清华大学王伟水热干化技术.ppt

城市污泥处理处置的关键问题与水热处理技术,2009年5月江苏无锡,清华大学环境科学与工程系王伟,提纲,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状二、水热技术的工艺研发三、水热系统关键设备研发四、东莞污泥水热干化示范工程五、基于水热技术的污泥处理系统,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,目前1400万吨/年2015年将增加至3560万吨,1、我国城市污泥的产生现状,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,2、我国城市污泥的处置现状,重水轻泥的结果是事倍功半污泥是污水处理的产物，在污水得到净化的同时，约一半的污染物转移到污泥中。不解决好污泥处理处置的问题，污水处理的效果只是“事倍功半”。,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,3、城市污泥的污染严重,污泥形成的“城市沼泽”,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,含水率高造成污泥量巨大污泥含水率从95%降低至80%，污泥体积减少75%，从80%降低至50%体积还将减少60%,含水率高造成污泥热值低污泥含水率越高，热值越低，只有到含水率低于50时，才适合焚烧,脱水泥饼(含水率80),直接填埋渗滤液水质填埋操作困难,堆肥含水率重金属,干化焚烧高能耗高成本,欧洲:有机物5%我国:含水率60%,干化或调理剂控制限值,干化至50%需蒸发600kg水,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,含水率由80%降低到60%，甚至50%，是污泥处理所必须达到的要求含水率由80%降低到60%，甚至50%，干化环节是污泥处理处置系统耗能的主要环节城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质要求含水率低于60%欧盟填埋导则要求有机物含量必须低于5%,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,含水率由80%降低到60%，污泥减量一半！,固体,固体,水,水,水,水,含水率80%,含水率60%,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,吸附水：无法通过机械力去除,间隙水：游离态，浓缩脱水的去除对象,毛细水：较高机械力去除,内部水：需进行细胞破碎，或高温干燥去除,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,污泥脱水性能的热力学解析,压滤脱水示意图,机械力,脱水的压力做功过程,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,水的蒸发潜热：538kcal/kg水的比热：1kcal/(kg),通过蒸发降低含水率的能耗太大,含水率80%,含水率30%,固体200kg,水710kg,水90kg,固体200kg,蒸发掉水710kg,水90kg,蒸发干燥,每吨污泥需要的投入热量44105kcal折合64kg标准煤,一、我国城市污泥的产生与处理处置现状,4、高含水率是污泥处理处置的瓶颈,二、水热技术的工艺研发,二、水热技术的工艺研发,破坏污泥细胞，释放胞内水分基于对污泥细胞结构和水分布的原理热作用下有机物水解，破坏胶体结构基于对污泥胶体结构和物理化学降粘度的原理,1、水热技术原理,水热技术一直都是污泥处理的一个重要发展方向,二、水热技术的工艺研发,2、水热技术发展的沿革,技术特点1通过对污泥改性提高脱水性能,污泥细胞结构破坏,二、水热技术的工艺研发,3、水热技术特点,水热处理前的污泥,水热处理后的污泥,污泥胶体结构破坏,技术特点1通过对污泥改性提高脱水性能,二、水热技术的工艺研发,3、水热技术特点,污泥固液分离性能的显著提高,技术特点1通过对污泥改性提高脱水性能,二、水热技术的工艺研发,3、水热技术特点,技术特点2水热反应过程没有相变，能耗低,二、水热技术的工艺研发,3、水热技术特点,技术特点3水热处理解决了污泥厌氧消化的瓶颈,二、水热技术的工艺研发,3、水热技术特点,水热效果1污泥脱水性能提高,热处理前,热处理后,污泥粘度显著降低,二、水热技术的工艺研发,4、水热处理效果,水热效果1污泥脱水性能提高,二、水热技术的工艺研发,4、水热处理效果,水热效果2生物降解性能改善,二、水热技术的工艺研发,4、水热处理效果,HRT：10d容积负荷：10kg/m3d总COD去除率：55%,二、水热技术的工艺研发,4、水热处理效果,水热效果2生物降解性能改善,开展时间：2003年建设规模：12m3/天处理对象：浓度3%的浓缩污泥水热反应器：电加热釜式反应器,中试研究流程,二、水热技术的工艺研发,5、中试研究,实验室小型反应器,中试规模处理装置,二、水热技术的工艺研发,5、中试研究,中试规模装置上验证了水热处理的效果,经水热处理后污泥脱水含水率可降低到50%左右,二、水热技术的工艺研发,5、中试研究,（1）污泥进料浓度过低，增加了系统能耗，相关单元设备的水力负荷大，增加了系统投资；（2）采用换热器回收系统能量，存在换热面易结垢、热阻增加快和换热效率低的问题；（3）采用直接电加热方式存在污泥局部过热、结焦等问题，设备维护困难；（4）在设定的反应温度条件下，氧的反应活性低，充氧对污泥水热效果的促进作用不明显。,二、水热技术的工艺研发,6、通过中试研究发现工艺和设备存在的问题,三、水热系统关键设备研发,从中试研究至今，课题组又进行了多年的研究，对系统与工艺开展了技术攻关，获得了推动技术发展的重大突破：,三、水热系统关键设备研发,突破1：开发了污泥浆化反应器，提高了进料污泥的浓度，大幅度降低了系统能耗。,三、水热系统关键设备研发,突破1：开发了污泥浆化反应器，提高了进料污泥的浓度，大幅度降低了系统能耗。,污泥浓度过高不利于水热反应,根据流变学的原理确定了高浓度污泥的极限浓度,三、水热系统关键设备研发,突破1：开发了污泥浆化反应器，提高了进料污泥的浓度，大幅度降低了系统能耗。,浆化反应器外观,浆化反应器设计,独特设计：强制搅拌加热稀化闪蒸乏汽返混,三、水热系统关键设备研发,突破1：开发了污泥浆化反应器，提高了进料污泥的浓度，大幅度降低了系统能耗。,反应器的特点污泥蒸汽逆流混合蒸汽高速喷射局部湍流搅拌器分层分区搅拌,三、水热系统关键设备研发,突破2：开发了蒸汽直接加热方式的水热反应器，提高加热效率，实现高浓度污泥均匀反应，避免反应器结焦。,三、水热系统关键设备研发,突破3：开发了用于换热的闪蒸反应器，加热污泥闪蒸的热蒸汽直接加热冷泥，热损失小，设备稳定性强。,三、水热系统关键设备研发,突破3：开发了用于换热的闪蒸反应器，加热污泥闪蒸的热蒸汽直接加热冷泥，热损失小，设备稳定性强。,三、水热系统关键设备研发,突破4：开发了连续污泥水热系统的自动控制方案。,四、东莞污泥水热干化示范工程,项目位置,建成时间：2008年10月处理规模：30吨/天应用单位：东莞市市区污水处理厂实施单位：清华大学北京健坤伟华新能源科技有限公司,四、东莞污泥水热干化示范工程,工艺流程图,四、东莞污泥水热干化示范工程,1、工艺流程,平面布置图,2、平面布置,四、东莞污泥水热干化示范工程,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,3、工程外观,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,3、工程外观,24h连续运行,工程夜景,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,3、工程外观,水热单元,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,3、工程外观,水热处理后的污泥性状与泥土类似，黑褐色，疏松多孔污泥含水率低于55，易成型。,水热处理前,水热处理后,水热单元,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,4、泥饼性状,水热单元,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,5、物料衡算,水热单元,系统单元,工程外观,四、东莞污泥水热干化示范工程,6、能量衡算,五、基于水热技术的污泥处理系统,五、基于水热技术的污泥处理系统,1、