带式干燥器都属于这种类型。

  涡轮薄层干燥工艺既采用热传导也采用热对流,其有效的热对流占换热总量40%的左右,热传导占60%以上。其优点在于污泥干燥处理后含水率<5%仅为脱水后污泥含水率为70%~80% 体积的20%~25% ,减量率 >70%可以保证对微生物及病菌的彻底消灭,并保护污泥中的植物养分和生物能不被破坏运行经济,在能耗方面处于欧洲污泥干化能耗的下限 污泥干化过程中,无废气排放,冷凝水也可循环使用,不会造成二次污染 。

  4.设计要点

  (1)污泥的性质较特殊,在含水率40% ~ 60% 范围时,污泥流态特征会发生显着变化,突然变得黏稠,即通常所说的污泥黏滞区。黏稠的污泥给输送带来极大不便,如污泥干化时出现该情况也会影响干燥机的正常运行。所以,污泥干化过程中应考虑避免污泥黏滞区。

  (2)污泥热值与含固率均是影响焚烧系统热能平衡的重要因素。含固率的降低直接导致污泥量增大。以1 t 绝干污泥量计,当含固率由25%降低到20%,含固率仅降低了5% ,但湿污泥量却增加了 25% 。这无疑将增加干燥机的负荷,影响整个系统热量平衡。

  (3)污泥中的SiO 2含量对干化系统及焚烧系统设备的磨损影响尤为重要。含砂量高的污泥,在流化的状态下将使设备受到磨损的程度大大增加。所以提高脱水污泥前道工序沉砂池的效率,从源头减少脱水污泥含砂量,能从根本上解决设备的磨损问题。采用耐磨材料或耐磨涂层以增加设备的耐磨程度也能减少上述问题的发生率。

  5.结语

  (1)在全球普遍倡导的可持续发展战略的影响下,污泥作为一种可回收利用的资源与能源的载体,越来越受到关注。

  (2)城市脱水污泥具有以下特点含水率以上,不易脱水,挥发份含量高含有丰富的植物营养成分,并含有大量的病原体、重金属以及有毒有机物等有毒有害物有一定的热值 ,可对其进行热能回收利用。

  (3)热介质与污泥的接触方式可将热干化技术分为三类直接干化法、间接干化法和直接一间接联合干化法。直接加热转鼓式干燥器是最常用的直接干化设备,该设备减小了尾气处理的负担 ,提高了系统安全性 间接式多盘干燥技术是常用的间接干化设备,该干燥工艺安全性高,尾气能满足很严格的排放标准涡轮薄层干燥工艺是主要的直接一间接联合干化技术 ,采用对流和传热相结合的方法,使得该工艺能耗很低,运行非常经济 。

  (5)污泥干化后的终端处理方法有土地利用、污泥农用、填埋、能源化利用和综合利用等。其中土地利用和能源化利用被认为是今后污泥处理的发展趋势。随着一些新技术如污泥低温热处理、污泥气化、污泥水煤浆等的出现,污泥的终端处理方法也渐渐地朝着多元化、安全化、经济化的方向发展 。

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