应用工业蒸汽热干化技术治理污泥
2017-11-8
来源:《节能与环保》
点击数: 8791          作者:未知
  •       目前苏州工业园区的污水管网覆盖率及污水集中处理率均达到了100%,出厂水的合格率也达到了100%。然而污水处理厂在污水处理过程中,会产生大量的污泥,这些污泥含有有毒有害物质和病原体。如何有效安全处置,日益引起政府环保部门的高度重视,以解决可能引发环境危机的隐患,并争取在合理化处置的同时实现良好的减 排效果和循环经济的尝试。

    1 园区污泥现状及危害

    目前园区污水处理厂每天的污水处理量平 均为20 万t ,约产生200t 污泥,由于一直没有 找到合适的处置方式,大部分自建厂以来就临 时堆放在厂内的发展用地上,数量已达1 5 万t 。 预测未来5 年内,如不能建立及时安全处置污泥 的方法和机制,污泥量将持续增加到65.52 万t 。

    在污水处理过程中,污水中的污染物通过 细菌吸收,细菌和矿物颗粒表面吸附,以及同 一些无机盐的共沉淀等多种途径,绝大部分转 变为污泥,污水的净化程度越高,污泥的生成 量也越大。而且污泥中含有病原微生物,使大 量的有机污染物质在很短的时间内,就会变成 腐败恶臭的物质。作为工业集中区,污泥中不 仅富集以上各类生活污染物,更有大量的工业 污染物,尤其是电子行业所产生的重金属。因 此,园区污水处理厂所产生的污泥,其污染物 成分更复杂,危害性更高。

    2 污泥治理的方向

    行业内目前对污泥处置的原则是减量化、 无害化和稳定化。国内外对城市污水处理厂污 泥的处理和处置,归纳起来主要有以下五种技 术,即卫生填埋、土地利用、干化、焚烧和投海。

    (1 )卫生填埋需要解决污泥渗液的防渗和 污泥发酵产生的甲烷气体的安全处置,环境要 求和技术要求非常高。研究表明,国内采用卫 生填埋方式进行污泥处置的项目,均无法达到 标准要求,要按照标准进行卫生填埋,代价十 分昂贵,且须占用大量宝贵的土地资源。

    (2 )土地利用就是把污泥经过发酵后做成 农用肥,但需解决发酵气体的二次污染、安全、 肥料的出路(园区生活污水量少,污泥的肥力不 高)及大量土地的占用(百t 污泥需占地20 亩)。

    (3 )投海方式已被联合国环境署禁止。

    (4 )焚烧可利用污泥中丰富的生物能来发 电并使污泥达到******程度的减容。焚烧法能满足越来越严格的环境要求和充分处理不适宜于 资源化利用的部分污泥,焚烧过程中所有的病 菌、病原体均被彻底杀灭,有毒有害的有机残 余物被氧化分解。焚烧灰可用作生产水泥和道 路用料的原料,使重金属被固定在混凝土中而 避免其重新进入环境,目前应用最广的焚烧设 备是流化床焚烧炉。

    (5 )干化是利用热能将污泥烘干。干化后 的污泥呈颗粒或粉末状,体积仅为原来的1 / 5 ~1 / 4 ,热干化过程的高温灭菌作用很彻底, 产品可完全达到卫生指标并使污泥性能全面改 善,产品可作替代能源也可土地利用。

    3 热干化技术的可行性分析

    3.1 现有基础设施配套优势

    苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司作为 苏州工业园区基础设施提供商,肩负着向园区 集中供热的重任,为适应园区快速发展的需要, 公司机组设备选型上充分考虑远期供热负荷的 增长,机组设计供热能力为200t/h ,而由于目 前实际供热负荷仅为3 0 ~5 0 t / h ,迅速开拓现 有企业周边的供热市场,实现机组由现有低供 热负荷向相对有利的供热负荷顺利过渡,是保 证企业可持续发展的必由之路。

    同属园区基础设施供应商的清源水业,负 责区内生活用水的提供和工业与生活污水的处 理,其下属的污水处理厂与我司眦邻,生产厂 区间的距离不足1km,日处理污水量20 万t,生 成80% 含水率污泥200t;经过近3 年多的运行, 由于生成的污泥一直未能寻求出较为妥当的处 置方式,导致厂区内污泥堆积量已达1 5 万t 。

    现有国际前沿的污泥处置措施中,对含水 率7 0 % 的湿污泥采用干燥减量化,为最行之有 效的处置方式,而采用以蒸汽作为干燥剂对湿 污泥进行干燥,具有系统结构简单(省去污水 处理厂自身制备干燥剂的复杂系统)、一次性投 资省和操作便利等优势。处理每吨污泥约需蒸 汽0 . 8 5 t ,每天可消耗蒸汽1 7 0 t ,一年需蒸汽 近5 万t 。此外,经干化设备形成的凝结水,可 通过管道回至电厂,予以回收利用。

    按照上述设想方案,可将清源水业污水处 理厂污泥采用集中供热蒸汽进行干化减排,达 到热电联供与污泥干化的完善结合,实现了污 泥干化系统从简单接收二次能源—污泥干化利 用—干燥冷凝水和余热的回收,达到了节能、减 排双重功效。通过污泥的热干化,能有效地将园 区两大基础设施供应商紧密地联系起来,实现企 业间的互惠互利,为两家企业迅速解决目前问题 提供可能,亦能达到两家企业的可持续发展。

    3.2 污泥工业蒸汽热干化工艺的实现途径

    3.2.1 污泥热干化工艺的必要性

    污水厂出来的污泥具有很强的流动性,这 是因为其含水率很高,一般在75%~85%。根据 分析,污泥与水分子的结合非常紧密,并具有 不同的相态,具体分为:自由态水,可经重力 沉淀和机械作用去除;物理性结合水,须更多 能量去除,如:毛细管/ 间隙水、胶态/ 表面 吸附水;化学性结合水,只有打破化学键才能 去除,被称为“平衡水”,如:细胞内的水、分 子水。依据现有污水处理的工艺,利用板框式 压缩机可将自由态水去除, 将污泥水分降至 7 0 % 以下;但是,对于物理性结合水和化学性 结合水,无法通过污水处理设备进行消除,造 成泥污综合利用的瓶颈。因此,大力推广污泥 的热干化、减量化工艺尤显重要和必要。

    3.2.2 蒸汽热干化工艺简介

    如图1 ,污泥的蒸汽热干化技术采用以工 业蒸汽为干燥介质,通过污泥干燥机将含水率 为7 0 % 的污泥经螺旋输送机(M01 )送达污泥 干燥机(ES1),来自工业用中压蒸汽将乏气(由 污泥干后形成的废气)加热至110℃,送入干燥 机(E S 1 )的入口,与入口污泥进行混合预热, 同时,在干燥机(ES1)筒体外壳内通入工业用 中压蒸汽,作为污泥干燥的主要热源,采用与 污泥逆流换热的方式进行热量传导,干燥后的 污泥与干燥过程中产生的乏气一起进入旋风分 离器(C 1 ),其中9 5 % 以上的干燥污泥在旋风 分离器(C 1 )中被分离,另外5 % 的污泥与乏 气在布袋除尘器(F T 1 )中被收集,并共同进 入螺旋输送AC1 输送出系统;被分离出的乏气, 一部分(约20%)进入下一轮污泥干燥循环,另 一部分(约80%)通过活性炭吸附器(CO1)除臭后排入大气。

    图1 蒸汽热干化污泥工艺流程图

    经干燥后的污泥含水分低于1 0 % ,体积缩 减为干燥前的2 0 % ,可利用热值增加2 . 5 倍; 干燥后的污泥,可作为燃煤电厂的混合燃料进 行利用,亦可作为农用有机肥袋装外销,进行 循环废物利用。

    4 现有污泥蒸汽热干化系统的设计优化方案

    4.1 系统优化设计的可能性

    清源华衍水务有限公司由于邻近蓝天热电 有限公司,供热管网长度不足1 k m,按照电厂 供热蒸汽压力1.57MPa、温度270℃进行测算, 实际蒸汽压降为0.1MPa 、温降为1 0 ℃,通过 上述污泥干化工艺流程对工业蒸汽的需求(压 力:1.2MPa、温度:190℃),客观上存在供应 蒸汽参数与需求蒸汽参数不相匹配的现象。按 照常规热力系统的设计,为满足干燥系统的要 求,在蒸汽管道加装减温减压器,将供热蒸汽 参数由1.47MPa、260℃降至1.2MPa、190℃, 需消耗减温常温状态下的减温水占新蒸汽质量 流量5 . 5 5 % ,在经过热干化换热后,将以凝结 水(0 . 1 5 M P a 、1 1 0 ℃)排放。由此每小时将 有占输入总能量近0 . 8 7 % 热量被损耗,给系统 的经济运行带来不利的影响,并造成污泥治理 成本的增加。

    4.2 系统优化设计方案

    如图2 ,改进后的系统,在热干化蒸汽的 进口增加了射流增压装置(S L 1 ), 利用来自电 厂的新蒸汽(1.47MPa、290℃),借助于射流 增压装置(SL1)抽射经干燥机(ES1)换热冷 却后的低压蒸汽,生成符合干燥机入口要求的 中压蒸汽(1 . 2 M P a 、1 9 0 ℃),再进入换热器 (E1 )和干燥机(ES1);经换热器(E1 )和干 燥机(E S 1 )换热后形成汽水混合,一部分凝 结水通过自动疏水器排入凝结水回收器,返回 电厂作为热力系统的补给水,另一部分凝结水 与低压蒸汽在射流增压装置抽射的作用,再次 参与下一轮污泥热干化过程。


    图2 蒸汽热干化污泥改进后的系统图

    5 项目实施的经济效果测算

    5.1 各测算指标的设定

    依据清源华衍水务公司拟定中的泥干化设 备选型,结合该公司设备投产后的运行方式, 各项经济测算参数及能耗指标如下:

    每t 污泥干化的蒸汽能耗A :9 7 0 k g / t

    蒸汽购汽价格P :2 1 3 . 5 元/ t

    除盐水价格M :3 . 0 元/ t

    每小时处理污泥量Q :2 0 t / h

    设备年运行小时H:7600h/a

    5.2 改造后节能指标计算

    年需消耗的新蒸汽量W = A˙Q˙H = 970/ 1000 × 20 × 7600 = 147440t

    年减少除盐水量消耗C =W ˙5 . 5 5 % =147440 × 5.55% = 8183t

    年节省新蒸汽消耗量K =W ˙0 . 8 7 %=147440 × 0.87% = 1282.7t

    5.3 项目节能经济效果

    年节约蒸汽购置费用D = K˙P = 1 2 8 2 . 7× 213.5 = 2 7 . 3 9 万元

    年减少除盐水费用支出S = C˙M = 8183× 3 . 0 = 2 . 4 5 万元

    年节约运行费用Z = D + S = 2 7 . 3 9 + 2 .45 = 29.84 万元

    由此可见,通过本方案的设计优化,以清源华衍水务有限公司为例,年可节约运行费用 为2 9 . 8 4 万元。


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