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技術資料

汙泥的深度處理

凯发k8手机网页版環保2016年05月14日 字體:
水是人類生存的基本條件,是影響和制約社會發展的最關鍵因素。一方面,世界上的大部分地區水資源都嚴重短缺;另一方面,人口的急劇增長、工業的不斷發展,人類又在不斷制造大量的汙染物,汙染著本已稀缺的水資源。水資源短

水是人類生存的基本條件,是影響和制約社會發展的最關鍵因素。一方面,世界上的大部分地區水資源都嚴重短缺;另一方面,人口的急劇增長、工業的不斷發展,人類又在不斷制造大量的汙染物,汙染著本已稀缺的水資源。水資源短缺与水 污染是当前社会和人类共同面临的两大难题。

  上个世纪以来,随着人与自然关系的不断激化,人们逐渐认识到只有污水处理和污水回用才是解决水资源短缺与 水污染的最有效方法。

  衆所周知,目前的汙水處理廠是先對汙水進行各種物理、化學或生物的方法把汙染物從水中分離出來,分離水變成“清潔水”排入水體;再集中處理濃縮了汙染“精華”的分離“固體”――-汙泥。顯然,不徹底解決汙泥的處理問題,汙泥中的汙染物就會再通過各種途徑回到大自然,則再好的水處理效果對環保而言都只是掩耳盜鈴。

  將汙染物從汙泥中徹底去除是解決水汙染問題的關鍵步驟。

1 汙泥處理的任務與方法

1.1汙泥在實際中的表現

  幹淨的水經使用後因其中含有有機物、重金屬、病毒、細菌等對人類和自然界會造成危害而稱爲汙水。汙水的淨化處理一定意義上講是部分地把這些汙染物分離轉移至汙泥中。

  相對于汙水,汙泥的汙染成分近似而濃度則要高得多,在實際中表現爲:

  (1)臭味大:众多易腐化的有机物在污泥的处理、运输、储存中发出各种恶臭 的气味影响环境;

  (2)危险性高:污泥中含有大量的病毒、细菌、原生动物及高浓度的锌、铜、铬、铅、镉等重金属、有毒的有机合成物等,对水资源和人体健康都是 一种潜在的危险;

1.2 汙泥處理的幾大任務

  汙泥處理就是要對汙泥進行深度無害化處理,徹底解決汙泥對環境的汙染及對人類的危害,通常有以下幾大任務:

  (1)减少污泥体积:① 在水处理工艺中采用生物或化学的方法直接减少污泥的产生,避免和减少污泥的产生;② 在污泥处理系统中提高污泥的含固率;

  (2)汙泥性質穩定:去除汙泥中易腐化變質的有機物;

  (3)污泥无害化:去除污泥中对人体或自然界有危害的病毒、细菌、原生 动物 和重金属等;

  (4)污泥的资源化利用:① 利用污泥中富含的N、P、K等回收有机肥料,改善土壤条件,促进作物的生长;② 利用污泥中大量有机物储藏的热量进行焚燒,回收热能。

  目前,爲達到汙泥的最終無害化處理,完整的工藝如下圖所示:

 

  由上圖可知:汙泥處理包括汙泥濃縮、機械脫水、幹化或焚燒及最終廢棄物處置四個主要階段,其中前三個階段爲汙泥處理階段主要特性如下:

處理方式

作用

處理後汙泥的含固率

處理後汙泥的主要成分

濃縮

減小汙泥體積

3~8%

與原汙泥同

機械脫水

減小汙泥體積

15%~35%

與原汙泥同

幹燥

減小汙泥體積、稳定污泥性质、无害化

40~93%

少量有機物和無機灰

焚燒

減小汙泥體積、稳定污泥性质 、无害化及热能回用

>99%

無機灰

1.3 污泥处理最终废弃物的处置及要求

  (1)农业利用:① 去除病原体,重金属等避免长期使用对人体及土地的副作用;② 具有施用期短,储存期长的特点,应使肥料易于运输、储存、操作,提高卫生条件;③ 制定全面的施用标准,减少对环境的不良影响,消除用户的不信任;

  (2)填埋:① 尽可能小的体积;② 防止二次污染;

  (3)建築材料:材料性質穩定,無毒害;

  (4)投海:已禁止使用。

1.4 汙泥深度處理的必要性

  汙泥處理工藝的選擇與汙泥性質、最終汙泥處置方式、地方行政法規的限制、經濟性、處理規模、處理技術、現場條件等息息相關。

  从以上所述可知,目前只做的濃縮、機械脫水并不能减少污染,也不能满足卫生需要,因此不能满足污泥处置的要求,进行污泥幹燥或焚燒的深度处理是污泥处理发展的必然选择。

  (1)污染去除的要求:濃縮、脱水不能去除污染物,幹燥或焚燒是彻底去除污染负荷的有效途径;

  (2)地方法規的要求:歐洲有些國家禁止沒有深度處理的汙泥進行處置;

  (3)最終汙泥處置的要求:汙泥農業回用、汙泥填埋、建築材料的使用都要求汙泥無毒、滿足衛生要求;

  (4)經濟性的要求:深度處理後的汙泥,其體積僅爲脫水汙泥的一半至五分之一,減少運輸、儲存費用,同時減少填埋的費用(歐洲國家填埋的費用以體積計,且價格非常貴200~300歐元/立方米)。

  (5)工艺发展的保证:污泥幹燥和焚燒技术的发展成熟减少了投资和运行费用,提高了处理效率。

2 污泥的幹燥处理工艺

  幹燥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,使污泥固体含量达到70%~90%的过程,目前,昂帝欧得利满公司已开发使用了多种幹燥工艺,如利用太阳能加热的HELIANTS?工艺,利用高温氧化有机物的MINERALIS?工艺及各种形式的加热幹燥工艺。

2.1 HELIANTS?太阳能幹燥工艺

  將脫水後的汙泥放置于溫室中,利用太陽能蒸發汙泥中的水份即可獲得百分之60~80的幹化汙泥,運行中可利用攪拌輪將汙泥翻轉平鋪在地板上或增加強制通風以提高蒸發效率。這種工藝設計簡單,投資運行費用低,但需要很大的占地面積,適合于産泥量較低,汙泥用作農業應用,並需長期儲存的場合。

2.2 MINERALIS?高温湿氧化工艺

  将污泥和纯氧同时导入温度为2900C压力为80~100巴的反应容器中,纯氧在高温、高压情况下不需使用催化剂即可将绝大部分有机物氧化成CO2和水,剩余污泥通过機械脫水干度即可达50~60%以上。湿氧化的工艺适用于污泥非农业利用的场合,脱水泥饼可以填埋或作为建筑原材料。

2.3 NARATHERM?桨式加热幹燥工艺

  幹燥工艺中应用更广泛的还是加热幹燥系,所有的加热幹燥均需要热源。结构上,除了幹燥器以外,还应包括污泥进料器,辅助热源、送气系统,热量回收装置,灰尘 控制、灰烬排出、控制系统等。

  目前的热幹燥系中已使用的有转鼓式、圆盘式、螺旋桨式、薄膜式、管式等多种干化系统。干化系统的选择与最终产品的要求、处置方式、污泥类型等密切相关如下图所示。

 

2.3.1 工艺流程

  NARATHERM?工艺是由得利满公司和GOUDA公司共同开发的桨式加热幹燥工艺,是欧洲目前使用最广泛的加热工艺,其流程简述如下:

 

2.3.2 NARATHERM?工艺主要包括以下几个步骤

  (1)進料

  用螺旋输送器将15~35%的脱水污泥送至幹燥器的进口,有时会根据污泥的性质,选择是否将筛分后的细小干化污泥与待干化的污泥进行预混合。

  (2)熱源産生

  NARATHERM?可使用热蒸汽或油经锅炉加热作为热交换的热源。一般热流体的温度为180~200℃。热流体被分别引入中空的幹燥器壳体和转动的轴、桨叶等所有与污泥接触进行热交换的加热金属表面。

  (3)污泥幹燥

  加热的金属表面与污泥均匀接触,加热污泥,蒸发污泥中的水份。沿幹燥器的轴向长度,水蒸汽蒸发会经历恒定蒸发效率和低蒸发率两个阶段;污泥干化经历塑化、破塑、块化、颗粒化四个步骤;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100~110℃左右(见下图)。幹燥时间3至7小时,出口污泥含固率达到90%以上。

 

  (4)冷卻篩分

  冷卻有直接冷卻和間接冷卻兩種方式。兩種方式單獨使用或組合使用,使幹汙泥溫度從110℃減至40℃左右,冷卻後進入細格柵進行篩分,或經過造形機造型後達到所要求的幹汙泥形狀。

  (5)冷凝回收

  幹燥器内的热蒸汽送至冷凝器冷凝处理。冷凝溶剂回收;不可凝气体送至锅炉再加热成热源;冷凝水回污水处理厂。

2.3.3 工艺的优势

  NARATHERM?工艺采用巧妙设计的桨式幹燥器,可对污泥进行彻底搅拌并使污泥一直处于干净接触面进行热交换,解决了一般间接传热工艺传热效率低的问题,同时用汽量比直接加热又大为减少。整个工艺系统的组合使其具有明显的优势:

  (1)適應性強:適用于各種類型和性質的脫水汙泥;

  (2)消耗低:① 用汽量小,部分热能回收,减少热耗;② 消除粉末,臭味产生减少,末端处理变得容易;

  (3)高品质干化污泥:① 有机含量极低,污泥性质稳定;② 足够长的加热时间,消除病毒、细菌等,满足卫生标准;③ 具有农业利用价值;④ 含固率高(>90%),可成粒便于储存、运输及灵活处置;

  (4)安全操作:用汽量小,溫度較低,且無直接接觸,安全性能較高。

  (5)易操作:系統全自動控制,對系統的O2、CO、惰性氣體等能實時檢測,並有自動安全保護。

  NARATHERM工艺的优越性能主要得益于其独特的桨式幹燥器(如下图所示):

   

  幹燥器包括一个可加热的中空槽、两根或四根成对安装中空的传动轴、装于轴上许多楔形搅拌桨、桨顶端的刮板等。工作中,污泥从幹燥器的一端进入,通过重力缓慢流至另一端。传热流体从同一侧进入中空槽、轴和桨的内部对所有可能与污泥接触的金属进行加热。同时,成对的两根轴转向相反,桨叶齿形配合,可调转速的轴带动搅拌桨将污泥缓慢均匀的翻转搅拌。

  此設計體現了如下優點:

  (1)接觸面積大:較大的面積/容積比加大了接觸面積;

  (2)传热效率高:① 物料的流化状态确保与加热表面100%的进行接触热交换;② 自清洁的桨形使加热接触面始终保持清洁,提高传导效率;

  (3)高干化污泥品质:① 形状平滑的桨叶和不产生轴向推力的搅拌形式避免易碎污泥的破坏;② 推流式的通过形式、桨叶两面的均匀连续加热可使所有干化污泥性质类似。

  NARATHERM?加热幹燥工艺所具有投资运行费用相对较低、适应性强、污泥干度高,性能稳定、安全卫生等优点为其在欧洲北美占领了很大市场份额,积累了丰富的运行 管理经验。如在Saint Brieuc、Lavelanet、Barrow、Metz等众多水厂均有成功运行的记录。

2.4 IC850?污泥焚燒工艺

  污泥焚燒是最彻底的污泥处理工艺,它可将15%~35%的脱水污泥投入焚燒炉中,直接把有机物燃烧成CO2、NO和无机物等。焚燒最终废弃物为含固率99%以上的無機灰烬。

  与污泥幹燥一样,污泥的焚燒也要经过污泥干化和污泥焚燒两个阶段,所不同的是,污泥的焚燒利用污泥自身的热值即可维持污泥焚燒,可节省大量的燃料。

  污泥焚燒有污泥单独焚燒和与城市垃圾混合焚燒两种。实际上,单独燃烧因费用较高而很少使用。

  昂帝欧得利满公司开发的IC850?是目前使用最广泛的一种混合燃烧工艺。它将干度为15%至35%的脱水污泥以1:10至1:5的混合比例与城市垃圾投入最低温度为850℃的焚燒炉中迅速将有机物燃烧成無機灰烬。

  IC850?具有適應範圍廣、運行費用低、汙泥噴嘴無堵塞、系統靈活可調節、操作簡單、系統自動化運行等優點,適合于汙泥非農業使用、汙泥和垃圾混合集中處理的場合。目前,該工藝已在包括AMSTERDAM、CENON、DINAN、SARCELLES等地在內,年處理量超過20000噸幹汙泥的處理廠成功運轉。

3 結束語

  最近半个世纪,随着人口和工业的持续快速增长,污泥的产生量也大量增加。据统计,欧洲每年每个人会产生15~25 kg的干污泥,欧盟国家1992年全年干污泥产量为600万吨,到2002年就增长至1200万吨,直至2007年,每年污泥量仍将以5%以上的速度增长。

  污泥产量的增加、污染成份的复杂化、各国对污泥的最终处置都提出了越来越严格的规定,一般的污泥处理已经不能满足要求。而一些以NARATHERM?、IC850?等为代表幹燥和焚燒工艺又在不断的发展成熟、逐渐表现出很强的技术和经济优势,在未来很短的一段时间里,它们将是污泥处理的必然选择。


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