1、中山大学硕士学位论文I2t/d 市政生活污泥干化设计方案中山大学硕士学位论文1第一 绪论1.1 市政污泥处理工艺的发展和现状 早在 20 世纪 40 年代，日本和欧美等国家开始将干化技术用于对污泥的处理，经过几十年的发展，污泥干化技术的优点正逐渐显现出来。干化后的污泥显著减少容积；形成颗粒或粉状稳定产品，污泥性状大大改善；使干化后的污泥更易被后续处理；而其产品具有多种用途，如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。所以无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化处理都是重要的一步。 污泥的干化分为全干化和半干化两种方式，其中全干化是将含水率大约 80脱水污泥干燥到含水率 10%左右，而半干化是将含水
2、率大约 80脱水污泥干燥到含水率40%左右。同全干化处理方式相比较，半干化方式投资和运行费用相对较低，系统运行安全可靠，干化过程中产品的含水率可以根据需要进行调整，干化后的产品用途较广。根据调研资料，市政生活污泥含水率一般在 75%80%，污泥呈半固态，需干化脱水后再进行下一步处理。污泥干化常规方法主要有自然干化、热力干化、高干脱水等。 第二章 污泥干化工艺介绍及选择自然干化 自然干化是指将污泥摊铺晾晒于具有自然滤层或人工滤层的干化场中，借助自然力和介质（如太阳能、风能和空气） ，使得污泥中的水分因周边空气的蒸汽压的不同而形成从内向外的迁移（蒸发） 。该方法适用于气候比较干燥、占地不紧张以及环
3、境卫生条件允许的地区。由于气候条件（降雨量、蒸发量、相对密度、风速、年冰冻期）起着至关重要的作用，我国南方大多数具有多雨潮湿季节的地区难以适用。此外随着工业化、城市化的高速发展，很多北方的大中型发达城市也已难找到适当的土地。 自然干化的周期长（根据气候条件差异极大） ，可以采用频繁机械搅拌和翻到工艺的强化自然干化来缩短周期；但占地面积大，臭气污染严重等问题的存在，仍以处理小规模经过厌氧消化的脱水污泥为佳。 2.2 热干化 污泥的大规模、工业化处理工艺中最常见的是热干化工艺。事实上，通常人们所讨论的“干化”多数是指热干化。热干化中山大学硕士学位论文2是指利用燃烧化石燃料所产生的热量或工业余热、废
4、热，通过专门的工艺和设备，使污泥失去部分或大部分水分的过程。这一过程具有处理时间短、占用场地小、处理能力大、减量率高、卫生化程度高、外部因素影响小（如气候、污泥性质等） 、最终处臵适用性好和灵活性高等优点。 污泥热力干化工艺通常有半干化（含水率不高于 40%）和全干化（含水率低于20%）两种，热干化工艺一般仅用脱水污泥，主要技术性能指标（以单机升水蒸发量计）为：热能消耗 29404200KJ/kgH2O，电能消耗 0.040.90KW kgH2O。污泥含水率55%65%时，热值为 4.86.5MJ/kg，可自持燃烧，这样不会受电厂热负荷的影响，真正达到无害化处理效果。 但热力干化的缺点在于初建
5、投资大，具有一定的运行风险，采用化石燃料提供热能的成本因燃料价格而相对较高。因此，对于人口密集、土地资源紧张的大中型城市污水厂来说，热力干化成为一种首先的减量化工具。 2.3 高干脱水 高干脱水一般是指采用化学和物理的综合方法对污泥颗粒进行表面化学改性，使其颗粒表面的水和毛细孔道中的束搏水使其成为自由水，然后通过高强度机械压滤析出达到高干的目的。一般污泥是通过加药改性和机械压滤方式把含水率从 80%左右降低至 50%以下，干化后的污泥或填埋或送至燃煤电厂或垃圾电厂与燃煤或生活垃圾混合焚烧发电。 该技术是从机理、药剂、机械进行匹配。其中所加药剂不仅可以通过螯合作用除去水中的金属离子，还可以通过电
6、中和作用、氢键作用和架桥作用将水中的微粒凝聚成较大的絮体而聚沉下来。因此，药剂中主要起吸附作用的改性固体无机药剂与主要起架桥作用的有机高分子药剂相互协同互补。药剂中的无机成分对污泥微粒进行吸附聚沉，其成分中存在着可交换的水合阳离子(如 Ca2+、Na+、K+)和层间水等,这种结构特点就决定了它在垂直层面方向上有可膨胀性和较大的内、外表面积,使其具有较强的吸附性能和阳离子交换性能, 因而对水中微粒和金属阳离子均有一定的吸附性，而其纳米级的粒径使其外表面积变大、吸附性能得到很大提高,药剂中还加入微量交联剂后使其层间域进一步开放、撑大,使其吸附范围进一步扩大。污泥加药后，泥中的胶体结构因加药发生化学
7、反应，在胶核上形成结晶和长大，吸附水转化为结晶结构水，结晶结构形成后即实现了生活污水污泥的固态化。这种固态化的过程是不可逆的过程从而保证了改性后污泥不致二次污泥化并且污泥形成晶中山大学硕士学位论文3体结构后，其所含水分可被迅速分离蒸发。改性后的污泥以 0.61.0MPa 的输送压力送入本污泥脱水机的多块滤板之间的空隙内，在污泥输送至滤板之间的空隙内过程中，即有部分水分被滤出，输送结束后，关闭本污泥脱水机的进泥阀门，启动本污泥脱水机的高压油泵，由高压油泵提供2530MPa 的压力使滤板之间空隙内的污泥再次压滤，得到含水率为 50%以下的半干泥饼。高压油泵提供的压力传递到滤板上，使滤板的压力从 1
8、.05.0MPa 逐步升高，使滤板之间的污泥再次压滤脱水。 高干脱水技术从污泥含水分的赋存状态入手，根据物化性分段对应，按其物性，各得其所。具有学科交叉，技术嫁接的创新特点，但新增设备多、工艺复杂、工程投资大，且改性药剂会提高污泥重金属含量，虽然生活污水重金属含量比较低，但也会增加环境风险。 2.4 工艺选择2.41 干化工艺选择以下将从技术可靠性、工程投资、工程成本等方面对上述三种工艺进行比较。（如表 1）技术可靠性 占地和投资 实施难度 处臵成本 自然干化利用太阳能和风力自然干化，技术可靠占地面积大，工程投资较小自然干化周期长，干化效果差，实施难度大约 50 元/吨，成本低热力干化利用外热
9、干化，可利用厂内蒸汽干化，技术可靠工程投资较小，占地面积小利用厂内蒸汽干化，无需自备热源，实施难度小约 150元/吨，成本较低高干脱水污泥改性后高干脱水，技术处于中试研究阶段，应用较少，可靠性需进一步验证设备多、工程投资大，占地面积小需要研究改性药剂配方，进行小试实验，实施难度较大 约 200元/吨，成本较高（表 1）根据上述三种干化工艺比较，本项目污泥处理量有限（2t/d） ，采用自然干化工艺的话，虽然场地不需要太大，投资小但处理时间过长，容易对周边环境产生不利影响，可采用热力干化对污泥进行干燥处理，一次性投资较小，干化效果好，且成本较低，厂内封闭管理，不易对环境产生不利中山大学硕士学位论文
10、4影响；而采用高干脱水，由于投加药剂处理污泥，有可能增加环境风险，同时成本较高，实施难度大。因此，本方案推荐热力干化工艺。 2.42 热干化工艺选择 热力干化常见的工艺主要包括：直接加热干化，间接加热干化，太阳能干化等工艺。 （如表 2）工艺设备 优点 缺点 适用条件鼓式干化机运转可靠，操作弹性大，适应性强，处理能力大设备庞大，污泥停留时间长，能耗大，热效率低，尾气量大，后续处理量大冶金，建材，化工直接加热干化带式干化机操作灵活，可靠性高，无扬尘，劳动条件较好灰尘易堆积，会导致故障，不适合污泥半干化使用精密化学，食品工业转盘式干化机热效率高，处理过程蒸汽臭味不泄露，尾气处理简单，处理过含氧量少
11、，发爆炸几率低污泥处理后呈粉状，须进行除尘处理才可排放化学食品饲料等工业间接加热干化桨叶式干化机加热方式灵活，蒸汽或者导热油都可，蒸汽加热，热轴结构相对简单，需要外加锅炉，污泥处理后呈粉状，储存使用不方便，注意粉尘处理防止爆炸。小型污水厂（表 2）由于本项目处理量比较小，间接加热工艺运用比较广泛也适合本项目实际情况。间接加热工艺中应用的转盘式干燥机，热效率达到 95%，保证了系统的热量平衡。尾气处理设备相对节省，同时蒸汽和臭味封闭不外泄，环境影响小，辅助空气量少，还可避免粉尘爆炸。 因此本项目选择转盘式干化工艺。 三三三 工艺流程及设备3.1 工艺流程污水处理厂的市政污泥进入污泥储仓，污泥的含
12、水率在 80%左右。通过输送机构送入污泥干燥机进行半干化处理，半干化后的污泥含水率在 40%左右。由于高湿物料遇高温时，产生大量的废气；在系统中增加了废气处理工艺，将废气引入烟气净化设备，经旋风除尘、喷淋洗涤进行尾气处理后 15m 高空达标排放。(如图 1)中山大学硕士学位论文5(图 1)3.1.1 废料供应系统 经过初期脱水处理的污泥饼（含水80%）由污水处理厂的脱水车间运送至卸料坑，再通过传送带或螺旋输送机被输送到污泥贮存罐中。为了监测输送量，各输送线可根据具体情况设计安装皮带秤或计量螺旋。污泥储存罐可以保证难流动的脱水污泥的储存方便卸出，防止污泥架桥现象的发生；能够精确的配量出料。料仓结
13、构简单，能充分利用空间，同时密封性好。卸料坑、贮存罐设有污泥排出装置，该装置与提升系统采用联合液压动力单元驱动，便于连锁控制。3.1.2 污泥干化系统 污泥半干化通过转盘式干燥机完成，机械脱水污泥由干燥机一端进入，干燥机以蒸汽为热源通过卧式转盘间接加热，随着其中水分的蒸发，物料被转子上的斜插板推送至另一端并从干燥机底部出口阀排出。干燥机内保持适当的负压，防止臭气外溢。转盘式干燥机主要是由定子(外壳)，转子(转盘)和驱动装置组成。干燥机的转子采用中空轴，轴内部与每个转盘内腔连通蒸汽。通过轴承与定子端板相连。中空轴与蒸汽和冷凝水管道连接。 转盘式干燥机通过金属表面接触进行间接式热传递，干燥机与螺旋
14、输送机外表面可采用保温隔热材料防烫保温，总热效率高达 95。 采用低温热源（ 150） 、低氧（0.4O 2）等有利参数选择，防止污泥在干燥过程中发生自燃、爆炸等情况。 半干化热处理的污泥，在机内 100以上温度逗留 1 小时，符合食品杀菌消毒标准。 干燥机的空气量由阀门来控制，利用这少量空气把从污泥蒸发出来的水份带走，防止蒸汽在干燥机内部冷凝液化，从而预防腐蚀干燥机。通过蒸汽压力的调节，可以改变蒸发能力，通过改变干燥机的填料状况，可以达到调节导热面积的目的，由中山大学硕士学位论文6进料螺旋输送量确定进料量，干燥机本身有过载保护。 干燥机正常运行期间，仅需对设备进行微调，调节可通过中控室的 P
15、LC 控制系统来完成。 污泥中的水份以蒸汽的形式被收集在干燥机蒸汽拱顶中，然后排出去。干燥机中的最低压 5-10 mm 水柱，通过离心抽风机马达的频率调控来实现。 冷凝液化器从上部喷下冷水（20） ，将蒸汽冷凝液化。液化水（40）从冷凝液化器的底部排出，送入污水厂处理。 3.1.3 废气处理系统 旋风分离器 转盘式干燥机废气出口设一套旋风分离器，分离废气带出的粉尘，除尘效率一般在 90%，收集的粉尘直接与干化污泥进行混合作为处理后出泥。 主要参数说明： 设备尺寸：12003500主体尺寸：12001800 关风机：9L 1.5KW 除尘效率：5um 75%，5um 90% 过滤风速：9-11m
16、/s 喷淋洗涤塔 本设计喷淋洗涤塔采用直立逆流式洗涤吸塔，在洗涤塔的喷淋系统上层有一气液分离装臵，该分离装臵是将吸收液分离下来，阻塞进入风机系统。 洗涤吸收液循环装臵由循环泵、不堵塞喷嘴、喷管、循环水箱、固液分离器、压力表等组件组成。洗涤吸收液循环系统设计时考虑到了布水的均匀及水体污染颗粒的存在。管道上安装了固液分离器及采用不易堵塞、拆装方便的螺旋喷嘴。洗涤吸收液循环装臵由电控柜控制运行。合上循环泵运行安钮，循环泵运转。循环水箱的中和液通过循环泵、固液分离器、喷管、不堵塞喷嘴、再到循环水箱，实现了中和液和氧化液的不间断循环运行。 喷淋洗涤塔每级循环水箱装有补水电磁阀、自动液位浮球阀一个。补水电
17、磁阀受自动液位仪控制，当液位处于低位时，自动液位仪给补水电磁阀信号，补水电磁阀打开，向循环水箱补水。当液位元处于高位时，自动液位仪给补水电磁阀信号，补水电磁阀关闭，停止补水。并有独立的废液排放系统。每个系统排污口、球阀。循环水箱的循环液循环一定时间后需要排放。 喷淋洗涤塔主体组成如下： 处理风量：25000 Nm 3/h 型式：直立逆流式洗涤塔 数量：1 套 材质：聚丙烯- PP，防腐 厚度：12mm 主体部分：循环水槽、过滤装臵、填充层、除水层、检修窗口等 PVC 喷淋系统：循环水泵、洒水管道、螺旋防堵喷嘴、水位控制阀及开关配套设备： 中山大学硕士学位论文7引风机 1 台，型号 FAN-SY
18、-YS-030，材质FRP，功率 18.5Kw 静压：140MMAQ 1400PA。 填充材料： 填充洗涤层：填充物系采用特拉瑞德(TELLERETTE PACKING No.2-K TYPE)。其材质为 PP 制，空隙率 95%，对气流阻力小，表面积 (94M 2/M3)，其内部压力损失为20mmAq，均有螺旋喷嘴型式非阻塞型，其材质为(PP)。 除雾层：去除效率(10microns)达 99%以上，采用特拉瑞德(TELLERETTE PACKING No.1-R TYPE)其材质为 PP。 填充支撑栅板材质为 PP。 喷淋洗涤塔主要技术指标 型式：逆流式 规格尺寸：3000*5500mm
19、dn=900mm 材质 PP 材质，壁厚 12mm ，处理能力30000Nm3/h 塔内汽流速度 1-1.2m/s， 烟囱流速 10-12m/s 耗水量 循环水(每小时补水 0.05t) 最高操作溫度 50 循环水泵 N=4kW H=25m 2 台 1 用 1 备 循环水量 35m3/h烟囱 排放烟囱高度根据国家标准，确定排放烟囱的高度设定为 15 米，内部防腐。第四章 安全事项由于污泥是一种超细的高有机质粉末，干燥蒸发使得颗粒表面留下大量空洞和孔隙，因而具有极高的比表面积。当污泥粉尘积聚到一定的浓度，在助燃空气和点燃能量等条件具备的条件下，发生强烈的氧化，氧化释放出热量，可能会导致粉尘爆炸，
20、焖燃，燃烧，自燃等安全事故发生，导致设备或管线的变形、损坏乃至不可恢复的破坏。因此，项目运行需要极高的安全措施，来预防安全事故的发生。理论上的预防性措施有以下几个： （1）避免爆炸性气体进入；阻止污染物进入干燥器中，例如：甲烷、汽油和柴油液滴、化工污染源等。（2）在经济允许的程度上，使用惰性气体系统，降低含氧量。有各种措施来确保惰性气体工况，如全氮气、全蒸汽干燥回路等。仅对有些工艺可行，但可能导致运行成本的增加。 （3）避免一切火源；去除诸如含铁物质、金属，石块等会产生火花的潜在火源，尽可能避免焖燃产生的火源。 （4）严密监测进料含固率，杜绝一切非正常混料的可能性；比如因紧急停车导致的各种不同半干产品单独管理，进场污泥的分别储存等。中山大学硕士学位论文8参考文献1 陈君宏.污泥干化基础知识与工艺选型原则http:/ 2 丁敏.朱小玲.污泥干化焚烧系统安全性评价能源技术与管理，2012 年第 1 期4 蒋建华固体废弃物处置与资源化化学工业出版社北京 2007.125 余杰.田宁宁.王凯军.我国污泥处理处置技术政策探讨J中国给排水2005.8(21):84-876王雁河.张书廷.剩余污泥干化技术的研究进展与发展方向. J污染防治技术，2007,20(3):51-53中山大学硕士学位论文2
