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《環(huán)境衛(wèi)生工程雜志》2014年第三期

1污泥特性與脫水減容

1.1污泥調(diào)理與污泥藥劑為了有效去除污泥中的各種水分，需要使用污泥調(diào)理技術(shù)，此類技術(shù)關(guān)鍵點是依據(jù)不同的階段添加不同的藥劑。常用藥劑有：絮凝劑、助凝劑、調(diào)理劑、破乳劑、消泡劑、pH調(diào)整劑、氧化還原劑、消毒劑。在壓濾方式下用的較多的是無機調(diào)理劑，它適用于真空過濾和板框壓濾。一般有以下3種。1）鐵鹽：常和石灰聯(lián)用。在pH>12時，可采用Ca（OH）2絮凝體、FeCl3•6H2O、Fe2（SO4）•4H2O、FeSO4•7H2O、聚合硫酸鐵（PFS）。2）鋁鹽：Al2（SO4）3•18H2O、AlCl3、Al（OH）2Cl、聚合氯化鋁（PAC）。3）鎂鹽：MgO-CaO-SiO2組合系列。高分子調(diào)理劑：脫水陽離子聚丙烯酰胺、乳液型聚丙烯酰胺等。它適用于污泥的離心脫水和帶式壓濾。

1.2污泥脫水減容的4個階段采用了污泥調(diào)理技術(shù)，污泥脫水將能實現(xiàn)40%~60%的減容率。由于污泥含水率與其抗壓強度呈一定的關(guān)系，工業(yè)處理中常將污泥脫水分為幾個重要階段。第一個階段：濃縮，主要用以去除液體部分，產(chǎn)生濃縮污泥。多數(shù)污泥濃縮裝置能達(dá)到5%~10%的固體濃度。該階段主要在污水處理廠進(jìn)行。第二個階段：機械壓濾。工業(yè)中常用的具體脫水設(shè)備有板框壓濾機、帶式壓濾機、臥式螺旋卸料離心過濾機、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機和圓盤真空過濾機。該階段通常在污水處理廠完成。第三階段：深度脫水。該階段可將污泥含固率從20%提高至40%。在添加藥劑破壁的情況下，污泥含固率甚至可達(dá)到45%。此階段可和第二階段合并。第四階段：污泥熱干化，是利用熱能、使脫水污泥的水分進(jìn)一步降低的措施。處理工藝基本集中在電廠煙氣尾氣高溫干化、高溫蒸汽熱干化、太陽能等新能源低溫干化、水泥窯尾氣高溫干化。

2污泥的干化處理

2.1污泥的干化機理蒸發(fā)和擴散過程蒸發(fā)過程：環(huán)境水蒸氣分壓＞污泥表面水蒸氣分壓；擴散過程：污泥內(nèi)部濕度＞污泥表面濕度。蒸發(fā)過程吸熱：即水分從常溫升至沸點需要吸收的熱量，每公斤水吸熱335kJ。擴散過程吸熱：即水分由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘈栉盏臒崃浚抗锼鼰?261kJ。基本熱能代價：蒸發(fā)過程和擴散過程吸收的熱量之和，每公斤水吸熱2596kJ。

2.2污泥熱干化的形式表1中2種工藝均為高溫?zé)嵩锤稍铮紤]經(jīng)濟節(jié)能，筆者選用了低溫直接干燥的工藝。

2.3熱干化含水率的確定原則以減量化和資源化為干燥的目的，建議半干，控制污泥含水率在30%左右。理論上，將污泥干燥到該處置環(huán)境下的平衡穩(wěn)定濕度是最經(jīng)濟合理的。根據(jù)污泥物理化學(xué)分析，將污泥干燥到能夠達(dá)到生活垃圾熱值，在焚燒爐中單獨燃燒是一個較合理點。

2.4低溫自然干化試驗及工藝需熱計算根據(jù)污泥的持水性表明：污泥具有很強的持水性，泥餅含水率降低到65％的過程較慢，當(dāng)小于65％，污泥越過膠粘狀態(tài)，含水率下降非常快。從含水率60%降到40%只需24h，若改善溫度、空氣濕度等條件，干化時間會大大降低，最好效果是降低到4h。圖1為上海同臣環(huán)保有限公司關(guān)于城市生活污泥和工業(yè)污泥低溫干化實驗數(shù)據(jù)。溫室需熱量計算（以100t40%含固率污泥處理量為例）如下。水分蒸發(fā)需熱：100×（60%－40%）×57.7÷24=201×104kJ/h=560kW；采暖負(fù)荷：5000×100÷1000=500kW=180×104kJ/h；污泥加熱：100×（30-5）÷10÷24=462×104kJ/h=122.5kW；循環(huán)風(fēng)量：100×（60%－40%）×106÷（37.7×60%－9）÷24=7.63×104m3；加熱空氣熱量：7.63×104×（30－5）×1.3×0.26=214×104kJ/h=595kW；溫室系統(tǒng)總制熱量：560+122.5+595=1277.5kW，在采用溴化鋰熱泵技術(shù)情況下，按照COP=1.7的情況下，需消耗蒸汽約1.1t（0.8MPa，252℃）溫室加熱系統(tǒng)電設(shè)備能耗受到廠房材質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)、密封性能影響，約65kW。

3污泥焚燒

污泥的低位熱值隨著污泥含固率的提高而提高，當(dāng)污泥的含固率在40%～60%時，污泥的低位熱值4317～7608kJ/kg，相當(dāng)于我國城市生活垃圾焚燒低位熱值范圍。如將污泥焚燒，應(yīng)具有很可觀的熱值回收利用價值。污泥干化后進(jìn)行焚燒的焚燒爐設(shè)備也是污泥焚燒處置的主要設(shè)備，國內(nèi)已有部分廠家生產(chǎn)專門焚燒污泥的焚燒爐，基本達(dá)到穩(wěn)定燃燒。結(jié)合垃圾焚燒處理工藝，工業(yè)爐排爐則是最好的選擇之一。

3.1主要污泥焚燒處置工藝一種是將生活污泥脫水至80%含水率，再送至焚燒廠焚燒，該法處置工藝環(huán)節(jié)少，流程簡單，目前主要應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐或水泥窯爐。但這種處理方法由于含水率較高，無法達(dá)到能量平衡，需添加大量的燃料，處理成本很高，且產(chǎn)生的大量水蒸氣導(dǎo)致焚燒設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、磨損快，維護(hù)費用較高，另外原生污泥體積大，含水率高，運輸過程中的跑冒滴漏也影響了環(huán)境，運輸費用也較高，2012年以前，較多的循環(huán)流化床鍋爐、大型燃煤電廠、水泥窯爐僅僅看到了短期效益，直接摻燒原生污泥，帶來的后果不言而喻。目前已很少采用此種技術(shù)。另一種是脫水污泥經(jīng)過干化或者半干化處理再焚燒。李軍等曾進(jìn)行理論計算和試驗驗證，含水率38%的市政污泥可單獨焚燒［2］。因此，在前一種處置工藝的基礎(chǔ)上逐步衍生出二次脫水技術(shù)，即經(jīng)過機械深度脫水后（60%以下含水率），通過干化技術(shù)或直接熱源干燥處理單獨焚燒。由于含水率的降低，在單獨焚燒過程中可實現(xiàn)無外來助燃物。順推式垃圾焚燒爐排爐垃圾適用范圍廣，無需添加任何燃料，對于摻燒污泥具有得天獨厚的便利條件，在實際應(yīng)用中，其處理流程可與污泥處置流程完美對接，使用效果優(yōu)于循環(huán)流化床鍋爐。

3.2與生活垃圾摻燒的可行性分析由表2可以看出，生活污泥與城市生活垃圾在元素分析上基本接近，熱值稍高于垃圾熱值，完全可以達(dá)到生活垃圾焚燒爐的正常燃燒條件。值得注意的是，城市污泥含N量和含S量稍高于生活垃圾，但也在可控范圍內(nèi)，加上國家有關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對生活污泥的摻燒比例有指導(dǎo)性要求，污泥摻燒量基本只占垃圾量的10%左右，可忽略不計。如在新建摻燒污泥的生活垃圾焚燒廠設(shè)計中需考慮好脫硫和脫硝系統(tǒng)的容量。在現(xiàn)有的焚燒爐中，由于初期設(shè)計余量較大，在保證足夠的脫硫脫硝劑的情況下，能保證煙氣排放達(dá)標(biāo)。由于污泥中C、H、O、S含量均高于生活垃圾，所需理論空氣量和產(chǎn)生的煙氣量均高于普通生活垃圾發(fā)電廠。在設(shè)計新廠時，需要增加送引風(fēng)機容量。

3.3污泥處理結(jié)合爐排爐技術(shù)優(yōu)勢分析采用效率最高的溴化鋰熱泵技術(shù)進(jìn)行余熱利用，配合垃圾發(fā)酵加熱需要，充分降低了循環(huán)水溫度，將廠房內(nèi)各類廢熱回收利用于污泥低溫干化加熱，熱量利用效率高。低溫干化過程中，可利用廠房地暖及射流風(fēng)加熱技術(shù)，有效提高污泥加熱效果。廠房尾氣余熱，回抽至垃圾坑加熱垃圾，再由除臭風(fēng)機返回爐排爐供風(fēng)系統(tǒng)，既提高了燃燒風(fēng)溫，又使污泥中揮發(fā)的有害氣體、可燃?xì)怏w得到熱解處理。同時又提高了垃圾池垃圾發(fā)酵溫度，垃圾熱值得到一定的提高。焚燒工藝中，爐排爐多通道，多梯度供風(fēng)系統(tǒng)可有效提高污泥的燃燒效果。迂回設(shè)計的底部供風(fēng)系統(tǒng)徹底解決了灰渣堵塞風(fēng)口，灰渣熱灼減率極低。垃圾在爐排爐中時間長，垃圾熱解效果好，污泥與垃圾混合燃燒無需添加任何助燃物（啟動及停爐除外），爐排爐的二惡英控制效果好，結(jié)合后序處理工藝，二惡英排放數(shù)據(jù)可達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)。垃圾焚燒發(fā)電廠中的除塵系統(tǒng)，可有效保證污泥焚燒過程中的粉塵排放。

4結(jié)論

脫水污泥中含有較高的熱量，若采用污泥調(diào)理+深度脫水+低溫干化+污泥垃圾混合焚燒發(fā)電污泥處置工藝，完全可達(dá)到節(jié)能減排、減量化、資源化利用的目標(biāo)。

作者：周圣慶王占磊 陳竹李軍張翼翔單位：江蘇天楹環(huán)保能源股份有限公司