污泥干化标准(德国)-上海城建研究院.ppt

上海市城市建设设计研究院ShanghaiUrbanConstructionDesign ResearchInstitute 德国污泥干化标准简介 ATV DVWK M379 张善发zhangshanfa 目录适应范围概念定义污泥干化基本理论干燥工艺能量输入及热量回收对污水厂的影响负荷产物质量要求及出路法律许可 1 适应范围 本标准可方便污水处理厂污泥处理处置系统的设计 运行人员理解污泥干化处理的工艺技术 本标准涉及各种干化处理系统的适应条件和问题 以便于区别各种干化处理设备优缺点以及理论指导干化系统的实用选择 2 概念定义 2 概念定义 2 概念定义 3 污泥干化基本理论 自由水a污泥絮体中的自由水中间水b黏附水c吸附水单分子 多分子层d毛细中间水e毛细虹吸水f微空毛细水内部水g胞内水h内部毛细水 污泥絮体中水的结合形式 污水污泥在低含水率时由于其多孔的毛细结构而具有较大的内部和外部表面积 这一结构导致其具有吸湿性的特征 可用吸收 等温线描述 3 污泥干化基本理论 吸收 等温线 3 污泥干化基本理论 固体表面水分联结强度可用达到平衡状态时活性污泥与水的联结焓表示 在能量输入水分蒸发干化过程中 联结焓要求附加能量输入以释放与干固体吸附联结的水分 低载水率时 需要相对高的干化能量 其能量将占蒸发热的15 20 活性污泥与水的联结焓 3 污泥干化基本理论 完全干化与部分干化关于这两个概念公认的定义目前尚没有 本标准范围内考虑到实用的目的 给出一个与产物的关联的区别 在完全干化中 产物呈粉尘 颗粒状 一般地 由于考虑焚烧和防止爆炸的原因 兼顾后续利用或与处置 干化工艺倾向产物为颗粒状 同样粉尘状的产物可直接为后续焚烧接受 因此 一般完全干化产物含固率达到85 当干化产物含固率低于85 称为部分干化 3 污泥干化基本理论 因为出现 粘滞阶段 的存在 含固率20 35 脱水污泥 稠度很高 在盘式干燥机 转鼓式干燥机 箱式流化床干燥机等完全干化系统中不能直接投加 在干化设备进口前将完全干化的产物回流与脱水污泥在专用设备中混合 将混合物含水率调整到高于 粘滞阶段 含水率 回流的完全干化产物中的干固体量与脱水污泥中的干固体量的比值称为返料比 返料比 各种类型干燥机工作区间范围 3 污泥干化基本理论 3 污泥干化基本理论 污泥干燥中的热量与物质传递示意图 3 污泥干化基本理论 泥污干燥传热介质 对流干燥过程理论模型示意图 3 污泥干化基本理论 图 8污泥干燥过程 理论 3 污泥干化基本理论 I热传递从固体表面到已经干燥的固体 II蒸发面转移到固体内部III水蒸汽从蒸发面穿越干燥的固体扩散到外表面 污泥理论干燥过程 传导干燥过程示意图 3 污泥干化基本理论 I干燥过程初始 蒸发面位于与热交换面接触的固体表面 蒸发的水分穿越潮湿的干燥物扩散到固体自由表面 II随着传输阻力的升高 已经蒸发的水分也发生再冷凝 通过毛细管 逆流转移到蒸发面 小结如污泥干化要达到低水分残留 含固率90 95 在确定干燥机规模 能量平衡时 需要考虑污泥水分联结焓 后段 和 干化阶段 干化速率降低 由此可知 在从干燥系统设计参数方面出发 要得到高的最终含固率 蒸发效率明显降低 导致需要长的停留时间和大规模的干燥机 考虑到蒸发扩散 热量经过已干燥物传递等物理过程 达到低含水率的完全干化 和 干化阶段 需要特别注意污泥具有松散结构具有大的表面积 即颗粒状结构才具有好的热量与污泥物料交换 基于这一观点 单一颗粒近似同样的大小呈现均匀的干燥效果 对于传导干化要特别注意有足够的翻转滚动 3 污泥干化基本理论 3 污泥干化基本理论 安全性问题完全干燥的污泥由于其相对高的有机物含量 表现为均匀状 与褐煤 焦煤相似的可燃物 危险可燃 描述粉尘特征的安全技术的参数 由专业检测方法确定 一般区分静置干燥物 沉降粉尘 流化干燥物 沉降粉尘 工程需要考虑预防性措施 设计的措施以及二者组合措施 静置干燥物特征参数 不限于 燃烧特征 用外来点火源 如 点火 着火后的燃烧特征 燃烧反应过程用BZ1至BZ6评价参数描述 爆燃特征 其描述的是物料在有氧 空气氧 条件下 与相应温升关联的一步一步进行的可能的分解 以及点火后可能的气体释放 辉光温度 其描述的是沉降物在达到辉光 熔融 燃烧的最低的 恒定的表面 如 热交换面 温度 自燃温度 可燃物在自升温后自燃时的环境温度或堆置温度 自燃现象同时受物料的结构 通风 堆置形式 堆置时间影响 图 10描述的是污泥干燥物柱壮装料情况下 自燃温度与堆置量的关系 在环境 堆置温度达到80 左右时 有足够的堆置时间 仅仅大约1m3堆置量就可达到自燃 3 污泥干化基本理论 3 污泥干化基本理论 3 污泥干化基本理论 流化状 在空气中运动的可燃物 粉尘 特征参数最大爆炸压力和最大瞬时压升 封闭容器内某一粉尘浓度粉尘爆炸的最大爆炸压力和最大瞬时压力升高 此二值描述的是爆炸点 Kst Wert 最根本的影响参数是可燃颗粒的核分布和平均核尺寸 低爆炸限 给出的在此浓度以下 由于内在原因不发生爆炸的 粉尘 空气混合物中的粉尘浓度 最低点火能量 将待点火粉尘 空气混合物经过放电火花间隙点火 电容需储存的最低电能值 点火温度 在此给出的最低温度时 流化粉尘在热表面刚刚不着灭火 3 污泥干化基本理论 污泥干燥安全参数案例 BZ 可燃性评价参数 ST 粉尘爆炸级别 爆炸与燃烧的预防性保护措施以下问题需要避免 易爆炸的粉尘与空气的混合 如 通过惰性气体保护 有效点火源 灼热夹杂现象 高干燥物温度 长时间堆置及大体积堆置 发生尘化现象同时 根据干化系统需要 为了灼热夹杂现象和防火的早期预警 有必要测量温度 二氧化碳及粉尘浓度 3 污泥干化基本理论 3 污泥干化基本理论 爆炸及燃烧的结构性保护措施防火负压 灭火设备预防措施 结构强度建设形式满足最大爆炸压力 结构强度建设形式满足降低最大爆炸压力的爆炸压力释放 结构强度建设形式满足降低最大爆炸压力的爆炸负压要求 防爆连接或爆炸消除必须注意中间堆置的防潮湿和防水 部分干化的污泥可能的甲烷排出 由于产生残留气体 基于安全原因 在任何情况下必须注意有足够的通风和甲烷监测 是否必须采用惰性气体保护 特别是在中间放置时 与一些特殊情况有关联 4 污泥干燥工艺 生污泥 未消化污泥 和消化污泥都能在后述干燥设备中进行工艺处理和物理处理 对于生污泥 基于污染排放的考虑 禁止尾气不经过冷凝和处理而直接排入大气的设备 另外 生污泥干燥 特别是部分干燥 一般仅在干燥物直接进入当地已经建成的焚烧设备中焚烧时才有意义 在纤维含量高时 需要设置固体物切割系统保护大型设备 全干化系统的返混比的监测和干燥物含固率的调整需要特别关注 4 污泥干燥工艺 4 污泥干燥工艺 4 污泥干燥工艺 4 污泥干燥工艺 4 污泥干燥工艺 4 污泥干燥工艺 各干燥工艺技术的优点缺点比较 5 能量输入与热量回收 污泥干燥的载热介质基本包括 烟气 空气 蒸汽 热水 热油及光能热源 热量既可通过干燥附属产热设备 如 蒸汽锅炉 或废热源 如 临近街区供热设备 提供 初级能源可利用沼气 天然气 重油 如果污水厂污泥进行消化 沼气可作为干燥产生热量的能源 干燥的废热可作为污泥消化加热污泥的热源 沼气作为燃料是足够 如果干化后接污泥焚烧 可使用废热锅炉低压系统的蒸汽或蒸汽涡轮的抽汽 考虑到经济性需要单独分析确定 在选定干燥系统前 首先确定干燥物的利用和处置需要的干燥程度是非常重要的 如果污泥是不完全 部分 干化 为了实现在后面的污泥焚烧热处理 只需要将污泥干燥到焚烧系统能够自给自足就可以了 这重情况下 对于消化污泥含固率为40 45 对于原生污泥含固率大约为35 5 能量输入与热量回收 热能的需求量在标准压力下蒸发1吨水的理论能耗为627Kwh 另外 将20 的水升温到100 需要的热量为93Kwh 固体升温需要14Kwh 干燥机表面的直接热损或热源效率 热源大于100Kwh 其中有80 能量有效转换 只有表面损失和能量转换损失可通过设计和设备的优化而改变 因为该损失肯定小于10 实际上在污泥自身干燥过程中没有能量节约的可能 理论上需要优化整个工艺 干燥前的脱水工艺 离心机 带式机 板框机达到尽可能高的含固率 由于经济和技术的原因 存在一个极限 电能的需求污泥干燥过程中需要电驱动干燥设备 另外还有大量附属设备 如 污泥输送 尾气处理和锅炉设备 整个系统需要的电能因工艺的不同略有差异 一般在每吨水蒸发量需要电能70 110Kwh 基本上随着污泥干化含固率的升高 电能和热能的需要量增加 5 能量输入与热量回收 5 能量输入与热量回收 能量可回收率 1 冷凝后尾气热焓 干燥后尾气热焓 100 尾气冷凝水对污水厂的影响冷凝水对污水厂的影响与污泥预处理 如 厌氧稳定或好氧稳定及其稳定化程度 干燥过程污泥的温度及系统压力有关 氨浓度随干燥过程脱水程度的增加而提高 传导干燥的冷凝水氨浓度明显高于对流干燥的冷凝水氨浓度 冷凝水最高氨负荷为 传导干燥约为2500mg L 对流干燥约为500mg L 其波动范围与干燥系统运行有关 最低值为最大值的25 50 冷凝水中BOD5及COD的含量仅与干燥系统类型有关 几乎仅仅决定于冷凝水中粉尘的含量 没有后置除尘系统的流化床干燥系统冷凝水中COD负荷高达7000mg L 产生粉尘的系统除粉尘是不可缺少的 完全干燥系统的冷凝水量仅约为污泥脱水离心液 滤液的10 左右 冷凝水对污水厂的影响比较小 从这层意义上讲 在干燥系统选择的考虑因素中 冷凝水污水厂的影响处于次要地位 这种情况不适合对个污水处理厂污泥污泥集中干燥的系统 因为冷凝液只能流到干燥系统所在地的污水厂 5 能量输入与热量回收 一般地 尾气送入喷淋冷凝器 可利用污水厂出水 回用水 或冷却的冷凝液 根据不同的喷淋系统的运行方式 产生的冷凝液送入污水厂进水处理 不可冷凝部分与冷凝器出气一起排放 但需要进行恶臭处理 除臭可采用生物组合滤池 生物洗涤 吸收 吸附 或焚烧法 不可冷凝部分尾气的焚烧可采用污泥干燥加热锅炉 或外部临近街区热电厂 污泥单独焚烧设备 或送入火电厂 对流干燥系统由于尾气量大 渗漏气 在低压运行条件下进入循环气成为不可冷凝部分进行焚烧 增加了锅炉燃器的负荷 排放气体氮氧化物和二氧化碳浓度高于传导型干燥系统 对流型干燥系统氮氧化物浓度为125 260mg m3 二氧化碳浓度50 69mg m3 而在传导型干燥系统中 氮氧化物浓度约为100mg m3 二氧化碳浓度低于5mg m3 对于对流型干燥系统 燃烧器及气体焚烧系统的选择很重要 6 对污水厂的影响负荷 7 产物质量及出路 干燥污泥包括直接脱水污泥的处置出路 填埋 不经过热处理的污泥 焚烧 热能利用 热处理的填埋污泥 土地改良 修复 营养元素利用 堆肥 土地利用高温热解 气化 能源利用 元素填埋的污泥 7 产物质量及出路 根据 市政水法 第18节的法律解释 污泥脱水与污水处理有关 根据水法 污水厂必须有将其产生的污泥妥善