化工廢水處理中生化污泥的干燥及無害化利用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，化工行業(yè)（煤化工、石油化工）、印染造紙行業(yè)和城市生活產(chǎn)生的污水量越來越大，在處理這些污水的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的生化污泥，建立一種處理效果好、投資成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保，環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著的污泥資源化利用方法，達(dá)到污泥無害化處理和資源化利用的要求，是節(jié)能環(huán)保和各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。
污泥中不但含有大量的寄生蟲卵、病原微生物和重金屬離子等有毒有害物質(zhì)，還散發(fā)著臭氣，隨意傾倒會(huì)對(duì)土壤、水、大氣環(huán)境造成二次污染。污泥的處理處置是污水處理的重要組成部分，是評(píng)價(jià)污水處理是否規(guī)范、完整和徹底的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國污泥的處理方式有污泥農(nóng)用、衛(wèi)生填埋和焚燒，沒有處置的也占很大一部分。污泥農(nóng)用和填埋或堆放的方式存在的問題是：占地面積大，運(yùn)輸費(fèi)用高，含在污泥中的重金屬物質(zhì)和有毒物質(zhì)會(huì)在土壤中積累，并污染地下水，有報(bào)道污泥填埋場附近因毒物累積導(dǎo)致了一些食草動(dòng)物死亡。污泥經(jīng)焚燒后體積減少很多，可以解決填埋堆放的不足之處，但過程中煙氣二次污染、熱量損失等問題也沒有很好地解決。
因此，開發(fā)一種生物污泥的無害化有效利用技術(shù)，避免堆放占地和污染水資源，實(shí)現(xiàn)生化污泥的無害化和資源化，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣示范價(jià)值。
1 生化污泥的性能分析
本研究項(xiàng)目生化污泥主要來源于污水處理生化系統(tǒng)二沉池和混凝沉淀池，經(jīng)預(yù)處理工藝后，泥餅日產(chǎn)量約為60t，污泥含水量約為質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%。原有處理方法為將預(yù)處理后的泥餅定期用火車運(yùn)輸至指定的污泥堆場，由于含水量高，增加了運(yùn)輸費(fèi)用，而且需要的堆埋場地逐漸增大，對(duì)周邊空氣和水有一定污染。
生化污泥含有大量的有機(jī)物質(zhì)、焦粉、煤塵等可燃物質(zhì)，因此考慮將污泥適度脫水干燥，考察其發(fā)熱量。干燥后污泥和洗末煤灰分、發(fā)熱量對(duì)比如下：
指標(biāo) | 含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%） | 灰分（%） | 高位發(fā)熱量（kJ/kg） |
干燥后污泥 | 27.32 | 48.42 | 9240 |
洗末煤 | 5.86 | 54.87 | 11348 |
由上表可知，干燥后污泥的灰分小于洗末煤，高位發(fā)熱量略低于洗末煤。
干燥后污泥和洗末煤按不同比例混合后的發(fā)熱量如下：
方案 | 洗末煤（%） | 干燥污泥（%） | 高位發(fā)熱量（kJ/kg） |
1 | 100 | 0 | 11348 |
2 | 66.7 | 33.3 | 10689 |
3 | 50 | 50 | 10357 |
4 | 33.3 | 66.7 | 9895 |
5 | 0 | 100 | 9240 |
由上表可知，混合物的發(fā)熱量隨著干燥后污泥的百分比增加而減少，但二者不論是單獨(dú)作為燃料還是混合后作為燃料都符合循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃料發(fā)熱量的要求（≥4200kJ/kg）。
污泥和洗末煤燃燒后的灰分都很高，如若將灰分加以利用，將能增加經(jīng)濟(jì)效益變廢為寶。對(duì)污泥和洗末煤燃燒后灰分進(jìn)行分析：
灰分含量 | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | 其他 |
洗末煤灰 | 8.5 | 50.6 | 31.7 | 4.4 | 0.9 | 3.9 |
污泥灰 | 49.6 | 32.3 | 8.6 | 2.9 | 0.6 | 6.0 |
發(fā)現(xiàn)污泥灰渣中的氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，接近50%，此外二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，達(dá)30%以上，灼燒后污泥的灰分顏色為紅褐色，原因是特的賦存形態(tài)為三氧化二鐵。洗末煤灰渣中，二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過50%，其次為三氧化二鋁，達(dá)到31%，而洗末煤灰分為淺灰色接近白色，原因是其主要成分為二氧化硅和三氧化二鋁。隨著混合燃料中污泥含量的增加，對(duì)應(yīng)的灰分顏色逐漸由淺灰色變?yōu)榧t褐色，是因?yàn)殡S著干燥污泥配比增加，燃燒后灰分中三氧化二鐵含量也隨之增加。
2 生化污泥的干燥處理和綜合利用
2.1 生化污泥干燥利用思路及原理
根據(jù)對(duì)生化污泥性質(zhì)以及燃燒后灰分的分析，設(shè)計(jì)用化工園區(qū)鍋爐煙氣余熱干燥污泥，干燥后污泥用于鍋爐燃料，并將污泥燃燒后的灰渣提取化工原料的一體化綜合利用技術(shù)。濕的生化污泥在旋轉(zhuǎn)干燥設(shè)備中與熱煙氣傳質(zhì)傳熱，經(jīng)過干燥后污泥體積和質(zhì)量減少2/3以上，并且污泥處理速度快，污泥可作為燃料用于流化床鍋爐，不需長距離運(yùn)輸，還能回收熱量產(chǎn)生蒸汽。
生化污泥的干燥、燃燒及其灰渣提取化工原料的資源化利用技術(shù)，主要由干燥系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和提取化工原料系統(tǒng)構(gòu)成。濕污泥由汽車運(yùn)至濕污泥儲(chǔ)槽，經(jīng)運(yùn)輸皮帶進(jìn)入旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)，旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)由DCS控制轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)干燥時(shí)間，從循環(huán)流化床排出的部分熱煙氣由風(fēng)機(jī)吸入旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)。干燥結(jié)束后，干污泥由運(yùn)輸皮帶送至破碎機(jī)，經(jīng)破碎后的干污泥經(jīng)運(yùn)輸皮帶直接進(jìn)入干污泥料倉，或與其它鍋爐燃料混合后經(jīng)皮帶輸送至混合料倉，料倉的燃料輸送進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐燃燒放熱產(chǎn)生蒸汽，燃燒后產(chǎn)生的煙氣一部分經(jīng)管道進(jìn)入旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)干燥濕污泥后，與其余大部分煙氣經(jīng)管道進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)，經(jīng)吸收有害氣體和布袋除塵后，經(jīng)煙囪排入大氣。燃燒后的灰渣經(jīng)皮帶輸送至高溫堿熔爐，水洗過濾后進(jìn)入酸洗池，經(jīng)酸溶解后過濾，濾渣經(jīng)洗滌、干燥器干燥后得到產(chǎn)品白炭黑，濾液進(jìn)入堿洗池與過量堿反應(yīng)生成沉淀，過濾后的濾渣經(jīng)過洗滌，進(jìn)入干燥器干燥煅燒后得到產(chǎn)品鐵紅。
干燥系統(tǒng)的主要原理是，濕污泥由儲(chǔ)槽經(jīng)皮帶輸送至直接接觸式旋轉(zhuǎn)攪拌干燥機(jī)中，與熱的煙氣直接接觸干燥，水分隨煙氣排出。污泥由于不斷地旋轉(zhuǎn)，增加了傳熱傳質(zhì)接觸面積，通過DCS系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速、干燥煙氣流量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以控制污泥在干燥機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)間。
直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：
（1）加熱均勻、蒸發(fā)速度快、熱效率高、出料干化均勻，干燥機(jī)滾筒內(nèi)有4塊對(duì)稱分布的突起隔板，在旋轉(zhuǎn)過程中，污泥經(jīng)均勻分布的4塊隔板從內(nèi)筒的頂部摔落到底部，有利于污泥粒度的均勻和提高受熱效率。
（2）機(jī)械磨損少，干燥機(jī)內(nèi)的隔板與內(nèi)筒接觸面為弧形，不容易掛料，維護(hù)清理方便。
（3）轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，控制污泥干燥度和適應(yīng)現(xiàn)場不同的工藝條件性能好，干燥后的污泥由皮帶送往粉碎機(jī)粉碎后，由干污泥儲(chǔ)槽經(jīng)皮帶輸送至干污泥料倉。
（4）干燥過程是在密閉狀態(tài)下全程負(fù)壓工作，系統(tǒng)密閉性能良好，有效防止氣味外散。
工業(yè)中普遍使用的循環(huán)流化床鍋爐具有以下特點(diǎn)：
（1）燃料適應(yīng)性廣，低發(fā)熱量（≥4200kJ/kg）的煤渣、煤泥、洗矸、污泥都可燃燒，并且可達(dá)到很高的燃燒效率。
（2）循環(huán)流化床鍋爐溫度一般控制在850～950℃，排渣溫度低，灰渣不軟化黏結(jié)。
干污泥料倉的干污泥可直接用作鍋爐燃料，也可以和動(dòng)力煤混合后進(jìn)入混合料倉，再送入鍋爐燃燒，污泥或污泥混合燃料燃燒放熱產(chǎn)生蒸汽可以調(diào)壓后供工業(yè)生產(chǎn)使用，也可用于發(fā)電。
為防止干燥污泥燃燒后的煙氣污染環(huán)境，煙氣凈化主要有4個(gè)途徑：
（1）在燃料中加入一定量的石灰固硫生成硫酸鈣，抑制SO2的產(chǎn)生。
（2）安裝煙氣凈化器，可以去除95%左右的SO2氣體。
（3）流化床鍋爐由于燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度均勻，且爐溫高于600℃，抑制了二惡英的產(chǎn)生。
（4）采用高性能可更換的布袋除塵，可去除99.9%的灰塵。
鍋爐燃燒后的灰渣用來提取化工原料，干污泥直接燃燒后的灰渣與動(dòng)力煤混合燃燒后的灰渣經(jīng)堿熔、水溶后，過濾掉不溶部分。在濾液中加酸，二氧化硅會(huì)沉淀下來，過濾收集沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后可得到白炭黑。在二次濾液中加堿，當(dāng)堿過量時(shí)，鋁會(huì)生成可溶的偏鋁酸鹽，而鐵會(huì)生成沉淀，過濾收集沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后可得到鐵紅。
2.2 具體運(yùn)行效果
本項(xiàng)目某段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)：生化污泥含水體積分?jǐn)?shù)為78.94%，旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)入口處煙氣溫度為195℃，旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)轉(zhuǎn)速為40r/min，干燥時(shí)間為20min，干燥后的污泥含水體積分?jǐn)?shù)為27.32%，旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)出口溫度為116℃。干燥后污泥的高位發(fā)熱量為9240kJ/kg，而另一種鍋爐燃料某洗末煤的高位熱值為11348kJ/kg。在燃燒過程中，每噸污泥熱量相當(dāng)于0.8t洗末煤。
3 結(jié)論
（1）利用循環(huán)流化床鍋爐煙氣，在直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)中將濕的生化污泥干燥，生化污泥水分從質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%左右降為27%左右，污泥干燥后用于循環(huán)流化床鍋爐燃料，每噸污泥熱量相當(dāng)于0.8t燃料煤。
（2）直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)可調(diào)速、負(fù)壓操作，避免氣味外散，熱效率高，出料干化均勻。
（3）本項(xiàng)目有效地處理了生化污泥，解決堆放和污染環(huán)境的問題，合理地利用產(chǎn)生的熱量和產(chǎn)物，具有處理效果好、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。
