污泥干化處理工藝研究

姚良波，翁淑芳

(中國能源建設(shè)集團浙江省電力設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310012)

0 引言

由于社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，工業(yè)垃圾、工業(yè)廢水、生活垃圾、生活污水總量不斷增加。工業(yè)、城市污水處理廠匯集的污泥的無害化、減量化和資源化處置是國內(nèi)同行目前正在研究和實踐的一個課題。

目前污泥處置主要有焚燒、衛(wèi)生填埋、土地利用、建材利用等方式。本文針對可用于焚燒(摻燒)的污泥干化工藝技術(shù)進行探討。

1 污泥的特性

污泥主要來源于城市污水處理廠和工業(yè)污水處理廠，是污水處理廠產(chǎn)生的廢棄物，為便于運輸和后續(xù)處置，污水處理廠要對污泥進行機械壓濾后才會出廠，一般含水率在80%或更低。

污泥是一種由有機殘片、細菌體、無機顆粒和膠體等組成的非均質(zhì)體，很難通過沉降進行徹底的固液分離。污水處理產(chǎn)生的污泥是典型的有機污泥，其特性是有機物含量高(60%～80%)、顆粒細(0.02 ～ 0.2 mm)、密度小 (1 002 ～ 1 006 kg/m3)、呈膠體結(jié)構(gòu)、可管道輸送、親水、脫水性能差。隨著污泥中水分的減少，污泥從純液狀到粘滯狀、塑性狀、半干固體狀直到純固體狀進行變化。通過濃縮可將含水率降到85%；含水率在70%～75%時，污泥呈柔軟狀態(tài)，不易流動；含水率降到60%～65%時，幾乎為固體；含水率降到35%～40%時，成聚散狀態(tài)；進一步降低到10%～15%時，則成粉末狀。

2 污泥干化工藝介紹

污泥干化工藝主要分機械壓榨干化和加熱烘干干化兩大類，其中機械壓榨干化工藝有普通機械壓榨干化工藝、機械壓濾干化工藝；加熱烘干干化工藝有煙氣干化工藝、蒸汽干化工藝、導(dǎo)熱油干化工藝等。

2.1 機械壓榨干化

2.1.1 機械壓榨干化

常用的機械壓榨干化有帶式壓濾脫水機脫水和螺旋壓榨式離心機脫水兩種方式。這兩種機械壓榨干化工藝均通過一級壓榨過濾使污泥含水率降至約80%。

2.1.2 機械壓濾干化

機械壓濾一般為隔膜壓濾。隔膜壓濾干化工藝將污泥經(jīng)過加藥調(diào)質(zhì)、攪拌，使污泥與藥劑充分反應(yīng)，污泥含水率調(diào)理為95%～97%，再通過泵輸送到污泥隔膜壓濾機內(nèi)，過濾壓榨后，分解成含水率為50%～60%的干污泥與濾液。

2.2 加熱烘干干化

污泥干化的加熱方式可以分為直接干化和間接干化。直接干化是將高溫?zé)煔庵苯右敫苫?，通過氣體與濕污泥的接觸，對流進行換熱。間接干化是將蒸汽或高溫?zé)煔馔ㄟ^熱交換器加熱污泥，與污泥不接觸。

2.2.1 煙氣熱干化工藝

該工藝利用鍋爐煙氣余熱干化污泥，將污水處理廠經(jīng)過一級脫水含水率80%的污泥，干化成含水率約45%的污泥。

2.2.2 蒸汽熱干化工藝

該工藝利用蒸汽為熱媒介質(zhì)干化污泥，將污水處理廠經(jīng)過一級脫水含水率80%的污泥，干化成含水率約40%的污泥。

2.3 方案比選

由于污泥普通機械壓榨干化處理后含水率只能達到75%～80%，直接燃燒會降低鍋爐效率；煙氣干化由于需對大量煙氣進行二次處理，難度大，系統(tǒng)設(shè)備龐大，安全性、經(jīng)濟性較差，故這兩種干化方式目前使用較少。本文僅對機械壓濾干化和蒸汽干化兩種工藝進行對比分析。

2.4 工程應(yīng)用實例調(diào)研

目前摻燒污泥的熱電廠的污泥來源多為污水處理廠、印染企業(yè)、造紙企業(yè)、皮革企業(yè)等工藝污水或工藝污泥，這些企業(yè)處理后的污泥一般為含水率為80%，通過專用密封車運送至熱電廠進行摻燒。

為此對四個摻燒污泥的熱電廠進行調(diào)研，A廠和B廠采用蒸汽干化技術(shù)，C廠和D廠采用機械壓濾干化技術(shù)，其干化技術(shù)對比見表1所列。

表1 四廠污泥干化技術(shù)對比表

續(xù)表

3 兩種干化工藝流程比較

3.1 污泥處理工藝

3.1.1 機械壓濾脫水

1)機械壓濾脫水系統(tǒng)流程

濕污泥車運進廠過地磅后倒入濕污泥接收儲存料倉，壓濾前將污泥含水率調(diào)理為95%～97%，在污泥中加入絮凝劑和助凝劑，改善污泥脫水性能，減小水與污泥固體顆粒的結(jié)合力，加速污泥脫水。調(diào)理完成后，用污泥螺桿泵將混合污泥輸送至隔膜壓濾機中進行脫水，隔膜板內(nèi)注入高壓水，最高水壓1.6 MPa，利用隔膜張力對污泥進行強力擠壓脫水。壓榨水通過管道回流至壓榨水箱，壓榨濾液水透過濾布排出，固體物質(zhì)被濾布阻隔，污泥含固率進一步提高。

2)隔膜壓濾脫水系統(tǒng)配置

按每日處理污泥量500 t計，共設(shè)6臺隔膜壓濾機。脫水后的污泥含水率為50%～60%。污泥成硬塊狀，需通過污泥破碎機進行破碎。

3)干污泥輸送

脫水后的污泥有一定的粘性，如果采用與煤一起運輸，容易粘堵，影響上煤系統(tǒng)的運行。故需設(shè)置專用的污泥輸送系統(tǒng)及專用的爐前干污泥倉。

3.1.2 蒸汽加熱干化

1)蒸汽加熱干化系統(tǒng)流程

濕污泥進廠過地磅后倒入濕污泥接收儲存料倉，通過污泥泵送入圓盤干燥機內(nèi)，利用飽和蒸汽作加熱介質(zhì)，間接加熱污泥。污泥干化過程產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)尾氣引風(fēng)機排出，維持干燥機及輔助設(shè)備、系統(tǒng)管路微負壓運行。被抽出的氣體(蒸汽和空氣混合物)經(jīng)除塵和冷凝后，廢氣冷凝液納入污水收集管網(wǎng)。干化系統(tǒng)不凝尾氣、濕污泥接收和儲存系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氣由尾氣引風(fēng)機抽引至焚燒爐內(nèi)高溫降解。

2)蒸汽加熱干化系統(tǒng)配置

按每日處理污泥量500 t計，共設(shè)5臺超圓盤干燥機。干燥機采用變頻調(diào)速控制，干化用熱源為低品位蒸汽，參數(shù)為0.5 MPa.g的飽和蒸汽。每臺干燥機每日處理污泥量為100 t，干化后的污泥含水率為30%～40%。污泥干化后成細粒狀，無需破碎。

3)干污泥輸送

干化后的污泥先采用刮板輸送機輸送并冷卻，然后采用刮板輸送機或帶式輸送機輸送至煤倉間污泥斗內(nèi)。

3.1.3 干化工藝比較

以每天處理500 t污泥為例，機械壓濾干化和蒸汽干化的工藝比較見表2所列。

表2 干化工藝比較表

3.2 其他

3.2.1 熱機部分

污泥蒸汽干化需消耗0.5 MPa.g的飽和蒸汽400 t/d。根據(jù)熱平衡計算結(jié)果，若采用污泥蒸汽干化工藝，汽輪機在最大熱負荷工況下，單臺汽輪機進汽量從163.2 t/h增加到169.3 t/h。單臺鍋爐耗標煤量從16.17 t/h增加到16.77 t/h(共3臺鍋爐)。同時，單臺汽輪機發(fā)電量約增加800 kW(共3臺汽輪發(fā)電機組)。兩種干化工藝的運行指標比較見表3所列。

表3 兩種干化工藝的運行指標比較表

3.2.2 除臭系統(tǒng)

污泥干化過程中產(chǎn)生的臭氣主要通過控制污泥區(qū)域始終為負壓的方法來保證臭氣不向外擴散。

對于污泥蒸汽干化工藝，其過程中產(chǎn)生的臭氣主要由兩部分組成：工藝臭氣和廠房臭氣。工藝臭氣即蒸汽干化機組運行過程中污泥受熱產(chǎn)生的臭氣，有一定腐蝕性；廠房臭氣包括污泥堆放區(qū)、污泥輸送等區(qū)域散發(fā)出來的臭氣，無腐蝕性。以A廠為例，共設(shè)有五臺蒸汽干化機，每臺機產(chǎn)生的工藝臭氣量約為2 000 m3/h，通過三臺風(fēng)量為13 000 m3/h的離心風(fēng)機(一用兩備)排出，與廠房臭氣合并后，再通過兩臺風(fēng)量為58 000 m3/h的離心風(fēng)機(一用一備)，作為鍋爐的一次風(fēng)和空氣一起進入鍋爐燃燒。

對于污泥壓濾干化工藝，其過程中產(chǎn)生的臭氣主要也由兩部分組成：工藝臭氣和廠房臭氣。工藝臭氣為污泥在壓濾之前進行加水稀釋、加藥調(diào)和過程中所產(chǎn)生的臭氣，有一定腐蝕性；廠房臭氣的產(chǎn)生及處理同蒸汽干化工藝。以C廠為例，共有8個調(diào)和罐，每個調(diào)和罐頂部均設(shè)有吸風(fēng)管，通過離心風(fēng)機將臭氣抽出，臭氣通過一臺低溫等離子除臭裝置后排入大氣。由于施工順序的問題，C廠將加藥臭氣單獨進行處理排放，實際上，該部分臭氣也可以與廠房臭氣合并送入鍋爐燃燒。

從幾家電廠的調(diào)研結(jié)果來看：相比于壓濾干化工藝，蒸汽干化工藝過程中產(chǎn)生的臭氣量更大，因此所需的廠房排氣風(fēng)機的風(fēng)量也更大，對應(yīng)的設(shè)備成本和運行費用也更高一些。工藝臭氣，對于壓濾干化工藝，在調(diào)和罐中產(chǎn)生的臭氣量較少，僅需維持微負壓，對風(fēng)機的風(fēng)量風(fēng)壓要求均較小。而蒸汽干化機由于產(chǎn)生的工藝臭氣量較大，有腐蝕性，且對離心風(fēng)機有較高要求(需要維持整個機組內(nèi)部較大負壓)，因此其設(shè)備成本較高。從臭氣排除系統(tǒng)方面來看，蒸汽干化工藝和壓濾干化工藝相比，蒸汽干化工藝對應(yīng)的除臭系統(tǒng)設(shè)備和運行成本更高一些。

3.2.3 廢水處理

兩種工藝在污泥干化工程中都會產(chǎn)生廢水，其主要污染物是表征有機污染物的COD和氨氮(NH3-N)，廢水處理的目標是使COD和氨氮等相關(guān)指標符合當(dāng)?shù)丶{管排放標準。

常用廢水處理方法有：缺氧-好氧法(anoxic/oxic A/O法)，厭氧-缺氧-好氧法(anaerobic/anoxic/oxic A2/O法)，曝氣生物流化池(aeration biological fluidized tank ABFT法)，間歇式活性污泥法(sequencing batch reactor activated sludge process SBR法)等。

蒸汽干化和機械壓濾干化產(chǎn)生的廢水量、廢水成分不同，因此廢水處理工藝也有所不同。蒸汽干化產(chǎn)生的廢水量較少，機械壓濾干化產(chǎn)生的廢水量較多；蒸汽干化廢水成分較為簡單，機械壓濾干化由于壓榨過程中需要添加藥劑來提高出水率，導(dǎo)致廢水中存在藥劑，成分較復(fù)雜。根據(jù)調(diào)研，蒸汽干化法COD約為1 200 mg/L，氨氮約為300 mg/L；機械壓濾干化法COD約為5 000 mg/L，氨氮約為300 mg/L。

兩種干化工藝的廢水處理系統(tǒng)投資估算見表4所列。

表4 兩種干化工藝的廢水處理系統(tǒng)投資估算表

3.2.4 冷卻水

蒸汽干化方案的冷卻水量1 500 t/h，需要增加機力冷卻塔和循環(huán)水泵。

4 兩種干化工藝的經(jīng)濟性比較

4.1 投資比較

以處理500 t/d濕污泥為例，機械壓濾干化工藝與蒸汽干化工藝的投資估算見表5所列。

表5 兩種干化工藝投資比較表萬元

初步估算，采用蒸汽干化工藝比機械壓濾干化工藝增加投資約3 050萬元。

4.2 年運行費用比較

以處理500 t/d濕污泥為例，采用蒸汽干化工藝與機械壓濾干化工藝年運行費用見表6所列。

表6 兩種干化工藝年運行費用比較表萬元

初步估算，采用蒸汽干化工藝比機械壓濾干化工藝年運行費用少580.56萬元。

5 結(jié)語

綜合以上對污泥機械壓濾干化工藝和蒸汽干化工藝的技術(shù)和經(jīng)濟分析，技術(shù)上都是成熟可靠的。蒸汽干化工藝初投資高，但自動化程度高，配置人員少。機械壓濾干化工藝初投資少，但運行維護工作量大，配置人員多。