市政污泥高干脫水及干化焚燒工藝研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市居民的生活水平越來越高，與此同時(shí)，城市污水量也越來越大。污水處理系統(tǒng)已經(jīng)成為各個(gè)城市環(huán)境水資源保護(hù)系統(tǒng)中重要組成部分。在城市污水處理的過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，污泥的成分主要由細(xì)菌等病原體、寄生蟲、有機(jī)物質(zhì)、銅、鋅、鉻、汞等重金屬無機(jī)顆粒和膠體等構(gòu)成。若不進(jìn)行無害化處理，將會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境和健康帶來嚴(yán)重威脅。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止到2016年，我國城市污泥無害化處置率僅為33%，有67%的污泥沒有經(jīng)過無害化處理，污泥任意堆放造成的環(huán)境污染問題較為突出。而根據(jù)我國相關(guān)政策要求，在2020年底前，地級(jí)及以上城市污泥無害化處置率要達(dá)到90%以上。城市污泥處理問題已經(jīng)對(duì)各地的污水處理廠帶來越來越大的壓力。如何科學(xué)合理的對(duì)市政污泥進(jìn)行處理，已經(jīng)成為當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域中一個(gè)研究熱點(diǎn)，受到了越來越多人們的關(guān)注。當(dāng)前，城市污泥處理的方法主要有無害化填埋、污泥焚燒、污泥建材利用等。其中，污泥的焚燒具有減量化與無害化等特點(diǎn)，為當(dāng)前城市污泥處理的主流方法，但污泥的直接焚燒因?yàn)槲勰啾旧淼臒嶂挡桓咔液写罅克值仍?，?dǎo)致焚燒時(shí)需要添加大量煤或天然氣等化石能源，所以受到環(huán)保政策的影響，項(xiàng)目難以落地。本文針對(duì)污泥的分離與焚燒工藝進(jìn)行了研究，通過將污泥進(jìn)行預(yù)處理，使污泥在高干脫水后，污泥中的大部分水利用機(jī)械脫水去除，從而使污泥在干化焚燒階段實(shí)現(xiàn)了熱能平衡，且不需要再添加其他外加能源，為完善各個(gè)工藝處理流程提供了重要參考。
1 污泥的分離工藝研究
1.1 污泥的初步濃縮工藝分析
污泥的形態(tài)介于液體和固體之間，含水量較高。為了獲得可以進(jìn)行有效處理的污泥，首先需要對(duì)污泥進(jìn)行濃縮。當(dāng)前，主要的污泥初步分離方法包括重力沉降法、離心法、機(jī)械法等，其中應(yīng)用較廣泛的方法為重力沉降。重力沉降法是依靠污泥中固體物質(zhì)自身的重力作用來實(shí)現(xiàn)污泥于水初步分離的。重力沉降法通常是在沉淀池中進(jìn)行的，在沉淀池中，通過增加污泥的沉淀時(shí)間，可有效去除污泥中可分離水。研究數(shù)據(jù)表明，沉淀池中污泥的平均密度約為1.02～1.03，污泥中固體物質(zhì)的平均密度約為1.3～1.5，因此，在沉淀池中很容易進(jìn)行重力沉降。
1.2 污泥的分離工藝分析
由于污泥中含有大量的親水性物質(zhì)，即使經(jīng)過沉降，污泥中的含水量仍然高達(dá)95%以上，因此，還需要進(jìn)一步的機(jī)械脫水，實(shí)現(xiàn)污泥與水的分離。
1.2.1 機(jī)械脫水前的預(yù)處理
預(yù)處理的目的是為了提高機(jī)械對(duì)污泥的脫水效率和泥餅的含水率。污水處理廠通常采用化學(xué)工藝進(jìn)行污泥的預(yù)處理，即向污泥中添加各類凝固劑、脫水劑等化學(xué)物質(zhì)，使污泥中的親水物質(zhì)凝固，以利于機(jī)械脫水。常用的凝固劑和脫水機(jī)可分為鋁鹽、鐵鹽等無機(jī)鹽凝固劑、脫水劑和聚丙烯酞胺（CPAM）、聚酞胺等有機(jī)高分子凝固劑、脫水劑。這兩類凝固劑、脫水劑都有較好的脫水作用，但在相同脫水效果的情況下，無機(jī)鹽凝固劑、脫水劑用量大，成本高，且具有一定的腐蝕性。而通過預(yù)處理將污泥的菌膠團(tuán)進(jìn)行破碎，使污泥失去粘性，也就降低了污泥的親水性，在此基礎(chǔ)上，便可以通過添加少量有機(jī)絮凝劑即可達(dá)到污泥高干脫水的目的，減少了無機(jī)絮凝劑的使用，使得污泥熱值得到了保證，確保后續(xù)干化焚燒工藝段的熱能平衡。
1.2.2 污泥的脫水
當(dāng)前，用于污泥脫水的機(jī)械主要包括箱式壓濾機(jī)、帶式過濾、隔膜式壓濾機(jī)和板框壓濾機(jī)等。這些機(jī)械的原理都是對(duì)污泥施加一個(gè)力，將污泥中的水強(qiáng)制從濾網(wǎng)中滲析出來，從而達(dá)到污泥脫水分離的目的。其中又以帶式壓濾機(jī)的應(yīng)用較為廣泛。在帶式壓濾機(jī)中，污泥夾在上、下兩條濾帶之間，依次經(jīng)過壓榨輥時(shí)，上、下兩條濾帶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逐漸變大的張力，污泥在脫水的過程中受到的擠壓力越來越高，從而逐漸脫出水分。而普通的帶式壓濾機(jī)在沒有預(yù)處理的情況下，只能將污泥含水率降低至85%左右，無法再進(jìn)一步降低，而污泥經(jīng)過預(yù)處理后，并配合使用鋼帶式壓濾機(jī)，此種壓濾機(jī)相比較于普通帶式機(jī)，在網(wǎng)帶外側(cè)增加了鋼帶，可使壓濾壓力增高，預(yù)處理后的污泥經(jīng)過超高壓機(jī)械脫水后，含水量會(huì)降至60%左右，形成污泥塊，為污泥的進(jìn)一步處理創(chuàng)造了條件。
1.3 污泥的干化工藝分析
污泥的干化過程就是通過熱能將污泥中的水分汽化的過程。城市污泥屬于高濕、高粘度的物質(zhì)，很難通過簡單的加熱來實(shí)現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)具有操作簡單、能耗低、干化效率高等特點(diǎn)，通常被用來進(jìn)行城市污泥的干化處理。其原理是，污泥在機(jī)器自帶的略帶傾斜且能回轉(zhuǎn)的圓筒體中來回轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下不斷從高處向低處運(yùn)動(dòng)，同時(shí)圓筒內(nèi)的揚(yáng)料板不斷將低處的污泥顆粒揚(yáng)起、灑落，使污泥與圓筒內(nèi)的煙氣充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)污泥徹底的干化。
2 污泥焚燒工藝研究
2.1 污泥的焚燒
通過污泥焚燒工藝，污泥中的有機(jī)物質(zhì)可以在一定的燃燒條件下發(fā)生完全的燃燒反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的氣態(tài)物質(zhì)。同時(shí)無機(jī)物轉(zhuǎn)化為爐渣，從而實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化處理。在污泥的焚燒過程中，污泥中的碳和氫會(huì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳和水。
由此可見，在污泥焚燒的過程中，有機(jī)物主要產(chǎn)生的物質(zhì)為二氧化碳、水和氮?dú)猓@些物質(zhì)都不會(huì)危害環(huán)境，無機(jī)物轉(zhuǎn)換為濾渣，爐渣為無異味的灰燼，主要成分為各種無機(jī)鹽和重金屬，這部分重金屬是影響環(huán)境的主要物質(zhì)，需要妥善處理。
2.2 影響污泥焚燒的因素
污泥在焚燒過程中，會(huì)受到多種因素影響，如焚燒時(shí)間、焚燒溫度、供氧量等。
2.2.1 焚燒時(shí)間與溫度
污泥中的有機(jī)物質(zhì)需要充足的燃燒時(shí)間才能充分燃燒。因此，需要對(duì)焚燒爐的容積尺寸進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。通常情況下，當(dāng)焚燒爐中的氣相溫度在800～850℃時(shí)，污泥只需在此溫度區(qū)間停留2s，即可較充分燃燒，殘留物較少。但是，污泥中仍含有一些耐高溫的有機(jī)物質(zhì)，要想實(shí)現(xiàn)其完全焚燒，氣相溫度至少要達(dá)到1100℃，且污泥在此溫度區(qū)間也需停留2s。污泥的焚燒時(shí)間還與污泥顆粒的粒徑有關(guān)，若污泥顆粒的粒徑較大，需適當(dāng)增加焚燒時(shí)間。
焚燒溫度越高，污泥焚燒的速度就越快，但焚燒溫度并非越高越好，若焚燒溫度過高，不但會(huì)增加耗氧量，同時(shí)會(huì)增加污泥中的重金屬物質(zhì)的揮發(fā)量，從而引起二次污染。因此，在污泥焚燒的過程中，釋放能量的速率必須高于散熱的速率才能保證焚燒過程的順利進(jìn)行。在一定的范圍內(nèi)，溫度越高，焚燒的速度越快，焚燒爐中污泥的停留時(shí)間就越短，此時(shí)焚燒速度受到溫度升高的影響較小，氣相溫度升高300℃，污泥在焚燒爐中的停留時(shí)間僅降低2%；而在溫度較低的情況下，焚燒速度受到溫度升高的影響較大，此時(shí)若溫度升高300℃，則污泥停留的時(shí)間可減少40%，因此，選擇合適的焚燒溫度至關(guān)重要。
2.2.2 供氧量系數(shù)
供氧量系數(shù)指的是實(shí)際供氧量影響與理論供氧量之間的比值，其公式為：a=V/V0。
其中，a是供氧量過量系數(shù)，V為實(shí)際供氧量，V0為理論供氧量。
污泥在焚燒過程中需要大量的氧氣，為了保證污泥徹底焚燒，需要向焚燒爐中鼓入足夠的氧氣，氧氣含量越高，焚燒速度就越快。因此，供氧量系數(shù)對(duì)污泥的焚燒過程至關(guān)重要。適當(dāng)過量的氧氣是污泥能夠充分焚燒的必要條件。設(shè)定合理的供氧量系數(shù)，既能為污泥與氧氣的充分接觸創(chuàng)造條件，又能降低污泥的干燥時(shí)間和焚燒時(shí)間。但是供氧量系數(shù)并非越大越好，供氧量系數(shù)過大，會(huì)增加煙氣的排放量。因此，必須控制好污泥焚燒過程中的供氧量系數(shù)。
3 結(jié)束語
污泥分離與焚燒工藝是當(dāng)代市政污水處理廠中不可缺少的工藝，由于其具有減量化，無害化等特點(diǎn)，已經(jīng)成為市政污泥處理的關(guān)鍵技術(shù)。本文重點(diǎn)分析了污泥的分離工藝和焚燒工藝，指出，污泥的分離工藝能夠?qū)⑽勰鄰乃蟹蛛x出來，得到干化的污泥。污泥焚燒工藝能夠使污泥中充分焚燒，轉(zhuǎn)變成對(duì)環(huán)境無危害的物質(zhì)和少量無機(jī)鹽。并對(duì)影響污泥焚燒過程的因素進(jìn)行了重點(diǎn)分析，為市政污泥全面無害化，資源化處理提供了重要參考。
