市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的設(shè)計

繩新安

（西安三瑞實業(yè)有限公司，陜西西安 710077）

市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的設(shè)計

繩新安

（西安三瑞實業(yè)有限公司，陜西西安 710077）

市政污泥低溫炭化處理的工藝設(shè)計實現(xiàn)了對污泥的無害化處理和資源化利用，污泥炭化處理過程清潔、環(huán)保、高效，工藝技術(shù)先進，使污泥處理具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

污泥；低溫炭化；無害化處理；資源化利用；系統(tǒng)設(shè)計

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的加快，人口不斷大量流入城鎮(zhèn)生活，城市生活污水量的不斷增加，城市生活污水處理率的逐年提高，城市污水處理廠的污泥產(chǎn)量也急劇增加。市政污泥中含有大量的有害病菌、有機污染物和危害生態(tài)環(huán)境安全的重金屬，必須對市政污泥進行規(guī)?；?、無害化處理和資源化利用，才能實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展、加強對生態(tài)環(huán)境的安全保護，才能使我們生活的家園變成藍天白云、青山綠水的美好景象。市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)可以對含水率98％的污泥進行深度脫水、干燥、碳化的有效集成處理，產(chǎn)出可以進行資源化利用的可燃氣、焦油、炭化料等產(chǎn)品，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益和社會效益，促進我國城市污泥無害化、資源化處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好的保護生態(tài)環(huán)境。

1 我國城市污泥處理的現(xiàn)狀

到2014年底，我國城市和縣城累計建成污水處理廠3 362家，每天的污水處理能力約為1.59億m3；城市污水處理廠為1 808家，日污水處理能力為13 088萬m3，污水處理廠的集中處理率為85.94％；縣城污水處理廠為1 554家，日污水處理能力為2 881萬m3，污水處理廠的集中處理率為80.19％。污泥量約占到污水重量的1％～2％，根據(jù)測算我國2014年至2020年城鎮(zhèn)污水處理廠的濕污泥（含水率80）產(chǎn)出量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2014年至2020年城鎮(zhèn)污水處理廠的濕污泥（含水率80）產(chǎn)量數(shù)據(jù)

目前我國市政污泥的無害化安全處理約占25％，污泥填埋處理約占62％，其它處理方式約占13％。市政污泥的有機污染物、有害病菌和重金屬二次污染環(huán)境已經(jīng)是非常突出的問題，采用先進的技術(shù)對市政污泥進行無害化安全處理顯得緊迫而必要。我國市政污泥處置的標準只有《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》和《城市污水處理廠污水污泥排放標準》（CJ3025—93）兩項，而且對污染物排放指標沒有明確、具體、完整的規(guī)定，缺乏規(guī)范化、系統(tǒng)化的技術(shù)評價和考核體系。

目前，我國市政污泥處理缺乏總體規(guī)劃，政府職能部門對市政污泥處理監(jiān)管缺失，長期忽視市政污泥不安全處置帶來的危害；市政污泥處理缺乏有效的管理體制、市場機制、標準體系、技術(shù)政策等方面的系統(tǒng)支撐。市政污泥無害化處理量約占污泥總量的25％，市政污泥安全處理的缺口巨大；市政污泥的無害化處理和資源化利用相結(jié)合，既有經(jīng)濟效益，又有社會效益，將是市政污泥處理的最佳選擇方案。

2 市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計

市政污泥普遍認同的處理方式有厭氧消化、好氧發(fā)酵、焚燒處理、炭化加資源化利用等四種主流技術(shù)路線。市政污泥中含有Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Mn、Hg等重金屬污染物，厭氧消化、好氧發(fā)酵的處理方式無法降低重金屬活性，重金屬會二次污染水和土壤；污泥焚燒處理產(chǎn)生的煙氣中含有二惡英、甲硫醇、硫化物、二氧化氮等有毒有害物質(zhì)，煙氣處理工藝復雜、技術(shù)難度大、成本昂貴。

市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)采用的是將污泥低溫炭化加資源化利用的技術(shù)路線。污水處理廠產(chǎn)出的含水98％的污泥采用鋼帶壓濾機進行機械脫水處理，變成含水量60％左右的濕污泥，濾出的廢水送回污水廠處理，濕污泥用皮帶機送入葉片干燥機。濕污泥進入葉片干燥機在密閉工況下進行間接干燥，葉片軸和殼體夾層中通入導熱油，葉片外壁和殼體內(nèi)壁與濕污泥接觸干燥出污泥中的水分，水蒸氣經(jīng)管道進入冷卻系統(tǒng)形成冷凝水，冷凝水送污水處理廠處理，干燥后的污泥含水量不大于5％，干污泥用鏈斗輸送機送入污泥低溫炭化爐。污泥低溫炭化爐采用間接加熱方式對污泥進行密閉工況的炭化，燃氣熱風爐燃燒生成750～800℃的熱煙氣經(jīng)熱風管和進風口進入炭化爐的熱風夾套，加熱炭化爐的爐體到600～650℃，引風機將熱煙氣從熱風夾套的出風口引出再送入熱風爐循環(huán)使用；多于的熱煙氣經(jīng)換熱器預熱熱風爐燃燒需要的新鮮空氣，達到余熱回收的節(jié)能目的，換熱后的煙氣凈化處理達標后經(jīng)煙囪排空，整個熱風系統(tǒng)的熱能利用率可達到85％。炭化爐旋轉(zhuǎn)使干污泥與炭化爐爐體內(nèi)壁充分均勻接觸，把干污泥加熱到500～550℃進行低溫炭化，干污泥在炭化爐內(nèi)停留90～120min完成干餾炭化過程生成炭化料、焦油和可燃性氣體。炭化料經(jīng)炭化爐出料口流出，經(jīng)料管進入冷卻螺旋，炭化料冷卻到80℃以下由斗提機送入料倉。焦油以汽態(tài)形式和可燃性氣體一起經(jīng)管道進入尾氣處理系統(tǒng)，經(jīng)旋噴塔、冷卻器的洗滌、冷卻處理，分離出焦油和可燃氣，用泵將焦油打入焦油罐，焦油作化工原料外賣，可燃氣用風機抽入儲氣罐供熱風爐使用。經(jīng)試驗測試干污泥經(jīng)過500～550℃低溫干餾炭化生成的炭化料，其中含有的重金屬已經(jīng)被鈍化，失去金屬活性，不會造成度環(huán)境的二次污染。炭化料可供給水泥廠作為生產(chǎn)水泥的原料，實現(xiàn)資源利用；炭化料可作為改良土壤的肥料使用，實現(xiàn)資源利用；大顆粒的炭化料因具有活性炭的性質(zhì)，也可作吸附材料用來凈化水和空氣，實現(xiàn)資源利用。市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的設(shè)計使市政污泥處理不僅環(huán)保節(jié)能，而且把污泥變廢物為原料，實現(xiàn)污泥的無害化處理和資源化利用，既有社會效益又有經(jīng)濟效益。每t干污泥（含水量不大于5％）低溫炭化處理后的物料量如表2所示。市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

表2 每t干污泥（含水量不大于5％）低溫炭化處理后的物料量

圖1 市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)工藝流程圖

每t含水60％的濕污泥干化之中的水分需要約64標方可燃氣，每t干污泥炭化需要約18m3（標）的可燃氣。每t含水60％的濕污泥產(chǎn)出約48m3（標）的可燃氣，每t含水60％的濕污泥進行干化處理和炭化處理約需要71.2m3（標）可燃氣，所以處理每t濕污泥需要外購23.2m3（標）天然氣，可燃氣回收利用能大幅降低整個市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的能耗成本，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

3 市政污泥低溫炭化處理系統(tǒng)的主要設(shè)備選用

含水60％的市政污泥50t/d低溫炭化處理系統(tǒng)的主要設(shè)備規(guī)格如表3所示。系統(tǒng)核心設(shè)備葉片干燥機結(jié)構(gòu)如圖2所示，污泥炭化爐的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表3 50t/d低溫炭化處理系統(tǒng)的主要設(shè)備規(guī)格

圖2 葉片干燥機結(jié)構(gòu)示意圖

葉片干燥機采用間接加熱方式干燥污泥，去除污泥中的水分。葉片軸設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)，一端安裝傳動機構(gòu)使葉片軸旋轉(zhuǎn)，葉片軸的旋轉(zhuǎn)攪拌使污泥與葉片外壁和殼體內(nèi)壁均勻接觸，起到對污泥充分干燥的效果，同時葉片軸也推動污泥向出料口流動；另一端安裝旋轉(zhuǎn)接頭，導熱油通過旋轉(zhuǎn)接頭進入和流出葉片軸。葉片干燥機的殼體設(shè)計為夾層結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)充滿導熱油加熱污泥。蓋板上設(shè)置進料口和出氣口，污泥從進料口進入殼體內(nèi)，污泥受熱蒸發(fā)出的水蒸氣從出氣口排出。

圖3 污泥炭化爐結(jié)構(gòu)示意圖

污泥炭化爐采用熱煙氣對污泥間接加熱，使污泥在密閉、無氧工況下干餾炭化。干污泥從進料口經(jīng)進料螺旋送入筒體裝置內(nèi)，傳動裝置使筒體裝置旋轉(zhuǎn)，污泥在筒體裝置內(nèi)完成干餾炭化后從出料裝置的出料口排出。熱煙氣從夾套的熱風進口進入夾套，熱煙氣與筒體完成換熱后從熱風出口排出。進料密封裝置采用柔性密封和機械密封結(jié)構(gòu)，出料密封采用魚鱗柔性密封結(jié)構(gòu)，在筒體旋轉(zhuǎn)時保證筒體內(nèi)部處于密閉狀態(tài)。夾套密封采用雙層石墨塊徑向浮動結(jié)構(gòu)，使夾套兩端與筒體的結(jié)合部位不漏風，減少熱量損失，提高熱能利用率。托輪裝置和擋托輪裝置支撐筒體，使筒體在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下穩(wěn)定運行。

4 市政污泥50t/d低溫炭化處理系統(tǒng)的投資及效益估算

一套50t/d市政污泥（含水60％）低溫炭化處理系統(tǒng)，建設(shè)周期約為10個月，投資建設(shè)費用估算如表4所示，每t污泥處理運行成本估算如表5所示。

表4 投資建設(shè)費用估算

表5 每t污泥處理運行成本估算

每t含水60％的污泥干餾炭化生成約221kg的炭化料、112kg焦油和48m3（標）的可燃氣?？扇細庥糜诠┙o系統(tǒng)熱能燃燒，炭化料外賣150元/t，焦油外賣2000元/t。每t含水60％的污泥干餾炭化后產(chǎn)品外賣可收益約257元，每t污泥處理政府補貼150元，企業(yè)處理每t污泥合計收益407元。收益減去污泥處理運行成本，每t污泥處理的企業(yè)利潤為166元，每年按生產(chǎn)300d計算，年利潤為249萬元。

5 結(jié)束語

市政污泥低溫炭化處理能對城鎮(zhèn)污泥進行高效的減量化、無害化處理和資源化利用，是污泥處理的主流發(fā)展趨勢。市政污泥低溫炭化處理具有工藝技術(shù)先進，污泥處理過程清潔環(huán)保、能源高效利用，污泥產(chǎn)品資源利用的優(yōu)點。城鎮(zhèn)污水處理廠進行污泥低溫炭化處理，符合我國目前建設(shè)生態(tài)環(huán)保社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求，能為我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供強大的技術(shù)支持，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]何益得.污水污泥中重金屬在熱解過程中行為研究[D].湖南大學，2010.

[2]馬濤，宋元紅，李貴桐，等.市政污泥生物質(zhì)炭重金屬含量及其形態(tài)特征[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2013，（2）：189-194.

Design of Low Temperature Carbonization Treatment System for Municipal Sewage Sludge

Sheng Xin-an

The process design of low temperature carbonization treatment of municipal sludge realizes the harmless treatment and resource utilization of sludge.The process of carbonization of sludge is clean，environmental protection，high efficiency and advanced technology，so that the sludge treatment has good social benefits.And economic benefits.

sludge；low temperature carbonization；harmless treatment；resource utilization；system design

X703.1

B

1003-6490（2016）08-0103-02

2016-07-30

繩新安（1976—），男，河南商水人，工程師，主要從事化工研發(fā)設(shè)計工作。