届上海国际固·废气展

2020年6月3-5日

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污泥热干化技术相关研究

污泥经过热干化技术处理后,可以实现减量化、稳定化和无害化,为后续的土地利用、建材利用和焚烧等处理处置创造良好条件,因而热干化技术具有广泛的实用价值。本文首先对污泥热干化的原理、概况进行阐述,着重介绍了污泥热干化的技术及其特点。


1 污泥干化原理

污泥干化工艺就是将污水处理厂脱水后的湿污泥(一般含水率在80%左右)采用适当的干化工艺将其含水率降低到一定的程度,便于后续处理。污泥中所含水分主要有四种存在形式,即间隙水、毛细管结合水、表面吸附水以及内部水。污泥干化过程其实就是水分蒸发的过程,即为去除水分,水分的去除主要经历两个主要过程:(1)蒸发过程:物料表面的水分汽化,由于物料表面的水蒸气压低于介质(气体)中的水蒸气分压,水分从物料表面移入介质;(2)扩散过程:是与汽化密切相关的传质过程,当物料表面水分被蒸发掉,物料表面的湿度低于物料内部湿度,此时,需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。这两个过程在干化过程中持续、交替进行。


2 污泥热干化概况

污泥处置技术分为两方面:其一是采取固液分离技术达到污泥脱水减积的效果;第二种是通过消化、堆肥、建材制造等能源循环再利用技术实现污泥的稳定化及资源化,包括污泥焚烧、卫生填埋、污泥堆肥、污泥热干化等。相比较于其他几种处理方式,污泥热干化能够有效降低污泥的含水率与体积,为进一步实现污泥的无害化、资源化提供了先决条件。污泥热干化存在于污泥机械脱水之后,通过不同类型的热能对上一阶段处理后的污泥进行二次处理,进一步降低污泥的含水率。水分子从不同的热源中吸取热量,并进而以水蒸气的形式脱离污泥,从而使污泥的含水率进一步降低,其处理后的结果一般介于10%~50%之间。在污泥热干化的过程当中,所消耗热量的来源是进行热干化处理前应考虑的问题。热干化的过程中会消耗大量的热,同时污泥处置的成本在污水处理厂的总成本中的所占比例较大,在一些发达国家的污泥处置成本占污水处理厂总成本的40%~60%,有的甚至达到65%,欧洲国家处置加运输费平均每吨约为(470±280)欧元。我国的能源消耗十分严重,因此运用何种热源进行污泥热干化,更显得尤为重要。


3 干化工艺组成

一般来说,干化工艺由如下系统组成,但根据工艺特点(例如半干/全干干化工艺类型)可能有所调整:
①污泥计量、输送和储存;
②污泥干化;
③气体的粉尘分离和冷凝:用于循环气体的除尘和洗涤,并去除蒸发水;
④颗粒冷却、输送和储存;⑤热源供给:可以是导热油、蒸汽或者热水;
⑥冷却水供给:用于干泥产品的冷却和循环气体的洗涤喷淋;
⑦冷凝水处理;
⑧臭气处理:湿泥料斗、储仓、工艺回路的不可凝气体的处理;
⑨氮气储备:用于干泥料仓和工艺回路的惰性化;
⑩压缩空气:用于系统内阀门和仪表的供气;
⑪电力和自动控制和检测;
⑫安全和消防等。


4 污泥热干化工艺技术及特点

热干化技术通常按照传热方式的不同进行分类。热干化技术包括直接干化(热对流)、间接干化(热传导)和直接-间接干化。

4.1 直接干化

在直接干化过程中,湿污泥与热气体(空气或水蒸气)直接接触,热气体为污泥中的水分蒸发提供热量,随后蒸发的液体被热气体带走。其特点是传热效率高,干化效果好。

4.1.1 转鼓干化工艺

转鼓式干化工艺分为直接加热转鼓干化工艺和间接加热转鼓干化工艺。前者属于热对流干燥系统,将外部热介质(热空气、燃气或蒸汽等)加热后通人干燥器与污泥直接接触,蒸发污泥中的水分并运送污泥。热介质离开干燥器后与干污泥颗粒分离,经除尘、热氧化除臭后排放。直接加热转鼓干化工艺的特点是在无氧环境中,不产生灰尘;干化污泥警颗粒状,粒径人小可控制;采用气体循环回用设计,减少了尾气的处理成本。后者工艺流程简单,污泥的干度可控,干化器终端产物为粉末状。

4.1.2 闪蒸式干化技术

闪蒸式干化机是集干燥、粉碎、筛选功能于一体的干化设备。热空气由通气入口沿切线方向进入干化机并成螺旋流上升,流速约20~30m/s,反混后的混合污泥由进料口进入干化机直接与热空气进行接触。较大的污泥颗粒在高速旋转搅拌桨的作用下被打碎,从而加大了与热空气的接触面积;较小的污泥颗粒随旋转气流上升并在气固分离器进行分离。整个干燥过程中污泥始终呈悬浮状态,干化时间仅为5~8s,污泥中水分蒸发迅速、彻底,干化后的污泥含水率可降低到8%~10%。

4.1.3 带式干化技术

带式干化机的主要工作部件为2条张紧的压滤带,污泥脱水时污泥被平铺在压滤带上,随着压滤带的传动,压滤带的张力对带上的污泥形成挤压剪切作用,从而产生含固率较高的泥饼,同时通以热空气进行干燥,热空气在鼓风机的作用下在干化机内循环流动,充分与泥饼进行接触从而实现污泥脱水过程。带式干化技术在我国污泥处理中应用比较普遍,该技术蒸发强度高、干燥速度快、产品质量好,但产品为滤饼状物料,需要经后续加工方可使用。

4.2 间接干化

间接干化主要利用热传导效应,污泥不直接与热源接触,而是与通入高温加热媒介(通常为蒸汽或热油)的金属管外壁接触将污泥中的水分蒸发掉。

4.2.1 桨叶干化工艺

物料在干化过程中,带有中空叶片的空心轴在给物料加热的同时又对物料进行搅拌,从而进行加热面的更新。湿污泥由污泥泵打入一级干燥机,被预干燥成半干污泥后,进入二级干燥机再次被干燥。由于采用二级干燥机的尾气对湿污泥进行预干燥,充分利用热量,其热效率极高。此外,干燥尾气中的热量被利用之后送去焚烧炉进行燃烧,尾气中的污染物被分解,使得该工艺具有零污染排放的优点。

4.2.2 盘式干化工艺

盘式工艺属于传导型干化工艺。热传导干燥系统不存在大量工艺载气的循环,系统仅抽取相当于蒸发量的部分进行冷凝,通常采用抽取微负压方式。尾气处理的负担较轻,且载气热损失也较低。盘式干化工艺利用热油炉加热导热油(250-280℃),然后通过导热油在干燥器圆盘和热油炉之间的循环,将热量间接传递给污泥颗粒,以干燥污泥颗粒为内核,采用湿泥对其进行涂层包裹,达到平均含固率65-70%以上,进入多层床的顶部,颗粒与圆盘表面进行接触换热,以重力从层间缝隙逐层下落,经过几次循环,颗粒长大到一定粒径,经过冷却成为硬造粒产品,并实现污泥干化。

4.3 直接-间接干化

4.3.1流化床干化工艺

流化床干化工艺属于典型的热对流干燥系统。污泥泵将污泥直接送入内加热流化床,在流化床内落料口的正下方设有高速旋转的打散装置,对湿污泥进行快速打散,增加换热面积,促进水份快速蒸发。热源采用蒸汽,通过换热器将热量间接传递给污泥,从而蒸发水分,干化污泥。该工艺具有节能高效、占地面积小、投资小且环保的优点,无返料系统,属于间接加热方式,干化机本身无动部件,故不需维修。缺点是干化颗粒的粒径无法控制。

4.3.2 涡轮薄层干化技术

在干化机内,含水污泥在高速转动的桨叶所形成的旋涡的作用下在反应器内壁形成物料薄层,该薄层以一定的速度从进料口向出料口移动,在此过程中,污泥通过与被热介质加热的干化机衬套及干化机内的热蒸汽接触而得到干化。污泥颗粒、蒸发气体和其他气体在气旋分离器中被分离出去。经过该工艺处理后的污泥含固率在60%左右。该技术灵活性高,无污泥反混,换热效率高,气体排放量少。


5 结语

污泥热干化技术为实现污泥的减量化、稳定化和无害化目标创造了前提条件,但由于我国污泥热干化技术相对滞后,对污泥干化工程设计中需要考虑的重要因素认识不足。随着工程经验和教训的逐渐积累,对热干化处理技术的研究还有待深入,工程设计中遇到的问题还有待总结和完善。

*来源 : 环保在线

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