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全国污泥深度脱水处理和资源化处理利用研讨会 污泥处理技术方案介绍 孟大为 北京机电院高技术股份有限公司 m e n g d a w e i b m e i n e t c n 提要：分析污泥处理处置方法的发展趋势。介绍了我公司在污泥焚烧处置方面的技术方案。 结合国外成功运行的污泥处置设旌与我国国情特点，对污泥干化焚烧技术在我国的应用，从 技术路线、工艺选择等方面进行了具体的探讨。 关键词：污泥处理污泥干化焚烧 一、我国污泥处理现状 我国发展循环经济的总体战略目标是：用5 0 年左右的时间，全面建成人、 自然、社会和谐统一的、资源节约的循环型社会，资源生产率、循环利用率、废 弃物的最终处理率等循环经济的主要指标以及生态环境、可持续发展能力等达到 当时世界先进水平，极大提高生态环境质量并整体改善生存空间，全国全面进入 可持续发展的良性循环。而随着社会的发展，处理生活污水和工业废水所产生的 污泥量正在急剧增加，成为一个严重的环境问题。污泥热值低、含水量大、成份 复杂，如何清洁、高效、合理地处置污泥已受到人们的高度关注。世界各国根据 其地理环境和土地资源状况制订不同的方针。 污泥包括市政污泥、管网污泥、河湖污泥和工业污泥，市政污泥主要来自于 城市自来水厂及污水处理厂，自1 9 9 9 年以来，国家城市污水处理设旅建设资金 投入不断加大，在实行污水处理收费制度的3 2 5 个城市中，投入城市污水处理的 建设资金达3 8 6 亿元。2 0 0 4 年全国有6 1 1 座城市建有7 0 8 座污水处理厂，总的 污水处理能力是4 9 1 2 万立方米，但是现有污水处理能力仍无法满足城市人口数 量与规模的迅速扩张。 城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经恰 当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，4 i 但降低了污 水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。据相 关资料统计，2 0 0 4 年我国污泥排放量约为1 2 2 0 万吨，2 0 1 0 年将会达到2 7 4 0 万 吨。1 在我国，2 0 世纪9 0 年代城市污泥处理问题才提上日程，除了对污泥缺乏科 学认识外，由于污泥设备投资大、技术难度高、回报不确定等因素，国内涉足于 此领域的企业很少且规模不大。 在宏观管理上，国内各城市的总体规划中尚未涉及到污泥处理处置内容，更 无专项规划。目前仅深圳、上海、北京等大城市初步尝试了污泥处理处置专项规 1 0 5 全国污泥深度脱水处理和资源化处理利用研讨会 划的编制，但仅限于技术性规划，应在系统性方面进一步提高完善，而其他绝大 部分城市尚未开展污泥处理处置的规划工作。 二、污泥焚烧工艺的兴起与发展 目前在世界各国，填埋、堆肥和焚烧是处理市政污泥的几种主要方法。 填埋法在污泥处置中简便易行，但是各国并不对这种方法看好。因为人们逐 渐考虑到填埋要占用大量的土地和花费大量的运输费用，而且填埋场周围的环境 也会恶化，遭受渗沥水、臭气的困扰。另外，适合填埋的土地逐年减少。在美国， 估计今后2 0 年内，6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关闭；在欧洲，2 0 0 0 年后填埋在污 泥处置中占的比例会迅速降低，到2 0 0 5 年将降低到1 0 左右。所填埋的物质仅限 于有机物含量小于5 的废弃物。 各国广泛地将污泥用于农业堆肥，这种趋势在今后一段时间内将仍然会得以 延续。污泥农用的比例将平稳增加：从1 9 8 5 年的3 5 左右至u 2 0 0 5 年的4 5 左右。 但是，由于污泥中的重金属的沉积和有机物污染问题，用于农业堆肥的污泥必 须被有选择地使用。为了规范污泥的使用，欧洲各国和美国均制定了相应的标准。 如德国污泥管理条例规定禁止将污泥堆肥用于农业，用于花园及其他绿化用 地的污泥，有害物质需低于限定值并有施用量的限值等。我国政府也规定对应用 于农业的污泥必须符合农业部制定的农用污泥中污染物质控制标准( g b 4 2 8 4 - 8 4 ) 。 相比之下焚烧工艺的应用前景越来越被看好，这种技术在目前是处理污泥的 最好的方法之一。第一，焚烧可以大大减少污泥的体积，相对于机械脱水的污泥 来说，最终的焚烧产物体积只相当于最初产物的1 0 。第二，焚烧可以杀死一 切病原体，一切有机物在燃烧过程中都会最大程度地被分解，病原体和细菌也不 例外。通过高温处理，在燃烧残渣内几乎没有病原体存在。此外，焚烧过程还可 以解决污泥的恶臭问题。第三，经过脱水的污泥的热值相当于褐煤的水平，这样 可以在一定程度上减轻污泥焚烧的费用。同时由于焚烧设备不断完善和有关焚烧 技术的突破，原来存在的烟气二次污染问题也得到了妥善的解决。口1 三、机电院污泥处理技术与工程实例介绍 l 、工业污泥处理 北京机电院高技术股份有限公司，根据自身多年在危废领域的处理经验和雄 厚科研实力，经长期实践论证，与【二| 本e m c 合作，推出整套干化加回转窑焚烧工 业污泥处理设备，有效地解决了工业污泥处理难的问题。 本系统工艺适用条件：各种工业污泥( 处理量：1 0 0 吨口) 工艺特点：能量的回收、减量化、无害化 1 0 6 脱水污泥 上含水8 0 含水 5 m 6 0 含水4 0 以下 全陶污泥深度脱水处理和资源化处理利用研讨会 工艺说明： 污泥泵将脱水污泥泵入蒸汽热解反应釜中，与温度为15 0 3 0 0 、压力为 1 5 0 、3 o m p a 的饱和蒸汽发生热解反应，l 小时内破坏污泥持水结构，改善污泥的 脱水和干燥性能，同时完成污泥的杀菌消毒和除臭过程。反应蒸汽由焚烧段余热 制取。 经水热反应的湿污泥通过机械脱水机脱水。由于普通污泥中含有大量微生物 菌体和有机胶体物质，机械脱水困难，脱水后污泥含水率在8 0 左右。但经过水 热反应处理后脱水，污泥含水率可降至6 0 以下，以1 0 0 吨口、含水8 0 的污泥计 算，脱水至6 0 后，污泥量减少至5 0 吨日。以日处理1 0 0 吨含水8 0 的处理系统计 算，与热力干燥法相比，此工艺日节省干化用0 7 - 0 8 m p a 饱和蒸汽3 3 吨左右。 通过干化污泥到含水率3 0 4 0 左右进回转窑进行焚烧，不需或添加少量辅助燃 料，即可做到稳定燃烧。 主要设备介绍： 蒸汽反应釜： 蒸汽热解设备采用日本原装进口。由日本r r s ( 资源循环系统) 研究所制造。 产品分为：3 立方米釜、5 立方米釜、7 立方米釜。处理能力分别为：2 5 吨臼、4 0 吨口、6 5 吨【j 。 使用r r s 水热反应设备的优点在于： 1 ) 环保。在密闭反应器中通过低温热解过程，迅速完成杀菌除臭过程，后 续污泥处理不会产生异味及环保问题。 2 ) 资源化。污泥经处理转化为优质液体有机肥料和固体燃料。实际运营结 果表明，每吨污泥与3 2 0 k g 的水蒸气进行热解反应后经脱水干燥，可产生7 6 7 k g 的优质浓缩液体有机肥料和1 7 0 k g 的固体燃料资源。 3 ) 减量化。燃料燃烧后形成少量灰渣，使污泥的最终填埋量减少9 0 以上。 4 ) 节能。通过低温热解过程，破坏有机物高分子结构、胶状絮体等固相物质 持水结构，大幅度改善污泥脱水干燥性能，后续脱水干燥过程可以省略加热烘干 1 0 7 全闷污泥深度脱水处理和资源化处胛利用研讨会 过程，仅通过自然风干或者鼓风干燥，即可将水分降到1 0 以内，大幅减少能源 消耗。工厂运行证明，采用低温热解技术制备固体燃料，比污泥直接加热烘干总 能耗降低5 0 。 5 ) 快速。l 小时内完成杀菌除臭，经过鼓风干燥，2 4 小时内污泥含水从8 0 降至1 0 以下。 干化设备图片 回转窑： 也称为回转炉。由我院自主设计开发，已广泛应用于实际工程。 该设施的优点是可连续运转、进料弹性大，能够处理各种类型的固体和半固体危 险废物，甚至液体废物，技术可行性指标较高，易于操作。与余热利用连同使用 可以回收热分解过程中产生的大量能量，因此，其能量额定值非常高。旋转窑运 行和维护方便。为配合回转窑的焚烧处理，回转窑后附加一个二燃室装置，以保 证充分燃烧，排烟温度稳定在1 1 0 0 度以上，达国家危废排放标准。 回转窑焚烧成套设备系列化开发主要技术规格参数： u 处理量：5 吨、1 5 吨、3 0 吨，5 0 吨，共4 种规格 尾气净化：半干法脱酸+ 活性炭吸附+ 布袋除尘 回转窑焚烧成套设备系列化产品达到以下技术指标： 烟气黑度：林格曼l 级 烟尘：8 0m g m 3 二嗯英类：0 5 t e qn g m 3 烟气停留时间：2 s 燃烧效率：9 9 9 有害成分焚毁去除率：9 9 9 9 目前我公司己在大庆、重庆等地已有回转窑污泥焚烧的工程业绩。 1 0 8 焚烧系统工程图片 全国污泥深度脱水处理和资源化处理利用研讨会 综合以上介绍，我公司推出的干化焚烧系统具有以下特点： 组合工艺：将干化和焚烧组合起来，通过干燥减少水分提高热值，然后通过焚 烧回收能量，实现无害化： 能量回收：根据能量平衡计算，焚烧污泥的热量用来干化污泥，只需要外加少 量辅助燃料； 适用性广：符合政策法规，可达危废排放标准 设备投资：吨投资在4 0 5 0 万元 2 、市政污泥集中处理 循环流化床焚烧 目前，污泥焚烧技术主要有多膛式、炉排式、回转式、电加热红外式及流化 床等，目前最新发展的焚烧技术还有熔融处理技术。 相对而言，流化床有独特的优势。流化床污泥焚烧炉可广泛地用来处理各种 固体废物及污泥。对于难于在多膛炉、回转式焚烧炉上焚烧的污泥采用流化床焚 烧技术是很合适的。流化床焚烧炉的优点主要表现在如下几个方面： ( 1 ) 操作方便、运行稳定。流化床床料为石英砂，给入的污泥量只占床料的小 部分，蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，使燃烧稳定。污泥的干化、着 火、燃烧与后燃烧几乎同时进行，无需复杂的调整，燃烧控制容易，并易于实现 自动化，能在极短时间内完成起动或停止，因此可实现连续燃烧。 ( 2 ) 耐久性好，使用寿命长。炉内没有机械运动部件，故使用寿命长。由于燃 烧均匀，不会产生局部过热现象，加之炉子为箱式结构，与耐火材料的热膨胀相 适应，因此在一定程度避免了耐火材料的损坏。 ( 3 ) 可采取全面的防二次污染的措施，对焚烧时产生的有害物质进行了处理。 如刁 特点：最大化污泥减量，无需为产品出路担心，最大程度减少处理环节。 处理成本：在2 0 0 、2 5 0 元左右 设备投资：吨投资在3 0 4 0 万元 我公右：j 与l | 本三菱重工合作，引进一款针对污泥处理的高性能循环流化床 炉。流化床炉由一个耐火材料为衬里的垂直容器和其中的惰情颗粒物( 一般可采 用硅砂) 组成，空气由焚烧炉底部的通风装置进入炉内，垂直上升的气流吹动炉 内的颗粒物，并使之处于流化状态。流化床的优点是：焚烧效率高，设计简单、 运行过程开炉停炉较为灵活、投资费用少。 循环流化床焚烧炉具有强烈的湍流，长久的气体停留时间，均匀的温度分布， 能在相对较低温度和较少过剩空气下高效率焚烧，获得较高的有害物质的破坏和 去除率，氮氧化物生成量少。另外，床内加入生石灰等碱性物质，能获得较高的 酸性气体去除率流化床炉中没有运动部件，因此有较长的寿命，维护费用比其 它炉型低。适用于轻质木屑、污泥、煤等的焚烧处理。 三菱蕈工流化床污泥焚烧系统流程参见图3 。 图3 三菱重工流化床污泥焚烧系统 该循环流化床具有以下特点： 设备成本 炉内分布高温砂，促进完全燃烧。空气需要量低，过剩空气系数控制在 1 2 1 3 。 烟气排量比鼓泡式流化床减少1 0 ，设备全体占地面积缩小。 炉内床砂量少于鼓泡式流化床，流动风压减小( 降低5 0 卜10 0 0 m m a q ) 炉体内径减为传统鼓泡式流化床一半，炉重量减少3 4 。 运转稳定性 高温砂可吸收投入燃料负荷变动所产生的影响，保证安定运转。 污泥含水量变动适应性强( 水分负荷5 0 0 - - 1 2 0 0k g h 2 0 m 2 h 可稳定燃烧) 烟气排放 1 1 f 1 全困污泥深度脱水处理和资源化处理利用研讨会 高温砂在炉内形成均一的温度场，促进燃料的完全燃烧。 氮氧化物生成量低。 向流化床中加入生石灰，实现炉内高效脱硫。 三菱流化床主要运行参数 d x n 污泥干化与焚烧技术成熟可靠。发达国家污泥干化焚烧厂的建设从2 0 世纪 8 0 年代开始至今1 ，工艺设计与设备制造都在不断改进，处理规模也逐渐增 大，污泥处理厂的自控水平、生产运行与人员配置情况等显示技术与设备都 已达到较为成熟的水平，具备大规模应用的条件，值得学习、借鉴与推广。 工艺选择时须进行全方位的比较。污泥干化技术呈现多样化的格局，各种 工艺各有优缺点，与焚烧工艺相结合时有不同的适用条件。对特定地区的污 泥处理处置项目，在选择工艺时要结合当地情况进行综合比较：投资成本， 运行成本，维护成本，系统可靠性，最终产品的处置方式等。 引进先进技术，发展国内设备制造能力。污泥处理处置厂的投资费用很高， 若要降低投资成本，关键在于降低设备费用。结合我国国情采取引进核心技 术，设备国内加工的方式生产制造，可以大幅降低投资成本，增强国内的环 保设备生产能力。 未来1 0 年是水处理市场发展的黄金时代，污泥处理作为水处理的延伸，也 将伴随其迅速发展。面对这一市场时机，我公司也早已开始了的污泥处理及其资 源化技术的研发工作，曾与清华大学、北京交通大学等多家研究院校合作进行研 究，目前已经积累了一定的技术经验和实