污泥干化在咸阳路污水处理厂的应用.doc

污泥干化在咸阳路污水处理厂的应用聂有壮 , 袁冀 , 孙大伟 (天津创业环保集团股份有限公司,天津市 300381 )摘要： 本文介绍天津咸阳路污水处理厂污泥干化系统和污泥干化直接运行成本。 关键词： 污泥干化 运行成本前 言 污泥是污水处理过程中产生的废弃物，随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在重金属、致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，污泥的处理在我国污水处理中占有的位置已日益突出。污泥处理就是将污水处理过程中产生的污泥减量化、无害化、稳定化的过程,包括污泥浓缩、脱水、消化、堆肥和干化等,最终要对污泥进行深度无害化处理，彻底解决污泥对环境的污染及对人类的危害,而污泥干化处理是实现污泥处理的一种重要手段。1污泥特点及干化基理污泥的一个重要特征是含水率高,一般为96%99.8%,经机械脱水后污泥含水率在65%80%之间。污泥中的水分存在形式分为自由水、间隙水、表面吸附水、毛细管水、内部水（细胞水）。实现减量化、稳定化就要降低污泥含水率,分解有机物质,因此在有机性为主的污泥处理系统中主要工艺流程是“浓缩、消化、脱水、干化、焚烧”, （图一）是污泥脱水干化过程图，在浓缩、机械脱水、 热烘干、焚烧几个处理阶段所能达到的干化程度是不同的。 干化是处理环节之一。污泥干化就是利用热源加热脱水后的污泥，进一步去除污泥中的毛细水和内部水（细胞水），使污泥中的水分减少，同时将污泥中有机质分解,使污泥固体含量达到70%90% 。去除污泥中水分要经历蒸发和扩散两个主要过程的持续、交替进行，使污泥中的水分受热后汽化，与固体物质分离，失去水分的污泥中固体物质与汽化的水蒸气分被分别收集起来，这就是干化的工艺过程。图一 污泥脱水烘干过程图2污泥干化技术特点早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展，污泥干化技术的优点正逐渐显现出来污泥显著减容，体积可减少35倍； 形成颗粒或粉状稳定产品，污泥性状大大改善；产品无臭且无病原体，减轻了污泥有关的负面效应，使处理后的污泥更易被接受； 所以无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化都是重要的第一步，这使污泥干化在整个污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20世纪90年代以来，运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。天津地区污水处理厂产生的污泥基本上均采用脱水后填埋的方式，脱水后的污泥含水率高、体积较大，在一定程度上造成了对土地资源的浪费。在设计咸阳路污水处理厂增设污泥干化车间，对脱水处理后的污泥进行进一步的处理，污泥干化在天津地区尚属首次，以咸阳路污水处理厂为例：理论上计算日处理45万吨污水产生含水率96%污泥约2250立方米，脱水后产生含水率75%污泥约360 立方米，经干化后生成含水率约为10%的干燥污泥颗粒100立方米，总体积减少约260立方米（减容约3.6倍），经干化后使污泥运费、处置费用大大降低。3咸阳路污水处理厂污泥干化工艺介绍咸阳路污水处理厂采用的两台USFilter公司产龙牌D11004DY型干化机，该干化机为间接传热，卧式旋转腔室，单台处理能力为50吨/天。含水率75%左右的污泥由干化机湿端进入系统,在系统内停留约为2.55.0 h后,干化机干端产生含固率85%至90%以上干燥污泥颗粒，体积将会缩小60%-70% 。3.1干化机主要组成部分污泥干化系统包括上料、干化、气固分离、粉尘捕集、湿份冷凝、固体输送和储存等功能。D11004DY型干化机干化设备主要由五部分组成：1进出料系统包括进泥称重料斗、进料螺旋、出料锁气箱，出料螺旋；2干化室包括干化转鼓、翼片螺旋、燃烧器；3.热油系统包括热油锅炉、热油膨胀罐，循环泵。热油系统把导热油加温送输到中空翼片螺旋，将热量传送给污泥，是干化过程的主要热源，干化机3个燃烧器是辅助加热源；4.冷凝系统包括冷凝风机、冷凝塔。冷凝器处理产生于干化过程的气体，去除细微的颗粒，将热蒸汽冷凝成液态。5. 干化控制系统包括温度、压力、重量、红外线、紫外线等传感器、监测仪表、执行器、调节器、PLC、人机介面;（图二）污泥干化系统示意3.2干化机工艺处理过程脱水后的污泥输送至干化系统的进泥料斗中,工作时通过螺旋输送机将污泥送到干化机内，螺旋输送泵由变频器控制，实现干化机定量进泥。污泥进入干化室实现气固分离,由沿转鼓长度方向分布的三个燃烧器给转鼓加热，形成高、中、低三个加热区；翼片螺旋通过循环导热油传热，导热油温度保持恒定，保持翼片螺旋有充足的热量,转鼓和翼片螺旋同向或反向旋转，污泥经转鼓和翼片螺旋推移，经转鼓沿轴线方向分布高、中、低三个温度区传热，翼片螺旋的翼片传热使污泥中的水分受热后蒸发, 水蒸汽蒸发经历恒定蒸发和低蒸发率两个阶段, 污泥经历塑化、破塑、块化、颗粒化四个阶段,逐步烘干并成为粒状,污泥的温度呈快速上升、稳定、快速上升的趋势，最后出口污泥温度为100110左右,干化时间2.5至5小时，出口污泥含固率达到90%以上。干化机是完全密封的，转鼓内部经风机抽气，形成负压，防止水汽和尘埃外逸，在转鼓后端低温区，干化后的污泥由锁气螺旋输送至出料螺旋后外运。污泥蒸发出的水汽通过抽风机送至冷却和洗涤吸附系统。其尾气排至污水厂生化系统，冷却水和洗涤水混合后排至污水厂预处理系统。龙牌D11004DY型干化机系统特点，优点为降低热能成本机器设计时选择了沼气和天然气双气源，运行中可充分利用污泥消化产生的沼气；污泥的干度可以控制，干化机干端产物为粉末状;辅助设备少，尾气处理设备少，处理工艺流程简单，易操作;系统全自动控制，对系统的O2、CO、惰性气体等能实时检测，并有自动安全保护; 排出的臭蒸汽 ,含水量高，含空气量少, 粉尘含量低 ,因为污泥温度低，氧气含量低,因此运行比较安全。缺点为转鼓、翼片螺旋传动部件需要定期维护，需要单独的导热油加热系统，能耗和维护费用高；没有干料返混，进泥含水率高时容易粘在转鼓内壁上。 4污泥干化工艺能耗分析4.1、能耗组成能耗包括了干化工艺本身的热能、电能消耗，同时也必须包括与该工艺安全运行密切相关的其它辅助性工艺设施的开支，其中包括：氮气系统等。 氮气系统：主要用于降低系统内氧含量，防止导热油氧化，保持系统内导热油的性质稳定。此外，干化系统在开机、停机、重新开机、紧急停机、突然断电等关键工况下，为了避免粉尘爆炸的危险，必须具备和使用一定的干预手段使系统环境惰性化。此时的支出为非经常性支出，也是必须重视的成本之一。 冷却系统：间接干化系统采用导热油进行加热，在紧急情况下必须关闭来自热源系统的导热油入口，并将干燥器内导热油回路中的热量迅速冷却。作为干化系统运行的必要安全保障，其能耗应计入运行成本。以咸阳路污水处理厂为例，单台干化机在连续稳定运行情况下, 经过统计计算,干化机负荷在96%时，进泥含水率约75-78%，出泥含水率约10-13% , 天然气用气量约125立方米/小时（单价按2.8元/方计算），中水用量约26立方米/小时（单价按1.4元/方计算），自来水用量约0.5立方米/小时（单价按6.2元/方计算）耗电量约40度/小时（单价按0.75元/度计算），干化一吨污泥能耗约201元。考虑干化机设备维修费用、材料费用、人员费用的直接污泥处理成本约为236.4元/吨。 直接污泥处理成本中各类费用所占比例费用名称所占比例费用名称所占比例燃气费71%设备维修保养费8.8%电费6.2%人工费4.6%水费8%其它1.4%干化机污泥处理直接成本构成图71.0%6.2%8.0%8.8%1.4%4.6%燃气费电费水费设备维修保养费其它人工费4.2、节能运行后成本变化在干化机的实际运行过程中，通过对出料含水率的调整、优化控制，在一定程度上降低了能耗，具体如下：4.2.1、 进泥含水率对能耗的影响：出料含水率约12%、干化机处理量50吨/天情况下，进泥含水率与天然气消耗量的数据及曲线如下：进泥含水率（%）7576777879天然气消耗量（方）1181291371401474.2.2、 干化机处理量对能耗的影响：进泥含水率约76%，出泥含水率约12%的情况下，干化机处理量天然气消耗量的数据及曲线如下：干化机处理量（吨/天）404244464850天然气消耗量（方）1111121151221291344.2.3、 出料含水率对能耗的影响：进泥含水率约76%，干化机处理量48吨/天情况下，出料含水率与天然气消耗量的数据及曲线如下：出料含水率（%）91011121314天然气消耗量（方）132128126123118111通过运行实践和分析，干化机在正常稳定运行工况下,降低干化机运行能耗的首要因素是合理并最大限度的降低进泥含水率，此项措施节约能耗约515%，其次是合理降低干化机处理量，再次，合理控制出料的含水率。干化机实际运行中，坚持按照这一基本规律运行，结合实际生产情况，可以起到良好的节能降耗效果。4.2.4、降低直接处理成本的途径热源和污泥相关条件的优化是有效减低成本，获得直接经济效的途径。在启动和停机时，需要加温和降温过程，同时由于污泥是高有机质超细粉末，为了安全原因，频繁的清空过程，都属于非产出过程，耗时耗能，徒然增加系统在能耗的支出，因此在使用过程之中应尽可能提高设备利用效率，保持干化设备连续稳定运行，减少频繁的开停机器次数。必须高度重视污水预处理区沉砂池的正常稳定运行，避免砂石混入对干化设备的磨损，给设备的安全性带来负面影响。首先，砂石在高粉尘、低湿环境中的运动可能导致火花的产生;其次，砂石具有磨蚀性,特别是当其含量较大时，对于间接加热的干化机，依靠金属表面剪切力来推动污泥向前运动，产生的磨损会较为严重，当这种磨损造成承载高温介质导热油渗漏时，则是十分危险的,同时磨损造成转鼓、翼片螺旋的损坏,会大幅度增加维修费用。根据我国能源价格的现状，在采用洁净能源时，热能将占据直接成本的绝大部分。热能约占干化直接运行成本的70左右。目前正在启动干化机的沼气能源系统，利用咸阳路污水处理厂污泥中温消化产生的沼气作为能源，将大大降低污泥干化的运行成本。结论：污泥干化系统在咸阳路污水处理厂已经应用并实现了稳定运行,实现了部分污泥的减量化、无害化和稳定化, 在一定程度上为减少环境公害,进一步研究天津市污泥资源循环再利用打下基础。由于污泥干化的运行成本较大，在经济运行要求下干化系统的工艺控制和节能措施还处于摸索阶段,尚有很多工作要做,有待于进一步研究。参考文献：1 吕晓磊, 高欣欣, 步启军. 污泥干化技术.商场现代化,2005,9:2442 王钊.北京污水处理厂污泥干化处理工艺选择