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又称生化污泥

2020.01.16 来源: 浏览:1次

  污泥热处理技术及其关注的问题

  污泥是城市污水厂在过程的副产品,除初沉池采用物理方法拦截下的组份相对简单的物化污泥外,大量的是来自二沉池生物处理后过剩的有机物及其它拦截下来的有毒有害物质,又称生化污泥。这些曾在污中发挥重大作用、而又根据需要退出 战斗 的微生物及其组成的菌胶团,往往处于亢奋状态,这些处于高度的活性状态的菌胶团常常随着环境的改变而发生快速的变异,尤其表现在污泥所持有的高致病菌、高重金属含量等特征上,从而引发出民众对污泥处置二次污染的担忧。

  随着近年来人们对污泥微观研究的深入,应用技术的不断发展,污泥热处理技术正受到人们前所未有的关注。据资料介绍,从最早的污泥烧制陶粒、制砖技术开始,到如今污泥干化-焚烧技术(上海石洞口),污泥烟气余热干化技术(浙江义乌),污泥喷雾干燥-回转式焚烧技术(浙江萧山临浦),污泥一体化干化循环流化床焚烧技术(杭州七格)。这么多的污泥热处理技术形成了百花齐放争葩斗艳的繁荣景象,但是民众倍加关注的剧毒二恶英的问题,污泥干化过程中恶臭排放和尾气治理问题,以及业主关注的污泥干化粘结的,污泥热处理高能耗的问题都越加突出。

  最近,有关污泥热解技术从美、日、德等发达国家进入我国,国内也有同济大学、哈工大等在研究,目前正寻求国内示范工程阶段,该技术的发展大有后来者据上的趋势,领跑污泥热处理技术,被称之为第四代污泥热处理技术。

  污泥热处理的技术关注点是什么?污泥热处理技术发展前景如何?污泥热处理运行管理如何强化?笔者认为有必要深入探讨。

  1.二噁英生成的疑虑

  污泥中的含氯有机物的一定范围的温度作用下生成二噁英,由于二噁英以其危害性远远高于污泥本身及其人们已知的其它物质,受到人们的特别关注,也是污泥热处理技术中首先会直接面对的问题。

  分析认为:在污泥热处理过程中产生二噁英的途径主要有四种:直接释放、高温气相生成、前驱物固体催化合成、从头合成。直接释放是指固废中本身所含有二噁英并且在焚烧过程经过不完全的分解破坏后继续存在,与其他途径产生的二噁英相比较,这部分的量是相当小的。高温气相生成是由不同的二噁英前驱物(如氯酚、多氯联苯)在高温和氧气的条件下反应生成二噁英。前驱物固体催化是二噁英前驱物在低温燃烧区在受到催化剂(金属或其氧化物)作用反应生成。从头合成是通过形成二噁英的基本元素(碳、氧、氯、氢)在催化剂作用下发生氧化和缩合反应生成二噁英。

  从以上四个形成二噁英的过程中,可以得出产生二噁英的条件为:有形成二噁英的基本元素(碳、氧、氯、氢)或前驱物,一定的温度范围、金属催化剂以及氧化所需的氧气。

  高温焚烧是在氧化气氛下进行,具有生存二恶英的必要条件,人们往往采用提高炉温(800℃/2秒以上),来避免它的产生,但是这种方法只能降低而无法彻底的消除二噁英的生成。

  污泥热解过程由于是在无氧环境下进行,从源头上抑制了二噁英的合成。其次,经过净化处理后的热解气不存在具有催化作用的物质(金属或其氧化物),热解气的燃烧过程是一个彻底而洁净的氧化过程。

  另据国外报道称,热解过程不但能有效的防止二噁英的产生,还可以处理被二噁英污染的土壤或物质,二噁英的有效去除率达到99%。

  2.干化过程的防粘结和尾气处理

  污泥热处理技术前段,一般是污泥干化的过程,即将包络在污泥中的水采用热能预以汽化并排除,以满足不同的热处理技术的要求。

  由于污泥有机物组份、活性、变异和其它物理特征,决定了在降低含水率的过程中无法避免的污泥粘结问题和大量的臭气逸出,若处理不当,造成示范工程失败,以至名利俱损也时有发生。笔者认为,污泥热处理技术中防粘结和除臭措施及其实效是技术含金量的重要成色。

  城市污泥在干燥过程中有一特殊的胶粘相阶段(含水率为60%-40%左右)。在这一极窄的过渡段内,污泥极易结块,表面坚硬、难以粉碎,而里面却仍是稀泥,这为污泥的进一步干燥和灭菌带来极大困难,且能耗比达到常态的2.5倍。解决这一问题的有效手段就是干料返混,干燥器进料前先将一定比例含固率 90%的干泥颗粒返回混合器与湿污泥混合,其过程中干粒起到如珍珠核的作用,湿污泥只是薄薄地包裹在干粒外面。控制混合的比例,使混合物的含水率降到 0%~40%,这样使污泥直接越过胶粘相,大大减轻了污泥在干燥器内的粘结,干燥时只需蒸发颗粒表层的水分,使干燥容易进行,能耗降低。

  国外对污泥处理的管理非常严格,它必须是环境安全的,不能产生二次污染。所以国外的污泥干化技术很重视尾气处理和臭味控制。早期的ESP直接加热系统,引入外部空气经加热后通入干燥器,蒸发污泥中的水分并运送污泥。离开干燥器后热风与干污泥颗粒分离,然后经过除尘、热氧化除臭后排放。由于热风的量很大,使得尾气处理成本非常高,这一缺陷使人们一度将兴趣转到了间接加热系统上。后来,产生了转鼓式直接加热工艺,采用了气体循环回用的设计,使这一缺陷得到明显改善。在其干燥工艺中,热风经过除尘、冷凝、水洗后,85%返回转鼓,只有15%需经过热氧化除臭后排放。这减少了尾气处理的负担,更重要的是大大减少了外部空气的引入量,将转鼓内氧气的含量维持在很低的水平,从而很大程度上提高了系统的安全性能。对于间接加热系统,尾气的量要小得多,相应尾气处理的负担要轻得多。间接加热干化后的尾气经冷凝、水洗后送回燃烧炉,将产生臭味的化合物彻底分解,所以其尾气能满足很严格的排放标准。另外,无论是直接加热或间接加热系统,干燥设备内部都采用适当负压,避免了臭气的外泄,工厂的污泥仓、干燥车间、成品仓等构筑物内的气体都抽走集中处理。

  所以,不管是何种热处理技术,选择什么样的干化系统是非常关键的,这决定了这种热处理技术的先进性、可靠性以及有没有二次污染的关键。

  .寻求污泥热能自持平衡点

  某污水处理厂污泥采用循环流化床直接燃烧湿污泥,曾进行过实验性热平衡测试试验,实验表明的热量平衡见下表:

  序号

  项 目

  占比%

  备 注

  1

  炉膛各项损失

  5.5

  2

  预热空气

  4.5

  防白烟空气预热

  14.8

  4

  热水冷却

  1 .7

  5

  排烟损失

  1.5

  合 计

  100

  采用循环流化床直接焚烧湿污泥,通过回收热能用于预干化污泥,并辅以适当降低排烟温度的技术措施,使该系统在污泥干基高位发热量 14 kcal/kg,含水率达到75%时,实现污泥热能自持平衡。资料表明,采用喷雾干化焚烧系统时,当污泥干基高位发热量 600 kcal/kg 含水率80%时污泥可实现自持燃烧。

  采用高温有氧焚烧系统,消耗在预热空气中的能量占 1.5%左右,而实际获得的有效氧含量只占到全部空气量的21%,而占78%的氮气,对高温焚烧的能量提供丝毫没有贡献,却带走了大量的热能(按试验数据计算高达总量的20%)。同时易生成NOX加重了尾气难度。

  与焚烧工艺相比,热解工艺产生的废气量要小得多,所以尾气带出的能量要小的多。虽然在热解过程中,物料中约8%左右碳被固定在热解残渣中,但与焚烧尾气带走的能量相比微乎其微。因此,从能量利用角度讲,热解比焚烧的能量利用率更高,能量损失更小。热解系统中,采用间接加热干化工艺,当污泥干基高位发热量 200 kcal/kg 、污泥含水率80%时,系统不需要额外添加辅助燃料。

  4.脱水机械改进和工艺完善技术思路

  我国从上世纪九十年代开始建设大型城市污水处理工程和污泥用于堆肥的研究开始,讫今走过了一条较为艰难而曲折的发展道路。北京、上海、广州、深圳等城市坚持践行付出重大。一条共同的认识是:解决污泥问题必须从整个污泥处理处置的工艺完整性考量。

  机械脱水是污泥处理工艺不可或缺和分割的重要环节,也是热处理工艺能量是否自平衡的关键环节,一般要达到热平衡时,当污泥含水率达到80%时,污泥干基的高位发热量在 200- 600 kcal/kg,而一般城市污水厂污泥往往无法满足这样的要求,怎么办?如何进一步降低含水率成为必要,而加强机械脱水效率是首先途径。

  有人提出从水力同向、薄层脱水、延长路径、适当施压等四个方面的理念着手开展对新型脱水机械的改进和研发。

  调整脱水工艺链也是提高脱水效率的重要技术措施。实际证明,污泥中存在的大量微生物,在一定的热环境下进入 失活 状态,容易使得污泥中的物理态和生物态的水由于环境的变化而变得较易被机械脱除,在热处理能量自持平衡的大前提条件下,适当设计回流部分热能以改善脱水环境,当热产出大于热投入时,即形成了工艺的良性循环,从而获得在一般污水厂污泥热值条件下热处理自持平衡点。

  5.展望

  污泥热处理技术特别是热解技术,通过与改进脱水机械相结合的热利用的优化设计,通过技术手段,能完全解决二噁英生成、污泥热干化粘结和尾气处理达标三大难题,获得污泥处理热能自持平衡的完整工艺。这种建立在污泥无害化基础上的处理工艺,处理程度更具减量化、稳定化,较其它处理工艺技术比较更具先进性。

  污泥处理热能自持平衡,即在不添加外来辅助燃料的条件下对污泥的稳定处理,使得运行费用大为降低并得到控制。

  从工程投资方面看,据调查吨污泥(含水率80%)处理工程投资25- 0万元是可以被市场接受的。如某省最近三年污泥工程建设规模为9000吨(污泥含水率80%)/日,投资额在21亿元,吨污泥工程投资额在2 万元以上。

  污泥热处理工艺的经济指标具有可行性。

  工 艺

  规模适应性

  工程投资

  运行成本目标

  备注

  高温焚烧

  适应 00吨/日及以上规模

  0万元/吨污泥左右(80%含水率)

  100元人民币/吨污泥(80%含水率)

  均应含污泥机械脱水设备投入

  低温热解

  适应10- 00吨/日规模

  万元/吨污泥左右(80%含水率)

  就规模效应分析,高温焚烧工艺由于设备容量大较适用于大型污水厂,而低温热解工艺采用组合式装备,其规模适应性更强,它不仅适用于对较大规模污泥量的处理,也适用于中小规模污泥的处理,特别是适合我国众多县级污水厂污泥的处理。

  由此分析,笔者认为污泥热处理技术领先市场前景看好。

  6.建设管理的二点建议

  建议一,将脱水车间划归污泥工艺段管理

  据调查,目前在污水处理厂的生产管理上,往往把污泥脱水车间列在污水处理工艺段,即污泥机械脱水至含水率80%的工作由污水处理段管理,其后为污泥处理部分。笔者认为,这种管理分割,容易给污泥处理工艺的完整性带来技术上的负面效应,特别当人们提出污泥热处理热能自持平衡的目标时矛盾尤为突出。

  由于现代污水处理流程的连续性,而现有机械脱水设备存在诸多不可克服的缺陷,再加上管理上的人为分割,在污水处理阶段进入末端的污泥脱水处理往往得不到相应的重视,反映在管理上会派一些相对体力较弱、知识层次较低的人员在岗,其目标又往往被污水处理达标的大目标所掩盖而得不到重视,考核也相对较松。

  实践证明,这种在管理上的分割宜造成污泥管理段的被动,如石洞口厂,由于污泥机械脱水始终达不到后序干化焚烧工艺的进泥含水率设计要求,使得污泥处理能耗随机械脱水含水率而波动,一度造成运行成本居高不下的原因;采用污泥干化焚烧工艺,技术余度(或容差)较小,敏感性变强,造成上下游在管理问题上扯皮现象频现。人为增加的技术经济矛盾,在业内形造成负面印象,人们一度怀疑污泥热处理技术的技术和经济可行性?

  笔者在本文中提出,采用热处理技术对污泥处理,在处理热能自持平衡的大前提条件下,适当设计回流部分热能改善脱水环境,获得热产出大于热投入良性循环,是污泥热处理工艺完整的重要技术思路,要求在管理做出相应调整,建议将机械脱水环节从污水处理工艺末端提升到污泥处理工艺始端十分必要。

  建议二,在污泥处理领域培养和充实热能类专业技术力量

  污水处理厂的管理始于城市排水管理,从专业角度分析,承担管理领导者出自环境专业和给排水专业人士居多,在污水处理厂聚集最多的技术力量也出自上述专业范围。

  由于对热能专业知识略显欠缺,以致对污泥热处理技术的前瞻性认识不足。俗语说 水火不相容 ,搞水的人去认识 火 以致驾驭 火 去处理污泥,无论从认识还是从实践上较常人需更大的 勇气 和更多的 付出 。当人们一旦认识到污泥热处理技术的前瞻性时,往往已走过较多的弯路和付出的代价,这种现象不仅存在于污水厂等运行管理层,也存在于相关的工程建设管理、工程设计管理和工程建造管理层面上。据了解,保持石洞口厂安全稳定运行的,是一支由热电专业人士领军的团队。

  由此分析,认识到污泥热处理技术发展的前瞻性形势,建议在污泥处理领域,培养和充实热能类专业技术力量。

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