太陽能污泥干化技術(shù)

1、太陽能污泥干化技術(shù)2009/12/2714:101 國外污泥干化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1.1國外污泥干化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)早在20世紀(jì)40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。進(jìn)入80年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時(shí),由于污泥干化技術(shù)的不斷改進(jìn),設(shè)備性能日趨完善,使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到很快推廣。例如,在20世紀(jì)80年代初,歐盟只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干化設(shè)備處理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化處理廠,并且還在逐年增加。據(jù)估計(jì),在未來10年內(nèi),歐洲采用熱處理的污泥量將翻番。英國在2001年7月,頒布了第一個(gè)與污泥熱處理廠設(shè)

2、計(jì)運(yùn)行、管理密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)HSE847/9污泥干燥廠的健康和安全控制，隨著近幾年大型污泥干燥廠的投產(chǎn)運(yùn)行,目前英國污泥干化處理量已達(dá)到污泥總量的30%。而在北美,污泥熱干化的市場增速很快，平均年增長率為7%10%（同期污泥產(chǎn)量的增加率約為1.5%）。目前在紐約、密爾沃基、波士頓等地都有年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力在350000t干質(zhì)量以上的大型污泥加熱干燥工廠2。2 歐美常見的污泥干化方法比較目前主要運(yùn)用的干化模式有:傳統(tǒng)熱能污泥干化和太陽能污泥干化。傳統(tǒng)熱能污泥干化是指利用污泥熱干化集成設(shè)備對(duì)污泥實(shí)現(xiàn)干化處理。按照熱介質(zhì)與污泥的接觸方式,干化設(shè)備又可分為直接干化、間接干化和直接-間接聯(lián)合式干化等工藝類型。

3、其中直接加熱污泥干化廠最具有代表性的是歐洲最大的污泥干化廠英國的Bransands（可蒸發(fā)水量為7x5000kg/h）;間接加熱干化廠最具代表性的是西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4x5000kg/h）。歐美常見的干化工藝一般以轉(zhuǎn)鼓干化、流化床干化、盤式干化為主。（1）轉(zhuǎn)鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源,以空氣為傳熱介質(zhì),濕污泥和部分干化污泥顆粒在混合器中混合,由氣流把它帶入轉(zhuǎn)鼓干燥器,污泥在轉(zhuǎn)鼓干燥器中隨氣流以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)前進(jìn),由內(nèi)筒向外筒轉(zhuǎn)移,污泥逐漸被干化成顆粒。該工藝分為直接加熱式和間接加熱式。直接加熱的轉(zhuǎn)鼓式干燥器要依靠非常復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)來保持。間接加熱式轉(zhuǎn)鼓干燥器要在嚴(yán)格的惰性環(huán)境

4、下操作,由于內(nèi)部的溫度和熱量分配不均衡,易導(dǎo)致小環(huán)境中的粉塵積聚、過熱,會(huì)造成很大的危險(xiǎn)隱患。（2）流化床干化工藝。污泥不需要預(yù)處理,直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個(gè)底部斷面均勻地吹進(jìn)流化氣體,使其內(nèi)部形成流化層。隨著污泥逐漸干化,密度減小,升到上部,再隨上部抽走的氣體而抽出流化床。因污泥的成分決定其流化特性,該處理系統(tǒng)對(duì)污泥的成分變化非常敏感,常導(dǎo)致流化床內(nèi)的熱交換不能順利進(jìn)行,流化床及管道的磨損很嚴(yán)重,系統(tǒng)的能耗也較高。（3）盤式干化工藝。先用外部熱源加熱一個(gè)油爐,再通過油體將熱能傳到干燥盤。盤式干燥器分為臥式圓盤干燥器和立式多盤干燥器。臥式圓盤干燥器只能采用蒸汽這種標(biāo)準(zhǔn)加熱介質(zhì)

5、。塔吊構(gòu)造為一個(gè)固定體,形成一個(gè)水平外殼,其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部分由一個(gè)管狀空心軸,軸上固定一些空盤,盤中充滿蒸汽等,還有一些攪拌葉片用于輸送物料。熱媒介通過中心軸進(jìn)入圓盤,同時(shí)被分配到旋轉(zhuǎn)體中。該方法的缺點(diǎn)是干化產(chǎn)品的含塵量極大,須另加單獨(dú)的造粒系統(tǒng),并且設(shè)備極易磨損。立式多盤干燥器利用污泥特殊的蒸發(fā)曲線,制備成污泥的硬質(zhì)顆粒,使污水處理廠在實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí),能安全無二次污染,并且節(jié)約能源。此外,還有碟片式、帶式、日光式、閃蒸式等干化工藝,但目前大型工程用得很少。歐美的干化裝置在技術(shù)上已非常成熟,安全性高,設(shè)備布置緊湊,占地面積小,并且自動(dòng)控制水平高,操作運(yùn)行簡單,符合工業(yè)化的流行趨勢。各種干化

6、工藝主要參數(shù)的比較及主要設(shè)備供貨商見表13。_表1各干燥器主要參數(shù)匯總序號(hào)干燥器形式熱源熱媒溫度/°c顆粒溫度/°c系統(tǒng)含氧量/%主要設(shè)備供貨商1流化床式蒸汽22085-40<3WABAG2 盤式熱油250300100-40<5SEGHERS3 轉(zhuǎn)筒式天然氣/熱油/沼氣80095<8Passavant-rodiger4 轉(zhuǎn)盤式蒸汽200300半干100,全干105<10Atlas-stord5 轉(zhuǎn)鼓式天然氣/沼氣4505107580-4057ANDRITZ6 膜式熱油28030090-40<12Poim7 帶式冷風(fēng)<50<50<

7、;10HUBER3 太陽能污泥干化處理太陽能污泥干化是指利用太陽能為主要能源對(duì)污泥進(jìn)行干化處理。該工藝借助傳統(tǒng)溫室干燥技術(shù),結(jié)合當(dāng)代自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,將其應(yīng)用于污泥處理領(lǐng)域,主要目的是利用太陽能這種清潔能源作為污泥干化的主要能量來源。其實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用最早見于1994年德國南部的污水處理廠1STAnlagen2bauGmbH1。近幾年，隨著污泥產(chǎn)量的不斷攀升以及相關(guān)環(huán)境衛(wèi)生政策的出臺(tái)制約了傳統(tǒng)的污泥處置途徑（如:填埋、農(nóng)用等）,在歐洲尤其在法國和德國,該技術(shù)得到了進(jìn)一步推廣和運(yùn)用,如威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開發(fā)了自身的專利技術(shù)Solia工藝和Helantis工藝。31工作原理和工藝流程污

8、泥在溫室內(nèi)主要存在有以下三種干化過程:輻射干化,當(dāng)溫室內(nèi)的污泥接受外部太陽光線有效輻射后溫度升高,使其內(nèi)部水分得以向周圍空氣加速蒸發(fā),從而增加了污泥表面的空氣濕度,甚至于達(dá)到飽和;通過自然循環(huán)或通風(fēng),將溫室內(nèi)的濕空氣排出,使污泥表面的濕度由原先的飽和狀態(tài)進(jìn)入非飽和狀態(tài),從而促使污泥內(nèi)部水分進(jìn)一步向周圍空氣蒸發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明,后者污泥干化過程中占據(jù)更重要的位置;當(dāng)污泥中的含水率減至近40%60%時(shí),污泥中有機(jī)物會(huì)在有氧的條件下進(jìn)行發(fā)酵,從而可以觀察到污泥堆的內(nèi)部溫度的進(jìn)一步升高,起到加速干化作用,同時(shí)也使污泥得到穩(wěn)定化處理。為了進(jìn)一步加速污泥中的水分（包括污泥中的自由水分和間隙水分）蒸發(fā),一些溫室附

9、屬設(shè)備也得到了相應(yīng)的開發(fā)和利用,其中包括:大流量強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)并附加氣體收集和除臭裝置,滿足大面積溫室處理污泥的需要;半自動(dòng)化甚至全自動(dòng)化的翻泥系統(tǒng),使污泥得到經(jīng)常性的翻動(dòng)并混合均一,從而不斷翻新蒸發(fā)面積,同時(shí)也起到供氧作用,避免污泥堆內(nèi)部出現(xiàn)局部厭氧而釋放惡臭氣體;暖氣系統(tǒng),用于減小溫室的設(shè)計(jì)面積,使其適應(yīng)在不同天氣和不同季節(jié)條件下干化作業(yè)的需求,縮短處理周期。313太陽能污泥干化特點(diǎn)太陽能污泥干化與傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)相比,其優(yōu)點(diǎn)主要在于:能耗小,運(yùn)行管理費(fèi)用低(在無附加除臭系統(tǒng)的條件下，蒸發(fā)1t水耗電量僅為2530kWh,而傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)需耗電為8001060kWh);處理后污泥體積減少可達(dá)

10、35倍，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化并仍保留其原有的農(nóng)業(yè)再利用價(jià)值(低溫干化);系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定安全,溫度低,灰塵產(chǎn)生量小;操作維護(hù)簡單、使用壽命長；系統(tǒng)透明程度高，環(huán)境協(xié)調(diào)性好；可同時(shí)解決污泥存儲(chǔ)的需要;利用可再生能源太陽能作為主要能源來源,滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。其主要缺點(diǎn)在于:占地面積大,需要在污水處理廠有足夠可利用的場地空間；處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束；在密閉空氣條件下作業(yè)；在大多數(shù)情況下,需要設(shè)置除臭設(shè)備。314太陽能污泥干化的運(yùn)用太陽能污泥干化處理是污泥處理工藝的一種創(chuàng)新方法,但它不是以污泥的最終處置為目的,而是通過太陽能干化處理,使干化后的污泥實(shí)現(xiàn)資源利用。此外,該工藝可以與不同的污泥處置途徑相結(jié)合

11、,使其成為通往不同污泥處置途徑的一個(gè)中轉(zhuǎn)平臺(tái),從而達(dá)到降低污泥處置費(fèi)用,提高處置手段的靈活性。4 歐洲實(shí)用的太陽能污泥干化處理工藝在歐洲市場上現(xiàn)有的不同工藝系統(tǒng)(見下表)都基于以下相同的自然現(xiàn)象:(1) 表面干化:通過污泥的翻動(dòng)來不停更新污泥的表面,使污泥表層水分蒸發(fā),同時(shí)利用通風(fēng)系統(tǒng)將含濕氣體排出。(2) 好氧干化:利用翻泥系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行通風(fēng),使其在好氧條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化處理,避免厭氧條件下不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生。但是,這些工藝使用的技術(shù)并不完全相同,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):(1)翻泥設(shè)備:廊道式翻泥機(jī),常用于堆肥場,自動(dòng)化程度較高,無需現(xiàn)場操作人員；機(jī)器人裝置，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作控制，典型的有Therm

12、osystems工藝中的ElectricMole和Solia工藝中Solimax裝置，集污泥運(yùn)輸和翻動(dòng)功能為一體;跨越式翻泥機(jī)，自動(dòng)化程度較高的移動(dòng)設(shè)備，適用于大面積操作；由農(nóng)用拖拉機(jī)和翻泥機(jī)組成，需現(xiàn)場操作人員,適用大面積操作。1.3污泥干化工藝存在的問題干化雖是污泥處置的一個(gè)比較理想的途徑,但投資和運(yùn)行費(fèi)用高,主要表現(xiàn)為:干燥設(shè)備的能耗高,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家,其能耗超過能耗總量的10%,因此降低干燥設(shè)備能耗是設(shè)計(jì)面臨的長遠(yuǎn)課題。此外,污泥干化對(duì)管理和操作技術(shù)的要求也較高,若干化過程中含氧量控制不當(dāng),就會(huì)引起粉塵爆炸,造成重大事故。為此,早在1994年,歐共體就頒布了有關(guān)潛在爆炸危險(xiǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)：

13、ATEX95(94/9/EC)4和ATEX137(1999/92/EC)5，并從2003年7月1日起,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制在歐共體各成員國執(zhí)行。美國也頒布了適用于干污泥處理的NFPA6546標(biāo)準(zhǔn)和EPA503標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅涉及到安全設(shè)計(jì),并對(duì)運(yùn)行人員也提出了要求,以確保工作環(huán)境和設(shè)備符合安全規(guī)范,包括工作程序的規(guī)范、例行的系統(tǒng)改造升級(jí)以及足夠的培訓(xùn)等。國外污泥干化技術(shù)一直處在發(fā)展之中,并有部分開始采用二級(jí)干化工藝。二級(jí)干化工藝由于防止了粉塵的產(chǎn)生,減少了運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。自1996年至今,國外二級(jí)干化工藝已有較多的工程實(shí)例7。由于太陽能污泥干化占地大、效果不穩(wěn)定,所以從目前來看還無法取代傳統(tǒng)的熱干化

14、技術(shù),其發(fā)展方向是進(jìn)一步提高溫室的集熱效率或利用一些輔助能源,如熱力泵等。類似的太陽能干化系統(tǒng)在國內(nèi)還未見應(yīng)用實(shí)例,相關(guān)報(bào)道也較少。雖然,國內(nèi)的一般城市污水處理廠規(guī)模都較大,太陽能污泥干化的低效率問題限制了該工藝在國內(nèi)的應(yīng)用。但該工藝對(duì)于一些工業(yè)區(qū)或者小城鎮(zhèn)中的中小型污水處理廠,在場地條件允許條件下,對(duì)于節(jié)能減排有實(shí)用價(jià)值,可有效降低污泥處置成本。2國內(nèi)污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展2.1研究新進(jìn)展馬德剛和張書廷8對(duì)電場協(xié)同污泥熱干燥技術(shù)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)加入電場后,可防止污泥干化過程中粘壁現(xiàn)象的發(fā)生,減少了污泥內(nèi)部的傳熱阻力,以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時(shí),由于在電場作用下,帶負(fù)電荷的微生物向陽

15、極運(yùn)動(dòng),而水分由于陽離子的驅(qū)動(dòng)和污泥的擠壓向陰極運(yùn)動(dòng),從而使泥水分離,改善了污泥的干化效果。朱南文等9對(duì)燃?xì)饧t外干化污泥進(jìn)行了研究。紅外線具有較強(qiáng)的穿透力,不易被大氣吸收,可使較薄的污泥層從內(nèi)到外加熱。經(jīng)紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機(jī)物和重金屬都沒有變化,而大腸桿菌、蛔蟲卵完全被殺死,污泥產(chǎn)品衛(wèi)生無害。當(dāng)污泥中重金屬含量較低時(shí),干化后的污泥可用于農(nóng)田和綠化。2.2發(fā)展趨勢國內(nèi)污泥處理處置技術(shù)起步較晚,以污泥農(nóng)用和簡單填埋為主。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng),這兩種方法的局限性逐步凸現(xiàn),并且從國內(nèi)今后的發(fā)展趨勢看,城市污水處理將形成以國家投資的大型污水處理廠為主,各個(gè)地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,而投資

16、興建不同規(guī)模的污水處理廠的局面并存。因此,中國的污泥處置必須尋求適合國情的新途徑。污泥干化是比較理想的方法,基本上滿足了污泥處置“四化”的要求,而且進(jìn)一步,能夠向資源化開發(fā);退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、農(nóng)用、焚燒10。國內(nèi)很多大型城市土地資源緊缺而社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平又較發(fā)達(dá),污泥干化技術(shù)有一定的推廣價(jià)值。深圳、上海、北京、天津、廣州等一些城市建立了大型污水處理廠,迫于污泥處置的壓力,正在嘗試引進(jìn)國外的污泥干化和焚燒技術(shù)及設(shè)備,以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底,國內(nèi)第一個(gè)采用干化焚燒處理工藝的污水處理廠:上海市石洞口城市污水處理廠建成運(yùn)行;北京每年有70萬t的污泥要消納,現(xiàn)在已經(jīng)采用了污泥干化技術(shù);深圳市也已完成專項(xiàng)規(guī)劃,擬采取熱干化加焚燒工藝。3結(jié)論和建議污水處理廠污泥的干化處置工藝在國內(nèi)已經(jīng)提上議事日程,應(yīng)針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,以最低的成本、最有效的方式進(jìn)行污泥的減量化、資源化、無害化處置。筆者認(rèn)為,在進(jìn)行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時(shí),應(yīng)遵循以下原則:(1)盡量降低能耗和節(jié)約運(yùn)行成本。如采用部分污泥干化以后和濕污泥混合,以降低干化能耗和運(yùn)行成本。此外,污泥干化具體工藝的選擇要和干化后的污泥利用結(jié)合,作好干化污泥