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太陽能污泥干化技術(shù)
2009/12/27 14:10 [未分類 ] 1 國外污泥干化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
1. 1 國外污泥干化技術(shù)的發(fā)展動態(tài)
早在20世紀(jì)40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。進(jìn)入80 年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時,由于污泥干化技術(shù)的不斷改進(jìn),設(shè)備性能日趨完善,使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到很快推廣。例如,在20世紀(jì)80年代初,歐盟只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干化設(shè)備處理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化處理廠,并且還在逐年增加。據(jù)估計,在未來10年內(nèi),歐洲采用熱處理的污泥量將翻番。英國在2001年7月,頒布了*個與污泥熱處理廠設(shè)計、運(yùn)行、管理密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)《HSE847 /9污泥干燥廠的健康和安全控制》,隨著近幾年大型污泥干燥廠的投產(chǎn)運(yùn)行,目前英國污泥干化處理量已達(dá)到污泥總量的30%。而在北美,污泥熱干化的市場增速很快,平均年增長率為7% ～10% （同期污泥產(chǎn)量的增加率約為1. 5% ） 。目前在紐約、密爾沃基、波士頓等地都有年設(shè)計生產(chǎn)能力在350 000 t干質(zhì)量以上的大型污泥加熱干燥工廠[ 2 ] 。
2 歐美常見的污泥干化方法比較
目前主要運(yùn)用的干化模式有: 傳統(tǒng)熱能污泥干化和太陽能污泥干化。
傳統(tǒng)熱能污泥干化是指利用污泥熱干化集成設(shè)備對污泥實(shí)現(xiàn)干化處理。按照熱介質(zhì)與污泥的接觸方式, 干化設(shè)備又可分為直接干化、間接干化和直接- 間接聯(lián)合式干化等工藝類型。
其中直接加熱污泥干化廠有代表性的是歐洲zui大的污泥干化廠———英國的B ransands （可蒸發(fā)水量為7 ×5
（1）轉(zhuǎn)鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源,以空氣為傳熱介質(zhì),濕污泥和部分干化污泥顆粒在混合器中混合,由氣流把它帶入轉(zhuǎn)鼓干燥器,污泥在轉(zhuǎn)鼓干燥器中隨氣流以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)前進(jìn),由內(nèi)筒向外筒轉(zhuǎn)移,污泥逐漸被干化成顆粒。該工藝分為直接加熱式和間接加熱式。直接加熱的轉(zhuǎn)鼓式干燥器要依靠非常復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)來保持。間接加熱式轉(zhuǎn)鼓干燥器要在嚴(yán)格的惰性環(huán)境下操作,由于內(nèi)部的溫度和熱量分配不均衡,易導(dǎo)致小環(huán)境中的粉塵積聚、過熱,會造成很大的危險隱患。
（2）流化床干化工藝。污泥不需要預(yù)處理,直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個底部斷面均勻地吹進(jìn)流化氣體,使其內(nèi)部形成流化層。隨著污泥逐漸干化,密度減小,升到上部,再隨上部抽走的氣體而抽出流化床。因污泥的成分決定其流化特性,該處理系統(tǒng)對污泥的成分變化非常敏感,常導(dǎo)致流化床內(nèi)的熱交換不能順利進(jìn)行,流化床及管道的磨損很嚴(yán)重,系
統(tǒng)的能耗也較高。
（3）盤式干化工藝。先用外部熱源加熱一個油爐,再通過油體將熱能傳到干燥盤。盤式干燥器分為臥式圓盤干燥器和立式多盤干燥器。臥式圓盤干燥器只能采用蒸汽這種標(biāo)準(zhǔn)加熱介質(zhì)。塔吊構(gòu)造為一個固定體,形成一個水平外殼,其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部分由一個管狀空心軸,軸上固定一些空盤,盤中充滿蒸汽等,還有一些攪拌葉片用于輸送物料。熱媒介通過中心軸進(jìn)入圓盤,同時被分配到旋轉(zhuǎn)體中。該方法的缺點(diǎn)是干化產(chǎn)品的含塵量極大,須另加單獨(dú)的造粒系統(tǒng),并且設(shè)備極易磨損。立式多盤干燥器利用污泥特殊的蒸發(fā)曲線,制備成污泥的硬質(zhì)顆粒,使污水處理廠在實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放的同時,能安全無二次污染,并且節(jié)約能源。此外,還有碟片式、帶式、日光式、閃蒸式等干化工藝,但目前大型工程用得很少。歐美的干化裝置在技術(shù)上已非常成熟,安全性高,設(shè)備布置緊湊,占地面積小,并且自動控制水平高,操作運(yùn)行簡單,符合工業(yè)化的流行趨勢。各種干化工藝主要參數(shù)的比較及主要設(shè)備供貨商見表1[ 3 ] 。
__表1 各干燥器主要參數(shù)匯總
序號干燥器形式熱源熱媒溫度/℃ 顆粒溫度/℃ 系統(tǒng)含氧量/% 主要設(shè)備供貨商
1 流化床式蒸汽220 85→40 < 3 WABAG
2 盤式熱油250～300 100→40 < 5 SEGHERS
3 轉(zhuǎn)筒式天然氣/熱油/沼氣800 95 < 8 Passavant - rodiger
4 轉(zhuǎn)盤式蒸汽200～300 半干100,全干105 < 10 Atlas - stord
5 轉(zhuǎn)鼓式天然氣/沼氣450～510 75～80→40 5～7 ANDR ITZ
6 膜式熱油280～300 90→40 < 12 Poim
7 帶式冷風(fēng)< 50 < 50 < 10 HUBER
3 太陽能污泥干化處理
太陽能污泥干化是指利用太陽能為主要能源對污泥進(jìn)行干化處理。該工藝借助傳統(tǒng)溫室干燥技術(shù), 結(jié)合當(dāng)代自動化技術(shù)的發(fā)展, 將其應(yīng)用于污泥處理領(lǐng)域, 主要目的是利用太陽能這種清潔能源作為污泥干化的主要能量來源。其實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用zui早見于1994年德國南部的污水處理廠IST Anlagen2bau GmbH[ 1 ] 。近幾年, 隨著污泥產(chǎn)量的不斷攀升以及相關(guān)環(huán)境衛(wèi)生政策的出臺制約了傳統(tǒng)的污泥處置途徑（如: 填埋、農(nóng)用等） , 在歐洲尤其在法國和德國, 該技術(shù)得到了進(jìn)一步推廣和運(yùn)用, 如威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開發(fā)了自身的技術(shù)Solia工藝和Helantis工藝。
3．1 工作原理和工藝流程
污泥在溫室內(nèi)主要存在有以下三種干化過程:①輻射干化, 當(dāng)溫室內(nèi)的污泥接受外部太陽光線有效輻射后溫度升高, 使其內(nèi)部水分得以向周圍空氣加速蒸發(fā), 從而增加了污泥表面的空氣濕度, 甚至于達(dá)到飽和; ②通過自然循環(huán)或通風(fēng), 將溫室內(nèi)的濕空氣排出, 使污泥表面的濕度由原先的飽和狀態(tài)進(jìn)入非飽和狀態(tài), 從而促使污泥內(nèi)部水分進(jìn)一步向周圍空氣蒸發(fā)。實(shí)驗證明, 后者污泥干化過程中占據(jù)更重要的位置; ③當(dāng)污泥中的含水率減至近40%～60%時, 污泥中有機(jī)物會在有氧的條件下進(jìn)行發(fā)酵, 從而可以觀察到污泥堆的內(nèi)部溫度的進(jìn)一步升高, 起到加速干化作用, 同時也使污泥得到穩(wěn)定化處理。為了進(jìn)一步加速污泥中的水分（包括污泥中的自由水分和間隙水分） 蒸發(fā), 一些溫室附屬設(shè)備也得到了相應(yīng)的開發(fā)和利用, 其中包括: ① 大流量強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)并附加氣體收集和除臭裝置, 滿足大面積溫室處理污泥的需要; ② 半自動化甚至全自動化的翻泥系統(tǒng), 使污泥得到經(jīng)常性的翻動并混合均一, 從而不斷翻新蒸發(fā)面積, 同時也起到供氧作用, 避免污泥堆內(nèi)部出現(xiàn)局部厭氧而釋放惡臭氣體; ③ 暖氣系統(tǒng), 用于減小溫室的設(shè)計面積,使其適應(yīng)在不同天氣和不同季節(jié)條件下干化作業(yè)的需求, 縮短處理周期。
313 太陽能污泥干化特點(diǎn)
太陽能污泥干化與傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)相比, 其優(yōu)點(diǎn)主要在于: ①能耗小, 運(yùn)行管理費(fèi)用低（在無附加除臭系統(tǒng)的條件下, 蒸發(fā)1 t水耗電量僅為25～30kWh, 而傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)需耗電為800～1060kWh） ; ②處理后污泥體積減少可達(dá)3～5倍,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化并仍保留其原有的農(nóng)業(yè)再利用價值（低溫干化） ; ③系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定安全, 溫度低, 灰塵產(chǎn)生量小; ④操作維護(hù)簡單、使用壽命長; ⑤系統(tǒng)透明程度高, 環(huán)境協(xié)調(diào)性好; ⑥可同時解決污泥存儲的需要; ⑦利用可再生能源太陽能作為主要能源來源, 滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。其主要缺點(diǎn)在于: ①占地面積大, 需要在污水處理廠有足夠可利用的場地空間; ② 處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束; ③在密閉空氣條件下作業(yè); ④在大多數(shù)情況下, 需要設(shè)置除臭設(shè)備。
314 太陽能污泥干化的運(yùn)用
太陽能污泥干化處理是污泥處理工藝的一種創(chuàng)新方法, 但它不是以污泥的zui終處置為目的, 而是通過太陽能干化處理, 使干化后的污泥實(shí)現(xiàn)資源利用。此外, 該工藝可以與不同的污泥處置途徑相結(jié)合, 使其成為通往不同污泥處置途徑的一個中轉(zhuǎn)平臺, 從而達(dá)到降低污泥處置費(fèi)用, 提高處置手段的靈活性。
4 歐洲實(shí)用的太陽能污泥干化處理工藝
在歐洲市場上現(xiàn)有的不同工藝系統(tǒng)（見下表）都基于以下相同的自然現(xiàn)象:
（1） 表面干化: 通過污泥的翻動來不停更新污泥的表面, 使污泥表層水分蒸發(fā), 同時利用通風(fēng)系統(tǒng)將含濕氣體排出。
（2） 好氧干化: 利用翻泥系統(tǒng)對污泥進(jìn)行通風(fēng), 使其在好氧條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化處理, 避免厭氧條件下不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生。但是, 這些工藝使用的技術(shù)并不*相同, 主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
（1） 翻泥設(shè)備: ①廊道式翻泥機(jī), 常用于堆肥場, 自動化程度較高, 無需現(xiàn)場操作人員; ②機(jī)器人裝置, 可實(shí)現(xiàn)全自動化操作控制, 典型的有Thermosystems工藝中的Electric Mole和Solia工藝中Solimax裝置, 集污泥運(yùn)輸和翻動功能為一體;③跨越式翻泥機(jī), 自動化程度較高的移動設(shè)備, 適用于大面積操作; ④由農(nóng)用拖拉機(jī)和翻泥機(jī)組成,需現(xiàn)場操作人員, 適用大面積操作。
1. 3 污泥干化工藝存在的問題
干化雖是污泥處置的一個比較理想的途徑,但投資和運(yùn)行費(fèi)用高,主要表現(xiàn)為:干燥設(shè)備的能耗高,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家, 其能耗超過能耗總量的10% ,因此降低干燥設(shè)備能耗是設(shè)計面臨的長遠(yuǎn)課題。此外,污泥干化對管理和操作技術(shù)的要求也較高,若干化過程中含氧量控制不當(dāng),就會引起粉塵爆炸,造成重大事故。為此,早在1994年,歐共體就頒布了有關(guān)潛在爆炸危險的安全標(biāo)準(zhǔn): ATEX95（94 /9 /EC） [ 4 ]和ATEX137 （ 1999 /92 /EC） [ 5 ] ,并從
2 國內(nèi)污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展
2. 1 研究新進(jìn)展
馬德剛和張書廷[ 8 ]對電場協(xié)同污泥熱干燥技術(shù)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)加入電場后,可防止污泥干化過程中粘壁現(xiàn)象的發(fā)生,減少了污泥內(nèi)部的傳熱阻力,以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時,由于在電場作用下,帶負(fù)電荷的微生物向陽極運(yùn)動,而水分由于陽離子的驅(qū)動和污泥的擠壓向陰極運(yùn)動,從而使泥水分離,改善了污泥的干化效果。朱南文等[ 9 ]對燃?xì)饧t外干化污泥進(jìn)行了研究。紅外線具有較強(qiáng)的穿透力,不易被大氣吸收,可使較薄的污泥層從內(nèi)到外加熱。經(jīng)紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機(jī)物和重金屬都沒有變化,而大腸桿菌、蛔蟲卵*被殺死,污泥產(chǎn)品衛(wèi)生無害。當(dāng)污泥中重金屬含量較低時,干化后的污泥可用于農(nóng)田和綠化。
2. 2 發(fā)展趨勢
國內(nèi)污泥處理處置技術(shù)起步較晚,以污泥農(nóng)用和簡單填埋為主。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境意識的加強(qiáng),這兩種方法的局限性逐步凸現(xiàn),并且從國內(nèi)今后的發(fā)展趨勢看,城市污水處理將形成以國家投資的大型污水處理廠為主,各個地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,而投資興建不同規(guī)模的污水處理廠的局面并存。因此,中國的污泥處置必須尋求適合國情的新途徑。污泥干化是比較理想的方法,基本上滿足了污泥處置“四化”的要求,而且進(jìn)一步,能夠向資源化開發(fā);退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、農(nóng)用、焚燒[ 10 ] 。國內(nèi)很多大型城市土地資源緊缺而社會經(jīng)濟(jì)
水平又較發(fā)達(dá),污泥干化技術(shù)有一定的推廣價值。深圳、上海、北京、天津、廣州等一些城市建立了大型污水處理廠,迫于污泥處置的壓力,正在嘗試引進(jìn)國外的污泥干化和焚燒技術(shù)及設(shè)備,以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底,國內(nèi)*個采用干化焚燒處理工藝的污水處理廠:上海市石洞口城市污水處理廠建成運(yùn)行;北京每年有70萬t的污泥要消納,現(xiàn)在已經(jīng)采用了污泥干化技術(shù);深圳市也已完成專項規(guī)劃,擬采取熱干化加焚燒工藝。
3 結(jié)論和建議
污水處理廠污泥的干化處置工藝在國內(nèi)已經(jīng)提上議事日程,應(yīng)針對國內(nèi)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,以zui低的成本、zui有效的方式進(jìn)行污泥的減量化、資源化、無害化處置。筆者認(rèn)為,在進(jìn)行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時,應(yīng)遵循以下原則:
（1）盡量降低能耗和節(jié)約運(yùn)行成本。如采用部分污泥干化以后和濕污泥混合,以降低干化能耗和運(yùn)行成本。此外,污泥干化具體工藝的選擇要和干化后的污泥利用結(jié)合,作好干化污泥應(yīng)用規(guī)劃,尤其是污泥的工業(yè)化利用,如干化制肥、制磚、燒制水泥等,可以補(bǔ)償污泥處理處置的成本。
（2）盡量降低干化設(shè)備投資費(fèi)用。由于進(jìn)口污泥干化裝置投資費(fèi)用高,要積極開拓國內(nèi)干化技術(shù),培育國內(nèi)干化設(shè)備的制造能力,以降低投資成本。同時考慮利用沼氣作為干化的*能源以降低成本,盡量少用增加費(fèi)用的天然氣、燃油等。保持運(yùn)行中干化設(shè)備的zui大使用率。
（3）結(jié)合本國污水處理廠的現(xiàn)狀,逐步改進(jìn)。要形成以干化為主,綜合利用為輔的污泥處置思路和分散處理方案,借鑒國外現(xiàn)行污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn),盡快建立和健全國家污泥處理處置的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
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