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國外污泥幹化技術進展
時間:2015-07-06 來源: 點擊數:0

導讀:簡介:簡介: 城市污泥的管理是一個世界性的社會和環境問題。污泥幹化的優點及其在污泥管理體系中所起的作用正逐步被認同。根據實際考察,并結合污泥幹化的一些技術要求簡要的介紹國内外幹化技術和設備的進展情況。1 污泥

簡介: 城市污泥的管理是一個世界性的社會和環境問題。污泥幹化的優點及其在污泥管理體系中所起的作用正逐步被認同。根據實際考察,并結合污泥幹化的一些技術要求簡要的介紹國内外幹化技術和設備的進展情況。


1 污泥幹化技術簡介


早在20世紀40年代,日本和歐美就已經在用直接加熱鼓式幹燥器來幹燥污泥。經過了幾十年的大規模發展,污泥幹化技術的優點正在逐漸的顯現出來[1]:


①污泥顯著減容,體積可減少4~5倍;


②形成顆粒或者粉狀穩定的産品,污泥性狀大大改善了;


③産品無臭且無病的原體,減輕了污泥有關的負面效應,使處理後的污泥更易被接受;


④産品具有多種用途,如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。


所以無論填埋、焚燒、農業利用還是熱能利用,污泥幹化都是重要的第一步,這使污泥幹化在整個污泥管理體系中扮演越來越重要的角色。20世紀90年代以來,運用污泥幹化技術處理城市污泥得到迅速發展。


2 污泥幹化設備


污泥幹化設備有許多不同的種類,其中常見的類型有:


(1)直接加熱式。原理為對流加熱,代表設備有轉鼓、流化床等;


(2)間接加熱式。原理為傳導或接觸加熱,代表設備有螺旋、圓盤、薄層、碟片、槳式等;


(3)熱輻射加熱式。有帶式、螺旋式等。


3 污泥幹化技術的進展


下面結合在美國的實際考察結果,就污泥幹化的一些技術要點,簡要介紹市場主流幹化技術和設備的進展情況。


3.1 污泥粘結問題


現有的污泥幹化設備從進料方式和産品形态上大緻可以分為兩類:一種是采用幹料返混系統,濕污泥在進料前先與一定比例的幹泥混合,含水率降至30%~40%,然後才進入幹燥器,産品為球狀顆粒,是結合幹燥與造粒為一體的工藝;另一種是濕污泥直接進料,産品多為粉末狀。


幹燥不同的污泥,如工業污泥和城市污泥,對設備的要求也不盡相同。最初能成功用于幹燥工業污泥的設備直接用于城市污泥,卻不一定能成功。這是因為城市污泥的特性是非常粘,且在幹燥過程中有一特殊的膠粘相階段(含水率為60%左右)。在這一極窄的過渡段内,污泥極易結塊,表面堅硬、難以粉碎,而裡面卻仍是稀泥。這為污泥的進一步幹燥和滅菌帶來極大困難。為了克服這一困難,達到含固率>90%的幹燥效果,就産生了幹料返混工藝。幹燥器進料前先将一定比例含固率>90%的幹泥顆粒返回混合器(或稱塗層機)與濕污泥混合,其過程中幹粒起到如珍珠核的作用,濕污泥隻是薄薄地包裹在幹粒外面。控制混合的比例,使混合物的含水率降到30%~40%,這樣使污泥直接越過膠粘相,大大減輕了污泥在幹燥器内的粘結,幹燥時隻需蒸發顆粒表層的水分,使幹燥容易進行,能耗降低。


直接加熱系統出于其自身的需要,多采用幹料返混。早期的間接加熱系統采用濕污泥直接進料,由于濕污泥的粘結造成設備的磨蝕損耗相當嚴重,并由此引發了一些安全事故,其中部分設備因此停産[2]。後來有的間接加熱系統如西格斯(Seghers)的珍珠工藝也采用了幹料返混,成功生産出球狀顆粒,且設備運行良好,能耗也低。其蒸發每kg 水隻需3 100 kJ的熱能消耗。也有的間接加熱系統,如Fenton的專利間接回轉室(IRC系列) 仍采用濕污泥直接進料,但其重點解決了污泥粘結的問題:它采用雙螺旋推進器,兩套螺旋之間互相清潔表面,并且采用不等螺距設計,盡量避免污泥在設備表面的粘結。實踐表明也取得了較好的效果,并使整套污泥幹化系統的設備數量大為精簡。


3.2 尾氣處理和臭味控制


國外對污泥處理的管理非常嚴格,它必須是環境安全的,不能産生二次污染。所以國外的污泥幹化技術很重視尾氣處理和臭味控制。早期的ESP直接加熱系統,引入外部空氣經加熱後通入幹燥器,蒸發污泥中的水分并運送污泥。離開幹燥器後熱風與幹污泥顆粒分離,然後經過除塵、熱氧化除臭後排放。由于熱風的量很大,使得尾氣處理成本非常高,這一缺陷使人們一度将興趣轉到了間接加熱系統上[2]。後來,安德裡茲(Andritz)的轉鼓式直接加熱工藝采用了氣體循環回用的設計,使這一缺陷得到明顯改善。在其幹燥工藝中,熱風經過除塵、冷凝、水洗後,85%返回轉鼓,隻有15%需經過熱氧化除臭後排放。這減少了尾氣處理的負擔,更重要的是大大減少了外部空氣的引入量,将轉鼓内氧氣的含量維持在很低的水平,從而很大程度上提高了系統的安全性能。對于間接加熱系統,尾氣的量要小得多,相應尾氣處理的負擔要輕得多。西格斯幹燥設備的尾氣經冷凝、水洗後送回燃燒爐,将産生臭味的化合物徹底分解,所以其尾氣能滿足很嚴格的排放标準。另外,無論是直接加熱或間接加熱系統,幹燥設備内部都采用适當負壓,避免了臭氣的外洩,工廠的污泥倉、幹燥車間、成品倉等構築物内的氣體都抽走集中處理。


3.3 設備安全


在老式幹燥器裡,起火或爆炸相當頻繁,令污泥幹燥設備的安全性能倍受置疑。現在,起火或爆炸的大部分原因已經明确,與爆炸有關的三個主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝報道或許會有些差異,但總的來說必須控制的安全要素是:氧氣含量<12%;粉塵濃度<60 g/m3;顆粒溫度<110 ℃。現在的污泥幹化技術都非常重視設備的安全性,并針對性地采取了措施來完善設計和加強管理。對于控制氧氣的含量,間接加熱器如西格斯的幹燥設備還附加了氮氣保護來确保系統内氧氣含量<2%;直接加熱器,如安德裡茲的轉鼓則如前所述,通過氣體循環使用來控制氧氣含量<8%。系統内氧氣含量的實時監測是非常重要的,在安德裡茲的系統内設置了氧氣超标保護,一旦氧氣含量超過10%,系統會自動停機。顆粒溫度的控制關鍵在于控制污泥在幹燥器内的停留時間,必須保持幹泥中适量的水分,以避免污泥過熱而燃燒,所以當污泥達到一定的幹度(如90%)就需離開幹燥器。這也使解決污泥在設備内的粘結問題顯得尤為重要。對于粉塵的控制,采用幹料返混的幹燥工藝較好,而對于那些産生粉狀産品的間接加熱設備則需注意這個問題。另外污泥幹化廠還需考慮其它的安全因素:設計有濕污泥倉的工廠,必須考慮甲烷的産生而盡量減少濕泥的貯存時間,在安德裡茲的設計中将濕泥倉中甲烷濃度控制在1%以下;幹泥倉的安全同樣受到重視,為防止自燃,幹泥顆粒的溫度必須控制在40 ℃以下。


4 結語


在新千年裡,污泥幹化仍将繼續不斷地發展、完善和受到歡迎。據預測,在歐洲未來的10年裡,采用熱處理的污泥量将翻一番[3]。污泥幹化設備也在向大型化發展,如安德裡茲建成了歐洲最大的污泥幹化廠--英國的Bransands,處理能力為蒸發水量7×5 000 kg/h,西格斯在巴塞羅那建了世界上最大的間接加熱污泥幹化廠,蒸發水量能力為4×5 000 kg/h。同時污泥幹化設備在安全性能包括環境友好方面不斷完善,設備開發商在降低能耗上所作的努力使污泥幹化的經濟可行性得到顯著改善。

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