上海反滲透水處理設(shè)備解讀：污泥連續(xù)熱力干化耦合絕氧熱解工藝進(jìn)介紹
【上海水處理設(shè)備網(wǎng)www.ppyswfy.cn】本文對(duì)污泥連續(xù)熱力干化耦合絕氧熱解工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以青島市即墨區(qū)300t/d污泥干化碳化處置工程為例進(jìn)行了分析。污泥熱力干化碳化技術(shù)具有減量化徹底、熱量利用率高、排放環(huán)保、重金屬固化、產(chǎn)物平安利用等優(yōu)點(diǎn)，基于上述技術(shù)和環(huán)境友好優(yōu)勢(shì)，該工藝成為實(shí)現(xiàn)污泥處置的優(yōu)選工藝之一。
鄉(xiāng)村污水處置過(guò)程中，污水經(jīng)過(guò)一系列處置得以達(dá)標(biāo)排放，而大量污染物被富集、濃縮而轉(zhuǎn)移至污泥中。2015年全國(guó)污泥年總產(chǎn)量接近4000萬(wàn)噸（以含水率80%計(jì)）依照預(yù)測(cè)，2020年污泥產(chǎn)量將突破年6000萬(wàn)噸。城鎮(zhèn)污水處置廠污泥不只含水量高、易腐爛、有強(qiáng)烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生蟲(chóng)卵以及鉻、銅等重金屬和多環(huán)芳烴等難以降解的有毒有害及致癌物質(zhì)。污泥未經(jīng)處置隨意堆放，經(jīng)過(guò)雨水的侵蝕和滲漏作用，易對(duì)地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類(lèi)身體健康[2-3]
2020年7月國(guó)家發(fā)改委、住建部聯(lián)合印發(fā)的鄉(xiāng)村生活污水處置設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》明確提出到2023年，進(jìn)一步提高鄉(xiāng)村污泥無(wú)害化處置率和資源化利用率[4]
國(guó)內(nèi)目前污泥處置的最終去向可分為衛(wèi)生填埋、土地利用、厭氧消化、好氧堆肥、干化焚燒、炭化等。上述技術(shù)中污泥碳化和焚燒能實(shí)現(xiàn)污泥的完全減量化，而熱解碳化跟焚燒相比，具有煙氣排放量少、源頭抑制二噁英生成、污泥炭用途平安多樣等優(yōu)點(diǎn)，采用熱解碳化技術(shù)處置污泥越來(lái)越普遍[5-7]
01污泥絕氧熱解碳化成套工藝
污泥絕氧熱解碳化技術(shù)，就是將脫水后的污泥（含水率30%以下）進(jìn)行間接絕氧加熱，使污泥在500650℃溫度下進(jìn)行熱分解，固體產(chǎn)物冷卻后成為污泥炭，熱解產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體燃燒后提供碳化所需熱量的技術(shù)。
污泥中的重金屬在碳化過(guò)程中轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化，防止在自然界中釋放析出，實(shí)現(xiàn)完全平安處置。同時(shí)污泥中的抗生素在碳化過(guò)程完全分解，上海反滲透水處理設(shè)備完全無(wú)害化。
污泥炭產(chǎn)物可平安消納使用，用途廣泛。碳化過(guò)程中，污泥中豐富的NPK絕大部分留存在污泥炭中，因此污泥炭可作為園林綠化營(yíng)養(yǎng)土、土壤改良劑；污泥炭化學(xué)和物理性質(zhì)穩(wěn)定，可作為建材原料使用；又由于其含有較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，可作為吸附資料直接或加工后使用；同時(shí)污泥炭含水率極低，熱值約1500大卡，也可以作為燃料使用。
因此，目前的污泥資源化利用技術(shù)中，污泥熱解碳化技術(shù)是國(guó)際上最先進(jìn)的環(huán)保熱點(diǎn)技術(shù)之一。
02工藝流程
1污泥濃縮：污水處置廠含水率97%脫水污泥通過(guò)泵輸送至調(diào)質(zhì)池中，添加藥劑后，經(jīng)疊羅濃縮機(jī)濃縮到含水率95%泥漿。
2污泥調(diào)質(zhì)：調(diào)配好的污泥通過(guò)泵送至污泥調(diào)理罐，加入藥劑后進(jìn)行攪拌調(diào)理，使污泥的細(xì)胞壁破壞，便于后續(xù)擠壓脫水。
3板框脫水：調(diào)理后的污泥送入板框機(jī)進(jìn)行固液分離，污泥含水率降至60%左右。
4熱力干化：板框脫水后的60%泥餅送入污泥干燥機(jī)，干燥機(jī)內(nèi)與碳化爐排出的余熱煙氣接觸，加熱蒸發(fā)水分，將含水率60%左右的污泥干燥至含水率20%以下。
此環(huán)節(jié)，也可利用蒸汽余熱鍋爐，吸收碳化爐排出的熱煙氣發(fā)生蒸汽，送入污泥蒸汽干化機(jī)，與污泥間接接觸蒸發(fā)脫水。
5熱解炭化：含水率20%左右的污泥，輸送進(jìn)入連續(xù)式絕氧熱解碳化爐，與熱煙氣間接加熱發(fā)生熱解碳化反應(yīng)，發(fā)生污泥炭排出經(jīng)冷卻后，送至炭渣儲(chǔ)存?zhèn)}。碳化產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入熱解氣燃燒系統(tǒng)燃燒。
6熱解氣燃燒：由碳化爐產(chǎn)生的熱解氣，進(jìn)入熱解氣燃燒裝置，發(fā)生800~900℃的煙氣，返回碳化爐，為熱解碳化提供熱量。污泥熱值較低時(shí)導(dǎo)致熱解氣熱量缺乏時(shí)，由天然氣補(bǔ)充提供。
7熱量的梯級(jí)利用：為了充分回收熱量，熱解炭化爐產(chǎn)生的熱解氣燃燒后，發(fā)生900℃左右的熱煙氣，熱煙氣首先進(jìn)入熱解爐，提供熱解所需熱量，從熱解爐出來(lái)的煙氣溫度為600℃左右，為脫水泥餅的熱力干燥提供熱量，干燥后煙氣溫度降至120℃后進(jìn)入煙氣處置系統(tǒng)上海反滲透水處理設(shè)備。
8煙氣處置系統(tǒng)：熱解氣和天然氣燃燒過(guò)程中，會(huì)發(fā)生氮氧化物和二氧化硫等污染物。煙氣通過(guò)脫硝、脫硫、除塵等工藝處置后達(dá)標(biāo)排放。
03工藝優(yōu)勢(shì)
1占地小
采用熱化學(xué)處置技術(shù)，與其它非熱化學(xué)處置技術(shù)如堆肥等相比，具有處置速度快、處置周期短，設(shè)備處置量大，占地面積小等優(yōu)勢(shì)。
2減量化顯著
減量化徹底，一次性減少污泥體積和總量90%以上。
3無(wú)害化完全
熱解炭化處置后可實(shí)現(xiàn)100%殺滅各種有害病原菌，并完全消解抗生素。
4能耗低
污泥中的熱值通過(guò)梯級(jí)利用的方式，得到最大程度的利用，大大降低了能耗本錢(qián)。
5清潔燃燒
燃燒的為熱解過(guò)程產(chǎn)生的合成氣體，為清潔燃燒。
6重金屬固化不再釋放
熱解炭化過(guò)程使污泥中重金屬存在形態(tài)變得更加穩(wěn)定、不會(huì)在后續(xù)利用中再釋放、無(wú)害且有廣泛的用途。
7不受季節(jié)影響
該系統(tǒng)采用機(jī)械脫水和熱力干燥，冬季低溫下和夏季高溫下均能穩(wěn)定運(yùn)行，不受季節(jié)和氣溫的影響。
8產(chǎn)物可安全利用
污泥熱解炭化的產(chǎn)物為污泥生物炭，含水率極低，性質(zhì)穩(wěn)定，送至熱電廠作為輔助燃料或作為園林改良土使用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展思路。
04典型案例分析
1項(xiàng)目簡(jiǎn)介
山東省青島市即墨300t/d市政污泥熱解炭化項(xiàng)目，位于青島市即墨區(qū)即墨污水處置廠院內(nèi)，設(shè)計(jì)日處理污泥300噸/天，消納處置即發(fā)污水處置廠內(nèi)產(chǎn)生的污泥。
項(xiàng)目采用污泥調(diào)理+板框脫水+熱力干化+熱解炭化+尾氣處置的工藝路線，建設(shè)有4套板框脫水系統(tǒng)，2條污泥干化碳化生產(chǎn)線。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，污泥減量化程度達(dá)到90%以上，處置后的污泥炭渣作為建材原料在當(dāng)?shù)叵{使用。
該項(xiàng)目已于2019年建成投產(chǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行，解決了即墨區(qū)污泥出路問(wèn)題，可為國(guó)內(nèi)污泥熱解碳化處置項(xiàng)目提供參考。
2項(xiàng)目平安性設(shè)計(jì)
1干化單元平安性設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目污泥干化熱煙氣直接換熱干化的方式。進(jìn)入污泥脫水后含水率60%左右，含濕量大。污泥進(jìn)入干燥機(jī)，干燥機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的破碎裝置作用下，與污泥與煙氣進(jìn)行快速降溫蒸發(fā)過(guò)程，干燥過(guò)程中，污泥溫度低于100℃，煙氣含氧量低，平安可靠上海反滲透水處理設(shè)備。
2熱解碳化單元平安性設(shè)計(jì)
干燥后的污泥（含水率20%以下）進(jìn)入碳化爐后，被煙氣爐產(chǎn)生的煙氣間接加熱，熱煙氣不與污泥直接接觸，污泥處于絕氧狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)處于微負(fù)壓狀態(tài)，通過(guò)氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)和外部氧氣的隔絕，將污泥轉(zhuǎn)化為污泥炭，實(shí)現(xiàn)平安運(yùn)行。
具體平安設(shè)計(jì)如下：
①熱煙氣與污泥間接接觸，不直接接觸，確保平安。
②污泥碳化采用多重組合密封，包括啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行過(guò)程中的充氮保護(hù)，確保污泥熱解過(guò)程處于絕氧環(huán)境，確保運(yùn)行平安性。
③污泥碳化爐內(nèi)為微負(fù)壓，同時(shí)又有多重密封維護(hù)，防止了熱解氣外溢和空氣進(jìn)入，確保了平安性。
3熱解氣燃燒單元平安性設(shè)計(jì)
①熱解氣燃燒爐采用負(fù)壓設(shè)計(jì)，防止煙氣外溢，實(shí)現(xiàn)平安和環(huán)保。
②天然氣作為熱解氣穩(wěn)燃火炬，繼續(xù)為熱解氣的燃燒提供點(diǎn)火能量，保證熱解氣及時(shí)著火燃盡；
③熱解氣燃燒爐內(nèi)采用蓄熱結(jié)構(gòu)，高溫蓄熱材料在燃燒過(guò)程中保持在800~1000℃，當(dāng)熱解氣熱值和成分動(dòng)搖時(shí)，蓄熱結(jié)構(gòu)能保證熱解氣穩(wěn)定著火燃燒；熱風(fēng)爐設(shè)置燃燒攝像頭和等離子火焰監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確監(jiān)控燃燒狀況上海半導(dǎo)體超純水設(shè)備。
上述設(shè)計(jì)確保了污泥在干化及熱解碳化過(guò)程的平安性，實(shí)現(xiàn)平安穩(wěn)定運(yùn)行。
3污泥重金屬固化效果分析
污泥炭產(chǎn)物的平安性是本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于本項(xiàng)目產(chǎn)生的污泥生物炭樣品，依照《危險(xiǎn)廢物鑒別規(guī)范 浸出毒性鑒別GB5085.3-2007進(jìn)行重金屬浸出毒性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。
從表2測(cè)試結(jié)果來(lái)看，所有的重金屬經(jīng)過(guò)熱解碳化處理后，其重金屬的生物毒性降低到很低的水準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范限值的要求。
這意味著污泥生物炭產(chǎn)品在進(jìn)入自然界中，其中的重金屬不再會(huì)對(duì)生物鏈造成危害，可以平安利用的
05總結(jié)
1污泥調(diào)理脫水、熱力強(qiáng)化干化、連續(xù)絕氧熱解碳化技術(shù)的集成應(yīng)用，具有能量利用效率高、減量化徹底、排放環(huán)保、污泥炭平安利用等優(yōu)點(diǎn)，成為污泥處置領(lǐng)域的優(yōu)選技術(shù)。
2污泥連續(xù)絕氧熱解碳化技術(shù)，采用中溫?zé)峤夤に嚕瑢⑽勰嘣诮^氧條件下間接加熱，發(fā)生的熱解氣高溫條件下低氮燃燒，符合850℃燃燒2s以上的條件，實(shí)現(xiàn)清潔燃?xì)獾娜紵�，從源頭上抑制了二噁英的發(fā)生，環(huán)保排放優(yōu)良。
3采用熱力干化耦合絕氧連續(xù)熱解碳化技術(shù)，憑借環(huán)保方面的巨大優(yōu)勢(shì)，不易發(fā)生鄰避效應(yīng)，選址落地更加容易，市政污泥處置處置的發(fā)展趨勢(shì)和方向。
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