生活污水廠(chǎng)污泥處理處置方法及應(yīng)用

1、生活污水廠(chǎng)污泥處理處置方法及應(yīng)用摘要：污泥已成為影響城市發(fā)展的重要環(huán)境問(wèn)題之一。為達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化的目標(biāo)， 對(duì)于大量污泥來(lái)說(shuō)， 干化焚燒兼具徹底穩(wěn)定化和減量化雙重功能。污泥處理工藝主要由干化系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)組成。著重介紹了污泥處理處置方法及污泥干化焚燒工藝中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：污泥干化；污泥焚燒；污泥處置；引言近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，城市人口的增加，城市工業(yè)廢水與生活污水的排放量日益增多，進(jìn)而污泥產(chǎn)量激增。我國(guó)現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)有很大一部分污泥處理設(shè)施沒(méi)有有效運(yùn)行，污泥沒(méi)有得到妥善處理，致使城市污水處理的最終問(wèn)題落到了污泥處理處置上，如何安全、有效地進(jìn)行污

2、泥的處理處置，已成為了亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)污泥處理處置方法的探討，并根據(jù)使某污水處理廠(chǎng)污泥通過(guò)干化焚燒處理，使得排放污泥含水率達(dá)到20%，介紹了污泥干化焚燒工藝中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。一、污泥處置方法主要有填埋、土地利用和焚燒等3種方法。填埋優(yōu)點(diǎn)是投資少、容量大、見(jiàn)效快，但對(duì)污泥的土力學(xué)性質(zhì)要求較高，需要場(chǎng)地面積大，地基須做防滲處理， 以免污染地下水。土地利用具有能耗低，可回收利用污泥中養(yǎng)分（氮、磷、鉀）等優(yōu)點(diǎn)【1-3】，但存在病原菌擴(kuò)散和重金屬污染的危險(xiǎn)。焚燒主要優(yōu)點(diǎn)是使焚燒物質(zhì)變成無(wú)害物和最大限度地減少容積，并盡量減少二次污染。污泥焚燒技術(shù)要求高，如污泥干基熱值較低，為維持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行需耗

3、能大，長(zhǎng)期運(yùn)行成本高。綜上所述，各種污泥處理手段各有利弊，但焚燒具有減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化等顯著優(yōu)點(diǎn)，可從根本上減少污泥填埋量；徹底殺滅病菌、病原體；氧化分解有毒有害的有機(jī)物，提高重金屬穩(wěn)定性。因此，污泥焚燒作為一種有效的污泥處置方法越來(lái)越受到關(guān)注，并已運(yùn)用到部分實(shí)際工程中去。二、污泥處理方法2.1 污泥干化污泥干化主要是利用熱能進(jìn)一步去除脫水污泥中的水分，是污泥與熱媒之間的傳熱過(guò)程。在干化過(guò)程中，污泥逐漸失去水分而形成顆粒狀。當(dāng)污泥逐步形成顆粒時(shí)，表面比內(nèi)部干燥，內(nèi)部水的蒸發(fā)越發(fā)困難。隨著含水率的降低，蒸發(fā)率也逐漸降低。干化分為全干化（ 含固率 90）和半干化（含固率 90）。污泥全

4、干化后熱值較高、易產(chǎn)生粉塵，存在自燃自爆的危險(xiǎn)。為防止該情況發(fā)生，系統(tǒng)要求處于完全密閉的惰性環(huán)境，且要控制含氧量、溫度、粉塵濃度等一系列因素。全干化系統(tǒng)在安全運(yùn)行上要求高。污泥半干化只需降低污泥含水率滿(mǎn)足在焚燒時(shí)無(wú)需添加輔助燃料即可。通過(guò)回收污泥焚燒產(chǎn)生的熱能供給干化機(jī)，干化熱量不足部分使用外加能源。由于半干化污泥含水分，沒(méi)有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)輸儲(chǔ)存較安全。綜合考慮，污泥半干化是經(jīng)濟(jì)、安全、低能耗的處理方法【4-5】。根據(jù)污泥與熱媒之間的傳熱方式，污泥干化分為對(duì)流式、傳導(dǎo)式和熱輻射式?，F(xiàn)今運(yùn)行實(shí)例中多采用對(duì)流式、傳導(dǎo)式、或者兩者相結(jié)合的方式。熱媒一般采用熱空氣、水蒸氣、導(dǎo)熱油等。對(duì)流式的干化機(jī)由于

5、熱媒與污泥直接接觸，熱媒將受到污染，所以排出的廢水和水蒸氣須經(jīng)過(guò)處理后才能排放。由于熱媒與蒸發(fā)的水汽、副產(chǎn)氣一同排出，排出氣量大，所以增加了后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。傳導(dǎo)式的干化機(jī)是通過(guò)熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥中的水分得以蒸發(fā) 同時(shí)熱介質(zhì)不會(huì)受到污染，省卻了這部分的處理量。市場(chǎng)上的污泥干燥設(shè)備主要有：三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)（即轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)）、間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)、帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)、蝶式干燥機(jī)、漿葉式干燥機(jī)、盤(pán)式干燥機(jī)、帶式干燥機(jī)、太陽(yáng)能污泥干燥房等。2.2 污泥焚燒方法污泥焚燒是利用焚燒爐在有氧條件下高溫氧化污泥中的有機(jī)物，使污泥完全礦化為少量灰燼的處置方式。以焚燒技術(shù)為核

6、心的污泥處理方法是最徹底的處理方式，在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始普遍采用。20世紀(jì)60年代，用作污泥焚燒的主要是多膛式焚燒爐。由于輔助燃料成本上升和更加嚴(yán)格的氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，故多膛爐逐漸失去競(jìng)爭(zhēng)力，而流化床焚燒爐成為較受歡迎的污泥焚燒裝置?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的污泥焚燒爐多為流化床焚燒爐。流化床焚燒爐的工作原理是燃料和物料在爐膛內(nèi)流化空氣的作用下呈流化狀態(tài)，燃料在流化狀態(tài)下燃燒。流化床焚燒爐具有很大的熱容量和良好的物料混合，對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng) 床內(nèi)強(qiáng)烈的湍流和物料循環(huán)，增加燃燒的停留時(shí)間， 因此燃料燃燒充分、徹底，燃燒效率高。污泥焚燒流化床通常為圓柱形反應(yīng)器，反應(yīng)器的下部設(shè)計(jì)成圓錐形，由帶噴嘴的底盤(pán)封閉。圓錐內(nèi)充滿(mǎn)可被

7、空氣流化的砂。空氣通過(guò)安裝于底盤(pán)的噴嘴噴入。噴嘴盤(pán)下面的風(fēng)室提供均勻的空氣使污泥充分燃燒。燃燒室內(nèi)加入稍過(guò)量的空氣作為二次補(bǔ)風(fēng)。干化污泥進(jìn)入焚燒爐，通過(guò)分配裝置將污泥均勻分配到流化床上。流化床上部空間被稱(chēng)為燃燒室。燃燒室設(shè)計(jì)成有足夠的容積以保證污泥有足夠的停留時(shí)間，使煙氣溫度明顯高于最低溫度且不高于使灰分熔化的最高溫度。溫度和停留時(shí)間是實(shí)現(xiàn)污泥完全燃燒的保證。流化床焚燒爐配有常規(guī)的燃料燃燒器，用于爐體啟動(dòng)時(shí)的加熱， 使?fàn)t體達(dá)到要求的焚燒溫度。污泥被連續(xù)送入反應(yīng)器，焚燒過(guò)程中在深度混合的流化砂床內(nèi)被分解。灰分被廢氣帶走，廢氣從焚燒爐頂部排出，送往熱交換器和煙道廢氣處理系統(tǒng)。2.3 煙氣凈化系統(tǒng)由

8、于污泥的成分及燃燒過(guò)程本身的作用，所以污泥焚燒中必然會(huì)產(chǎn)生一定的二次污染，如不加以控制就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。焚燒產(chǎn)生的二次污染物主要以爐頂排出的煙氣形式進(jìn)入環(huán)境。煙氣的凈化從某種意義上就是對(duì)氮氧化物（NOx）、顆粒物、酸性氣體（HCl、HF、SOx、HF）、有機(jī)物（包括二噁英）及重金屬等進(jìn)行控制，保護(hù)環(huán)境?？刂剖侄斡校?）控制好煙氣溫度和爐內(nèi)含氧量，避免氮氧化物（NOx） 的產(chǎn)生。2）采用高效除塵系統(tǒng)（靜電除塵器可捕捉顆粒物， 布袋除塵器內(nèi)噴灑活性炭可去除重金屬）。3）采用二級(jí)洗滌塔去除酸性氣體。4）應(yīng)用急冷技術(shù)，避免250400這一生成二噁英的溫度范圍； 通過(guò)活性炭等吸附劑的吸附作用，去

9、除煙氣中的二噁英。三、污泥處理案例3.1 案例背景根據(jù)資料顯示，某生活污水處理廠(chǎng)A，排出含水率80%的脫水污泥，需要對(duì)此生活污泥設(shè)計(jì)干化方案，處理能力達(dá)2噸/天，處理后含水率達(dá)40%以下。3.2 工藝選擇本項(xiàng)目使用的生活污泥處理裝置主要由干化、焚燒以及煙氣處理三部分工藝組成。生活污泥運(yùn)進(jìn)廠(chǎng)，含水率約為80%，首先投入烘干機(jī)烘干水分。烘干機(jī)采用高溫?zé)煔夂娓晌勰嗨郑邷責(zé)煔鈦?lái)自燃煤燃燒室，煙氣進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)的溫度為300900，當(dāng)污泥水分含量降至約20%，由皮帶輸送至制磚機(jī)制磚，再送入焚燒爐內(nèi)。燃燒爐燃煤產(chǎn)生的煤渣和烘干機(jī)布袋除塵器收集的粉煤灰及粉塵主要成分是輕質(zhì)的硅酸鹽類(lèi)無(wú)機(jī)物，不屬于危險(xiǎn)廢物，

10、可以用作建筑輔材使用，直接送水泥廠(chǎng)作為水泥生產(chǎn)的輔助原料使用。烘干機(jī)出口煙氣與焚燒爐尾氣集中處理，最后經(jīng)高煙囪排入大氣，煙氣中污染物排放濃度能夠達(dá)到大氣污染物排放限值（DB44/27-2001）第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB9078-1996）的要求。重力沉降室和布袋除塵器收集的集塵灰回用至制磚機(jī)器作原料，進(jìn)行焚燒，不外排。煙塵、SO2、氮氧化物煙囪（33m）、布袋除塵器U形冷卻器粉煤灰重力沉降室焦炭、污泥干化污泥烘干機(jī)噪音爐渣焚燒爐制磚機(jī)用作建筑材料噪音煤煤渣燃燒室送水泥廠(chǎng)綜合利用圖3.1 工藝流程圖3.3 工藝系統(tǒng)單元及設(shè)備組成3.3.1 污泥干燥系統(tǒng)本項(xiàng)目要求濕污泥在

11、干燥機(jī)中干燥至水分含量為40%以下，此工藝可達(dá)到排放污泥含水率達(dá)20%，干燥機(jī)的選型按干燥率進(jìn)行選擇，選用燃煤煙氣作為熱介質(zhì)，選擇回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)，干化后輸送至焚燒爐。并有燃燒系統(tǒng)一套，以提供干燥煙氣。回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)的生產(chǎn)流程如圖所示，其主要附屬設(shè)備有烘干機(jī)燃燒室，輸送帶與煙氣處理裝備等。污泥由皮帶機(jī)2送至喂料端鍛，經(jīng)下料溜子進(jìn)入烘干機(jī)5?；剞D(zhuǎn)式烘干機(jī)筒體轉(zhuǎn)速一般為2r/min5r/min,傾斜度一般為3%6%.物料在筒體回轉(zhuǎn)時(shí),由高端向低端運(yùn)動(dòng),從低端落入出料罩,經(jīng)翻板閥卸出,再由皮帶機(jī)運(yùn)走.而熱氣體由燃燒室3進(jìn)入烘干機(jī)筒體,與物料進(jìn)行熱交換,使物料強(qiáng)烈脫水,氣體溫度下降.廢氣經(jīng)處理后由煙囪8排至

12、大氣7。.圖3.2回轉(zhuǎn)烘干機(jī)流程示意圖1-料倉(cāng) 2-皮帶輸送機(jī) 3-燃燒室 4-鼓風(fēng)機(jī)5-烘干機(jī) 6-除塵器 7-煙囪回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的規(guī)格是以筒體的直徑和長(zhǎng)度表示，目前我國(guó)常用的幾種規(guī)格的烘干機(jī)及設(shè)備參數(shù)如下表所示：表33 幾種規(guī)格的烘干機(jī)設(shè)備參數(shù)干燥物料的種類(lèi)石灰石礦渣粘土煙煤無(wú)煙煤進(jìn)烘干機(jī)熱氣溫度（）800-1000700-800600-80040070500-700出烘干機(jī)廢氣溫度（）100-150100-15080-11090-12090-120出烘干機(jī)物料溫度（）100-12080-10080-10060-9060-90烘干機(jī)出口氣體流速（m/s）1.5-3.01.5-3.01.5-3.

13、01.5-3.01.5-3.0表3.4 回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的操作控制參數(shù)根據(jù)污泥焚燒工藝要求：初水分80%，終水分20%，一天作業(yè)24小時(shí)處理原料2噸，經(jīng)計(jì)算出成品料1.6噸，待處理水分1.2噸，出品料即：每小時(shí)處理水分為0.05噸，故選用1.514米回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。常壓下1kg水蒸發(fā)需要吸熱2675.9KJ，每小時(shí)需蒸發(fā)的水分為0.05T，即50kg，需要消耗的熱量即為1.31054KJ，相當(dāng)于4.61kg/h的標(biāo)準(zhǔn)煤。燃燒1kg的煤所需要的理論空氣量：L煤 = 8.89C+26.7(H-O/8)+3.3S=7.143m3式中C、H、O和S表示1kg高硫煤中各種元素的質(zhì)量含量,具體值見(jiàn)表。樣品C/%H

14、/%O/%N/%S/%Hv/Kjkg-1污泥（干基）28.786.0520.447.30.5711.000煤（收到基）70.943.745.510.6529.000表3.5 染料（煤與污泥）的元素分析數(shù)據(jù)燃燒1kg的煤在過(guò)量空氣 = 1. 3系數(shù)下，所需要的理論煙氣量以及其中各種煙氣成分含量。g煤CO2 =C 12 22. 4 = 1.3242m3g煤H2O = (H 9) 18 22. 4 = 0.4189m3g煤N2 = 0. 79 L煤= 7. 3357m3g煤O2 = ( -1) 0. 21 L煤 = 0.4500m3g污泥干煙氣= g污泥CO2 + g污泥H2O + g污泥N2 +

15、g污泥O2= 9.5288m3出口煙氣量為（9.5288+5.3524）4.61kg/h=68.60m3/h ，記為70 m3/h。3.3.2 污泥焚燒系統(tǒng)焚燒工藝應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合適的爐型，本項(xiàng)目選擇而流化床焚燒爐。工藝設(shè)計(jì)主要包括：焚燒爐的設(shè)計(jì)、空氣量的計(jì)算、煙氣量的計(jì)算等步驟。 型號(hào)參數(shù)爐體外形尺寸(長(zhǎng)寬高)mm焚燒量(Kg/h)功率(W)燃料耗量(Kg/h)重量(kg)備注AB-3018001000140030100051100手動(dòng)上料AB-5021001150150050140081500手動(dòng)上料AB-1002500140020001201500122000自動(dòng)上料和余熱回用可根據(jù)

16、用戶(hù)要求配套AB-2003000160025002003000153300自動(dòng)上料和余熱回用可根據(jù)用戶(hù)要求配套表3.6 焚燒爐主要技術(shù)參數(shù)選用型號(hào)為AB-300焚燒爐。根據(jù)污泥焚燒工藝要求：初水分80%，終水分20%，一天作業(yè)24小時(shí)處理原料2噸，經(jīng)計(jì)算出成品料1.6噸，待處理水分1.2噸，出品料即：每小時(shí)處理水分為0.05噸.干化處理量：設(shè)計(jì)蒸發(fā)水0.05噸/h，出料0.015噸/h焚燒量：0.015噸/h（120kg/h 水，30kg/h 干污泥）燃燒煙氣量：燃燒干基含量為1kg、含水率w2 = 20%的污泥,在過(guò)量空氣系數(shù) = 1. 3下所產(chǎn)生的理論干煙氣量以及其中各種煙氣成分含量。g污

17、泥CO2 =C1222.4=0.5372m3g污泥H2O = (w2/(1 - w2)+H9) 1822.4= 0.9887m3g污泥N2 = 0.79L污 = 3.6053m3g污泥N2 = ( -1)0.21 L污=0.2212m3g污泥干煙氣=g污泥CO2+g污泥H2O+g污泥N2+g污泥O2= 5.3524m3 燃燒1kg的焦炭所需要的理論空氣量L焦炭 = 8. 89C +26. 7 (H -O /8) + 3. 3S= 8.3m3式中C、H、O和S表示1kg焦炭中各種元素的質(zhì)量含量,具體值見(jiàn)表11-14。燃燒1kg的焦炭在過(guò)量空氣 = 1. 3系數(shù)下,所需要的理論煙氣量以及其中各種煙

18、氣成分含量。g焦炭CO2 =C 12 22. 4 = 1. 3242m3g焦炭H2O =H2O1822. 4 = 0.124m3g焦炭N2 = 0. 79 L焦炭 =8. 5241m3g焦炭O2 = ( - 1) 0. 21 L焦炭 = 0. 5229m3g污泥干煙氣=g焦炭CO2 +g焦炭H2O +g焦炭N2 +g焦炭O2= 10.4952m3出口煙氣量為（10.4952*1.5+5. 3524）30kg/h=631.236 m3/h，記為640m3/h。 烘干煙氣與焚燒煙氣總量為70+640=710m3/h。3.3.3煙氣處理工藝根據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝全流程及廢氣產(chǎn)生源的分析，本項(xiàng)目工藝廢氣污染物主要來(lái)源于烘干機(jī)以及焚燒爐排放的煙氣，主要含有煙塵、SO2以及NO2。 焚燒爐煙氣經(jīng)過(guò)一套重力沉降后與烘干機(jī)煙氣匯集，經(jīng)過(guò)U形管冷卻、布袋除塵、雙堿法脫硫以及活性碳吸附催化還原脫氮處理，煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別達(dá)到99.75%、85% 、60%以上，其中重力沉降室除塵效率不低于50%，布袋除塵效率不低于99%，雙堿法脫硫除塵效率不低于50%，最后經(jīng)煙囪排入大氣，煙氣中污染物排放濃度能夠達(dá)到大氣污染物排放限值（DB44/27-2001）第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18484-2001）的要求。本設(shè)計(jì)選用ppw64-7袋式除塵器。袋式除塵器是通過(guò)含塵氣體通濾袋（簡(jiǎn)稱(chēng)布袋）