污泥熱處理技術介紹

發布時間: 2010-12-03 00:00:00   作者:本站編輯   來源: 本站原創   瀏覽次數:

  污泥熱處理技術介紹

  1、概述

  而泥出路問題能長期得到解決,污泥處理還要考慮經濟實用,保護環境。污水處理過程中產生污泥是不可避免的,污泥的處理與利用對于污染物質的控制十分重要。從占地和對環境的影響來看,填埋技術已逐漸失去其重要性,而機械脫水后污泥的熱烘干是污泥處理與利用的一個關鍵性工藝。

  污泥里的含水分布包括:間歇水為處于污泥團塊之間的水;外部水分為黏附水、吸附水、空隙虹吸水、虹吸水、毛細虹吸水;內部水為細胞液(水合作用含水、內部虹吸水)。

  在污泥烘干過程中,隨著干燥過程的進行,污泥會進入一個膠狀階段,也稱為所謂的“黏稠階段”,至此階段,污泥干物質含量為45%~65%。這時,污泥會黏在干燥機的壁上,從而導致干化效率的降低,甚至損壞設備。通過相應的技術措施和設計可以解決這個問題。被普遍采用的一種方法是所謂的回混法,就是將機械脫水后的污泥(干物質20%~35%)和已全干化的污泥(干物質90%~95%)相混合,使進入干燥機的污泥干物質達到65%~75%,從而使進泥顆粒化、結構化,提高干化效率和保護設備的目的。

  2、各種烘干機工藝

  污泥烘干分為接觸式烘干和對流式烘干。在接觸式烘干機中,存在一個固定不變的接觸面,熱通量就通過這個面和導熱介質(蒸汽或熱油)傳向污泥。對流式烘干的導熱介質(熱風)直接在污泥小顆粒上流動傳熱,從而產生熱對流。

  一般烘干過程可分為兩個階段,即半干化,最多至粘稠狀態,一般大約達到45%干物質;全干化,至少達到90%干物質。

  剩余含水率(或者干物質含量)并不是唯一的評價干燥環境好壞的標準。不同的烘干技術,能耗大大不同;最終的利用,要求也不同,如農用往往要求粒化的產品。同時烘干也要注意避免含氧過高粉塵化及其比例,因為這會引起自燃,甚至爆炸。根據以上的分類,對各種烘干機簡單介紹如下。

  (1)       接觸式干燥機

  a.          流化床干燥機  這種類型干燥機主要用于化學工業、食品以及飼料工業;最近幾年流化床干燥機還被應用于褐煤干燥,用于火力發電。這種干化工藝有兩個特點:一是物質(風、塵、沙)流量特別高;二是用高壓蒸汽干燥機。流化層通過蒸汽的再循環起作用,它對流化物(在這里就是污泥)的顆粒變化非常敏感,較難控制。流化床干燥機不是完全的接觸式干燥機,因為熱量的一部分也通過熱蒸汽的再循環以對流的形式傳遞。流化床干燥機不適用于污泥半干化處理工藝,只適用于污泥全干化。

  b.         多層臺階式干燥機  多層臺階式干燥機應用于化學工藝、食品以及飼料工業,也被稱為真空盤式干燥機。在真空或負壓下運行,傳熱系統通過導熱油實現,導熱油作為唯一可選用的傳熱介質在一個封閉的回路中被循環加熱。這種干燥機單位填充量(每平方米傳熱面積充泥量)比較小,所以不適用于少量污泥的干燥。多層臺階式干燥機也不適用于污泥半干化處理工藝,僅適用于污泥全干化。

  c.          轉盤式干燥機  轉盤式干燥機在幾十年前就已應用于化學工業、食品工業以及飼料工業,特別是混合溶劑的干燥。設備要求防漏,以保證正常運行。如果該設備出現故障,因為干燥溫度較低,再加上惰性氣體保護措施,不會有著火和爆炸的危險。此類干燥機既可用于導熱油傳熱,也可用于蒸汽傳熱;大多數情況下用低過壓蒸汽加熱,以防止油的污染。特別值得一提的是這種轉盤式干燥機的機動靈活性,它既可以作為半干化機,也可以作為全干化機烘干污泥。如此即可以設計不同的更適合用戶需要的干燥焚燒工藝,滿足當前與未來污泥處理的要求。

  (2)       對流式干燥機

  a.  高流速干燥機  這種類型的干燥機是為了干燥煤而設計的,后來也被用于干燥化學產品和食品。待干燥的物料被拋送入熱氣流里,并通過此熱氣流從進料口輸送到出料口。進料口之前往往有一個沖擊式輪磨機,它將物料先碾碎,再拋送入熱氣流干燥過程,這樣一來,物料在熱氣流中逗留很短的時間,就可以達到預定的干燥度。如果用于干燥污泥,高流速干燥機一般要與污泥焚燒爐或者是火力發電廠鍋爐配套使用。該干燥機不適用于污泥半干化工藝,只能用于污泥全干化。近幾年,這種干燥機已逐漸不再在污泥干化中使用。

  b.  帶式干燥機  帶式干燥機主要應用于精密化學以及食品工業。它通過交叉或者是反向的熱氣流實現間接熱傳導。熱氣是經過內置或外置的熱交換器傳熱產生的,熱交換器的傳熱媒介可以是導熱油,也可以是蒸汽。帶式干燥機結構復雜,其中輸送帶的設計是一個棘手的問題。另外,熱氣流會攜帶一些灰塵,這些灰塵大都堆積在氣流轉向的地方,并會導致運行故障。帶式干燥機不能用于污泥半干化工藝,只能用于污泥全干化。

  c.  筒式干燥機  筒式干燥機適用于幾乎所有領域,例如化學工業、基礎工業、食品和飼料工業的各種產品。筒式干燥機的加熱既可以通過熱空氣,也可以通過煙氣。因為風量大,所以除塵器體積也很大。熱空氣是由外置的熱交換器加熱的,煙氣是燃料焚燃燒產生的廢氣。進料以及內部輸送片的構成,是由干化物料特性確定的。熱氣溫度的高低,以及氣流方向的選擇,也同樣由物料特性決定。污泥筒式干燥機均采用直流電驅動旋轉。熱空氣進入時的溫度大致在450~650℃之間。由于相對而言,這種筒式干燥機的結構不封閉,容易產生自燃或爆炸,所以在污泥的干化過程中,要特別注意安全保障。筒式干燥機不能用于污泥半干化工藝,只能用于污泥全干化。

  3、干化后污泥的應用及其對于干化工藝的要求

  污泥處理與應用,分為機械脫水、熱干化、物質利用(用作土壤,肥料)和能量利用(焚燒產熱,發電)。對每一個階段在計劃與優化之前,必須對于污泥的最終回收利用有一個戰略性的決策,比如干化后的污泥如要利用熱能用于燃燒,就不應該在機械脫水時加入石灰,因為用石灰灼燒時,同樣會消耗熱能。以下,簡要介紹污泥的幾種不同的應用可能性。

  (1)       農業利用

  從污泥分析數據可以看到,污泥中含有不少的氮、鈣、磷、鉀可用作高肥土壤。當然,這其中也有一些有毒物質,如重金屬和有機污染物,這很大程度上影響著它是否可作為土壤(肥料)使用。一個常用的改良污泥的方法,就是先烘干,再混入無機肥(氮磷鉀)。

  下面的兩種可能性可供參考:

  ① 將干物質含量90%的已烘干污泥與氮、磷、鉀成分相混合,這種混合有一個缺點,就是物質混合后,早晚又會重新分離(比如在倉儲或是使用期間))。

  ② 利用造粒技術,將細小的干污泥顆粒和氮磷鉀合成顆粒。造粒技術的優點是其最終產品是固體顆粒物,這可以直接應用于機械化的農業。這種化肥持久耐用,無污染,因為所有的病毒都在干化過程中被殺死了,只需檢測污泥中重金屬含量是否超標。

  (2)       土壤改良

  一個常用方法,就是將機械脫水后的污泥(干物質含量約20%~30%)加入添加劑,使干物質的含量至少40%,然后用于土壤改良。常用添加劑為石灰、沙子與粘土。

  這個技術有一些缺點,比如加入添加劑,使運輸量提高了;含水量仍較高和儲存量也提高。

  針對上述問題,可以將其改進,就是將機械脫水的污泥混入幾乎全干的污泥(干物質含量90%),使混合后污泥干物質含量達到70%~80%,也可以達到同樣的作用;同時,不需添加劑,水的運輸量和儲存量也不高,儲存性明顯好轉。

  (3)       焚燒/灰化

  污泥的焚燒/灰化是唯一可以實現大大減少污泥量的技術。在焚燒污泥技術中,污泥的熱值是一個重要的影響因素。

  不管是半干化至干物質含量45%,還是全干化至干物質含量90%,污泥干化工藝對每種焚燒技術都有決定性的影響。污泥焚燒工藝包括:

  a. 流化床焚燒爐  流化床焚燒技術是利用污泥熱能的最常用技術,適用于大處理量。焚燒溫度通常為850~950℃,這樣一來可以將有毒氣體(特別是NO和CO)量降到最低。這種焚燒工藝最大的優點就是節省能量,不管什么污泥來源,污泥烘干只需干物質含量達到45%(半干化),不需要額外的熱能就可以自己燃燒,達到熱平衡,而且焚燒產生的熱量足夠滿足半干化干燥機。

  b. 利用現有垃圾焚燒爐  現有垃圾焚燒爐大都采用了先進的技術,配有完善的尾氣處理裝置,一般可以在垃圾中混入30%的污泥一起焚燒。

  c. 利用現有工業用爐焚燒污泥  主要利用瀝青和水泥制造廠的焚燒爐,焚燒干燥后的污泥,污泥的無機部分(灰渣)幾乎可以完全地被利用于產品之中。

  d. 在火力燒煤發電廠焚燒污泥  經過長期對于發電廠焚燒污泥研究證明,污泥占耗煤總量的10%~15%以內,對于尾氣凈化以及發電站的正常運轉沒有不利影響。在某些發電站,特別是燒褐煤發電站,污泥只經過機械脫水就被混入未磨干的褐煤里。煤泥混合物一起干化后,再送入焚燒。這個工藝的趨勢還是更傾向于用干化后的污泥,主要優點為臭味、衛生、傳染等問題得以解決;便于裝車運輸;無論是在烘干站,還是在火電站,都利于倉儲,與未磨碎煤的混合性及其燃燒性都得以改善。

  4、總結

  盡管各種烘干工藝在減少水分、物料平衡上來看是比較類似的,但更重要的是適應各項目的特殊需要,所以應針對項目的實際情況加以分析。比如污泥干燥機設在污水處理廠邊,如此就不必有一個特別齊備的裝卸系統,特別是節省了大容量的接收和倉儲設備。另一個優點可將干燥產生的廢氣冷凝水馬上就地送入污水處理池,其中含有的熱能也能部分地被回收利用。

  另一方面,集中性的污泥處理站也有其優點,因為處理量大,這樣建造和運行的費用低于許多建在各污水廠的分散的小站。

  污泥干燥機直接配套焚燒爐,非常經濟有效,干化污泥所需要蒸汽可以很便宜地從焚燒爐尾氣處理后得到。另外,干燥后的污泥可以不經過倉儲和運輸而直接送入焚燒。干化產生的有臭味的尾氣可以送入焚燒爐加溫除臭。近幾年,在歐盟建造了許多污泥干燥機配焚燒爐,并投入了運行。經驗和結果表明,間接烘干工藝成為主流,運用最多。

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