應用工業(yè)蒸汽熱干化技術治理污泥
行業(yè)動態(tài)
蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務有限公司承擔著園區(qū)內所有污水的接納和處理工作。目前園區(qū)的污水管網(wǎng)覆蓋率及污水集中處理率均達到了100%，出廠水的合格率也達到了100%。然而污水處理廠在污水處理過程中，會產生大量的污泥，這些污泥含有有毒有害物質和病原體。如何有效安全處置，日益引起政府環(huán)保部門的高度重視，以解決可能引發(fā)環(huán)境危機的隱患，并爭取在合理化處置的同時實現(xiàn)良好的減排效果和循環(huán)經(jīng)濟的嘗試。
1 園區(qū)污泥現(xiàn)狀及危害
目前園區(qū)污水處理廠每天的污水處理量平均為20萬t，約產生200t污泥，由于一直沒有找到合適的處置方式，大部分自建廠以來就臨時堆放在廠內的發(fā)展用地上，數(shù)量已達15萬t。預測未來5年內，如不能建立及時安全處置污泥的方法和機制，污泥量將持續(xù)增加到65.52萬t。
在污水處理過程中，污水中的污染物通過細菌吸收，細菌和礦物顆粒表面吸附，以及同一些無機鹽的共沉淀等多種途徑，絕大部分轉變?yōu)槲勰?，污水的凈化程度越高，污泥的生成量也越大。而且污泥中含有病原微生物，使大量的有機污染物質在很短的時間內，就會變成腐敗惡臭的物質。作為工業(yè)集中區(qū)，污泥中不僅富集以上各類生活污染物，更有大量的工業(yè)污染物，尤其是電子行業(yè)所產生的重金屬。因此，園區(qū)污水處理廠所產生的污泥，其污染物成分更復雜，危害性更高。
2 污泥治理的方向
行業(yè)內目前對污泥處置的原則是減量化、無害化和穩(wěn)定化。國內外對城市污水處理廠污泥的處理和處置，歸納起來主要有以下五種技術，即衛(wèi)生填埋、土地利用、干化、焚燒和投海。
（1）衛(wèi)生填埋需要解決污泥滲液的防滲和污泥發(fā)酵產生的甲烷氣體的安全處置，環(huán)境要求和技術要求非常高。研究表明，國內采用衛(wèi)生填埋方式進行污泥處置的項目，均無法達到標準要求，要按照標準進行衛(wèi)生填埋，代價十分昂貴，且須占用大量寶貴的土地資源。
（2）土地利用就是把污泥經(jīng)過發(fā)酵后做成農用肥，但需解決發(fā)酵氣體的二次污染、安全、肥料的出路（園區(qū)生活污水量少，污泥的肥力不高）及大量土地的占用（百t污泥需占地20畝）。
（3）投海方式已被聯(lián)合國環(huán)境署禁止。
（4）焚燒可利用污泥中豐富的生物能來發(fā)電并使污泥達到較大程度的減容。焚燒法能滿足越來越嚴格的環(huán)境要求和充分處理不適宜于資源化利用的部分污泥，焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅，有毒有害的有機殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產水泥和道路用料的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進入環(huán)境，目前應用較廣的焚燒設備是流化床焚燒爐。
（5）干化是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆?；蚍勰?，體積僅為原來的1/5～1/4，熱干化過程的高溫滅菌作用很徹底，產品可完全達到衛(wèi)生指標并使污泥性能全面改善，產品可作替代能源也可土地利用。
3 熱干化技術的可行性分析
3.1 現(xiàn)有基礎設施配套優(yōu)勢
蘇州工業(yè)園區(qū)藍天燃氣熱電有限公司作為蘇州工業(yè)園區(qū)基礎設施提供商，肩負著向園區(qū)集中供熱的重任，為適應園區(qū)快速發(fā)展的需要，公司機組設備選型上充分考慮遠期供熱負荷的增長，機組設計供熱能力為200t/h，而由于目前實際供熱負荷僅為30～50t/h，迅速開拓現(xiàn)有企業(yè)周邊的供熱市場，實現(xiàn)機組由現(xiàn)有低供熱負荷向相對有利的供熱負荷順利過渡，是保證企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
同屬園區(qū)基礎設施供應商的清源水業(yè)，負責區(qū)內生活用水的提供和工業(yè)與生活污水的處理，其下屬的污水處理廠日處理污水量20萬t，生成80%含水率污泥200t；經(jīng)過近3年多的運行，由于生成的污泥一直未能尋求出較為妥當?shù)奶幹梅绞剑瑢е聫S區(qū)內污泥堆積量已達15萬t。
現(xiàn)有國際前沿的污泥處置措施中，對含水率70%的濕污泥采用干燥減量化，為較行之有效的處置方式，而采用以蒸汽作為干燥劑對濕污泥進行干燥，具有系統(tǒng)結構簡單（省去污水處理廠自身制備干燥劑的復雜系統(tǒng)）、一次性投資省和操作便利等優(yōu)勢。處理每噸污泥約需蒸汽0.85t，每天可消耗蒸汽170t，一年需蒸汽近5萬t。此外，經(jīng)干化設備形成的凝結水，可通過管道回至電廠，予以回收利用。
按照上述設想方案，可將清源水業(yè)污水處理廠污泥采用集中供熱蒸汽進行干化減排，達到熱電聯(lián)供與污泥干化的完善結合，實現(xiàn)了污泥干化系統(tǒng)從簡單接收二次能源—污泥干化利用—干燥冷凝水和余熱的回收，達到了節(jié)能、減排雙重功效。通過污泥的熱干化，能有效地將園區(qū)兩大基礎設施供應商緊密地聯(lián)系起來，實現(xiàn)企業(yè)間的互惠互利，為兩家企業(yè)迅速解決目前問題提供可能，亦能達到兩家企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
3.2 污泥工業(yè)蒸汽熱干化工藝的實現(xiàn)途徑
3.2.1 污泥熱干化工藝的必要性
污水廠出來的污泥具有很強的流動性，這是因為其含水率很高，一般在75%～85%，根據(jù)分析，污泥與水分子的結合非常緊密，并具有不同的相態(tài)，具體分為：自由態(tài)水，可經(jīng)重力沉淀和機械作用去除；物理性結合水，須更多能量去除，如：毛細管/間隙水、膠態(tài)/表面吸附水；化學性結合水，只有打破化學鍵才能去除，被稱為“平衡水”，如：細胞內的水、分子水。依據(jù)現(xiàn)有污水處理的工藝，利用板框式壓縮機可將自由態(tài)水去除，將污泥水分降至70%以下；但是，對于物理性結合水和化學性結合水，無法通過污水處理設備進行消除，造成泥污綜合利用的瓶頸。因此，大力推廣污泥的熱干化、減量化工藝尤顯重要和必要。
3.2.2 蒸汽熱干化工藝簡介
污泥的蒸汽熱干化技術采用以工業(yè)蒸汽為干燥介質，通過污泥干燥機將含水率為70%的污泥經(jīng)螺旋輸送機送達污泥干燥機，來自工業(yè)用中壓蒸汽將乏氣（由污泥干后形成的廢氣）加熱至110℃，送入干燥機的入口，與入口污泥進行混合預熱，同時，在干燥機筒體外殼內通入工業(yè)用中壓蒸汽，作為污泥干燥的主要熱源，采用與污泥逆流換熱的方式進行熱量傳導，干燥后的污泥與干燥過程中產生的乏氣一起進入旋風分離器，其中95%以上的干燥污泥在旋風分離器中被分離，另外5%的污泥與乏氣在布袋除塵器中被收集，并共同進入螺旋輸送器輸送出系統(tǒng)；被分離出的乏氣，一部分（約20%）進入下一輪污泥干燥循環(huán)，另一部分（約80%）通過活性碳吸附器除臭后排入大氣。
經(jīng)干燥后的污泥含水分低于10%，體積縮減為干燥前的20%，可利用熱值增加2.5倍；干燥后的污泥，可作為燃煤電廠的混合燃料進行利用，亦可作為農用有機肥袋裝外銷，進行循環(huán)廢物利用。
4 現(xiàn)有污泥蒸汽熱干化系統(tǒng)的設計優(yōu)化方案
4.1 系統(tǒng)優(yōu)化設計的可能性
清源華衍水務有限公司由于鄰近藍天熱電有限公司，供熱管網(wǎng)長度不足1km，按照電廠供熱蒸汽壓力1.57MPa、溫度270℃進行測算，實際蒸汽壓降為0.1MPa、溫降為10℃，通過上述污泥干化工藝流程對工業(yè)蒸汽的需求（壓力：1.2MPa、溫度：190℃），客觀上存在供應蒸汽參數(shù)與需求蒸汽參數(shù)不相匹配的現(xiàn)象。按照常規(guī)熱力系統(tǒng)的設計，為滿足干燥系統(tǒng)的要求，在蒸汽管道加裝減溫減壓器，將供熱蒸汽參數(shù)由1.47MPa、260℃降至1.2MPa、190℃，需消耗減溫常溫狀態(tài)下的減溫水占新蒸汽質量流量5.55%，在經(jīng)過熱干化換熱后，將以凝結水（0.15MPa、110℃）排放。由此每小時將有占輸入總能量近0.87%熱量被損耗，給系統(tǒng)的經(jīng)濟運行帶來不利的影響，并造成污泥治理成本的增加。
4.2 系統(tǒng)優(yōu)化設計方案
改進后的系統(tǒng)，在熱干化蒸汽的進口增加了射流增壓裝置，利用來自電廠的新蒸汽（1.47MPa、290℃），借助于射流增壓裝置抽射經(jīng)干燥機換熱冷卻后的低壓蒸汽，生成符合干燥機入口要求的中壓蒸汽（1.2MPa、190℃），再進入換熱器和干燥機；經(jīng)換熱器和干燥機換熱后形成汽水混合，一部分凝結水通過自動疏水器排入凝結水回收器，返回電廠作為熱力系統(tǒng)的補給水，另一部分凝結水與低壓蒸汽在射流增壓裝置抽射的作用，再次參與下一輪污泥熱干化過程。
5 項目實施的經(jīng)濟效果測算
5.1 各測算指標的設定
依據(jù)清源華衍水務公司擬定中的泥干化設備選型，結合該公司設備投產后的運行方式，各項經(jīng)濟測算參數(shù)及能耗指標如下：
每t污泥干化的蒸汽能耗A：970kg/t
蒸汽購汽價格P：213.5元/t
除鹽水價格M：3.0元/t
每小時處理污泥量Q：20t/h
設備年運行小時H：7600h/a
5.2 改造后節(jié)能指標計算
年需消耗的新蒸汽量W=A×Q×H=970/1000×20×7600=147440t
年減少除鹽水量消耗C=W×5.55%=147440×5.55%=8183t
年節(jié)省新蒸汽消耗量K=W×0.87%=147440×0.87%=1282.7t
5.3 項目節(jié)能經(jīng)濟效果
年節(jié)約蒸汽購置費用D=K×P=1282.7×213.5=27.39萬元
年減少除鹽水費用支出S=C×M=8183×3=2.45萬元
年節(jié)約運行費用Z=D+S=27.39+2.45=29.84萬元
由此可見，通過本方案的設計優(yōu)化，以清源華衍水務有限公司為例，年可節(jié)約運行費用為29.84萬元。
