生活污水廠污泥處理處置方法及應用

1、生活污水廠污泥處理處置方法及應用摘要： 污泥已成為影響城市發(fā)展的重要環(huán)境問題之一。為達到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的目標， 對于大量污泥來說， 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計要點。關鍵詞：污泥干化；污泥焚燒；污泥處置；引言近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷加快，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， 進而污泥產量激增。 我國現有污水處理廠有很大一部分污泥處理設施沒 有有效運行， 污泥沒有得到妥善處理， 致使城市污水處理的最終問題落到了污泥處理處置上，

2、如何安全、 有效地進行污泥的處理處置， 已成為了亟待解決的問題。 本文通過對污泥處理處 置方法的探討，并根據使某污水處理廠污泥通過干化焚燒處理，使得排放污泥含水率達到 20%，介紹了污泥干化焚燒工藝中的設計要點。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)點是投資少、容量大、見效快，但對 污泥的土力學性質要求較高，需要場地面積大，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【1-3 】，但存在病原菌擴散和重金屬污染的危險。 焚燒主要優(yōu)點是使焚燒物質變成無害物和最大限度地減少容積， 并盡 量減少二次污染。 污泥焚燒技術要求高

3、， 如污泥干基熱值較低， 為維持整個系統(tǒng)正常運行需 耗能大，長期運行成本高。綜上所述， 各種污泥處理手段各有利弊， 但焚燒具有減量化、 無害化、 穩(wěn)定化和資源化 等顯著優(yōu)點，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越受到關注， 并已運用到部分實際工程中去。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一步去除脫水污泥中的水分，是污泥與熱媒之間的傳熱過 程。在干化過程中， 污泥逐漸失去水分而形成顆粒狀。當污泥逐步形成顆粒時，表面比內部 干燥，內部水的蒸發(fā)越發(fā)困難。隨著含水率的降低，蒸發(fā)率也

4、逐漸降低。干化分為全干化（ 含固率90 %）和半干化（含固率v90 %）。污泥全干化后熱值較高、 易產生粉塵， 存在自燃自爆的危險。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)在安全運行上要求高。 污泥半干化只需降低污泥含水率滿足在焚燒時無需添加輔助燃料即可。通過回收污泥焚燒產生的熱能供給干化機， 干化熱量不足部分使用外加能源。 由于半干化污泥含水分， 沒有爆炸 的風險，運輸儲存較安全。綜合考慮，污泥半干化是經濟、安全、低能耗的處理方法【4-5】 。根據污泥與熱媒之間的傳熱方式， 污泥干化分為對流式、 傳導式和熱輻射式。 現今

5、運行 實例中多采用對流式、傳導式、或者兩者相結合的方式。熱媒一般采用熱空氣、水蒸氣、導 熱油等。 對流式的干化機由于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 蒸氣須經過處理后才能排放。由于熱媒與蒸發(fā)的水汽、副產氣一同排出，排出氣量大，所以增加了后續(xù)處理負擔。 傳導式的干化機是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥， 使污泥中的水分 得以蒸發(fā) 同時熱介質不會受到污染，省卻了這部分的處理量。市場上的污泥干燥設備主要有： 三通式回轉圓通干燥機（即轉鼓干燥機）、間接加熱式 回轉圓通干燥機、帶粉碎裝置的回轉圓通干燥機、 流化床干燥機、 蝶式干燥機、漿葉式干燥 機、盤式干燥機、帶式干燥機、太陽能污

6、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物， 使污泥完全礦化為少量 灰燼的處置方式。 以焚燒技術為核心的污泥處理方法是最徹底的處理方式， 在發(fā)達國家開始 普遍采用。 20世紀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格的氣體排放標準， 故多膛爐逐漸失去競爭力， 而流化床焚燒爐成為較受歡迎的污泥 焚燒裝置。 現國內已運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，對燃料的適應性強 床內強烈

7、的湍流和物料循環(huán)，增加燃 燒的停留時間， 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 應器，反應器的下部設計成圓錐形，由帶噴嘴的底盤封閉。圓錐內充滿可被空氣流化的砂。 空氣通過安裝于底盤的噴嘴噴入。 噴嘴盤下面的風室提供均勻的空氣使污泥充分燃燒。 燃燒 室內加入稍過量的空氣作為二次補風。 干化污泥進入焚燒爐， 通過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為燃燒室。 燃燒室設計成有足夠的容積以保證污泥有足夠 的停留時間， 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 間是實現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

8、于爐體啟動時的加 熱， 使爐體達到要求的焚燒溫度。污泥被連續(xù)送入反應器，焚燒過程中在深度混合的流化 砂床內被分解。 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) 由于污泥的成分及燃燒過程本身的作用，所以污泥焚燒中必然會產生一定的二次污染， 如不加以控制就可能導致嚴重的環(huán)境問題。 焚燒產生的二次污染物主要以爐頂排出的煙氣形 式進入環(huán)境。煙氣的凈化從某種意義上就是對氮氧化物（NOx）、顆粒物、酸性氣體（HCI、HF 、 SOx、 HF ）、有機物（包括二噁英）及重金屬等進行控制，保護環(huán)境?？刂剖侄斡校?） 控制好煙氣溫度和爐內含氧量，避免氮氧化物

9、（NOx） 的產生。2）采用高效除塵系統(tǒng) （靜電除塵器可捕捉顆粒物， 布袋除塵器內噴灑活性炭可去除重金屬） 。3）采用二級洗滌塔去除酸性氣體。4） 應用急冷技術，避免250400C這一生成二噁英的溫度范圍；通過活性炭等吸附劑的吸 附作用，去除煙氣中的二噁英。三、污泥處理案例3.1 案例背景根據資料顯示，某生活污水處理廠 A,排出含水率80%的脫水污泥，需要對此生活污泥設 計干化方案，處理能力達 2噸/ 天，處理后含水率達 40%以下。3.2 工藝選擇本項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。生活污泥運進廠，含水率約為80%，首先投入烘干機烘干水分。烘干機采用高溫煙

10、氣烘干污泥水分，高溫煙氣來自燃煤燃燒室，煙氣進入烘干機內的溫度為300900C，當污泥水分含量降至約 20%，由皮帶輸送至制磚機制磚，再送入焚燒爐內。燃燒爐燃煤產生的煤渣 和烘干機布袋除塵器收集的粉煤灰及粉塵主要成分是輕質的硅酸鹽類無機物，不屬于危險廢物，可以用作建筑輔材使用， 直接送水泥廠作為水泥生產的輔助原料使用。 烘干機出口煙氣 與焚燒爐尾氣集中處理， 最后經高煙囪排入大氣， 煙氣中污染物排放濃度能夠達到 大氣污 染物排放限值 （ DB44/27-2001 ）第二時段二級標準和工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準（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器作

11、原料，進行焚燒，不外排。煙塵、S02、氮氧化物煙囪布袋除塵器U形冷卻器粉煤灰I污泥I噪音烘干機干化污泥制磚機*重力沉降室焚燒爐焦炭、1 1煤1噪音1用作建筑材料1 11 煤渣.燃燒室L -1燃燒室煤-a-aJ送水泥廠綜合利用圖3.1工藝流程圖3.3工藝系統(tǒng)單元及設備組成3.3.1污泥干燥系統(tǒng)本項目要求濕污泥在干燥機中干燥至水分含量為40%以下，此工藝可達到排放污泥含水率達20%，干燥機的選型按干燥率進行選擇，選用燃煤煙氣作為熱介質，選擇回轉式干燥機，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?；剞D式烘干機的生產流程如圖所示，其主要附屬設備有烘干機燃燒室，輸送帶與煙氣處理裝備等。污泥由

12、皮帶機 2送至喂料端鍛，經下料溜子進入烘干機5?；剞D式烘干機筒體轉速一般為2r/min5r/min,傾斜度一般為3%6%物料在筒體回轉時，由高端向低端運動，從低 端落入出料罩，經翻板閥卸出，再由皮帶機運走而熱氣體由燃燒室 3進入烘干機筒體，與物料 進行熱交換，使物料強烈脫水，氣體溫度下降廢氣經處理后由煙囪 8排至大氣。.圖3.2回轉烘干機流程示意圖1-料倉2-皮帶輸送機3-燃燒室4-鼓風機5-烘干機6-除塵器7-煙囪回轉烘干機的規(guī)格是以筒體的直徑和長度表示，目前我國常用的幾種規(guī)格的烘干機及設備參數如下表所示：Wft刃若-w nt=豈配功，產塑LU趕二Sift已口總JU5X14m1500MO02

13、53 *15719.61MC01B5m1300rOT0Q2 54 04-MJ.3258X2Cm13003QDD02-53-122-s32.2MM妣n252"sa.gUmZZOOzoooQZJD2 M37*11472m2200220C9222S37*12S24430MOD2 53 274 j3itISO 30遲709CT624 m2SOO240002.5a .2S5-1772.5428X22m23002200G2fi3.4112aa-e094<S3OK2Im30002800Q253Z75*251059 tn32DQa3_53-275a126表33幾種規(guī)格的烘干機設備參數干燥物料的

14、種類石灰石礦渣粘土煙煤無煙煤進烘干機熱氣溫度（C）800-1000700-800600-800400 70500-700出烘干機廢氣溫度（C）100-150100-15080-11090-12090-120出烘干機物料溫度（C）100-12080-10080-10060-9060-90烘干機出口氣體流速（m/s）1.5-3.01.5-3.01.5-3.01.5-3.01.5-3.0表3.4回轉烘干機的操作控制參數根據污泥焚燒工藝要求： 初水分80%終水分20% 一天作業(yè)24小時處理原料2噸，經 計算出成品料1.6噸，待處理水分1.2噸，出品料即：每小時處理水分為 0.05噸，故選用 1.5 X

15、 14米回轉式烘干機。常壓下1kg水蒸發(fā)需要吸熱 2675.9KJ，每小時需蒸發(fā)的水分為0.05T，即50kg，需要消耗的熱量即為1.3 X 1054KJ，相當于4.61kg/h的標準煤。燃燒1kg的煤所需要的理論空氣3量：L 煤=8.89C+26.7（H-O/8）+3.3S=7.143m式中C、H、O和S表示1kg咼硫煤中各種兀素的質量含量，具體值見表樣品C/%H/%O/%N/%S/%Hv/Kj kg-1污泥(干基)28.786.0520.447.30.5711.000煤(收到基)70.943.745.51一0.6529.000表3.5染料(煤與污泥)的元素分析數據燃燒1kg的煤在過量空氣

16、a = 1.3系數下，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 12. 4 = 1.3242m3g 煤 H2O = (H 91 18 22. 4 = 0.4189m33g 煤 N2 = a 1 0. 79 煤=>7L3357mg 煤 O2 = ( a1) 0.21 LX = 0.4500m33g 污泥干煙氣 =g 污泥 CO2 + g 污泥H2O + g 污泥N2 + g 污泥 02=出口煙氣量為(9.5288+5.3524) >4.61kg/h=68.60m 3/h，記為 70 m3/h。3.3.2污泥焚燒系統(tǒng)焚燒工藝應根據實際情況選用合適的爐型，

17、本項目選擇而流化床焚燒爐。工藝設計主要包括：焚燒爐的設計、空氣量的計算、煙氣量的計算等步驟。型號參數爐體外形尺寸(長1寬1高)mm焚燒量(Kg/h)功率(W)燃料耗量(Kg/h)重量(kg)備注AB-301800 1000 140030100051100手動上料AB-502100 1150 150050140081500手動上料AB-1002500 1400 10001201500122000自動上料和余熱回用可根據用戶要求配套AB-2003000 1600 >25002003000153300自動上料和余熱回用可根據用戶要求配套表3.6焚燒爐主要技術參數選用型號為AB-300焚燒爐。

18、計算出成品料 1.6 噸，待處理水分 1.2 噸，出品料即：每小時處理水分為 0.05 噸.干化處理量：設計蒸發(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,在過量空氣系數 a = 1.3下所產生的理論 干煙氣量以及其中各種煙氣成分含量。g 污泥 co2 =C W2 X22.4=0.5372m3g 污泥 H2O = (w 2/(1 - w 2)+H X9) 18 >22.4= 0.9887m33g 污泥 N2 = a X 0.79 bX= 3.6053m3g 污泥 N

19、2 = ( a1) X21 X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= 8.3m 3式中C、H、O和S表示1kg焦炭中各種元素的質量含量，具體值見表11-14。燃燒1kg的焦炭在過量空氣a = 1.孫數下，所需要的理論煙氣量以及其中各種煙氣成分含量。g 焦炭 CO2 =C 勻2 X2. 4 = 1.3242m3g 焦炭 H2O =H2O- 18 X22. 4 = 0.124m3g 焦炭 N2 = a X 0. 79 焦

20、炭L =8. 5241m3g 焦炭 O2 = ( a1) 0.X21 LX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 ) X30kg/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 煙氣處理工藝根據對生產工藝全流程及廢氣產生源的分析, 本項目工藝廢氣污染物主要來源于烘干機以及焚燒爐排放的煙氣，主要含有煙塵、SO2以及NO2。焚燒爐煙氣經過一套重力沉降后與烘干機煙氣匯集,經過U 形管冷卻、布袋除塵、雙99.75%、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、氮氧化物分別達到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%，最后經煙囪排入大氣， 煙氣中污染物排放濃度能夠達到 大 氣污染物排放限值 ( DB44/27-2001 )第二時段二級標準和危險廢物焚燒污染控制標準 (GB18484-2001 )的要求。本設計選用 ppw64-7 袋式除塵器。袋