生物干化

生物干化（共7篇）

生物干化 篇1

摘要：阐述了污泥生物干化工艺的概念及其影响因素研究现状,认为生物干化法处理污泥在技术和经济上是可行的,能够实现污泥的稳定化、无害化、减量化和资源化。

关键词：污泥,生物干化,影响因素

污泥是污水处理的副产物,以含水率97%计算,其体积占处理污水的0.3%~0.5%[1],如深度处理产泥量还将增加50%~100%。随着城市污水处理能力的不断提升,污水处理厂的污泥产量也急剧增加,如何安全、经济、科学地处理处置污泥已成为困绕污水处理行业的难题。

污泥的处理处置主要在以下几个方面发展。一是稳定化,如堆肥[2];二是无害化,如重金属固定;三是减量化;四是资源化,即污泥资源化综合利用。综合国内外对污泥处置的研究来看,其处置方法主要有填埋、焚烧、投海和污泥堆肥土地利用等4种方式[3,4]。

由于城市污水处理厂产生的污泥通常含水率较高,经浓缩脱水处理后仍会高达80%左右[5],具有体积大、不利运输、性质不稳定等特点。经过张义安等人[6]的测算,污泥的含水率降至60%以下时,填埋、焚烧和堆肥处置污泥的经济可行性才得以提高。因而,对污泥进行干化处理,降低污泥含水率,是目前解决污泥处置问题的关键。与主要利用自然通风、重力作用对污泥进行干化等传统的污泥干化和通过外加热源将污泥中水分蒸发的热干化相比,生物干化不失为一种较为优越的污泥干化工艺。

1 概述

生物干化(Biodrying)最早是由美国康奈尔大学Jewell等人[7]于1984年提出,也叫做生物干燥、生物稳定。是指在生物活动产生的较高温度条件下,对脱水污泥中的有机物进行生物降解,同时加快污泥中的水分散失,最终生成具有较低含水率的干化污泥。Wiemer等[8]研究结果表明,城市垃圾经生物干化后,含水率明显下降。该方法在欧洲等国家普遍应用,作为制作衍生燃料(RDF)或者作为垃圾焚烧的预处理手段。意大利的Eco-Deco、希腊Herhof、德国Nehlsen公司都拥有该技术,并在多个国家建有生物干化工程[9]。

生物干化技术的微生物代谢过程与好氧堆肥相似,主要区别在于生物干化以降低污泥含水率为目标,而堆肥处理则以有机物稳定与腐熟为主。生物干化的产物一般不是以土地农用为目的,因此不需要达到高度腐熟,对高温保持时间和腐熟期没有要求。相比好氧堆肥处理,生物干化的特点在于无需外加热源,利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物能,配合强制通风促进水分的蒸发去除,从而实现快速干化的。生物干化的发酵周期短,约为好氧堆肥的1/2~1/3,因此其占地面积和单位产量投资成本大幅度减少,具有很强的工艺技术优势。

好氧堆肥工艺通过微生物的好氧发酵活动促使污泥中的易降解有机物向稳定的类腐殖质转化,杀死病原菌和寄生虫卵,钝化重金属,形成高度腐熟的、满足土地安全施用标准的有机土(营养土)。研究表明,污泥好氧堆肥过程的主要控制因素有含水率、通风供氧、调理剂和温度等,这些研究更多是考虑堆肥的周期和产品质量,而并非污泥中的水分含量[10,11,12,13,14]。

2 生物干化的影响因素研究

生物干化过程受到微生物好氧发酵和强制通风脱水两个因素的共同影响,前者为重要因素。温度、湿度和氧气浓度将影响微生物的好氧发酵过程。此外,蒋建国等人[15]研究表明,调理剂、物料配比(初始含水率)和通风方式对于污泥生物干化的效果有着重要的影响。

2.1 温度

国外一些研究人员在进行城市生活垃圾的生物脱水处理时发现,维持更低的堆体温度可获得更好的干化效果[16]。这是因为生活垃圾水分附着力小,脱水比较容易,即使在较低温度下,通过大量鼓风仍能顺利去除。在这个过程中微生物产热量很少,与人工强化的风干技术更为相似,而非真正意义上的生物干化。

与热干化类似,生物干化同样是一个水分受热蒸发的过程,温度越高,其水分蒸发越快。同时,由于饱和空气的含水量随温度升高呈指数规律增长,所以当堆体温度升高时,排出的空气湿度也随之升高,单位体积空气的持水能力将大幅上升。也就意味着即使在湿度很高的自然气候条件下,只要出入堆体的空气温差足够大,仍将有大量的水分随空气逸出而散失,干燥作用随之发生。

但是,对于作为生物干化过程唯一产热来源的微生物而言,其适宜的温度范围决定了温度并非越高越好。生物干化利用的微生物主要为嗜温菌和嗜热菌,它们的适宜温度分别为20~40℃和40~65℃。因此,可在微生物适宜的环境温度范围内维持尽可能高的温度以获得更高的脱水效率。

2.2 湿度

在生物干化过程中,湿度和干化是相对立的。作为微生物反应的介质和为可溶性营养物质提供载体,水分又不可或缺。研究表明,湿度与有机物降解速率有着密切的关系,当湿度小于45%时,有机物降解速率会明显降低[17]。因此,在生物干化过程中,过早的强化干燥作用将会影响微生物活动,从而达不到预期的干化效果。

相反,过高的湿度同样会影响生物干化过程。湿度过高将会堵塞物料中的孔隙,导致厌氧环境的出现,不利于好氧微生物的生长繁殖。因此,在生物干化过程中,需要将湿度维持在一定的范围内。罗维等[18]总结了国内外有关堆肥湿度的文献,发现最佳堆肥湿度范围应维持在50%~60%之间。而有关生物干化的适宜湿度范围尚未有全面深入的研究。

2.3 通风

通风速率和通风方式是影响污泥堆体温度和水分的重要因素。通风过程能为好氧发酵过程中提供氧气、带走热量和水分。

通风速率是生物干化过程中主要的控制参数,较高的通风速率能加速水分的对流蒸发,促进生物干化的进程。Shahram等[19]利用半工业化旋转筒对城市固体废弃物进行生物干化时发现,通风速率最大时(120 m3/h)干化速率也最大,并且在较短的时间内(小于7 d)获得了较佳的干化效果(由40%w/w降至20%w/w)。然而,在生物干化的前期,过高的通风速率将会带走大量的堆体热量,使堆体迅速冷却,影响水分的连续蒸发。有研究表明,在生物干化系统中,损失的总热量中90%以上是与通风相关的水蒸发引起的[20]。

韩竞耀等[21]研究结果表明,通风量与城市垃圾堆体的物料温度及有机物降解率呈反比,即采用间歇式通风较为理想。

因此,通风干燥和通风散热是相互矛盾的两个方面。风量大、持续时间长有利于带走堆体水分,但同时也带走热量、增加运行成本。生物干化的不同阶段应该采取不同的通风策略,以实现在较短时间内去除更多水分的最终目的。

2.4 调理剂

在生物干化过程中,可以向堆体中加入调理剂,提供干化效果。而调理剂的类型和加入量就成为研究的重点。蒋建国等人[15]利用秸秆和锯末作为调理剂,并通过实验证实前者的调节作用优于后者,可以使物料温度上升更快,含水率下降的程度更大。相关研究结果证实,如果生物堆体的自由空域过低,可阻碍氧气的存储和传输过程,从而引起堆体的厌氧发酵。一些研究人员认为,生物堆体的自由空域保持在30%左右,对于生物堆体发生好氧反应最为有利。此外,李艳霞等[10]在研究中发现,填充料含量高的配比的升温速度明显比填充料含量低的配比快。

2.5 时间与空间

有学者认为,污泥生物干化的停留时间和场地的空间大小对干化的效果也有影响,它们可能影响生物堆体的热量变化和微生物种群的繁殖,进而影响到生物堆体的干化效果。在蒋建国[15]开展的实验中,也间接证实了这一点。因此,在今后的研究中,有必要对生物干化反应的时间和空间要素进行深入的研究。

3 生物干化法的优势

3.1 政策优势

早在2000年,环保部、建设部就联合发文,明确表示建议日处理能力在1.0×105t以下的污水处理设施产生的污泥,可进行堆肥处理和综合利用。根据工艺特点及堆肥产品的销路可分析出,生物干化工艺在国内二级城市污水污泥处置工程中具有非常好的应用前景。在国内大型污水处理厂,可结合周边生物有机肥的需求程度在前期中小型污水处理厂污泥处置经验总结的基础上,推荐生物干化处置污泥工艺。

3.2 技术经济优势

污泥干化是一个能量净支出的过程,耗能费用在一个标准干化系统运行成本中的比例大于80%,因此对能耗的研究是干化系统研究及改进的重点[22]。现阶段,国内外污泥干化多采用热干化的形式,虽然采取了优化热源、减少工艺步骤、优化运行参数等方法来降低能耗,但由于其工艺必须利用外加热源,从而限制了热干化工艺的发展。而利用微生物好氧发酵产热来蒸发水分的生物干化工艺,由于充分利用了污泥自身的生物能,除了强制通风所需的电耗以外,不用外加热源,理论上是一种经济节能的干化技术。常志洲等[23]利用猪粪进行生物干燥试验时发现,20 d内可以使猪粪含水量由700 g/kg下降到550 g/kg。

3.3 干化产品土地综合利用的市场优势

污泥土地综合利用包括市政用地利用、农林业利用、污泥在废弃土地复垦上的利用等。如目前国内中低产土壤面积相当大,加上长期施用无机化肥导致土壤盐化板结及肥力下降,使我国土壤贫瘠状况更加严重。据第二次土壤普查,全国缺乏有机质和氮的耕地平均占耕地面积的35%,缺磷耕地占耕地面积的70.7%。部分耕地缺锌、硼、铝等微量元素,相当面积的土壤急需培肥。因此,有机复合肥料在国内有很大的市场潜力,经济效益相当可观。

生物干化 篇2

关键词：污泥生物干化,影响因素,应用前景

随着我国经济建设的快速发展,及各地区污水处理厂的不断建设,水污染治理的能力不断加强,大量的城市污泥也继而产生。按照“十二五”规划的内容,到2015年我国污水的日处理能力将会达到2.08亿m3,污水处理率将增长到85%左右,若以80%的含水率计算,全国的污泥总量很快将突破3500万t,预计到2020年污泥产量将突破年6 000万t[1]。污泥是一种极其复杂的非均质体,是城市污水处理后的必然副产物,由有机残片、细菌体、无机颗粒、胶体等组成,不仅含有大量的水分,还含有有机物、重金属、盐类及少量的病原体微生物和寄生虫卵等[2]。因而,若将处理处置不当的城市污泥直接排放到环境中,将会造成有机物、重金属污染及病虫害等二次污染。所以,如何处理处置城市污泥,达到污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化,使之变废为宝,循环利用,是一个亟待解决的大问题[3]。

我国污泥处理处置现仍处于发展阶段,目前国内常见的污泥处理处置方式主要有卫生填埋、堆肥、农业利用、焚烧等。

卫生填埋是污泥处理处置的一种常见的方法。填埋场通常要求污泥的含水率不高于65%才能进行填埋。污泥堆肥化是一种受控的生物降解转化过程,其产物可作为肥料资源化利用。按含水率在50%~60%之间最有利于有机物堆肥降解的通识[4],在进行污泥堆肥前也要预先调节污泥的含水率。而农业利用时,首先需要解决也是浓缩污泥含水率的问题。污泥焚烧不仅在很大程度上能减少其体积,还能杀死病原体,基本达到污泥处理处置的减量化和无害化原则[5]。一般干污泥热值为3~4 Mka1/kg,而含水率80%的脱水污泥热值仅0.2 Mka1/kg。经测算,焚烧每吨含水率80%的脱水污泥需消耗辅助燃料304~565 L重油,能耗巨大[6]。因此,含水率直接决定着污泥焚烧的经济性和能量回收潜力。

综上所述,无论何种处理处置方法都必须要通过脱水干化这个环节。因此,寻求一种低能耗、高效率、更经济的污泥脱水干化的方法,为其后续的处理处置和减量化、稳定化、无害化和资源化提供可靠的保障,是污泥处理处置发展的必然要求。

1 生物干化技术概述

生物干化技术基于堆肥化方法发展而来,是一种生物法减量化新概念。污泥生物干化技术最早由美国Cornell大学Jewell教授于1984 年提出[7]。 在生物干化过程中, 易降解的有机物进行好氧呼吸、产生热量,同时配以大量的通风,目的是去除水分。

生物干化的原理是在通风供氧的条件下,微生物利用污泥中的易降解的有机物进行好氧呼吸,释放出大量的生物能[8]。 这些生物能不仅使得微生物自身得到生长繁殖, 还使物料的温度明显升高,一般可达到55 ℃左右,最高可以达70 ℃及以上。 与此同时, 污泥中的束缚水由于微生物的活动得以活化,使得污泥中的水分更容易因温度升高而蒸发[9]。污泥之所以能实现连续不断的脱水干化,是因为污泥特殊的性质,它能够通过生物能加热,致使其中的水分最大化地转化成为水蒸气,与此同时,通过强制对流和自由扩散等作用使水蒸气进入到物料的间隙,最后通过风机鼓入的干燥空气将这些水蒸气带出体系[10]。

生物干化技术是目前世界共同关注的一项技术,凭借于其既经济节能又环保的优势,在干化过程中不需要外加热源, 它可利用物料自身的生物能,即通过体系内微生物的好氧发酵作用来提供所需的能量, 从而保障整个干化过程的顺利进行,这恰好也就是这项技术优于其他干化技术(热干化)之处[11]。 生物干化技术的另一个的优势是加入了人为的过程控制, 即对堆体进行强制鼓风来促进干化,从而达到缩短干化周期的目的。

2 生物干化与好氧堆肥的区别

生物干化与堆肥化有共通之处,如都是利用微生物的好氧生物降解作用对固体废弃物进行处理,因此, 可以参考堆肥系统对生物干化系统进行设计。 但是他们也各有特点,值得注意并区分的是生物干化主要是以降低污泥含水率为主,而堆肥化却是以有机物稳定与腐熟为主。

生物干化与好氧堆肥的比较见表1。

堆肥化是应用较广泛的污泥资源化利用技术,现有堆肥工艺以高温好氧堆肥较常见。 堆肥化过程中污泥的理化性状得以改善、 水含量会逐渐减少[12],即污泥堆肥化也具有生物干化的作用。 为此,常需添加粪污水等弥补水分损失以保持堆肥微生物的高活性[13]。 研究证明,肥化的一次发酵过程(包含潜伏阶段、中温增长阶段、高温阶段)是污泥发生干化作用的主要阶段[14],同时也是CO2释放速率和挥发性固体消耗速率最高的时期[15]。 因此,有效调控和利用微生物活动可使生物干化相对于堆肥化大幅缩短反应周期。

3 污泥生物干化的影响因素

污泥生物干化是微生物好氧呼吸产热和强制通风脱水等多因素综合作用的结果。 微生物产热速率主要与物料特性(如含水率、可降解有机质含量、C/N值、孔隙率等)、堆体环境(如温度、氧浓度、湿度等)和菌群种类等有关;而强制通风脱水则决定热量利用效率,并主要与通风量、频率及空气温湿度等有关,这与堆肥化类似。

3.1 孔隙率

利于微生物好氧反应发生的条件之一在于使生物堆体的孔隙率增加,从而可以保证通入的空气与脱水污泥充分接触。 如果生物堆体的孔隙率过低,将不利于氧气的存储和传输,从而导致堆体厌氧发酵的产生[16]。 金芬等[17]分别用药渣、木屑(刨花)、水稻、玉米和小麦秸秆为调理剂, 和污泥混合进行好氧堆肥,研究结果表明,以水稻秸秆为调理剂时, 含水率下降最多; 以木屑为调理剂时, 含水率下降最少。 一些研究人员认为, 生物堆体最有利于发生好氧反应的孔隙率是保持在30%左右[18]。

3.2 初始含水率

污泥的初始含水率同样也会影响生物干化的效果,在对污泥进行生物干化处理之前,应加入适量的调理剂,将污泥的含水率调节到合适的范围。在一般情况下,污泥的初始含水率都会过高,因为大量的水分会导致污泥内孔隙的堵塞,从而使污泥内部氧含量过低,以致于有机物降解速率降低,甚至会引发厌氧环境的产生。污泥的初始含水率可以通过添加调理剂的配比而改变。蒋建国等[19]在研究中发现,污泥和秸秆混合比例小于3∶1时(即初始含水率在65%以下时),干化反应能够快速启动,而当污泥和秸秆混合比例大于6:1时(即初始含水率在70%以上时),不利于生物干化反应的发生。

3.3 强制通风

与堆肥不同,生物干化中强制通风的作用更为关键。 一是通过通风方式可以更好地为微生物好氧呼吸提供所需的氧气, 从而维持微生物的活性;二是通过强制对流作用可以促进水分蒸发和散失,将水分带出,降低含水量,实现脱水干化;三是转移热量实现热量再分配,平衡基质温度的不均衡,调控体系温度。 蒋建国等[19]研究结果表明,间歇通风相比于连续通风的优势在于间歇通风能够提供更充足的氧气,并且保证生物堆体的温度,拥有更好的干化效果。

生物干化相对于好氧堆肥的明显区别在于整个过程所需要的通风量远大于微生物生长的需求量,因为较大的通风量能加速水分的对流蒸发,促进生物干化的进程。生物干化的前期阶段,通入较小的通风量,这样有利于堆体升温,但会影响水分的连续蒸发;高温阶段,通入较大的通风量,以利于水分的去除和调整堆体温度,避免过热或冷却[20]。齐凯佳通过研究5个不同通风量对污泥干化效果的影响,得出城市污泥生物干化最佳的通风量范围。实验结果显示,通风在4 m3/(h·m3)~6 m3/(h·m3)的范围内污泥含水率下降最大,有着较好的生物干化效果[21]。

3.4 外源接种菌

生物干化需要合理控制微生物呼吸产热提供脱水驱动力。 因此,生物干化能发挥高效能的重要重要因素之一是具备逐渐演替的高效稳定微生物群落。 张小娟等[22]研究表明,复合菌剂的接种有助于加快堆体水分散失。

3.5 温度

Miller等研究表明, 温度是影响微生物生长的关键因素,同时还影响微生物所能降解的有机物类型[22]。 生物干化是水分受热蒸发过程,温度越高则水分蒸发越快,但微生物作为生物干化过程的唯一产热源,其生命活动也局限在一定的温度适应范围内(嗜温菌:20~40 ℃,嗜热菌:40~65 ℃)。 因此,如何在微生物适应的温度范围内维持尽可能的高温来促进水分蒸发去除,是值得研究的问题

4 污泥生物干化技术的应用前景及展望

污泥具有广泛的应用, 其中含有的大量有机质、氮、磷、钾等都是植物生长无法离开的养分,因此,可以用做土壤改良剂和中等级的肥料。 此外,污泥本身具有一定的热值,其燃烧性能良好,可以当作燃料使用。 污泥在建筑材料方面也具有巨大的潜在价值和利用意义,可以用于制砖、水泥、陶瓷等多个方面。 在热解制油、制取吸附剂和微晶玻璃等方面污泥也有不错的应用空间。 由此可知,污泥资源化不仅能够实现对物质的充分利用和变废为宝,更能够促进循环经济和实现可持续发展的目标。

目前,国内外应用最多的污泥干化方式是热干化。 但是这种方式具有明显的缺点,由于必须通过外加热源才能达到干化目的,导致热干化的能耗较高,无法做到清洁环保和节能节源。 但是,生物干化可以很好地避免这一缺点。 它能通过微生物的好氧发酵活动, 使物料本身的生物能得以充分利用,来供给生物干化所需要的能量。 同时,热量由内向外传,水分也由内向外传,可以达到彼此无制约的效果。 这样不仅可以做到不消耗现有能源,还可以在理论上将污泥的含水量降得更低。 综上所述,这种经济、节能、环保的新型干化技术在不久的将来必将受到更广泛的关注和更深入的研究。

生物干化 篇3

餐厨垃圾具有含水量较大、物质较为混杂等特点, 所以在固化过程中有很大难度[1]。目前垃圾固化都是垃圾破碎后直接干燥, 破碎机在破碎后的垃圾仍然存在轻型异物质未被破碎, 干燥后不利于粉碎, 同时干燥加热浪费大量能源[2]。目前已有针对利用对垃圾本身的生化反应产生的热量进行自我供热干燥的研究, 而产品都不理想, 问题存在于由于餐厨垃圾的粉碎不完全, 反应时不易搅拌, 并且生物反应产生的能量有限, 所需的干燥的周期较长[3]。为此我们公司研制了一种新型餐厨垃圾干化反应器。

2 反应器结构

如图所示, 生物干化反应器, 分为外壳体和内壳体, 外内体与内壳体之间为夹层, 内部是由横向反应槽和纵向反应槽组成, 纵向反应槽a和纵向反应槽b分别在横向反应槽两端且相通, 横反应槽内安装若干旋转轴, 旋转轴在同一平面上且相互平行, 旋转轴上装有粉碎刀, 伺服电机a通过链条与各个旋转轴上的链轮连接;纵向反应槽a和纵向反应槽b内垂直方向安装有螺旋搅拌轴, 两个螺旋搅拌轴各安装伺服电机b;所述的夹层内安装加热器和温度传感器, 加热器和温度传感器都连接控温器, 控温器安装在外壳体外侧。横向反应槽上设有进料口、臭气出口和通气口, 两个出料口分别设置在纵向反应槽a和纵向反应槽b的底端。横向反应槽上还设有臭气出口和通气口, 横向反应槽的若干个旋转轴, 其每相邻的两个旋转轴轴间距大于粉碎刀的旋转直径, 并且螺旋搅拌轴与旋转轴及粉碎刀工作时不发生接触。

1夹层2横向反应槽3纵向反应槽a 4纵向反应槽b 5旋转轴6粉碎刀7伺服电机a 8链条9螺旋搅拌轴10伺服电机b 11加热器12温度传感器13控温器14进料口15出料口16臭气出口17通气口

3 工作原理

实际工作中, 臭气出口通过管道连接除臭装置, 通气口另一端接空压机, 保证反应所需空气。

当餐厨垃圾从进料口进入横向反应槽内, 伺服电机a带动旋转轴及其粉碎刀, 伺服电机b带动螺旋搅拌轴开始工作, 粉碎刀带动垃圾向两侧运动, 并且粉碎异物质, 垃圾运动到横向反应槽与纵向反应槽的分界口时进入纵向反应槽a和纵向反应槽b, 伺服电机b带动螺旋搅拌轴进行搅拌, 在反应过程中, 温度传感器检测温度反应到控温器, 根据检测到温度, 控制控温器, 调节加热器, 反应完成后从出料口出。

4 结语

改进后的生物干化反应器在餐厨垃圾的固化过程中, 其旋转轴的粉碎刀不但起到搅拌和推动垃圾输送的作用, 还能使垃圾进一步的粉碎, 而且设有两个纵向反应槽, 使反应更充分;利用反应自身产生的热量可干燥垃圾, 节省能源, 并且设有加热器和控温器随时控制反应温度。

摘要：通过对餐厨垃圾生物干化反应工艺的特点进行研究, 提出了切实可靠的解决方案, 创新性地改进了餐厨垃圾生物干化反应器的结构和功能, 研发出一种循环节能、易于反应的新型干化反应器。

关键词：餐厨垃圾,生物干化反应器,节能

参考文献

[1]张庆芳, 等.餐厨垃圾废弃物处理技术概述.中国沼气ChinaBiogas, 2012, 30 (1) .

[2]单成冲, 等.城市生活垃圾焚烧底灰的水热固化研究.新型建筑材料.

污泥脱水干化技术研究 篇4

1 污泥脱水

污泥脱水技术在中国的发展经历了国外进口——大部分进口, 一小部分国产——进口国产共存——大部分国产, 小部分进口。在这个过程中, 国产技术和设备从小到大, 从弱到强, 发展到今天, 已基本满足工艺需要。但为了后续的污泥处置和设备的低能耗高效率运行, 污泥脱水技术和设备还需要进一步优化。

1.1 污泥脱水技术的种类和比较

较早的污泥脱水是板框脱水, 随后是带式压榨脱水, 再后来是离心机脱水。目前, 板框脱水除了在炼钢和洗矿等行业以及极小量的污泥处理中会使用外, 其他领域已基本不用, 其原因主要是处理不连续和操作繁杂等因素。目前污泥脱水技术中85%是带式压榨脱水, 10%是离心机脱水, 5%是其他型式的污泥脱水, 如叠螺等。

带式污泥脱水机由于处理量大, 电耗低, 加工制造技术要求不高等原因, 被大范围使用, 在中国的污泥脱水中起到了中流砥柱的作用, 但是由于带式污泥脱水机的结构原理等因素, 带式污泥脱水机只能将污泥的含水率降到80%左右, 对于洗矿冶金等废水的污泥, 其含水率能够降得更低。

离心污泥脱水机由于其转速高, 对加工制造技术要求高, 加上电耗大, 所以应用不太广泛。但是离心污泥脱水机运行操作人力劳动少, 设备维护简单, 受到部分用户的青睐。

1.2 污泥脱水技术优化和发展

无论带式脱水机还是离心脱水机, 都只能将污泥的含水率降到80%左右, 要想进一步降低含水率, 对于带式脱水机而言, 可以优化压榨辊系分布, 增大滤布在各个辊子上的包角, 改变辊子的形状, 把主压榨辊的圆柱面改为由若干个小圆柱组成;对于离心脱水机, 增大长径比, 降低差速度。同时, 除了加入高效优质的絮凝剂外, 再加入合适的助凝剂 (如FeCl3) , 能将含水率降到70%或更低。

叠螺污泥脱水机的原理是螺旋的螺距逐渐减小, 中心轴的轴径逐渐增大, 污泥被螺旋推送, 从大螺距一端流向小螺距一端, 空间越来越小, 污泥不断被挤压, 从而达到脱水的目的。由于挤压力来自两个相邻的螺旋、中心轴和金属滤网, 这个压力要比带式污泥脱水机压榨力和离心机的离心力大很多, 所以含水率可以最低降到65%左右。在相同的处理量下, 叠螺污泥脱水的耗电量是离心机的三十分之一, 所需的清洗水量是带式污泥脱水机的百分之一。螺旋轴旋转缓慢, 设备结构简单, 无噪音, 无振动, 安全, 无论是设备的操作还是维护都非常简便。

为了能够对脱水效果进行调节, 叠螺脱水机可以设计成中心轴和螺旋在滤网筒里轴向移动, 即延长和缩短挤压时间, 这种结构需要增加一套油压系统, 对设备制造加工精度有要求。国内的叠螺一般是将螺旋轴倾斜30°左右, 依靠污泥的重力来增大对污泥的脱水力。

叠螺污泥脱水机缺点是处理量小, 且不擅长无机污泥的脱水。

2 污泥干化

要使污泥能够得到处置, 含水率必须降到40%～50%, 有些处置工艺甚至要求含水率降到20%～30%或更低, 这就需要对污泥进行干化。

2.1 污泥干化原理

当湿物料与干燥介质相接触时, 物料表面的水分开始气化, 并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点, 干燥过程可分为两个阶段。

第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时, 由于整个物料的湿含量较大, 其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此, 干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制, 故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段, 干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化, 物料表面的温度维持恒定 (等于热空气湿球温度) , 物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定, 故干燥速率恒定不变。

第二个阶段为降速干燥阶段, 当物料被干燥达到临界湿含量后, 便进入降速干燥阶段。此时, 物料中所含水分较少, 水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率, 干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少, 物料内部水分的迁移速率也逐渐减少, 故干燥速率不断下降。

2.2 污泥干化的分类

采用热量对污泥进行进一步脱水称为干化。干化的类型有很多种, 按热介质与污泥接触方式分为直接干化式、间接干化式、直接—间接联合干化;按设备形式分为转鼓式、转盘式、带式、螺旋式、离心式干化机、流化床等;按干化设备进料方式分:干料返混式、湿污泥直接进料式。

2.3 污泥生物干化技术

污泥在好氧发酵过程中, 将产生80～100℃的高温, 借助这个高温, 加上通风系统, 可以对污泥进行干燥, 这种方法实际是污泥高温好氧发酵堆肥的前一部分, 不需要对污泥腐熟化。和污泥高温好氧发酵堆肥一样, 可采用条垛式、沟槽式和筒仓式, 这三种型式的工程上的关键都是通风充氧和物料翻堆, 由于不需要堆肥, 只需干化, 所以系统的功能只要满足通风和翻堆这两个功能即可, 因此其所需时间少, 占地面积小。

该工艺的关键是微生物好氧发酵, 它受温度、湿度、通风、返混比例和调理剂等影响。温度的高低主要取决于环境温度、污泥好氧发酵腐熟程度和通风等, 因此选择合适的返混比例和调理剂, 以及良好的充氧和排气是污泥生物干化的关键。干泥返混是为了降低污泥的湿度, 提高含固率, 使污泥跨过粘滞区, 避免由于污泥板结而无法对污泥充氧, 返混的比例以污泥是否板结为准。

污泥好氧发酵前要加入秸秆作为调理剂, 主要是提高C/N至10左右, 以便更好进行高温好氧发酵, 加入调理剂还能降低污泥含水率, 使污泥结构蓬松, 改善污泥的透气性。

2.4 传导干化技术

传导干燥法通过金属等表面间接传递干燥所需要的热量。为了提高干燥速率和防止干燥不均, 通常用机械搅拌或使容器本身旋转, 以增加或不断更新物料的传热面, 因此有必要深入研究传热机构的附着问题。干燥装置本身价格昂贵, 但其特点是集尘系统的负荷小、热效率高、溶剂容易回收, 总的费用比直接干燥法便宜得多。

2.4.1 带式干燥机

带式干燥机由若干个独立的单元段组成。每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量操作参数, 可进行独立控制, 从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化。带干机操作灵活, 湿物进料, 干燥过程在完全密封的箱体内进行, 劳动条件较好, 避免了粉尘的外泄。

2.4.2 滚筒干燥机

滚筒刮板干燥机是通过转动的圆筒, 以热传导的方式, 将附在筒体外壁的污泥进行干燥的一种连续操作设备。需干燥处理的料液由高位槽流入滚筒干燥器的受料槽内。干燥滚筒在传动装置驱动下, 按规定的转速转动。污泥由布膜装置, 在滚筒壁面上形成料膜。筒内连续通入供热介质, 加热筒体, 由筒壁传热使料膜的湿分汽化, 再通过刮刀将达到干燥要求的物料刮下, 经螺旋输送至贮槽内。蒸发除去的湿分, 视其性质可通过密闭罩, 引入相应的处理装置内;一般为水蒸气, 可直接由罩顶的排气管放至大气中。该机可通入蒸汽、热水或热油加热干燥, 可根据不同工艺要求采用浸入式、喷淋式、碾辅式等加料方式。

4结语

污泥干化特性与焚烧处理分析 篇5

1.1 试验准备

选择的污泥样品是某市污水处理厂脱水处理后的污泥, 含水率是80%, 在105℃条件下进行烘干与研磨, 再使用60 目筛进行处理, 得到用于热重试验的试样。其中, 在污泥热干化中, 使用的是圆盘式干化系统, 干化排放气体分为两部分, 一部分是排出的冷凝液, 另一部分是从活性炭吸附柜排出的气体。

在干化排放气体的气体成分、浓度的测定中, 需要选择三个采样点, 分别是干化机、冷凝器和活性炭吸附柜的出口, 然后再借助相应仪器分别测出冷凝液的COD、BOD5氨氮含量以及p H值。

在热重试验中, 需要使用烘干后的污泥样品15mg, 仪器为TGA/SDTA85Le热重分析仪, 仪器参数为:热解温度取50℃~90℃;空气流量取50m L/min, 升温速率分别取20℃/min、30℃/min和40℃/min。

1.2 干化特性分析

1.2.1 干化失重与速率

在干化失重与速率分析中, 使用1000g污泥样品, 将其置于干化机内进行搅拌、加热处理, 温度调节为160℃, 干化蒸发气体使用冷凝器进行收集, 用电子天平对冷凝液质量进行实时测量, 冷凝液质量变化表示的就是污泥干化失重过程, 然后根据失重速度、传热面积, 就能够计算出干化速率, 污泥干化失重与干化速率分别如图1 和图2 所示。

图1 可知, 污泥失重在初始阶段较快, 在达到一定程度后, 失重速度会放缓, 直至不再变化, 在经过300min干化后, 污泥含水率会降至10%左右。图2 可知, 在干化过程中, 污泥含水率是逐渐减小的, 在干化速率上, 初始阶段较高, 然后随着含水率减少而逐渐降低, 到含水率50%~20%左右时, 干化速率基本保持稳定, 到最后阶段, 干化速率有小幅度增加, 然后持续下降。

究其原因, 当含水率在80%~50%阶段, 污泥处于黏稠状态, 具有一定流动性, 容易搅拌和挤压, 热量传递方便, 热干化具有较好传热效果, 单位时间会蒸发出更多水分, 体现为干化速率较高[1]。

当含水率在50%~16%阶段时, 污泥处于粘滞状态, 此时污泥会发生结块, 与搅拌轴、内表面之间出现粘附, 降低热传递效果, 增加搅拌难度, 导致水分蒸发难以增高, 维持在一个相对稳定状态, 体现为干化速率变化不大;在这个阶段中, 随着干化过程的持续, 粘附的污泥已经干透, 在搅拌作用下脱落, 从块状成为粒状, 不再影响热传递, 出现短暂的水分蒸发加大, 即干化速率增高的情况。

最后, 含水率在16%附近时, 污泥状态会由粘滞转为颗粒, 当全部化为颗粒状时, 其含水率已经很低, 蒸发的水分会越来越少, 污泥的干化速率也会表现出下降趋势, 一直到零。

1.2.2 干化尾气成分

在干化机出口的气体测定分析中, 其排放的气体中包含多种污染气体, 包括甲烷、挥发性有机酸等有机气体和氨气、氟化氢、氯化氢等无机气体。其中, 氨气和有机酸来源于淤泥中含氮有机物蛋白质的水解, 氯化氢、氟化氢等来源于污泥中同类游离气体的挥发或者其它物质的受热分解[2]。

由此可知, 污泥干化过程会产生大量污染气体, 必须对其进行处理, 以避免污染问题, 在本试验中, 采用的处理方式是冷凝吸收与活性炭吸附。

在污泥干化过程中, 污染气体排放量最大的是氨气, 其浓度约为400m L/m3, 最低的是氯化氢, 有机酸、甲烷、氟化氢和氰化氢浓度差距不大。在污染气体去除率上, 冷凝和活性炭吸附对氨气的去除率分别为81.35%、84.12%, 总去除率合计为97.04%, 是去除率最大的气体;对比其他几种气体去除率, 氨气、氯化氢和氟化氢的冷凝吸附去除率均显著高于活性炭吸附, 而在氰化氢和有机酸去除率上, 两种方式差别不大, 活性炭吸附只有甲烷去除率显著高于冷凝吸附。

由于活性炭吸附成本相对较高, 在大规模的污泥干化处理中, 对于尾气排放的处理, 应采用冷凝吸附的方式, 得到的干化气体由臭气管运输至焚烧炉中, 作为燃料使用。

2 污泥干化焚烧处理分析

污泥干化焚烧是先对污泥进行机械脱水, 在污泥含水率降低到一定程度后, 再进行焚烧, 有效提高焚烧的效率, 其处理系统包括干化系统、焚烧系统和烟气净化系统三大组成部分。

2.1 污泥干化系统

污泥干化系统的原理是通过利用热能来将污泥中水分蒸发, 降低污泥水含量的, 其传热过程发生在污泥与热媒之间, 污泥干化特性如上所述。在污泥干化中, 根据干化后污泥含固率的大小, 可以分为全干化和半干化两种, 其含固率分界点是90%, 由污泥干化特性可知, 在含水率降10%以后, 其干化速率是逐渐降低的, 所以, 从经济、低耗角度考虑, 应当采取污泥半干化的处理方式。

在污泥干化系统的传热方式中, 有对流、传导和热辐射三种方式, 最常应用的是对流式、传导式或者两者结合的方式。

2.2 污泥焚烧系统

污泥焚烧系统是在有氧条件下, 根据高温氧化作用, 利用焚烧炉实现对有机物的氧化, 得到尽量少的灰烬。在现阶段, 污泥焚烧炉采用的主要是流化床焚烧炉, 其基本原理是物料与燃料以流化状态置于炉膛内, 燃料开始燃烧, 在流化床焚烧炉的床内湍流、物料循环作用下, 会延长燃烧停留时间, 其燃料的燃烧更加彻底、充分, 提高燃烧效率。

在污泥焚烧系统中, 最为重要的是做好热能平衡, 由于热能平衡会受污泥组成成分、含水率的影响, 因此必须对污泥干化特性有详细了解, 在此基础上, 借助门捷列夫计算公式, 得到污泥的低位和高位发热量, 确定热能平衡点, 判断是否需要添加辅助燃料[3]。

2.3 烟气净化系统

由污泥干化的尾气特性可知, 污泥中含有大量的污染物质, 在燃烧时, 会产生大量的二次污染, 其排出方式主要是烟气, 因此, 在污泥干化焚烧处理中, 必须设计烟气净化系统。

在烟气净化系统中, 其净化的对象包括颗粒物、氮氧化物、酸性气体以及其它有机气体等, 主要控制方式有:设置高效除尘系统, 将烟气中颗粒物和重金属粒子除去;利用二级洗涤塔, 将烟气中的酸性气体去除;利用烟气温度、炉内含氧量控制等手段, 来降低氮氧化物产量。

3 结语

综上所述, 在现代污泥处理中, 为避免产生二次污染、做好环境保护, 干化焚烧处理成为污泥处理的主要方式。因此, 加强对污泥干化特性的研究, 以其为基础做好污泥干化焚烧系统的设计, 提高焚烧效率、降低污染产生, 对环保型社会的建设有着重要意义。

参考文献

[1]王睿坤, 刘建忠, 虞育杰, 周俊虎, 岑可法.城市污泥特性及其干化技术[J].给水排水, 2010, S1:153-158.

[2]邹道安, 黄瑾, 白海龙, 王飞, 麻红磊, 池涌.污泥热干化和燃烧特性试验研究[J].环境污染与防治, 2012, 04:5-10.

天津石化污泥干化装置运行分析 篇6

1 处理过程

天津石化污泥干化装置采用意大利WOMM公司的薄层干化技术, 装置设计处理能力1万t/a, 最大1.2万t/a, 进料1.5 t/h, 蒸发水量1.2 t/h (最大) , 年操作时间为8 000 h。本装置由进料输送及储存系统、干化系统、产品输送及储存系统、工艺废气处理系统等几部分组成, 核心设备是采用薄层干化方式的卧式污泥干化机, 干化机机身由柱形加热外壳和尾盖构成, 内部配有可拆卸的桨叶搅拌器, 采用电机驱动。处理后的干化污泥含固率达70%~75%, 呈颗粒状, 具有一定的热值。

1.1 工艺流程简述

含水率85%的脱水后活性污泥, 先输送至地下活性污泥料仓, 再由螺旋给料机将湿污泥压入污泥输送泵送入干化系统。干燥后的污泥由干化机尾部排出至螺旋卸料机, 经冷却螺旋冷却后, 再经干泥斗提升机提升送入干泥料仓, 装车外运。处理工艺流程见图1。

1.1.1 干化过程中“三废”排放情况

1) 废水:从污泥中蒸发出来的水汽从干化机顶部排出, 进入洗涤塔中进行冷凝, 工艺废气在洗涤塔中与循环液接触冷凝, 气相中的水蒸气被冷凝下来, 冷凝液与循环液经洗涤循环泵提升进入冷却器换热冷却后, 大部分返回洗涤塔重复喷射。少部分排往污水场上清液水池。

2) 废气:经过洗涤塔后的不凝气体, 进入除雾器用废气风机引至污水场的催化燃烧装置脱臭处理后外排。

为避免臭气泄漏到环境中, 干化系统为微负压状态, 但微负压可能造成周边环境中的少量空气进入系统使氧含量增加, 因此本项目将采用补充氮气的方式形成一个惰性气体环境。料仓顶部设有臭气风机, 将料仓内的恶臭气体抽去送至位于污水厂内的催化燃烧脱臭系统。

3) 废渣:送至天津市有危险废物处置资质的单位进行处置。

1.2 干化装置

1.2.1 薄层干化原理

该装置的核心工艺为污泥干化, 污泥干化采用薄层干燥工艺。干化机涡轮由旋转轴和镀有耐磨材料的桨叶构成, 污泥进入干化机后, 涡轮转子将其高速离心到内壁上, 紧贴着圆柱形的内壁形成一个薄层, 靠蒸汽蒸发污泥中的水分, 从而, 实现污泥减量化。干燥机内的热交换主要是依靠污泥与圆柱形容器同轴的夹套中的蒸汽热传导实现的。薄层干化机示意见图2。

1.2.2 干化装置运行条件

1) 蒸汽采用0.8 MPa饱和蒸汽, 最高温度180℃, 最高用量2 500 kg/h;

2) 干化系统为微负压状态, 补充氮气形成一个惰性气体环境, 氮气为0.6 MPa低压氮气, 最大用量300 Nm3/h;

3) 采用半干法, 避免运送干泥产生大量扬尘。

2 装置运行分析

2.1 调试期间运行数据

该装置2011年10月建成投用, 2011年12月使用活性污泥开始运行调试, 调试数据见表1:

由调试数据可以看出, 处理后干泥可以达到设计含固率的70%~75%, 可实现污泥减量化处置。

2.2 调试期间装置运行存在的问题

1) 在污泥干化开车初期, 氮气用量大, 氮气压力下降明显, 有时会降到1 bar左右, 干化机存在连锁停车危险, 需要加装缓冲罐。

2) 新鲜水压力不稳定, 可导致连锁停车的状况, 需要定期清理过滤器滤网。

3) 干化间内异味比较重, 通过改线, 洗涤塔外排水和洗涤塔溢流水直接进上清液水池, 减轻了废水泵负荷, 改善了干化间的环境。

4) 预压双螺旋和送泥泵之间的流量不匹配, 造成预压双螺旋从闸阀和轴外侧向外挤泥, 通过更改控制程序解决了此问题。

5) 冬季除雾器排泥浆至浓缩池管线易冻凝, 造成排浆泵憋压, 损坏机械密封, 更改排浆至上清液水池解决问题。

2.3 干化装置处置含油污泥试验

2.3.1 试验数据

炼化企业污水处理场隔油、浮选等过程中会产生大量含油污泥, 干化装置仅处理活性污泥不能达到要求。2012年1月至6月开始在活性污泥中掺入含油污泥的试验, 分别按照含油污泥与活性污泥1∶2、1∶1的比例进行掺混, 试验结果见表2:

2.3.2 掺混含油污泥的影响因素和控制方法

1) 含油污泥干化过程中会产生油气, 油气在氧气环境下存在爆炸危险。

控制方法:必须保证两个氧分析仪完好, 有效控制氧含量。保证氮气压力, 形成相对惰性环境, 保持微负压。

2) 由于油泥粘性大, 附着在桨叶上, 影响传热效果, 增加能耗。

控制方法:定期开观察孔, 检查污泥附着情况。保证新鲜水、氮气压力, 杜绝紧急停车, 防止结块。

3 结论

1) 使用污泥干化装置对活性污泥进行干化, 干化后污泥含固率可达到70%~75%, 呈半干化状态, 减量化效果明显。

2) 通过试验, 污泥干化装置可处理1∶1掺混比例的活性污泥和含油污泥, 装置运行稳定。

3) 天津石化每年大约可产生含油污泥4万余t, 目前的处理方式是大部分进炼油焦化装置进行回炼, 小部分去污泥干化装置进行处置。下一步为有效处置含油污泥, 公司准备新上含油污泥处理装置。

参考文献

[1]郭淑琴, 孙孝然.几种国外城市污水处理厂污泥干化技术及设备介绍[J].给水排水, 2004, 130 (16) :34-36.

[2]刘健生.污水处理厂污泥热干燥可行性分析[J].西南给排水, 2003, 25 (5) :9-10.

生物干化 篇7

根据环境保护部环境公告显示, 截止2012年底, 全国投运的污水处理设施已增加至3 184座, 日总设计处理能力1.36亿m3, 平均日处理水量1.06亿m3。随着我国污水处理行业的发展和城镇污水处理率的不断提高, 污水处理后的副产物污泥产量也急剧增加。按产泥率1万m3污水产7 t污泥计算, 全国污泥产量 (80%含水率) 预计已突破74 200 t/d, 干污泥量达14 840 t/d, 污泥产量较五年前几乎翻倍, 至“十二五”末, 随着污水处理率的进一步提高, 污泥总产量还将持续上升。如何有效地处理和处置污泥, 是一个亟待解决的问题。

污泥脱水、干化、焚烧一体化技术可实现污泥的有效处理和良好处置, 其目标是将污水厂产生的污泥进行调理压榨深度脱水, 脱水后的泥饼含水率达到55%以下, 继而将污泥送入循环流化床进行焚烧处置。产生的高温烟气, 经旋风分离器分离下来的循环灰通过气动分配器, 大部分返回焚烧炉继续燃烧循环, 其余经空气预热器后通过净化塔和布袋除尘装置, 进行酸性气体的脱除和颗粒物捕集, 达标后的气体通过吸风机的作用由烟囱排入大气;产生的灰渣作为污泥调理剂循环利用。

为实现污泥脱水、干化、焚烧一体化工艺的自动化, 研究并设计技术先进、安全可靠的控制系统。根据污泥脱水、干化、焚烧一体化处理工艺, 分析自控系统的构成, 设计自控系统的硬件构成;采用In Touch 10.1组态软件开发上位机软件, 监控整个系统的运行。

1 软硬件配置

1.1 系统网络配置

污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统采用上位机加PLC控制方法, 通过上位机可以实现对系统所有信息的监视和设备的远程控制[1]。上位机与PLC之间的连接采用PROFIBUS-DP网络, 从而保证数据传输的快速性、组网的方便性以及网络的可扩展性, 其网络配置如图1所示。

PLC选用西门子公司的S7系列产品, 属于模块化中小型PLC系统, 它能满足中等性能要求的应用。模块化、无风扇结构使系统构成灵活, 易于实现分布, 易于用户掌握, 这一突出特点使该系列产品成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案, 并且确保了系统的高可靠性、高稳定性、快速性。

上位机选用研祥公司的工控机, 操作系统选用美国Microsoft公司的Windows 7, 并以美国Wonderware公司的In Touch 10.1作为整个系统的开发平台;从而使整个系统组态、维护方便, 数据实时性强, 系统易于将来的扩展。

1.2 组态画面设计

首先根据图纸, 在In Touch标记名字典内对所有数据点进行详细定义。In Touch中的数据主要分为两类:内存型和I/O型。其中, 内存型数据为程序内部定义的变量 (如年、月、日) , 而I/O型数据的来源一般为其它计算机节点或本机运行的其它程序 (如I/O Server) , 如生产现场的所有模拟量、开关量数据, 只有事先在标记名字典中对数据点进行定义, 且与控制单元的内部地址一一对应, 才能将数据在操作员工作站的动态画面上显示[2,3]。

根据设计要求, 画面主要包括四大部分:监控面板、工艺流程、设计图纸、通讯网络。监控面板可以实现工作人员对系统的远程监视和控制, 画面直观, 操作简便;工艺流程部分主要对污泥处理各个环节所采用的技术及技术规范等的说明, 为工作人员操控提供参考;设计图纸描述了整个系统的设计全景;通讯网络对数据进行实时采集和传输, 并且对各环节的通讯状态进行监测[4,5]。

2 控制系统设计

污泥脱水、干化、焚烧一体化技术采用调理剂+弹性板框压滤作为深度脱水工艺, 将污泥由80%含水率降低至55%以下, 减少污泥焚烧处置成本;焚烧系统采用热载体循环流化床焚烧炉, 床体温度保持在850℃~900℃进行干污泥焚烧。污泥处置主要由污泥调理系统、污泥深度脱水系统、干污泥焚烧系统、烟气净化装置、公用设备等相关部分组成, 处理工艺采用神经网络算法优化, 在工艺学习培训的基础上, 可具备控制参数自适应调节能力, 该技术工艺流程如图2。

2.1 污泥调理-深度脱水系统

污泥调理-深度脱水系统选用1套7 m3双轴搅拌破碎机、3套 (压滤面积200 m2) 弹性板框压滤机;压滤机单台处理能力为80 t/d污泥 (16 h运行) , 可实现污泥量200 t/d (80%含水率) 、干污泥量40 t/d的处理规模, 并预留发展余量。污泥处理量增加可增加一班处理时间, 处理量可达300 t/d。

污泥调理压滤的工艺流程如图2所示, 处理的核心是通过工程设施和手段, 将污泥和调理剂快速有效地混合均匀, 混合物泵入弹性板框压滤机, 经压滤深度脱水, 使出料污泥达到改性要求, 便于最终处置或后续资源化利用。包括污泥进料系统、污泥搅拌系统和高压压滤系统。

(1) 污泥进料系统

污泥进料系统包括污泥储池、上料行车 (带抓斗, 抓量2 t, 行车4 t, N=11 k W) , 污泥由行车抓斗送入搅拌系统。

(2) 污泥搅拌系统

污泥搅拌系统包括:1台双轴卧式搅拌机 (容积7 m3, N=75k W, 带破碎机) , 改性污泥储池 (60 m3) , 调理剂料仓1套 (容积25 m3) , 螺旋输送机2套 (N=8 k W) , 药剂罐1套 (容积15 m3) , 计量泵2套 (1 000 L/h, N=2.2 k W) 。这些设施可稳定高效地将车间内存储的调理剂输送到污泥搅拌设备中去。污泥和调理剂按设计配比进入搅拌机, 经搅拌混合均匀后出料至改性污泥储池。

(3) 高压压榨系统

高压压榨系统包括弹性板框压滤机、污泥输送气动隔膜泵、皮带输送机等。改性污泥由污泥气动隔膜泵送入高压压榨机中, 经加压脱水后, 干化污泥落至皮带传输机上送出。压滤出来的污水经管道收集后部分回流, 其余排入污水管网。弹性压板工作原理如图3。

智能控制系统:控制系统分为自动运行和手动控制, 程序流程如图4, 采用模糊逻辑控制自动调节污泥挤压应力和时间, 保证含水符合焚烧要求。污泥调理-深度脱水智能控制系统的主要监测量和控制量如表1。

正常情况下, 系统采用自动模式, 按照设定的程序运行:上料行车从污泥储池装载污泥 (含水量80%) , 运送至污泥搅拌机中卸载污泥;经搅拌破碎后, 加入调理剂, 进行改性处理;调理好的污泥通过气动隔膜泵及附属链接管路输送至压滤机进行过滤, 进料过程全程通过变频控制, 随着进料压力的增大, 进料量越来越少, 当压力达到0.6 MPa时, 保压10 min后, 停泵, 进料结束;进料结束后再通过油缸推进, 进一步压缩板框滤室进行二次压榨, 二次压榨在行程到达限位时 (弹簧压缩量最大) , 二次压榨基本完成, 停止压榨;二次压榨结束后, 利用压滤机配套空压系统 (本工程采用螺杆式空压机) 进行反吹, 将滤板、进料通道及中心柱的湿污泥去除;反吹结束后通过自动拉板系统完成滤板的卸泥。

当运行过程中某一环节出现异常, 系统将自动报警, 由值班人员转为手动控制进行操作及检修。

2.2 干污泥焚烧系统

干污泥焚烧系统主要包括:a、污泥焚烧炉和二次燃烧调温室1套:采用最先进的“浅床式流化床技术” (SFBC) ;b、辅助煤上料系统1套:主要用于系统启动初期和底料循环补充, 由垂直式提升装置、料斗、螺旋给料机等组成;c、平衡通风系统1套:由焚烧炉鼓风机、一二次供风系统、引风机、烟囱等组成;d、电气仪表系统1套:污泥料槽上方设有电视监视器, 运行人员可以根据料槽内污泥料位高低启动输送机;e、烟气净化洗涤系统1套。干污泥焚烧系统主要由焚烧系统、烟气净化装置、公用设备等相关部分组成。

(1) 焚烧系统

深度脱水后的污泥采用皮带输送机送入焚烧炉。焚烧系统采用热载体循环流化床焚烧炉, 焚烧炉床体温度保持在850℃~900℃进行干污泥焚烧。燃烧干化污泥所产生的高温烟气, 经旋风分离器分离下来的循环灰通过气动分配器, 大部分返回焚烧炉继续燃烧循环, 另一部分经空气预热器后通过净化塔和布袋除尘装置, 进行酸性气体的脱除和颗粒物捕集, 达标后的气体通过吸风机的作用由烟囱排入大气。

(2) 烟气净化系统

在焚烧炉运行时通过输送装置不间断向炉内送入石灰粉与焚烧所产生的烟气充分接触, 脱除酸性气体, 降低烟气中的酸性气体浓度, 达标排放 (SO2≤502 mg/m3, NOX≤337 mg/m3) 。布袋除尘装置对尾气排放前进行除尘处理, 捕集颗粒物, 降低烟气中的烟尘浓度, 达标排放 (≤120 mg/m3) 。

智能控制系统:控制系统分为自动运行和手动控制, 程序流程如图5。干污泥焚烧智能控制系统的主要监测量和控制量如表2。正常情况下, 皮带传送机以一定速度运行, 将高压压榨系统得到的干污泥送入热载体循环流化床焚烧炉, 与底料混合沸腾形成自持稳定燃烧;电气仪表系统对焚烧炉内污泥料位、温度、压强等进行实时监控, 供值班人员参考, 远程操控辅助没上料系统;高温烟气通过净化系统, 由气动分配器决定是否进行循环燃烧。

当运行过程中某一环节出现异常, 系统将自动报警, 由值班人员转为手动控制进行操作及检修。

3 结束语

污泥脱水、干化、焚烧一体化控制系统, 可以同时对污泥处理各个环节中机器和污泥的状态进行实时采集和传输, 以保证系统运行的可靠监控。控制方式多样, 为污泥处理厂的建设提供了设计思路, 智能控制的投入, 清晰、友好的人机界面, 可大大提高工作效率, 具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]李坤峰, 张明锐, 王为, 等.水厂加压泵站自动化系统[J].自动化技术与应用, 2004, 23 (2) :76-79.

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[3]高素萍, 尹丽娟, 徐勤.Intouch组态软件在计算机监控系统中的应用[J].计算机工程与设计, 2007, 28 (13) :3273-3276.

[4]陈炜, 杨秀萍, 刘军, 等.基于PLC和Intouch模块化过程控制系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器, 2013, 50 (8) :57-59.