污泥处理处置方法及技术比较

1、 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 1 -污泥处理处置方法及污泥处理处置方法及技术比较技术比较一、污泥处理处置方法及技术比较一、污泥处理处置方法及技术比较.11. 污泥无害化处理研究现状和发展趋势.12.污泥干燥技术的工艺选择 .5二、总结二、总结.12 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 1 -1.

2、 一、污泥处理处置方法及技术比较污泥的处理处置有填埋、农用和焚烧等多种方法，但所有的处理处置方法应符合稳定化、无害化、减量化和力争资源化的原则。1.11. 污泥无害化处理研究现状和发展趋势污泥是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒和胶体等组成的非均质体。它很难通过沉降进行彻底的固液分离。污水处理产生的污泥是典型的有机污泥，其特性是有机物含量高（6080） ，颗粒细（0.020.2mm） ，密度小（10021006kg/m3） ，呈胶体结构，是一种亲水性污泥，容易管道输送，但脱水性能差。随着污泥水分的减少，污泥从纯液状流动到粘滞状、塑性性状、半干固体状直到纯固体状这一过程进行变化。通常浓缩可将含水率

3、降到 85(含水状态)；含水率在 7075时，污泥呈柔软状态，不易流动；通常一般脱水只可降到 6065，此时，几乎成为固体；含水率低到 3540时，成聚散状态（以上是半干化状态） ；进一步低到 1015则成粉末状。污泥处理的总目标是确保污泥中的有毒有害物质，无论是现在还是将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥化、干燥和焚烧等多种处理方法，逐步走向成熟，目前污泥的焚烧在污泥的最终处置方法中占有比较大的优势。欧洲国家目前污泥的主要处置方式为农用、填埋和焚烧。表 3-1 是目前欧洲各国的污泥情况。随着欧盟各国签订的停止向海洋投弃污泥的协议生效，各成员国

4、已逐步停止向海洋投弃，海岸国家受此协议的限制，已纷纷转用焚烧法。卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋始于 20 世纪60 年代，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从 2000 年起，要求填埋污泥的有机物含量小于 5） ，许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992 年欧盟大约 40的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股

5、股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 2 -小。表表 3-1 欧洲各国的污泥处置情况欧洲各国的污泥处置情况国国 家家人口（百万）人口（百万）污泥产量（干吨污泥产量（干吨1000/年）年）处置方法（处置方法（%）农用农用 填埋填埋 焚烧焚烧 其它其它奥地利7.832013 56 31 0比利时9.97531 56 9 4丹麦5.113037 33 28 2法国5670050 50 0 0 德国62250025 63 12 0希腊-153 97 0 0爱尔兰-2428 18 0 54意大利5780

6、034 55 11 0 卢森堡0.41581 18 0 1 新西兰1528244 53 3 0 葡萄牙-20080 13 0 7 西班牙3928010 50 10 30 瑞士6.421560 30 20 0英国57107551 16 5 28 总计316663138 43 10 9 美国污泥的主要处置方法是循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国 6500 个填埋场将有5000 个被关闭。污泥农用和陆地填埋曾是大多数国家污泥处置的两种主要方法。农用和陆地填埋方案的选择很大程度上取决于各国政府有关的法律、法规和污染控制状况，同

7、时也与国家的大小和农业发展情况有关。近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低。以焚烧为核心的处理方法是目前污泥处置最彻底、快捷和经济的方法，它能使有机物全部碳化，可最大限度地减少污泥体积（减容 70，最大可到 90） ，同时可以能够将底泥中的能量转换为电能或者热能，变废为宝，使污泥得到充分的利用。焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：（1）焚烧可以使剩余污泥的体积减少到 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/807013668

8、0701378/80701366 - 3 -最小化，因而最终需要处置的物质很少，焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较安全的污泥处置方式。（2）焚烧处理污泥处理速度快，不需要长期储存。（3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。（4）可以回收能量。（5）能够使有机物全部碳化，杀死病原体。此外，污泥焚烧还能将污泥中的热值利用，从而降低污泥处理的能耗，相应降低污泥处理成本。污泥焚烧处置虽然一次性投资稍高，但由于它具有一些其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。自 1962 年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来，焚烧的污泥

9、量大幅度增加。在国外，特别是西欧和日本已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的 60以上，欧盟也在 10以上。到 2005 年欧盟的比例将提高到 38%。但由于污泥的高挥发分的特性，污泥焚烧时产生的燃烧污染物需特别注意和控制。污泥焚烧被分为直接焚烧和干燥后焚烧两种。（1） 直接焚烧直接焚烧污泥的直接焚烧是将高湿（含水率 85%以上）污泥在辅助燃料的作为热源的情况下直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，需要消耗大量的辅助燃料。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，后续尾气处理需要庞大的设备，操作控制难度大。无论从运行成本和设备投资等方面，污泥的直接焚烧正逐渐被干燥

10、后焚烧所代替。下图所述湿污泥直接焚烧的难点 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 4 -由于细颗粒含量高，处置不由于细颗粒含量高，处置不当会形成很高的可燃物扬析当会形成很高的可燃物扬析损失，甚至正常燃烧过程都损失，甚至正常燃烧过程都难以组织难以组织污泥的凝聚结团现象会导致污泥的凝聚结团现象会导致较大团块在流化床内的沉积，较大团块在流化床内的沉积，从而对运行的稳定造成严重从而对运行的稳定造成严重威胁威胁污泥中污泥中酸性物酸性物质加剧质加剧受热面受热面腐

11、蚀腐蚀（2） 干燥后焚烧干燥后焚烧污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。污泥要作为燃料，必须开发出独特的干燥技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进燃烧。污泥的干燥最早是二十世纪四十年代开发的。经过几十年的发展，污泥干燥的优点正逐渐显现出来。干燥后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减少了储存空间。以含水率 85%的湿污泥为例，干燥至含水率 40%时，体积可减少至原来的 1/4，污泥的形状成为颗粒，有利于进一步的焚烧处理。在焚烧工艺前采用污泥干燥工艺的目的是实现污泥的减量化、提高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。干燥后的污

12、泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小 90%以上，有毒有机物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使用。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。由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，所以这项技术直到 20 世纪 80 年代末期在瑞典等国家的成功应用之后，才在发达国家推广起来。在发达国家污泥干化和燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有发展前途的方法之一。通过以上的分析和比较，本项目选择污泥干燥后作为燃料外送通过以上的分析和比较，本项目选择污泥干燥后作为燃料外送的污泥处理方法。的污泥处理方法。 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股

13、份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 5 -1.22.污泥干燥技术的工艺选择干燥是为了去除污泥中的水分，提高污泥的热值，水分的去除要经历两个主要过程：（1）蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质。（2）扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。上述两个过程的持续、交替进行，基本上反映了干燥的机理。干燥是由表面水汽化和内部水扩散这

14、两个相辅相成、并行不悖的过程来完成的，一般来说，水分的扩散速度随着污泥颗粒的干燥度增加而不断降低，而表面水分的汽化速度则随着干燥度增加而增加。由于扩散速度主要是热能推动的，对于热对流系统来说，干燥器一般均采用并流工艺，多数工艺的热能供给是逐步下降的，这样就造成在后半段高干度产品干燥时速度的减低。对热传导系统来说，当污泥的表面含湿量降低后，其换热效率急速下降，因此必须有更大的换热表面积才能完成最后一段水分的蒸发。污泥干燥的加热方式可以分为直接干燥和间接干燥。直接干燥是将高温烟气直接引入干燥器，通过气体与湿物料的接触、对流进行换热。直接干燥将增加污染性气体。采用烟气进行直接干化的方法，如转鼓干化机

15、，主要发源于日本和德国等国。但是，对于污泥处理量较大的应用场合，由于其安全性、经济性和设备庞大等问题，目前德国等国已经基本不再采用。采用烟气进行直接干化主要存在以下方面的问题：（1）安全性问题）安全性问题烟气直接干化的安全性取决于操作温度、氧气含量与粉尘含量 3 个因素。当烟气温度较高、粉尘含量较高或氧含量较大时，容易发生安全事故，特别是在开机和关机的边界条件下，最为危险，对控制和操作的要求非常高。一度在德国很流行的转鼓（筒）式干化机发生过频繁的自燃和爆炸事故，现在已经淘汰了。（2） 为防止有机污染物析出，干化烟气温度须低于为防止有机污染物析出，干化烟气温度须低于200污泥同其它废弃物一样，在

16、一定的温度条件下，污染物会大量析出。间接干燥是将高温烟气的热量通过热交换器，传给蒸汽，蒸汽在一个封闭的回路中循环，与污泥没有接触。间接干燥存在一定的热损失，但需要处理的烟气量小，不会产生二 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 6 -次污染。目前国内外的污泥干燥设备主要有：三通式回转圆筒干燥机（即转鼓干燥机） 、间接加热式回转圆筒干燥机、带粉碎装置的回转圆筒干燥机、流化床干燥机、浆叶式干燥机、盘式干燥机、带式干燥机等。（1）三通式回转圆筒干燥机）三通

17、式回转圆筒干燥机三通式回转圆筒干燥机的结构如下：图图 3-1 三通式回转圆筒干燥机的结构三通式回转圆筒干燥机的结构（2）普通回转圆筒干燥机）普通回转圆筒干燥机普通回转圆筒干燥机的工艺流程与三通式回转圆筒干燥机相似，只是能耗稍高。转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。湿物料从左端上部加入，经过圆筒内部时，与通过筒内的热风或加热壁面进行有效地接触而被干燥，干燥后的产品从右端下部收集。在干燥过程中，物料借助于圆筒的缓慢的转动，在重力的作用下从较高一端向较低一端移动。干燥过程中的所用的热载体一般为热空气、烟道气或水蒸气等。如果热载体（如热空气、烟道气）直接与物料接触，则经过干燥器后，通常用旋风除

18、尘器将气体中挟带的细粒物料捕集下来，废空气则经旋风除尘器后放空。 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 7 -图图 3-2 回转圆筒干燥机（转鼓干燥机）回转圆筒干燥机（转鼓干燥机）普通回转圆筒干燥机，包括三通式回转圆筒干燥机，只能干燥颗粒状的物料。所以，湿污泥首先要与干污泥进行混合，产生含水为 40%左右的半干污泥，然后再进入三通式回转圆筒干燥机进行干燥。干湿污泥的比例大约为 1.5 到 2。因此，此系统需要混合机、粉碎机和筛分机。整个系统的投资很大

19、。对于每小时脱水 4 吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在 690 万美元（1999 年价格，2002 年佛罗里达的坦帕采用 Andritz 的污泥干燥设备，整个项目的投资已达到 1000 万美元） 。（3）间接加热式回转圆筒干燥机）间接加热式回转圆筒干燥机间接加热式回转圆筒干燥机的工艺流程也与三通式回转圆筒干燥机相似。佛罗里达的奥卡拉采用间接加热式回转圆筒干燥机。该设备在调试两年后，也无法正常运行，并与今年 4 月发生爆炸。据分析，主要原因是由于间接加热式回转圆筒干燥机采用普通的抄板，而造粒后的污泥的表面仍然较粘，粘着在抄板上，没有及时脱落，导致过干超温（干污泥的着火点为 240） 。当通

20、入空气时（间接加热式回转圆筒干燥机需要通入空气，以带出蒸发的水分） ，其中的氧含量较高，从而引起爆炸。（4）带粉碎装置的回转圆筒干燥机）带粉碎装置的回转圆筒干燥机 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 8 -图图 3-3 带粉碎装置的回转圆筒干燥机的结构带粉碎装置的回转圆筒干燥机的结构由于带粉碎装置的回转圆筒干燥机可直接干燥湿污泥，因此不需要混合过程，也就不需要混合机，粉碎机和筛分机。并且回转圆筒干燥机很短，整个系统的投资小。但是，对于湿污泥的干燥，

21、其终水分只能到 30%到 40%。如果干燥到 10%以下水分，需要两级干燥。由于直接干燥湿污泥，并且回转圆筒干燥机很短，因此可采用较高的进口温度。对于污泥干燥，其进口温度可达 850 度以上。所以热能消耗比上述的所有回转圆筒干燥机都低，每公斤水需消耗 7659KJ 的热量（对于两级干燥） 。（5）带式干燥机）带式干燥机带式干燥机由若干个独立的单元段组成。每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量操作参数，可进行独立控制，从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化。带干机操作灵活，湿物进料，干燥过程在完全密封的箱体内进行，

22、劳动条件较好，免了粉尘的外泄。 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 9 -图 3-4 带式干燥机结构简图物料由加料器均匀地铺在网带上，网带采用 12-60 目不锈钢丝网， 由传动装置拖动在干燥机内移动。干燥机由若干单元组成，每一单元热风独立循环，部分尾气由专门排湿风机排出，废气由调节阀控制，热气由下往上或由上往下穿过铺在网带上的物料，加热干燥并带走水分。网带缓慢移动，运行速度可根据物料温度自由调节，干燥后的成品连续落入收料器中。上下循环单元根据用户

23、需要可灵活配备，单元数量可根据需要选取。（6）空心浆叶式干燥机）空心浆叶式干燥机空心桨叶干燥机主要由带有夹套的 W 形壳体和两根空心桨叶轴及传动装置组成。轴上排列着中空叶片，轴端装有热介质导入的旋转接头。干燥水分所需的热量由带有夹套的 W形槽的内壁和中空叶片壁传导给物料。物料在干燥过程中，带有中空叶片的空心轴在给物料加热的同时又对物料进行搅拌，从而进行加热面的更新。是一种连续传导加热干燥机。加热介质为蒸汽，热水或导热油。加热介质通入壳体夹套内和两根空心桨叶轴中，以传导加热的方式对物料进行加热干燥，不同的物料空心桨叶轴结构有所不同。物料由加料口加入，在两根空心桨叶轴内的搅拌作用下，更新介面，同时

24、推进物料至出料口，被干燥的物料由出料口排出。 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 10 -图图 3-5 浆叶干燥机外形浆叶干燥机外形空心桨叶干燥机技术成熟可靠，能量利用率高，已经被广泛应用于制药、化工和生物等行业。（7）盘式干燥机）盘式干燥机干燥能源采用天然气或沼气，利用热油炉加热导热油，然后通过导热油在干燥器圆盘和热油炉之间的循环，将热量间接传递给污泥颗粒，从而使污泥干化。污泥涂层机为盘式工艺的重要设备，循环的干燥污泥颗粒在此被涂覆上一层薄的湿污

25、泥，涂覆过的污泥颗粒被送人污泥颗粒干燥器，均匀的散在顶层圆盘上。通过与中央旋转主轴相连的耙臂上的耙子的作用，污泥颗粒在上层圆盘上作圆周运动，从内逐渐扫到圆周的外延，然后散落到第二层圆盘上，借助于旋转耙臂的推动作用，污泥颗粒从干燥器的上部圆盘通过干燥器直至底部圆盘。每个污泥颗粒平均循环 5 到 7 次，每次都有新的湿污泥层涂覆到输人的颗粒表面，最后形成一个坚硬的圆形颗粒。干燥后的颗粒进入分离料斗，一部分颗粒被分离出再返回涂层机，另一部分粒径合格颗粒通过进一步冷却后送人颗粒储存料仓。排气风机将污泥干燥器中的气体抽出，经冷凝器去除气体中的气态水后，送人热油锅炉中，经高温焚烧，彻底去除气味后高空排放。

26、盘式干燥机的结构与浆叶式干燥机相似，好处是工艺简单，尾气量少，容易处理。也需要由蒸汽或导热油提供热量。所以需要锅炉及锅炉房。但是盘式干燥机的传热效果是所有干燥机中最差的，因此盘式干燥机的体积庞大，造价高。根据美国 Hazen and Sawer 公司的资 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 11 -料，对于每小时脱水 4 吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在 750 万美元。（8）流化床干燥工艺）流化床干燥工艺蒸汽通过换热器将热量间接传递给污泥，

27、从而使污泥干化。工艺的主要设备为流化床干燥器。污泥直接送人流化床干燥器内，无需任何前段准备。在流化床内通过激烈的流态化运动形成均匀的污泥颗粒，整个系统在一封闭性的气体回路中运行，干化系统的细颗粒在旋风除尘器中被收集，然后与少量湿污泥混合后送回污泥干燥器。经除尘后的气体中含有大量的气态水，需要经过污水厂出水冷却回收气态水后方可进人鼓风机，经增压后返回流化床干燥器。在运行期间，循环的气体自成惰性化，氧气的含量降低到几乎为零。流化床干燥机的干化能力由能量的供应所决定，即由热油温度或蒸气温度决定。根据所能获得的热量和床内的固定温度，一个特定的水蒸发量被确定。进料量的波动或进料水分的波动，在连续供热温度

28、保持恒定的情况，会使蒸发率发生变化。一旦温度变化，自动控制系统分别通过每台泵的变频调速控制器调节给供料分配器供料泵的供料速率，从而使干燥机的温度保持恒定。根据污泥的特性和污泥的含水率，污泥的进料量有所变化。干化颗粒经冷却后，通过被密闭安装在惰性气体环境中的传送带送至干颗粒储存料仓。为保证安全，料仓同时被惰性气体化。干化系统中产生的少量废气被送人生物过滤器，经生物除臭处理后排人大气。（9）干燥工艺的比较）干燥工艺的比较对上述的污泥干燥方法进行技术和经济性的比较，结果如表 3-2 所示：表表 3-2 不同污泥干燥方法的比较不同污泥干燥方法的比较干燥技术回转圆筒干燥器带式干燥器空心浆叶干燥器盘式干燥

29、器太阳能干燥器流化床干燥器处理附着性污泥良差良差差良制品形状粒状不全是粒状粒状粒状粉状不全是粒状粉尘量中中极少极少大中排气量中中小小大中热源热风热风蒸汽热风热风热风有机物是否有恶化有有无无有有热效率607060707090709060706070 技术方案技术方案天通控股股份有限公司天通控股股份有限公司 TEL/FAX:TEL/FAX:（05730573）80701378/8070136680701378/80701366 - 12 -占地面积中大小小大中设备价格高中中高中中其他需要返混易磨损处理量较低易磨损在各种干燥技术中，圆盘式干燥机具有独特的优点：在各种干燥技术中，圆盘式干燥机具有独特的优点：1 干燥机圆筒体是夹套型构造，另外搅拌轴、圆盘内中空，有蒸汽流通，受热面积非常大，2 蒸汽与污泥不接触，不溶性气体量