关于市政污泥干化几种工艺路线的介绍

2020-09-08徐效灿周汝宏宁文超

应用能源技术 2020年8期

徐效灿，李强，章丹，周汝宏，宁文超

(浙江富春江环保热电股份有限公司，杭州 311400)

0 引言

由于污泥中含有大量的污染物质，如重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物及臭气等。如不进行无害化处理，必将对周边环境，及周边居民的生产生活带来巨大影响，以焚烧为核心的污泥处理技术是最彻底的污泥专业化处理方法。它可以使污泥中有机物全部碳化、病原体烧死，可以对含有重金属或化学污染物的污泥实现完全的惰性化处理，可最大限度减少污染，且焚烧后产生的焚烧灰可以用做改良土壤、制作建材等。

几种污泥处理工艺的特点：

1 热干化处理工艺

污泥干化根据热媒是否与污泥直接接触可分为二类：一类是用烟气(热风)直接进行干化；另一类是用蒸汽-热风或导热油-热风等热介质进行间接干化。目前采用较多的、比较典型的污泥热干化工艺有流化床干化工艺、带式干化工艺、涡轮薄层干化工艺、转鼓干化工艺、圆盘式干化工艺、桨叶式干化工艺等。下面对已经开发并被广泛且有成功运行经验的成套污泥干化系统设备做概括性介绍。

1.1 烟气(热风)直接进行干化

1.1.1 流化床工艺

湿料仓里的污泥在往返滑架作用下落到输送皮带上，运至干燥室前螺旋湿料仓(如图1所示)，再通过螺旋给料机输送至流化床下部风箱，同时将热烟气送入流化床内。颗粒在床内流态化并混合，通过热烟气不断地流过物料层，达到干燥的目的。干污泥物料收集后通过输送绞龙到干污泥仓，再通过管道以气力输送到炉膛达到焚烧的目的(如图2所示)。

图1为湿污泥仓适合含水率60%以下的湿污泥，移动滑架辅助污泥下料，采用皮带输送故障率低；并且经过皮带的输送的污泥不易粘结，易于水分蒸发析出，适合各类污泥烘干的距离输送，节省能耗。

图2为流化床烘干工艺图，湿污泥通过螺旋给料机进入流化床内，与流化风机吹入的热烟气混合流化换热。被烘干的细颗粒在干燥风机的作用下进入布袋清灰仓，干灰经过喷吹后落到灰斗里，干灰含水率波动较大，和系统出力成反比，再经过螺旋输送机及罗茨风机输送到炉膛燃烧。

流化床污泥干燥工艺内的污泥始终流化状态，对设备的磨损非常大，干灰下料、输送也易于磨损和堵塞，特别干污泥输送管道更易于堵塞。另外，流化床处于正压工作区，不易密封热烟气及粉尘时有漏泄，对现场工作环境影响比较大。

1.1.2 带式污泥低温干燥机

湿污泥经造粒后进入污泥低温型干化机，设备内设置有污泥分布器使污泥在输送履带上均匀分布，污泥在履带上行走的同时被循环干燥热空气带走水分，实现污泥干化；空气带走污泥中的水分，在冷凝器处将携带的水分冷凝下来，冷凝液排出设备，冷凝脱水后的空气经过加热器升温再进入污泥中，依次循环；加热器可根据现场条件选择烟气加热、蒸汽加热或热泵加热等方式。

这种污泥处理量受场地影响较大，一般每小时20～30 t左右，加热器成本较高，热源要求不高，烘干污泥含水率控制比较简单，适合中小量污泥干化项目。工艺流程如(如图3所示)。

1.2 蒸汽间接换热干化

湿污泥与热介质进行间接干化。目前采用较多的、比较典型的污泥热干化工艺有涡轮薄层干化工艺、圆盘式干化工艺、桨叶式干化工艺等。下面对已经开发并被广泛且有成功运行经验的成套污泥干化系统设备做概括性介绍。

1.2.1 涡轮薄层干化装置

涡轮薄层干化工艺属于间接干化工艺。其主要设备有热源系统、涡轮薄层干燥器、颗粒冷却器、袋式除尘器、工艺风机、涡轮洗涤冷凝器、汽水分离器、热油/空气热交换器、湿污泥仓、干污泥料仓、污泥输送装置及生物除臭器等。其工艺过程是，含水率80%的脱水污泥被送至水平的涡轮薄层干燥器圆柱形干燥器中，干燥器由内外二个同心圆筒组成，内外筒隙充满循环热介质，干燥器内筒是高温热空气，如图4所示。

脱水污泥由污泥泵输入薄层干燥机中，被高速旋转的转子带动，污泥不断地被离心力抛撒到定子的内壁上又刮下来，反反复复形成厚度只3～5 mm的薄层进行干燥。同时，污泥被转子上的桨叶所推动，从干燥机的进料侧向出料侧连续移动，污泥在干燥机中的停留时间约1分钟左右。少量的循环工艺气体与污泥逆向流动，将干燥机中蒸发出的水蒸汽带出，并对污泥降温，保持出口处的干污泥以较低粉尘含量的颗粒状排出。在干燥过程中，脱水污泥依靠热媒的传热和工艺气体的传热，一次性连续完成污泥的干燥过程。干燥机中的温度一般90～95℃之间，而干燥后的污泥温度低于90 ℃，呈均匀颗粒状，形状与干污泥的含固率相关。干污泥颗粒再经过冷却装置进一步冷却后，送进干污泥料仓。工艺气体携带的水蒸汽从湿污泥入口侧排出薄层干燥机，由于气体量少、流速低，仅带出极少量的粉尘；通过冷凝洗涤塔将气体中的水蒸汽冷凝，并把粉尘洗涤下来，由工艺风机加压后大部分循环使用。只有少部分气体(约5%～10%)抽出去，使系统保持微负压避免臭气外逸。

1.2.2 圆盘式干化工艺

圆盘式干化机设计紧凑、驱动功率小、传热面积大，使设备占地与厂房空间与传统双轴型、与多轴型桨叶式干化机相比较小，可降低投资、运行成本等，如图5所示。

卧式圆盘污泥干化机具有良好的适应性：(1)采用蒸汽作为干化热源，工作安全，工艺成熟。蒸汽与污泥不接触，蒸汽冷凝后可回用，充分节约能源；(2)设置空气补给口使尾气排放更加顺畅，系统负荷变小；(3)可靠性高，适用于处理大量的污泥；(4)运行时氧含量、温度和粉尘量低，安全性好；(5)卧式圆盘干化机每个竖立圆盘的左右两面传热，传热面积大，结构紧凑，外形尺寸小；(6)辅助设备少，系统简单；(7)干化机内部污泥为湿污泥，为防止污泥粘结在转碟上，在外壳内壁有固定的较长刮刀，伸到转碟之间的空隙，起到搅拌污泥、清洁盘面的作用；(8)采用低温热源(≤180℃)加热，圆盘上的污泥在停车时不会过热；(9)所需辅助空气少，尾气处理设备小。缺点是：(1)臭气产生量较大，车间必须保持微负压；(2)臭气处置基本上以风机送入锅炉炉膛焚烧为主，厂用电有所上升。

圆盘式干化机是最早用于污泥干化的干化机，在北仑电厂、嘉兴电厂、嘉兴新嘉爱斯电厂、宁波明州热电、湖州南太湖热电、宜兴国信协联电厂等多个项目中得以应用，其工艺成熟、故障点少、维护和检修方便。

1.2.3 桨叶式干化工艺

桨叶式蒸汽干化机是间接式干化机，干化机如图6所示。其运行原理是：蒸汽被输送到旋转轴内腔内作为热源用来间接加热污泥。带有桨叶的旋转轴推动进入干化机的污泥从干化机进口至出口方向运动并把块状的污泥破碎。污泥中的水份通过蒸汽的加热蒸发，蒸发掉的水蒸汽被干化机内的循环气体带走。同时，经过干化后的污泥在干化机末端排出。

桨叶式干化法结构简单、紧凑，但由于对污泥采用干态输送，容易造成污泥结块，或粘结在桨叶上影响传热，导致热效率下降。由于物料在干化过程中，需要使物料从干化机的进口端移至干化机出口端，才能完成传热干化过程，而物料在加料及推移时易抱团结块，推动阻力增加。

桨叶式干化机的缺点：(1)干燥器清空存在难度；(2)运行中容易产生粉尘，安全风险增大；(3)针对高含砂量污泥存在磨损风险；(4)换热面容易结垢。

污泥在桨叶式干燥机内是从25%含固率一直干化至90%，其中跨越了45%～60%含固率粘滞区，其跨越粘滞区的“法宝”是反向旋转的桨叶所产生的自清洗作用，其没有换热面的机械强制更新(刮削)，如果不进行返混，其污泥很容易粘在换热面上，其靠桨叶的反向旋转是无法清除的。鉴于以上种种原因，类似绍兴中环、宁波明州热电等较早采用桨叶式干化技术的企业，在二期扩建时均改用稳定性更高的圆盘式干化技术。

2 板框式压滤机压榨工艺

板框式压滤机的工作流程:压紧滤板:压紧油缸(或者其它的压紧机构)工作，使动板向定板方向移动，把两者之间的滤板压紧。在相邻的滤板问构成封闭的滤室。压滤过程:给料泵(隔膜泵)将矿浆输送到滤室里，充满后，压滤开始，借助压力泵或压缩空气的压力，进行固液分离。松开滤板:利用拉开装置将滤板按设定的方式、设定的次序拉开。滤板卸料:拉开装置相继拉开滤板后，滤饼借助自重脱落，由下部的运输机运走，如图7所示。

板框式压滤机的优点是:结构较简单，操作容易，运行稳定，保养方便;过滤面积选择范围灵活;对物料适应性强，适用于各种中小型污泥脱水处理的场合。不足之处在于，滤框给料口容易堵塞，滤饼不易取出，不能连续运行，处理量小，普通材质方板不耐压、易破板，滤布消耗大，板框很难做到无人值守，滤布常常需要人工清理，尤其是污泥压榨水处理量较大。该工艺适合与污水处理厂合作，污泥压榨出来的废水返回至污水处理厂处理，老式板框式压滤机污泥压榨后含水率在60%左右，现在市场上超高压压滤机在深度脱水后含水率可以降至50%左右。板框式压滤机在浙江富春环保热电、清园生态热电等多个项目中得以应用，其工艺成熟、安全性好、运行稳定、检修方便。