淺析污泥干燥技術(shù)在某煤化工項目中的應用
行業(yè)動態(tài)
眾所周知，國內(nèi)煤化工項目方興未艾，成為國家重要的能源技術(shù)儲備。煤制烯烴項目作為煤化工的一個重要分支，也越來越被重視和推廣。煤制烯烴項目產(chǎn)生的汽化污水、MTO污水等可生化性較高，采用生化方法進行處理，生化系統(tǒng)運行中需要定期排放剩余污泥，這部分生化剩余污泥中含有多種重金屬、微生物、難降解有機物等物質(zhì)，組分復雜，暫屬于危險廢棄物，處理和處置方案技術(shù)復雜。
目前，業(yè)界處理生化污泥的技術(shù)主要有3種：
（1）帶式壓濾技術(shù)，采用的工藝為重力濃縮，然后進入帶式壓濾機進行壓濾脫水，分離液循環(huán)處理，壓濾后的泥餅外運送第三方處理，此工藝較為簡單，投資較小，但帶式壓濾機與外界環(huán)境沒有隔斷，操作環(huán)境惡劣，有一些揮發(fā)組分和有毒有害氣體逸散，氣味較大，對操作人員身心健康有潛在影響。壓濾機脫水效果較差，分離后泥餅的含水率約為85%以上，導致污泥量較大，轉(zhuǎn)運及處理費用很高。
（2）離心脫水技術(shù)，采用的工藝為重力濃縮，然后進入離心脫水機進行離心脫水，分離液循環(huán)處理，脫水后的泥餅外運送第三方處理，此工藝較為簡單，投資不高，因離心機為全密閉環(huán)境，操作環(huán)境較好，離心機脫水效果一般，分離后泥餅的含水率約為80%以上，導致污泥量較大，轉(zhuǎn)運及處理費用較高。
（3）焚燒技術(shù)，脫水處理采用前面兩種技術(shù)中的一種，脫水后的泥餅直接送入自建的焚燒爐進行無害化、減量化處理，此工藝較為復雜，投資很高，因消耗一定的燃料氣及其他公用工程介質(zhì)，運行成本較高，危害的焚燒條件較為苛刻，尾氣排放標準要求較高，存在一定的環(huán)保壓力。
針對煤制烯烴項目的生化系統(tǒng)副產(chǎn)物剩余生化污泥，考慮到投資成本及運行成本，很多企業(yè)處理危廢污泥的方法都是簡單脫水后外送至危廢處理中心進行集中處理，簡單的脫水后的污泥存在以下問題：
（1）其中含水率高導致送危廢中心進行處理需要支付高額的再處理費用，處理成本已成為國內(nèi)煤化工及化工企業(yè)污水處理的瓶頸。
（2）含水率高，導致產(chǎn)生的污泥量大，很多老企業(yè)有自建危廢堆場臨時儲存，有潛在的環(huán)境污染的風險。
1 目前國內(nèi)行業(yè)通用的處理方式
據(jù)了解，目前國內(nèi)對石油化工、煤化工生化污泥的處理方法基本上是進行濃縮然后進脫水機脫水，脫水后的污泥運送至有資質(zhì)的填埋場填埋處理或焚燒處理，由于投資及運行成本的考慮，企業(yè)一般不再進行深度處理，目前污泥脫水方式傾向于離心脫水。
典型的處理工藝為：重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水。處理流程為污水生化裝置的一些污泥，包括隔油池底泥、渦凹氣浮、溶氣氣浮浮渣、生化池剩余污泥、調(diào)節(jié)罐底泥等分別泵送至污泥處理系統(tǒng)的污泥濃縮池進行重力濃縮，可將含水率99%的污泥濃縮到含水率98.5%，濃縮后的污泥自流到污泥調(diào)配池，在污泥調(diào)配池底部進行曝氣鼓風，使池內(nèi)污泥能夠更加均質(zhì)，保證離心脫水機進料的均勻性、穩(wěn)定性。污泥調(diào)配池出口接螺桿泵，將污泥泵送至臥螺離心脫水機，通過離心脫水后能將出泥含水率降至80%，有效減少了污泥的質(zhì)量。
2 某煤化工項目污泥干燥技術(shù)的應用
某煤化工項目經(jīng)過行業(yè)調(diào)研，選擇了剩余生化污泥的深度處理工藝，其包括兩部分：第一部分是污泥離心脫水系統(tǒng)；第二部分是污泥干燥處理系統(tǒng)。
處理工藝為：重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水+污泥干燥。也就是在傳統(tǒng)的工藝上又增加了污泥干燥系統(tǒng)。脫水后的污泥進入到污泥干燥系統(tǒng)，脫水污泥經(jīng)過干燥單元處理后，含水率由80%降到30%，干燥機產(chǎn)泥量為進泥量的五分之一。干燥單元采用工廠富余的低壓蒸汽作為換熱熱源，與濕污泥在干燥器內(nèi)間接換熱，經(jīng)過干燥換熱后，蒸汽變成冷凝液回收。污泥中的水分被蒸發(fā)抽走送至廢氣處理系統(tǒng)。污泥干燥單元產(chǎn)生的干燥污泥經(jīng)收集后定期送當?shù)匚U中心進行無害化處理。
2.1 干燥裝置組成
2.1.1 核心設備
該煤化工項目污泥干化技術(shù)采用國外某公司專有的臥式薄層一段法污泥干化工藝，干化工藝核心設備為國外某公司生產(chǎn)的臥式薄層機。
2.1.2 核心設備結(jié)構(gòu)特點
臥式薄層干化機主要由外殼，轉(zhuǎn)子&葉片，驅(qū)動裝置三大部分組成，外殼為壓力容器，其殼體夾套間可注入蒸汽或?qū)嵊妥鳛槲勰喔稍锕に嚨臒崦剑馁|(zhì)為歐標的耐高溫鍋爐鋼；內(nèi)筒壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積及形成污泥薄層的載體，材質(zhì)有多種材料可選，其中Naxtra-700高強度結(jié)構(gòu)鋼覆層材料廣泛適用于市政/化工行業(yè)污泥、防腐，耐磨性優(yōu)于其他材料；轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉(zhuǎn)子在受熱的同時高速轉(zhuǎn)動時不產(chǎn)生撓度，始終使葉片與內(nèi)筒壁的距離保持5～10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動及葉片的涂布下，進入干化機的污泥會均勻的在內(nèi)壁上形成一個動態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進的過程中，不斷地被干燥。
2.1.3 配套設備
除了核心設備之外，干化系統(tǒng)還包括濕污泥緩存料倉，濕污泥進料泵，干污泥冷卻器，卸料器，干污泥輸送機械（螺旋/皮帶/鏈板），干污泥存儲料倉，以及尾氣冷凝所需要的冷凝器，除霧器和流程風機，儀器儀表閥門及PLC、MCC等控制系統(tǒng)。其中卸料器、流程風機使用進口設備。
2.2 干化工藝介紹
2.2.1 干化機技術(shù)及工藝
臥式薄層干化是一種純間接污泥干化工藝，依靠污泥中是水分蒸發(fā)實現(xiàn)干化系統(tǒng)的自惰性化，同時采用四種安全措施，分別是氮氣、低壓蒸汽、噴淋水、爆破膜，保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行；其中，一段法工藝是臥式薄層干化機較具代表性的應用，特點是流程短，設備數(shù)量少，污泥干化速度快，安全，穩(wěn)定，可以產(chǎn)出任何含固率的干化污泥產(chǎn)品。兩段法是在一段法的基礎上，在臥式薄層干化機后端增加線性干化機，干化污泥產(chǎn)品的含固率在65%～90%范圍可調(diào)。尤其適合處理量大、含砂量較高的市政污泥進行高干半干化和全干化處理。
2.2.2 工藝流程說明
（1）離心脫水污泥首先輸送至本系統(tǒng)的濕泥餅進料倉，暫存于濕污泥進料倉中的脫水污泥通過污泥給料泵進入臥式薄層干化機中。污泥給料泵變頻控制，通過法蘭連接于濕污泥倉的出料螺旋出口上。
（2）在干化機中，轉(zhuǎn)子葉片迅速卷起進入的脫水污泥，使之均勻涂布于加熱面形成薄層，同時將污泥向前輸送，輸送過程中，污泥被干化機雙層殼體內(nèi)的蒸汽間接加熱，污泥中水分不斷蒸發(fā)。干化機外殼通過飽和蒸汽加熱。
（3）大約經(jīng)過10～15min，達到設計含固率的污泥由薄層干化機出口排出，進入產(chǎn)品冷卻器。冷卻器使用循環(huán)水或再生水間接冷卻熱的干化污泥產(chǎn)品。冷卻器出口安裝卸料器將干化系統(tǒng)與產(chǎn)品污泥轉(zhuǎn)運系統(tǒng)隔離。冷卻后的污泥產(chǎn)品通過卸料器排出，通過輸送螺旋和斗式提升機進入干污泥儲存料倉。
（4）污泥中蒸發(fā)的水汽在干化機中的軸向運動方向與污泥相反，這樣可以保證廢蒸汽裹挾的大部分粉塵在干化機中去除。廢蒸汽在干化機污泥進口側(cè)上端排出干化機后進入冷凝器，其中的可冷凝成分被冷凝。
（5）冷凝器采用直接噴淋冷凝器，噴淋用水采用過濾后的二沉池出水或污水廠初級再生水。噴淋后污水返回污水處理廠重新處理。
（6）冷凝器排氣口排出的不凝氣通過除霧器分離其中的液滴。
（7）自除霧器中排出的廢氣通過風機排出系統(tǒng)。極少量廢氣送往污水廠現(xiàn)有的廢氣處理系統(tǒng)進行處理。
（8）為避免粉塵和系統(tǒng)內(nèi)氣體外溢，使用廢氣風機保持干化系統(tǒng)微負壓。
（9）在開機和停機時，為防止干化系統(tǒng)內(nèi)污泥自燃和氧含量達到危險水平，使用氮氣/蒸汽保持系統(tǒng)的氧含量始終低于2%。
2.2.3 臥式薄層干化工藝的特點
（1）安全可靠。在該臥式薄層污染干化工藝歷史上從無任何爆炸燃燒等安全事故。
（2）經(jīng)驗豐富。該干化技術(shù)擁有90多年歷史，技術(shù)和產(chǎn)品主要涉及石油化工、醫(yī)藥、環(huán)境能源等行業(yè)。擁有完善的試驗基地和產(chǎn)品研發(fā)中心。是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發(fā)技術(shù)的世界領(lǐng)先者。在全世界石油化工行業(yè)干燥、蒸發(fā)領(lǐng)域享有極高的聲譽和眾多成功業(yè)績。
（3）業(yè)績眾多。該臥式薄層污泥干化業(yè)績（市政及工業(yè)）超過100條生產(chǎn)線。其中2000年以后業(yè)績47條；中國業(yè)績6個，16條生產(chǎn)線；工業(yè)業(yè)績27條；化學工業(yè)相關(guān)業(yè)績16條。
（4）制造標準。自1997年開始獲得中國特殊設備壓力容器生產(chǎn)許可證。
（5）操作控制簡單，無需返混，直接越過“塑性階段”，廢氣產(chǎn)生量小，處理簡單。
（6）能耗極低，恒定的高蒸發(fā)率；長壽命設計低維護成本，低監(jiān)控需求。
（7）負壓封閉，無臭氣和粉塵泄露；利用蒸汽增強惰性。
（8）適用各種類型污泥；可生產(chǎn)任何含固率均一產(chǎn)品；固體負荷低，啟停和排空時間短。
2.3 污泥處理整體工藝介紹
該煤化工項目污泥處理流程如下所述：
污水生化裝置產(chǎn)生的污泥包括隔油池底泥、渦凹氣浮、溶氣氣浮浮渣、生化池剩余污泥、調(diào)節(jié)罐底泥等，因其含有多種重金屬、微生物、難降解有機物等物質(zhì)，組分較為復雜。將以上污泥分別泵送至污泥處理系統(tǒng)的污泥濃縮池進行重力濃縮，并通過污泥濃縮機進行勻質(zhì)攪拌，使污泥含水率由99.9%降低至98.5%左右。然后進入污泥儲槽，通過攪拌器和曝氣，通過攪拌器以及風攪拌，以保證進入后續(xù)脫水系統(tǒng)進料的均勻性與穩(wěn)定性。
濃縮污泥經(jīng)污泥輸送泵送至離心脫水機進行離心脫水，在輸送泵前經(jīng)過污泥切割機破碎大粒徑泥塊等物體，在進脫水機前加入污泥絮凝劑PAM，生化污泥的脫水采用臥式螺旋離心沉降脫水成套設備，處理過程全封閉。操作環(huán)境清潔，脫水污泥含水率可達80%，絮凝劑一般情況下采用陽離子聚丙烯酰胺。
污泥緩沖給料倉中的污泥由污泥給料泵連續(xù)送入干化機，污泥給料泵變頻控制，24h連續(xù)運行。進入臥式薄層干化機中的污泥被轉(zhuǎn)子分布于熱壁表面，轉(zhuǎn)子上的槳葉在對熱壁表面的污泥反復翻混的同時，向前輸送到出泥口。在此過程中，污泥中水分被蒸發(fā)。臥式薄層干化機由帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的驅(qū)動裝置三部分組成。干化機推薦采用渦輪薄層干化機，也可采用槳葉式干化機同樣能起到好的效果。自臥式薄層干化機產(chǎn)出的含固率滿足設計要求的干污泥進入污泥冷卻器，污泥產(chǎn)品通過冷卻器殼體內(nèi)流動的冷卻水進行冷卻。冷卻后的污泥根據(jù)要求可直接裝車外運或暫存于干污泥料倉，干化機干化的污泥含水率≤30%。臥式薄層污泥干化工藝可通過污泥中的蒸發(fā)水實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)惰性化的要求。采用低壓蒸汽/氮氣作為緊急情況下干化系統(tǒng)的惰性化介質(zhì)，干化過程中產(chǎn)生的廢蒸汽在干化機內(nèi)部與污泥逆向運動，由污泥進料口上方的蒸汽管口排出，進入直接噴淋冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸汽中冷凝下來，少量不凝氣體（少量的蒸汽，空氣/氮氣和污泥揮發(fā)物）經(jīng)過液滴分離器，通過廢氣引風機排出干化系統(tǒng)。噴淋冷凝水一般采用污水場二沉池出水；自干化系統(tǒng)排出的廢氣約為系統(tǒng)水蒸發(fā)量的5%～10%，廢氣引風機使整個干化系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)，這樣可以避免臭氣及粉塵的溢出。由于本工藝廢氣量很小，可直接通入污水場現(xiàn)有臭氣處置裝置進行處理，本方案送廢氣處理裝置進一步處理后達標排放。
3 經(jīng)濟性分析
該污泥干化技術(shù)的應用有效降低了污泥綜合處理成本，做到了減量化，外送危廢中心處理，也實現(xiàn)了無害化，符合國家環(huán)保要求。
該項目污水生化裝置產(chǎn)生含水率99%的污泥為30t/h，經(jīng)過重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水+污泥干燥進行綜合處理，產(chǎn)生含水率30%的污泥0.3t/h，質(zhì)量減少了約100倍。原來只做到離心脫水的產(chǎn)生的污泥為1.5t/h，相比之下污泥量減少了：1.5-0.3=1.2t/h，該地區(qū)危廢處理中心的處理費用較高，每噸污泥收費2100元，那么每小時可節(jié)約費用為2520元，剪掉污泥干燥的處理成本每小時346.4元，每小時節(jié)省2173.6元，一年運行8400h可節(jié)省費用1825.8萬元。該裝置建設投資為2000萬人民幣，運行一年后將完全收回投資成本。
另外該工藝能有效減少污泥中水的攜帶，將水分離后循環(huán)處理，例如：污水生化裝置產(chǎn)生含水率99%的污泥為30t/h，污泥中水的量為29.7t/h，經(jīng)過該工藝處理后產(chǎn)生含水率為30%的污泥0.3t/h，干燥后的污泥中水的量為0.09t/h，進料污泥到產(chǎn)出干燥污泥中水被分離回收了29.61t/h，水的回收率為99.7%。
4 結(jié)束語
該煤化工項目引進的成套污泥干燥設備高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、自動化程度高，達國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補國內(nèi)污泥處理領(lǐng)域空白，具有極高的推廣應用價值，具有相當高的經(jīng)濟性。
污泥干化設備在西方國家已有相當多的工廠應用，目前我國污泥干化工藝用之甚少，目前屬于起步階段，污泥處理問題已經(jīng)成為我國亟待解決的重要環(huán)境問題之一，目前傳統(tǒng)污泥脫水仍然是當前污泥處理的主要手段。隨著科技的發(fā)展，將會有更多的新技術(shù)應用于污泥干燥上，新型污泥干燥手段的發(fā)展，拓寬了污泥處理手段的選擇范圍，使污泥干燥能耗進一步降低，在安全性、穩(wěn)定性、效率、環(huán)保等方面逐步走向成熟。
