薄层干化技术在含油污泥处置中的应用

2021-12-02王争刚

安徽化工 2021年6期

王争刚

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

近年来，随着工业化快速发展，我国每年石油化工等行业产生的污泥总量已超过500余万吨，并且产量呈现逐年增加的趋势。含油污泥来源主要有三种途径：原油开车、油田集输过程、炼油厂污水处理场。

含油污泥的成份非常复杂，其含有大量老化原油、固体悬浮物、盐类、细菌、腐蚀产物等，还含有在生产过程中加入的大量水处理剂。含油污泥是一种极其稳定的悬浮状溶液体系，含有硫化物、苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒有害物质，其所含的某些烃类物质具有致癌、致畸、致突变作用。除此之外，含油污泥含有铜、锌、铬、汞等重金属，难降解有机物及生物病原菌等，若直接排放会污染土壤、水体、植被和大气，同时造成石油资源的浪费。因而，含油污泥已被列入《国家危险废物名录》中的含油废物类，《国家清洁生产促进法》要求必须对含油污泥进行无害化处理。

目前，通过系统评价含油污泥特性来指导污泥处理方法的相关研究报道非常有限，对比分析含油污泥处理效果缺乏科学依据。通常认为，含油污泥是由油包水（W/O）、水包油（O/W）乳化液及悬浮固体等成分组成的稳定悬浮乳状胶体，具有含水量高、体积大、成分复杂、有害成分多、干燥速率慢、脱水难度大等特点。现阶段，含油污泥处置方法有多种，但从综合利用的技术现状来看，缺少高附加值的深度处理和利用技术，且存在二次污染问题。鉴于污泥干化焚烧处理方式在西方国家已经得到普遍应用和推广，无疑干化焚烧将成为现阶段最主要、最理想的技术处置方案之一。而污泥干化工艺作为减量化、无害化、资源化处理的重要环节，具有重要的意义。

由于含油污泥的特殊性，干化工艺的选择需要综合考虑其安全性、技术适用性、经济适用性、应用推广情况，结合国内外已经投运的含油污泥干化所应用的工艺设备类型，对带式、桨叶式、圆盘式、薄层式这4种污泥干化工艺设备类型进行比选，并结合上述4种干化设备的技术成熟性、系统稳定性、运行安全性、处置环保性及适用广泛性，综合考虑最终采用薄层干化工艺设备。

本文通过介绍薄层干化技术的工作原理，结合工程项目说明薄层干燥技术在含油污泥处理上的优势，供工程设计人员在选择含油污泥干化技术时参考。

1 薄层干化机的工作原理

德国BUSS-SMS-Canzler卧式薄层干化工艺技术具有30多年的应用历史，近年来引进国内市场用于工业污泥、市政污泥处置，在多个工程项目上均有应用。

薄层干化机由带加热层的圆筒形壳体、壳体内转动的转子、转子的驱动装置组成。主要由外壳、单轴转子叶片和驱动装置三大部分组成。外壳体夹套间可注入蒸汽或导热油作为污泥干燥工艺的热媒；内筒壁作为与污泥接触的传热部分，提供主要的换热面积以及形成污泥薄层的载体。转子上由螺栓连接固定有作为涂层、混合和推进用的桨叶，桨叶与内壁间距仅5～10 mm，桨叶可对内壳壁加热表面进行自清洁。进入薄层干化机中的污泥被转子涂布于加热壁表面，转子上的不同规格、不同倾斜角度的桨叶在对加热壁表面的污泥反复翻混的同时向前推进，输送干泥到出泥口。在此过程中，污泥中水分被逐渐蒸发至设定值。污泥在干化机内停留时间为10 min左右，可实现快速启停和排空，对工艺控制反应迅速。

薄层干化工艺分一段法和二段法，一段法工艺仅有薄层干化机，主要是以分离自由水为主的污泥半干化；二段法工艺是在薄层干化机后增加了线性干化机。线性干化机为U型螺旋输送机，通过转轴和U型壳体加热，可有效释放含油污泥中的结合水。在污泥全干化方面，二段法比一段法优势明显。

2 应用实例

2.1 工程概况

某环保企业位于某市经济技术开发区，污泥处置项目建设规模为60 t/d，该项目是以焚烧为目标处置污泥的，系统包括含油污泥干化、焚烧、烟气处理、配套设施等处理设备。本文主要介绍其污泥干化工段。

2.2 含油污泥来源及性质

本项目为污水处理场的含油污泥安全化处置配套项目，含油污泥主要来源于炼油厂隔油池底泥、浮选池浮渣、原油罐底泥等，俗称“三泥”。这些含油污泥组成各异，通常含油率为10%～50%，含水率为40%～90%，同时伴有一定量的固体。污水处理场含油污泥脱水后含水率为80%，由于本项目为工业园区配套污泥处置工程，且接收外来污泥，含油量不稳定，约在2%～25%。因此综合考虑系统设置为两段法污泥干化，一段采用薄层干化，一开一备，减量后共用一台线性干化机。含水率80%含油污泥处置量为2.5 t/h。根据下游焚烧炉燃料配伍要求，实现污泥半干化或全干化，仅通过一段薄层干化含水率为30%，再通过二段线性干化含水率可降低为约10%。

2.3 薄层干化工艺流程

采用薄层干燥处理含油污泥的流程图见图1。

图1 含油污泥干化处理工艺流程Fig.1 Dry treatment process of oily sludge

干化流程主要分为污泥介质流程和废气介质流程。污泥介质流程：湿污泥接收仓+污泥输送螺杆泵+薄层干化机+线性干化机+污泥冷却器；废气介质流程：混合气（污泥接收仓臭气+薄层干化机废气+线性干化机废气）+旋风除尘器+水膜除尘器+引风机+除臭装置。

来自污水处理站含水率80%湿污泥由专用污泥运输车运输至厂内，倾倒入污泥接收仓，仓内污泥经螺旋输送机、螺杆泵变频控制输送至污泥薄层干燥机进行干化处置。干化机内除设有重氮保护装置，还有氧含量、温度检测等安全保护设备，参与系统联锁控制，保证系统安全稳定运行。污泥干燥机通过变频控制转速，调节污泥在干燥机内的停留时间，从而调节干化后干污泥的含水率。在污泥干燥机中，饱和蒸汽通过薄层干燥机外壳夹套和空心转子叶片的金属壁面与湿污泥进行间接换热，将热量传递给污泥干燥机内的湿污泥，饱和蒸汽以冷凝水的形式排出，送入焚烧系统处理后作为余热锅炉上水。一段薄层干化可使含水率约为80%的湿污泥干化成含水率约为30%的半干污泥，如热值达到下游危废焚烧炉配伍要求，再辅助喷入少量天然气，可达到焚烧炉热负荷。如不能达到热值要求，则需要二段式薄层干化，经线性干化后污泥含水率可进一步减量到约5%～15%，具体根据焚烧炉燃料热值要求设定。

含油污泥自干化机排出的废气组成主要为水蒸汽、粉尘、少量氮气和一定量的低沸点挥发性气体，如果直接排放会对环境造成污染。本工程结合焚烧系统综合处置，当焚烧炉正常工作时，干化废气经旋风除尘后与污泥接收仓臭气一同作为焚烧炉一次风焚烧处置；当焚烧炉停工检修时，干化系统载气经旋风后与污泥接收仓臭气一同通过水膜除尘器、冷凝器，不凝性废气经引风机送入除臭系统，处置达标后排放。

薄层干化后的污泥温度较高，设置减温装置降低干化污泥的温度，以减少臭气析出和减小污泥输送过程的危险性。自干化机中产出的热干污泥进入冷却器，通过流动于冷却器壳体内的冷却水进行冷却。污泥经降温至约45℃后，由链斗提升机、分料器、斗式提升机输送至焚烧炉，进行焚烧减量化、无害化处置。干化系统配套有干污泥缓存储仓，当下游焚烧系统停车检修时，污泥通过二段法薄层干化全干化减量至含水率为5%～10%，通过分料器、带式输送机等设备暂存于干污泥储仓；当焚烧系统复运行后，干污泥缓冲仓内物料出料至焚烧系统处置。

含油污泥经焚烧处置后，系统产生的灰渣和炉渣需通过国家固体危险废物鉴别专业机构检测，确认是一般固废的，可作为一般固废填埋，也可综合利用，用于生物炭土、建筑材料、制砖、制纤维板、水泥掺合料等，具有经济效益明显、无处置残留物等优势；确认为危险废物的需进行稳定化固化等安全处置，处理达标后安全填埋。

2.4 薄层干化系统工艺参数

本工程根据污水处理厂污泥量确定了干化系统能力，薄层干化机处理含水率80%湿污泥能力为60 t/d，为保证下游焚烧系统不停炉，设置为一开一备。单台薄层干化机额定蒸发量为1.786 t/h，换热面积为52 m，污泥出口含水率为30%。薄层干化采用的热媒为1.0 MPa饱和蒸汽，单台薄层干化机蒸汽消耗为2.41 t/h。

线性干化机可将薄层干化后的污泥中的水分进一步蒸发，根据污泥产品实际运行需要（启停），最终污泥含水率可达10%。线性干化机处理量为0.714 t/h（含水率30%），额定蒸发量为0.159 t/h，换热面积为48 m，污泥出口含水率为10%。采用饱和蒸汽参数同薄层干化用蒸汽。单台线性干化机蒸汽消耗为0.235 t/h，数量配置一台。

2.5 薄层干化系统的经济能耗

本工程单台薄层干化机含水率80%污泥处理设计能力为60 t/d。实际运行中污泥含水率稍有波动，平均含水率按80%计，薄层干化后的半干污泥平均含水率为30%，再经线性干化后半干污泥含水率为29%，基本符合目标值30%。经饱和蒸汽流量仪表计量后其消耗量为37 t/d，饱和蒸汽1.0 MPa下理论汽化潜热为2 019.3 kJ/kg，理论总热耗为7.5×10kJ/kg，干化系日平均蒸发总水量为31 098 kg/d，那么干化系统的单位热耗为2 410.8 kJ/kg蒸发水。因污泥干化系统受湿污泥含水率高低影响，蒸汽品质高低变化、输送过程、存储方式的变化等因素，需要根据实际运行寻找最佳的运行工况和经济技术指标。