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城市污泥特性焚燒及干化技術及設計要點

作者:admin來源:中國干燥設備網 日期:2018-7-21 15:45:29 人氣: 標簽:

  通過污泥特性指標介紹了城市污泥的特點 ,介紹了常用的污泥干化技術以及三種具有代策性的污泥干化設備,總結了干化污泥的終端處理方式及其發展趨勢。污泥干化使污泥的終端處理方法多元化、簡便化。土地利用和能源化利用被認為是干化污泥終端處理方式的發展方向。 為達到減量化、穩定化、無害化、資源化的目標,對于大量污泥來說,焚燒兼具徹底穩定化和減量化雙重功能。污泥干化至含水率 30%時,可在不投加輔助燃料的情況下實現流化床焚燒爐內的焚燒 處理,干化污泥焚燒時需關注煙氣中常規污染氣體和重金屬的控制,焚燒灰渣浸出毒性未超過國標限值。

  1.城市污泥特性

  表征污泥特性的指標有含水率和含固率、揮發性固體、營養物質、有毒有害物質、脫水性能以及化學動力學性質等。

  (1)含水率和含固率 。城市污泥的含水率很高 ,含固率很低 。一般來說 ,固體顆粒愈小 ,其所含有機物愈多 ,污泥的含水率愈高 。

  (2)揮發性 固體。污泥的揮發分是一種氧、硫、氮和其它元素的有機化合物以及飽和的和不飽和的芳香族碳氫化合物的混合物 。揮發性固體通常用來表征污泥中有機物的量 。揮發性固體越多 ,污泥穩定性越差。不同種類和不同地域的污泥加熱時析出揮發分的數量差別很大 ,一般情況下 ,工業污水污泥揮發分的析出比率大于生活污水污泥的析出比率。

  (3)營養物質。李艷霞對個中國城市29座污水處理廠城市污泥養分的統計分析發現 ,城市污泥不包括工業污泥的有機質平均含量達到384.0g/kg,全氮、全磷 和全鉀 ,氮 、磷 、鉀總養分含量平均達到48.3g/kg。由此可見 ,污泥含有豐富的營養物質 ,可將其作為肥料施于農田 ,但應該注意它對土壤的污染 。

  2.污泥焚燒方法

  污泥焚燒按處理流程工藝可分為直接焚燒和干化焚燒。

  (1) 直接焚燒

  直接焚燒是將機械脫水后的污泥直接送入焚燒爐內焚燒。 這種工藝適用于含水率低、 熱值較高的污泥。目前,直接焚燒在國外運用較多。

  (2) 干化焚燒

  干化焚燒是將機械脫水后的污泥先進行干燥處理,降低其含水率,提高焚燒效率,使焚燒爐在運行過程中無需再添加輔助燃料或添加少量的輔助燃料。

  重慶市曾對主城區城市污水處理廠污泥熱值做過研究,由實驗數據得出,該地區污水廠污泥具有自持燃燒特性時的最高含水率為 68% , 污泥直接焚燒需添加大量輔助燃料才能保證完全焚燒和達到要求,且運行成本相當高 。目前,國內大部分地區的污泥普遍存在熱值低、含水率高等特點,故采用“先干化再焚燒”的處理方法是比較合適的。

  (3)污泥干化焚燒

  直接焚燒脫水污泥不僅十分困難,而且也是極不經濟的。干化后的污泥熱值接近褐煤的熱值,焚燒干化污泥不僅能徹底處理污泥,殺死病原體,最大限度地減少污泥體積,還能回收利用其熱能。污泥焚燒后產生的飛灰可用于改 良土壤、筑路,制造磚瓦和陶瓷等。在日本60% 以上污泥采用了干化焚燒處理方式,歐洲也有10% 以上的污泥采用這種處理方法。

  污泥焚燒主要有單獨焚燒和混合焚燒兩種方式。污泥混合焚燒是將干化污泥與垃圾、水泥窯燃料閣及電廠用煤等燃料摻混燃燒,是一種合理的處置途徑。

  3.城市污泥干化技術

  20世紀80年代末由于脫水污泥在農用、填埋、投海時存在突出的不利因素, 也由于污泥熱干化技術在歐美等國家的成功應用,使污泥干化技術在西方國家很快推廣開來。污泥干化是在機械脫水后,對污泥進行的深度脫水操作。干化處理后的污泥可以用作肥料、土壤改 良劑以及替代能源等。干化的目的,是使污泥進一步脫水,從機械脫水后含水率80%脫水至含水10%~50% ,一方面進行了有效的減容 ,另一方 面方便了污泥的存儲、運輸和利用。干化污泥由于含水率低,相對穩定,微生物和病菌也大大減少。污泥干化技術主要有熱干化、太陽能干化、微波加熱干化、超聲波干化以及熱泵干化等。目前應用最廣泛也是最成熟的是熱干化技術。根據熱介質與污泥的接觸方式可將熱干化技術分為三類直接干化法、間接干化法和直接一間接聯合干化法 。

  (1)直接干化法

  直接干化是利用燃燒裝置向干化設備提供熱風和煙氣,污泥與熱風和煙氣直接接觸 ,在高溫作用下污泥中的水分被蒸發。此技術熱傳輸效率及蒸發速率較高,可使污泥的含固率從 25%提高至85%~95%。但由于與污泥直接接觸,熱介質將受到污染,排出的廢水和水蒸氣須經過無害化處理后才能排放同時,熱介質與干污泥需加以分離,給操作和管理帶來一定的困難。閃蒸式干燥器、轉筒式干燥器、帶式干燥器以及流化床干燥器等都屬于直接干化類型。其中,直接加熱轉鼓式干燥器是最常用的直接干化設備 。

  (2)間接干化法

  與直接干化法相對應的是間接干化法, 由加熱設備提供的蒸汽或熱油首先加熱容器,再通過容器表面將熱傳遞給污泥,使污泥中的水分蒸發。間接干化技術主要有盤式干燥、膜式干燥、空心槳葉式干燥、涂層干燥技術等。該技術有效避開污泥的塑性階段,且污泥有機物不易破壞,另外還具有工廠化操作、占地少、自動化程度高、易操作等優點。

  (3)直接一間接聯合式干燥技術

  直接一間接聯合式干燥技術是對流和傳導技術的整合,設計的渦輪薄層干燥 器,Schwing的二級干化系統, 開發的新型流化床干燥器以及Enviryix 推出的帶式干燥器都屬于這種類型。

  渦輪薄層干燥工藝既采用熱傳導也采用熱對流,其有效的熱對流占換熱總量40%的左右,熱傳導占60%以上。其優點在于污泥干燥處理后含水率<5%僅為脫水后污泥含水率為70%~80% 體積的20%~25% ,減量率 >70%可以保證對微生物及病菌的徹底消滅,并保護污泥中的植物養分和生物能不被破壞運行經濟,在能耗方面處于歐洲污泥干化能耗的下限 污泥干化過程中,無廢氣排放,冷凝水也可循環使用,不會造成二次污染 。

  4.設計要點

  (1)污泥的性質較特殊,在含水率40% ~ 60% 范圍時,污泥流態特征會發生顯著變化,突然變得黏稠,即通常所說的污泥黏滯區。黏稠的污泥給輸送帶來極大不便,如污泥干化時出現該情況也會影響干燥機的正常運行。所以,污泥干化過程中應考慮避免污泥黏滯區。

  (2)污泥熱值與含固率均是影響焚燒系統熱能平衡的重要因素。含固率的降低直接導致污泥量增大。以1 t 絕干污泥量計,當含固率由25%降低到20%,含固率僅降低了5% ,但濕污泥量卻增加了 25% 。這無疑將增加干燥機的負荷,影響整個系統熱量平衡。

  (3)污泥中的SiO 2含量對干化系統及焚燒系統設備的磨損影響尤為重要。含砂量高的污泥,在流化的狀態下將使設備受到磨損的程度大大增加。所以提高脫水污泥前道工序沉砂池的效率,從源頭減少脫水污泥含砂量,能從根本上解決設備的磨損問題。采用耐磨材料或耐磨涂層以增加設備的耐磨程度也能減少上述問題的發生率。

  5.結語

  (1)在全球普遍倡導的可持續發展戰略的影響下,污泥作為一種可回收利用的資源與能源的載體,越來越受到關注。

  (2)城市脫水污泥具有以下特點含水率以上,不易脫水,揮發份含量高含有豐富的植物營養成分,并含有大量的病原體、重金屬以及有毒有機物等有毒有害物有一定的熱值 ,可對其進行熱能回收利用。

  (3)熱介質與污泥的接觸方式可將熱干化技術分為三類直接干化法、間接干化法和直接一間接聯合干化法。直接加熱轉鼓式干燥器是最常用的直接干化設備,該設備減小了尾氣處理的負擔 ,提高了系統安全性 間接式多盤干燥技術是常用的間接干化設備,該干燥工藝安全性高,尾氣能滿足很嚴格的排放標準渦輪薄層干燥工藝是主要的直接一間接聯合干化技術 ,采用對流和傳熱相結合的方法,使得該工藝能耗很低,運行非常經濟 。

  (5)污泥干化后的終端處理方法有土地利用、污泥農用、填埋、能源化利用和綜合利用等。其中土地利用和能源化利用被認為是今后污泥處理的發展趨勢。隨著一些新技術如污泥低溫熱處理、污泥氣化、污泥水煤漿等的出現,污泥的終端處理方法也漸漸地朝著多元化、安全化、經濟化的方向發展 。

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