届上海国际固·废气展

2020年8月25-27日

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污泥干化焚烧过程中污染物排放的研究

 

       摘 要:生活质量的提升,必然伴随着工业的发展,而随之产生工业废水、生活废水以及自来水厂处理污水之后的污泥,成为环境保护的负担。因此,对污泥科学、环保的处理势在必行。如今,国内广泛使用的干化焚烧设备,具有一定的污泥处理优势。并且,污泥的处理引起了国内外科研学者的研究兴趣。本文从污泥处理的背景谈起,从干化焚烧的原理、所用的设备以及发展前景几个方面进行了详细的叙述,希望能为我国环境的保护贡献一份自己的力量。
 
1 污泥干化焚烧的优势
 

1.1 减小污泥体积

       污泥的来源有很多,例如生活污水厂二沉池排出的的污泥、工业废水处理经浓缩池产生的污泥等,有些污泥带有重金属等有毒物质,因此对污泥的处理势在必行。污泥干化焚烧,在避免污染环境的情况下,是一种较为有效的处理方式。干化焚烧之后的污泥,一方面能够减少污泥的体积,减少对沿海地区河流的污染。另一方面,干化焚烧之后的污泥,会产生一些焚烧灰,会中含有很多微量元素以及碳、氢等大量元素。可以用于植物生长肥料或其他产品的生产原料,实现资源的循环回收利用。干化焚烧污泥的技术,在我国东南沿海地区得到十分广泛的利用,并成为该区域最主要的处理污泥的方式。
 
1.2 处理效率高

       污泥的干化焚烧技术,最早在西方发达国家开始应用,这一技术的普及大大提高了污泥的处理效率,其主要表现在:一方面,以往的污泥处理方式,需要将污泥运输至工厂中进行集中处理,但是干化后的污泥可以直接焚烧,减少了运输成本以及时间,大大提高了污泥的处理效率。另一方面,以焚烧为核心的污泥处理,可以彻底杀死污泥中的细菌以及有害微生物,不用二次处理。并且,焚烧处理后的污泥灰不用长期储存,简化了处理程序,缩短了处理污泥的时间。由于干化焚烧污泥的处理效果与效率都较高,所以目前很多污水处理厂,都普遍采用干化焚烧的方式处理污泥。
 
1.3 能量回收

       不经过干化的污泥,一般焚烧比较困难,且不彻底,耗费高,还会产生大量废气,废气不易处理且污染环境。所以污泥的处理一般是采取干化、焚烧两大途径。经过干化处理的污泥,焚烧较为彻底。污泥的焚烧灰含多种微量、有机元素,可以回收用于其他产品的制作,污泥焚烧的热量可以保证自身的彻底焚烧,继续实现干化与供热,另外其热量可以作为供能。
 
1.4 绿色环保

       由于污泥来源多样,有自来水厂处理自来水之后产生的污泥、生活污水厂二沉池排出的的污泥、工业废水处理经浓缩池产生的污泥,有的污泥含有大量有毒元素,处理不当会对环境造成二次污染。而干化焚烧处理之后,焚烧之后,可以彻底杀死污泥中的有害微生物以及部分有毒物质。另外,焚烧处理技术可以彻底焚烧可以实现污泥中有机化合物的彻底焚烧,彻底减少了细菌滋生的环境。
 

2 污泥干化焚烧的相关设备
 

2.1 干化机

       未经处理的污泥含水量高达80%,给处理带来很大的困难,因此,处理污泥前,一般要经过干化处理,即用到干化机。干化机能够将污泥中的水分进行排除,便于后续处理,干化后的污泥热值得到提升,从而实现循环利用。另外,污泥干化机除了热效率高的优点之外,还具备自清理、防止粉尘污染、简单易操作等优势。干化方案的选择,主要遵循三大原则:

       一、干化燃料的获取必须要快速,且充足,这样才能节省干化成本,提高干化效率;

       二、每次对于污泥的干化要预先计算成本,是否适合干化,同时要严格将成本控制在预算内;

       三、干化焚烧的好处之一就是防止二次污染,因而,干化方案选择的原则之一,也是防止污泥再次污染环境。目前,我国污水处理厂、污泥处理企业等最常用的干化设备主要是空心桨叶干燥机。该设备最早由德国开发,后被国内企业广泛应用,空心桨叶干燥机在作业过程中,只需要热传导间接加热,少量气体就可以带走大部分水分,干化效率极高,属于节能型干化设备。
 
2.2 焚烧锅炉

       干化焚烧污泥的一个重要步骤就是焚烧,因此,焚烧锅炉对于整个污泥处理来说必不可少。焚烧之后的污泥,其中的有机物质氧化分解,伴随着其中有毒物质的分解,不再对环境产生负担。我国常用的焚烧炉主要有两大类,一类是不经过干化处理的污泥焚烧锅炉,污泥含水量在70-80%左右,直接焚烧,另一类是经过干化处理之后的污泥焚烧炉,污泥的水量非常低。我们着重介绍第二类焚烧锅炉。这类焚烧锅炉一般以石灰石等惰性物质保持锅炉内部温度,在一个较为稳定的温度范围内,不会大幅度变化。污泥的混合搅拌主要依靠空预器产生的热风力量,同时提高其温度。焚烧锅炉产生的热量,随着烟气流动,降低污泥表面的温度,这些散发的热量使得污泥表面的水分蒸发,形成水蒸气,同时为其他污泥的干化提供热量。污泥经过焚烧之后,形成污泥灰,一方面减少了污泥体积,减轻了环境负担。另一方面,污泥灰中有有机物分解产生的各类化学元素,可用于其他产品的制造。
 
2.3 烟气净化装置

       干化焚烧污泥的一个好处就是避免对环境的二次污染,原因就是污泥处理装置中加有烟气净化装置,避免干化焚烧的烟尘进入空气中。而目前,烟气净化装置的作用原理主要有以下几种:

       第一,对烟尘进行排放前处理,常采用的是水气分离法,本质是将气体中的烟尘融入水中之后,再将不含有机物的气体排放进空气中,从而避免对环境的污染。而融入水中的烟尘再进行二次焚烧。

       第二,通过流化床对污泥进行充分的燃烧,尽量降低污染物的排放。

       第三,烟尘、废气中对环境的污染主要来源于硫元素,硫元素对环境中的很多物质都会产生酸腐蚀,所以技术人员常常在流化床中加入一定量的的石灰石,来固定污泥中所含的硫元素,避免污染环境。另外,常用的“3T”技术能够抑制二噁英的产生;

       第四,经过处理的烟气,会再次进入循环烟气净化装置,检测烟气的排放是否符合国家环境标准,确保不会污染环境
 

3 污泥干化焚烧过程中污染物的排放特性
 

3.1 气体浓度变化

       含水率约为80%的污泥通过运输系统进入储存仓库,首先进行干化处理,经过干化机的污泥,会依据污泥的来源以及成分等,送入不同的干化机,处理之后的污泥水分含量较低,再被送入焚烧装置。经焚烧的污泥,产生的废气中分别含有水分蒸发之后产生的水蒸气,有机物经过燃烧分解产生的二氧化碳等气体。一般气体的产生呈先上升后下降的抛物线趋势。焚烧最开始,干化之后的污泥料充足,随着时间的推移气体不断增加,但燃烧一段时间之后,干化污泥越来越少,随之产生的废气减少,由此气体的浓度也随之降低。
 
3.2 水分对氮氧化物排放的影响

       我国的污泥处理装置较为滞后,虽研发了如干化、焚烧等污泥处理体系,也为我国的污泥处理提供了较大便利。但其系统装置仍存在一些缺点如在污泥干化过程中可能产生一些可燃气体,当气体积累到一定的浓度,遇明火可能发生爆炸,处理中不是太安全。所以,这就要求我国科研人员继续对污泥处理装备加大投入研究,保护环境。根据最近的研究表明,干化燃烧处理过程中,一氧化二氮以及其他含氮氧化物的排放受到水分浓度的影响,且这种影响是两个完全相反的作用,例如水分浓度越高,一氧化二氮的排放量增加,而其他含氮氧化物的排放受到抑制。另外,水分的浓度与干化焚烧设备的温度具有正向关系,因 此,科研人员推测,水分浓度对含氮氧化物排放的影响,主要是通过干化焚烧设备的温度起作用的。设备内温度的提升促进了其他气体的挥发,由此可能为一氧化二氮的排放提供了一定的条件,但以上仅是推理,仍需要实验数据支撑,进一步验证。
 
3.3 二噁英的排放特性

       众所周知,二噁英是一种致癌、致畸的有毒气体,对环境,尤其是对人类健康的影响极大。二噁英一旦进入环境中,便会通过植物等不断积累,不易分解。据研究统计,环境中二噁英主要是有燃烧产生。因此,对污泥燃烧中二噁英排放特性的研究具有十分重要的意义。近几年,国内外对二噁英做了大量的研究,据试验结果表明,氯元素是二噁英产生的基础,而硫元素能够抑制二噁英的产生,这就为我们对二噁英的研究提供了十分宝贵的数据。另外,研究表明,氯元素与硫元素进行一定比例的混合,其混合比例对二噁英的产生有一定的影响,比如,将其含量比例控制在5:1,那么二噁英的产生相对于对照组,受到较为明显的抑制,如果混合比例超过10:1,那么二噁英的排放则完全符合工业环保标准。这些研究都为环境保护提供了大量的依据。
 

4 结束语

       综上所述,我国对污泥的处理仍在不断的探索过程中,而目前广泛使用的干化焚烧处理污泥方法具有一定的优势,帮助减少污泥量的同时,能够保护环境,且经燃烧后的废气,所含有毒气体以及污染性的有机物大大减少。但是,干化焚烧也有一定的缺点,如干化过程中可能发生粉尘爆炸,可燃气体的燃烧,高温蒸汽伤害等,所以这就要求我国的科研人员继续对污泥的处理方式进行进一步的研究,以实现环境的保护。
 
来源:《绿色环保建材》

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