煤化工企業(yè)生化污泥無(wú)害化處理技術(shù)選擇及應(yīng)用

劉金貴

（新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司，河南 新鄉(xiāng) 453800）

0 引 言

新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱中新化工）200kt/a甲醇裝置，以煤為原料，采用航天爐粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)粗合成氣，2011年9月甲醇裝置一次投料試車成功，產(chǎn)出合格甲醇。甲醇裝置生產(chǎn)污水和生活污水送至廠區(qū)內(nèi)污水處理裝置集中處理，污水處理裝置采用A/O+深度處理技術(shù)，主要由物化處理、生化處理、污泥處理三部分組成，即各股廢水經(jīng)過(guò)物理處理后進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)混合均勻后進(jìn)入A/O反應(yīng)池，經(jīng)厭氧、好氧活性污泥處理后進(jìn)入深度處理系統(tǒng)；深度處理系統(tǒng)主要包括絮凝沉淀池、曝氣生物濾池（BAF），合格的BAF產(chǎn)水進(jìn)入清水池回收利用；物化處理和生化處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥通過(guò)排泥設(shè)施進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮后的污泥再通過(guò)污泥螺桿泵送至帶式壓濾機(jī)進(jìn)一步脫水，最后污泥外運(yùn)填埋。

近年來(lái)，環(huán)保政策日趨嚴(yán)厲，人們對(duì)污泥填埋這種處理方式的認(rèn)識(shí)愈加深刻，尤其是化工企業(yè)污水處理裝置排放的生化污泥中含有部分有害物質(zhì)，污泥填埋不僅容易對(duì)環(huán)境造成二次污染，而且會(huì)占用大量的土地資源，尋找無(wú)害化污泥處理技術(shù)勢(shì)在必行。參考業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中新化工的實(shí)際情況，2016年開(kāi)始將污泥送入鍋爐進(jìn)行摻燒：中新化工污水處理裝置產(chǎn)生的污泥約15 t/d（含水量85% ～90%），送鍋爐（3臺(tái)UG-150/9.8型循環(huán)流化床鍋爐，兩開(kāi)一備）與燃料煤摻燒，單臺(tái)鍋爐蒸汽產(chǎn)量150t/h、蒸汽壓力9.8MPa；剛開(kāi)始摻燒量較少，加之燃料煤比較干，對(duì)鍋爐的運(yùn)行基本上沒(méi)有影響，該處理方式切實(shí)可行，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)；后來(lái)，隨著污泥摻燒量增大，加之污水處理裝置產(chǎn)生的污泥添加了絮凝劑，具有粘度大、彈性大、不易晾干等特性，且鍋爐燃料煤比較濕、灰分高和含粉量大，污泥與燃料煤摻燒后經(jīng)常會(huì)因鍋爐煤倉(cāng)堵煤而致鍋爐被迫減負(fù)荷或停車，嚴(yán)重影響甲醇裝置的正常生產(chǎn)。經(jīng)分析，污泥含水量大是主要原因，因此污泥干化成為中新化工亟需解決的技術(shù)難題。

1 污泥干化技術(shù)的考察與對(duì)比分析

通過(guò)了解、搜集污泥烘干技術(shù)與方案，中新化工先后與多家單位進(jìn)行了技術(shù)交流，并有選擇性地對(duì)幾家單位的應(yīng)用情況進(jìn)行了實(shí)地考察。

1.1 蒸汽加熱空心漿葉式烘干機(jī)

1.1.1 考察情況

對(duì)江蘇常州3家公司、河南1家公司進(jìn)行實(shí)地考察，這4家單位均有生產(chǎn)蒸汽加熱空心漿葉式烘干機(jī)的能力及應(yīng)用業(yè)績(jī)，但大多用于制藥、染料、礦業(yè)、熱電等領(lǐng)域污泥的處理，在煤化工行業(yè)生化污泥干化方面沒(méi)有業(yè)績(jī)。

1.1.2 試驗(yàn)情況

據(jù)考察情況，我們認(rèn)為這些干燥設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)煤化工企業(yè)生化污泥的粘結(jié)性能沒(méi)有進(jìn)行專業(yè)的研究，這些干燥設(shè)備可能不適宜處理中新化工的污泥。于是，我們進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)：將河南某公司的小型試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)到中新化工，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試，包括添加干料作為返料，甚至廠家安排技術(shù)專家親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，污泥干化效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，且處理現(xiàn)場(chǎng)有異味。

1.1.3 試驗(yàn)結(jié)論

處理量15t/d的蒸汽加熱空心漿葉式烘干機(jī)投資較小，在160～200萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人、噸污泥干化的蒸汽消耗0.6t、小時(shí)電耗40kW·h，按蒸汽價(jià)格130元/t、電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為180～200元/t；另外，現(xiàn)場(chǎng)有異味，還需增設(shè)除臭裝置。

組織有關(guān)技術(shù)人員討論，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，認(rèn)為蒸汽加熱空心漿葉式烘干機(jī)不適合中新化工生化污泥的處理。

1.2 低溫干化除濕技術(shù)

1.2.1 山東某公司的太陽(yáng)能污泥干化技術(shù)

該公司利用太陽(yáng)能供熱和太陽(yáng)能復(fù)合板儲(chǔ)熱形成溫室效應(yīng)來(lái)除去污泥中的水分，技術(shù)先進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，同時(shí)具有設(shè)備制造能力。實(shí)地參觀了某城市污水處理廠200t/d的污泥處理車間和操作室，污泥水分可由80%降至30%。

該公司為中新化工設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能污泥干化裝置（污泥處理量15t/d）設(shè)備投資為643.79萬(wàn)元。運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、人工、設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)，經(jīng)測(cè)算，不含外部熱源蒸汽的成本，濕料的處理成本約25.87元/t；將折舊（設(shè)備投資按10a折舊計(jì)）和蒸汽成本（噸濕污泥的蒸汽消耗約0.52t，蒸汽價(jià)格按130元/t計(jì)）計(jì)算在內(nèi)，生化污泥干化完全成本約222.23元/t。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，處理后污泥含水率約30%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味，直接生產(chǎn)成本低。

缺點(diǎn)：投資大，裝置占地面積大。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大型企業(yè)，污泥量越大運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)。

1.2.2 廣州某公司的污泥低溫除濕干化技術(shù)

該公司生產(chǎn)的節(jié)能型污泥低溫除濕干化機(jī)，利用低溫?zé)岜贸凉裨?，采用?duì)流熱風(fēng)干燥的方式對(duì)網(wǎng)帶上的濕污泥進(jìn)行脫水干化處理；整套系統(tǒng)全密閉式設(shè)計(jì)，干燥熱風(fēng)無(wú)熱損，無(wú)臭氣排放，低溫、安全、無(wú)揚(yáng)塵，干泥含水率低于10%，適用于更苛刻要求的污泥無(wú)害化減量處置。

處理量15t/d的節(jié)能型污泥低溫除濕干化設(shè)備投資約680萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人、污泥干化小時(shí)電耗160 kW·h，按電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為349.6元/t。

2018年12月上旬中新化工將6kg污泥寄到該公司進(jìn)行干化處理試驗(yàn)，12月21日該公司將處理過(guò)的污泥樣品寄回，處理后的污泥樣品非常干，呈長(zhǎng)條型，完全滿足預(yù)期要求。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，設(shè)備占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味。

缺點(diǎn)：投資大，運(yùn)行成本較高。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)。

1.2.3 山東某公司的封閉式低溫濾餅干燥機(jī)

該公司研制的封閉式低溫濾餅干燥機(jī)，利用低溫蒸發(fā)、冷凝除濕原理，采用對(duì)流熱風(fēng)對(duì)不銹鋼網(wǎng)帶上的高含水量物料進(jìn)行干燥，然后對(duì)潮濕熱風(fēng)進(jìn)行冷凝除水，以達(dá)到污泥干燥減量化處理的目的；整機(jī)采用全封閉式模塊設(shè)計(jì)，干燥過(guò)程無(wú)熱損、無(wú)異味。

處理量15t/d的封閉式污泥低溫干燥設(shè)備投資約650萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人、污泥干化小時(shí)電耗150kW·h，按電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為334元/t。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，設(shè)備占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味。

缺點(diǎn)：投資大，運(yùn)行成本較高。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)。

1.2.4 河南某公司的污泥無(wú)害化處理技術(shù)

該公司的污泥無(wú)害化處理及資源化利用技術(shù)，其原理為，使用“泥水分離劑”對(duì)污泥中的水分進(jìn)行分離，然后利用低溫干化技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行晾曬，現(xiàn)場(chǎng)基本無(wú)異味。其工藝技術(shù)方案為，含水率約80%的污泥通過(guò)螺旋機(jī)輸送到預(yù)攪拌裝置內(nèi)，在這里污泥與輔料（生石灰粉）進(jìn)行攪拌，然后送入混合主機(jī)，再與兩種添加劑和兩種不同的輔料均勻混合、充分?jǐn)嚢?，達(dá)到除濕除臭的效果，最后攤鋪翻晾。

處理量15t/d的污泥無(wú)害化處理項(xiàng)目投資約700萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人、污泥干化小時(shí)電耗200kW·h，按電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為392元/t（不含添加劑費(fèi)用）。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，污泥處理后含水率≤30%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味。

缺點(diǎn)：投資大，運(yùn)行成本較高，占地面積大（需攤鋪翻晾）。

適用范圍：城市污水處理廠和大型企業(yè)，污泥量越大運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)。

1.2.5 廣州某公司的污泥低溫干化設(shè)備

該公司生產(chǎn)的污泥低溫干化設(shè)備，采用低溫冷凝除濕技術(shù)，含水率約80%的污泥通過(guò)螺旋提升裝置運(yùn)送到烘干機(jī)頂部，再通過(guò)切條機(jī)把污泥切成長(zhǎng)20～30mm的小條，落到網(wǎng)帶傳送流水線，與熱風(fēng)進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)污泥烘干，熱風(fēng)經(jīng)冷凝除濕后循環(huán)利用。

污泥進(jìn)烘干機(jī)前先切條，加大了污泥與熱風(fēng)接觸的表面積，干燥效率大幅提升，干燥后的污泥仍保持條狀，不產(chǎn)生粉塵，能滿足中新化工烘干后污泥（含水量20%）入鍋爐進(jìn)行摻燒的要求；由于采用低溫干燥，生化污泥中的有機(jī)物沒(méi)有被破壞，后期的焚燒熱值較高；采用閉式冷凝除濕，無(wú)任何臭氣外漏，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；污泥的干度可以根據(jù)需要通過(guò)網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，不會(huì)因過(guò)干而造成能源浪費(fèi)；設(shè)備安裝方便，無(wú)需復(fù)雜的土建投資。

處理量15t/d的污泥低溫烘干設(shè)備投資約300萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人、污泥干化小時(shí)電耗150kW·h，按電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為264元/t（不含添加劑費(fèi)用）。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，投資較小，占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味。

缺點(diǎn)：運(yùn)行成本較高。

適用范圍：城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)。

1.3 高壓帶式壓濾污泥深度脫水技術(shù)

上海某公司開(kāi)發(fā)的高壓帶式壓濾污泥深度脫水技術(shù)，可在原帶式脫水污泥（含水率80%左右）的基礎(chǔ)上通過(guò)投加化學(xué)藥劑對(duì)生化污泥進(jìn)行改良（破除污泥細(xì)胞壁），原污泥和藥劑通過(guò)設(shè)備充分混合后，進(jìn)入深度污泥脫水裝置，經(jīng)脫水后污泥含水率在60%以下，再經(jīng)風(fēng)干或晾曬后，水分進(jìn)一步降至40%左右。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，深度污泥脫水裝置運(yùn)行穩(wěn)定，深度脫水污泥達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔，無(wú)明顯異味。

濕污泥處理量15t/d的高壓帶式壓濾深度脫水裝置設(shè)備投資約200萬(wàn)元。直接運(yùn)行成本含藥劑和電費(fèi)，經(jīng)測(cè)算，直接運(yùn)行成本約70元/t；若將人工、設(shè)備折舊、財(cái)務(wù)費(fèi)用等計(jì)算在內(nèi)，污泥干化崗位人員三班倒共計(jì)6人，按人工成本150元/（人·日）、設(shè)備投資10a折舊計(jì)算，生化污泥干化完全成本為170元/t。

優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，投資較小，運(yùn)行成本較低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味。

缺點(diǎn)：經(jīng)脫水后污泥含水率在60%以下，再經(jīng)風(fēng)干或晾曬后水分進(jìn)一步降至40%左右，需要晾曬場(chǎng)地，占地面積較大，且滿足不了與中新化工燃料煤直接摻燒的要求。

適用范圍：城市污水處理廠和大中小型企業(yè)。

2 污泥干化技術(shù)的選擇

通過(guò)技術(shù)交流、實(shí)地考察和方案對(duì)比，形成以下結(jié)論：①蒸汽加熱空心漿葉式烘干機(jī)投資?。?60～200萬(wàn)元）、裝置占地面積較小，對(duì)無(wú)粘性污泥脫水效果較好，但運(yùn)行成本較高（180～200元/t）、現(xiàn)場(chǎng)有臭味，需增設(shè)除臭裝置，適用于熱電廠污泥處理；②高壓帶式壓濾污泥深度脫水工藝投資小（設(shè)備投資約200萬(wàn)元，不包括土建費(fèi)用）、運(yùn)行成本較低（170元/t）、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味，但脫水率只能達(dá)60%以下，需要進(jìn)一步晾曬脫水，占地面積較大，難以滿足直接摻燒要求；③低溫干化除濕工藝投資費(fèi)用較高——前四家設(shè)備投資大（約650～700萬(wàn)元）、第五家設(shè)備投資較低（約300萬(wàn)元），運(yùn)行成本較高（220～400元/t）、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味、脫水效果好（處理后污泥含水率大致在20%～30%），能夠滿足與燃料煤直接摻燒的要求。

綜上所述，從技術(shù)先進(jìn)性、投資大小、環(huán)保排放、占地面積和實(shí)際運(yùn)行效果等方面進(jìn)行綜合考量，中新化工最終決定采用廣州某公司的污泥低溫干化技術(shù)和設(shè)備。

3 污泥低溫干化裝置建設(shè)、運(yùn)行情況及整改

3.1 污泥低溫干化裝置建設(shè)情況

中新化工將污泥低溫干化裝置建在廠外外供水裝置區(qū)，污泥低溫干化裝置距離污水處理裝置約1km，通過(guò)車輛將污泥運(yùn)至污泥低溫干化裝置界區(qū)存放。污泥通過(guò)皮帶輸送到污泥干化設(shè)備的網(wǎng)帶，網(wǎng)帶分上下兩層，污泥和熱風(fēng)直接接觸換熱，在網(wǎng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中污泥被干化；熱風(fēng)經(jīng)除濕后循環(huán)使用，冷凝水通過(guò)水泵返回廠內(nèi)污水處理裝置進(jìn)行處理；干化后的污泥通過(guò)車輛運(yùn)回廠內(nèi)燃料煤場(chǎng)，再送鍋爐摻燒。

中新化工污泥低溫干化裝置總投資300萬(wàn)元，其中干化設(shè)備260萬(wàn)元、安裝現(xiàn)場(chǎng)費(fèi)用40萬(wàn)元 （包括水泥地面、彩鋼房、鏟車、輸水泵），占地面積約400m2，水泥平地面安裝即可，對(duì)土建基礎(chǔ)無(wú)苛刻要求；廠家負(fù)責(zé)安裝，安裝時(shí)間7d。2019年6月污泥低溫干化裝置安裝、調(diào)試，運(yùn)行情況較好，干化后的污泥含水率≤20%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味，基本達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 污泥低溫干化裝置運(yùn)行情況

污泥干化設(shè)備采用不銹鋼等耐腐材料，運(yùn)行平穩(wěn)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)噪音、無(wú)異味，PLC智能化控制，操作簡(jiǎn)單方便。2019年10月10日干化后污泥成分分析結(jié)果為：水分12.70%、灰分30.15%、揮發(fā)分 53.42%、硫含量 0.35%、固定碳3.38%，發(fā)熱量986cal/g。實(shí)際運(yùn)行情況表明，含水率80%的污泥經(jīng)干化處理后，其含水率降到20%以內(nèi)，滿足與燃料煤直接摻燒的要求。

污泥低溫干化裝置總功率156kW、正常運(yùn)行功率120kW，現(xiàn)場(chǎng)每天最多4人操作（兩班運(yùn)轉(zhuǎn)模式），按電價(jià)0.60元/（kW·h）、人工成本4000元/（月·人）計(jì)算，生化污泥處理的直接成本約150.73元/t；設(shè)備投資按10a折舊計(jì)提，生化污泥完全處理成本約210.73元/t。

中新化工污泥低溫干化裝置投運(yùn)后，干化后的污泥含水率約20%、發(fā)熱量約400～900cal/g、干污泥量約1.8～2.0t/d，送鍋爐摻燒，燃料煤與干化污泥摻燒質(zhì)量比為90∶10，由于單臺(tái)鍋爐的設(shè)計(jì)投煤量為16～17t/h，故采取間歇摻燒的方式。理論上污泥低溫干化裝置投運(yùn)后煤耗可下降10%～15%，實(shí)際上煤耗下降不明顯，因是間歇摻燒，我們沒(méi)有實(shí)際統(tǒng)計(jì)。但污泥低溫干化裝置投運(yùn)后的環(huán)保效益等顯著：一是解決了污泥填埋對(duì)土壤造成的二次污染；二是解決了之前燃料煤摻燒污泥后煤倉(cāng)和落煤管堵塞的難題；三是污泥摻燒后的爐渣作為水泥生產(chǎn)原料外銷，變廢為寶，真正實(shí)現(xiàn)了污泥無(wú)害化處理。

3.3 污泥低溫干化裝置運(yùn)行問(wèn)題及整改

中新化工污泥低溫干化裝置投運(yùn)后，由于來(lái)自污水處理裝置的污泥含水量高達(dá)90%，較設(shè)計(jì)指標(biāo)80%高出10%，導(dǎo)致皮帶輸送污泥時(shí)容易打滑、粘結(jié)，需人工上料或二次干化，現(xiàn)場(chǎng)工人勞動(dòng)量大，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，干化時(shí)間較長(zhǎng)。分析原因有二：一是污水處理裝置原污泥帶式壓濾機(jī)老化，壓濾效率不高，導(dǎo)致污泥含水量增高；二是污水處理單元操作時(shí)添加化學(xué)藥劑較多，污泥粘度較大，壓濾機(jī)不易抽干。

為解決上述問(wèn)題，中新化工對(duì)污水處理單元的藥劑添加比例進(jìn)行了調(diào)整，但實(shí)施后效果不是很明顯，壓濾后的污泥含水率仍有85% ～87%。下一步中新化工計(jì)劃對(duì)帶式壓濾機(jī)進(jìn)行更換，以將壓濾后污泥的含水率降至80%，滿足污泥低溫干化裝置的正常運(yùn)行所需。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)污泥干化技術(shù)的考察、分析、試驗(yàn)、比較，結(jié)合煤化工企業(yè)污水處理裝置生化污泥的特性，中新化工選擇了性價(jià)比高的低溫干化技術(shù)，應(yīng)用實(shí)踐表明，污泥低溫干化裝置運(yùn)行成本較低、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味、脫水效果好，烘干后的條狀污泥送鍋爐摻燒，既能降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染，又能變廢為寶（鍋爐灰渣可作為水泥生產(chǎn)原料），從而實(shí)現(xiàn)了生化污泥的無(wú)害化處理。