,假如不加以彻底的处理与操控,将会对环境构成严峻的二次污染,怎么安全经济地处理污泥成为国际一同面临的环境难题。
至2013年,我国城市污水处理量已到达1.45×108t/d,污泥的发生量已达4.0×107t/a,现在,我国大部分污泥只经过开始处理后,便进行无序地暂时堆存或简略填埋[4],一方面占用大面积的土地资源,另一方面损坏生态环境和影响人体健康。面临以上实践,拓荒一条契合我国国情的污泥无害化、减量化、资源化处理的新途径势在必行。
在污泥无害化、减量化、资源化处理的方针中,减量化是污泥是否可以终究完结无害化与资源化处理的要害。实践标明,“热干化”是污泥减量最有用的办法,可是,污泥热干化需求耗费很多的动力。为了战胜污泥热干化的“能耗瓶颈”,本文依据我国污泥的根本物性,提出了使用烟气余热的污泥低温干化技能,并经过实验研讨和结合工程实例,从技能原理、工艺流程、尾气开释特色等方面证明晰技能的可行性,终究结合我国烟气余热资源的实践情况,给出了我国污泥无害化与资源化处理的技能道路,然后为拓荒以废治废、节能减排的污泥处理新途径供给科学依据和技能支撑。
污泥经过机械脱水,含水率一般在80%左右,这决议了污泥最根本的物性特色是因含水率高而呈半流体状,加上体积巨大,给运送和处置在经济上和技能上带来困难。因而,污泥深度脱水和削减体积,不只是污泥终究处理的根底,也是污泥处理范畴的技能中心。
污泥中的水以不同的形状存在[5,6],不同形状水因与污泥结合的强度存在显着差异,而使去除的办法有所不同。图1显现了污泥中不同形状水的去除办法,从图1中可以看到,经过浓缩可以使污泥的含水率降至95%左右,调质后的污泥经过机械脱水,可以去除部分空隙水,理论上能使含水率降至70%左右,而实践中含水率一般在80%左右,热干化可以使污泥的悉数空隙水、毛细水和吸附水蒸腾。可是,污泥热干化需求耗费很多的动力,能耗费用一般占污泥处理总费用的80%以上[7],假如使用热电厂或水泥厂等排放的烟气余热进行污泥干化,将会使污泥处理的运转本钱大大下降。因为烟气温度远低于污泥的燃点,因而,使用烟气余热干化污泥是一种低温干化进程,它可以使污泥中的水分蒸腾,而使污泥的热值保存下来。
热电厂或水泥厂排放的烟气量很大,烟气温度一般在120~200℃,其间蕴藏的巨大潜能,正是污泥低温干化最理想的热源。
使用烟气余热干化污泥是将热电厂或水泥厂排放的烟气,经过引风设备送入特制的污泥干化成粒一体化设备中,在热烟气与湿污泥进行热交换反响的进程中,污泥吸收烟气中的余热,使水分蒸腾而使体积削减。为了确保污泥在低温条件下,既能使污泥有用地干化,又能使污泥在干化进程中天然构成颗粒,咱们规划了分段式污泥低温干化工艺[8]。这种工艺选用热烟气与污泥直触摸摸的办法,污泥干化在干化成粒一体化设备内进行,经过设备内的辅佐设备,使污泥可以在微负压下,一方面使热烟气可以尽或许与湿污泥以最大面积触摸,另一方面使湿污泥与热烟气有满足的时刻进行热交换和完结造粒,然后完结污泥低温干化功率的最大化。
将来自热电厂或水泥厂排放的烟气,用引风机别离引进榜首和第二污泥干化成粒一体化设备,由风门的开度巨细操控风量。经过污泥进料设备,将污泥分割成小块状,由螺旋输送机以与烟气流速向匹配的速度,接连均匀地送入污泥干化成粒一体化设备,跟着设备的滚动,湿污泥与热烟气进行充沛触摸,进行热交换反响和造粒进程。经过榜首段干化使污泥的含水率从80%左右降至60%左右,然后进行第二段干化,使污泥的含水率从60%左右降至40%以下,干化后的污泥构成粒径为2~8mm的颗粒,污泥颗粒经过关闭式皮带输送机送入制品库,在冷却进程中进一步脱水,直至含水率降至30%和体积削减至1/3以下。假如污泥的开始含水率较低,经过一段干化进程就可以了到达污泥干化和造粒的方针。干化后的污泥颗粒保存了95%以上原始热值,可以作为燃煤的辅佐燃料和水泥的出产质料,也可以烧制轻质节能砖和陶粒等[9,10],然后使污泥终究完结无害化、减量化和资源化处理。为了操控污泥或许开释的异味气体,在工程施行中,污泥储存库可以规划在地下,污泥干化实施全程关闭和负压运转,污泥储存库与污泥制品库开释的气体,可以结合厂区内的美化,规划生物土壤滤床,也可以经过搜集体系,送入锅炉内高温处理。图2给出了分段式污泥低温干化工艺流程。
图3是浙江长兴一家印染企业,使用企业内部热电厂锅炉排放的烟气余热干化印染污泥,干化后污泥颗粒作为燃煤辅佐燃料的相片。该企业印染污水处理后发生的污泥量60t/d,使用2个8t/h和6t/h自备锅炉排出的烟气余热(160℃)进行污泥干化,经过干化造粒,污泥含水率从85%降至45%,并天然构成粒径为2~8mm的污泥颗粒,体积削减至1/3以下。印染污泥均匀热值在3000kcal/kg左右,经干化成粒保存了95%以上的原始热值,当天然冷却含水率降至30%以下后,在850℃以上的炉温下与煤一同掺烧,不发生二英,奉献热值。
使用烟气余热干化污泥的热源也可以来自废物焚烧发电排放的烟气。废物焚烧发电是一种相对老练的技能,已成为城市固体废弃物处理的重要工程办法。在废物焚烧进程中,排放的烟气温度较高,这种烟气余热相同可以用来干化污泥,干化后的污泥可以与废物一同焚烧发电。因而,使用废物焚烧排放烟气余热的污泥干化工艺,具有实践推行含义。
污泥中含有很多的有机物质,污泥在干化进程中易挥发有机物会发生分化,并开释出各种气体。经过污泥干化模仿实验,对开释气体的监测成果标明,污泥在100~300℃的温度下,开释的有机物包含链状烷烃、环烷烃、芳香烃、醇类、苯酚类、醛、脂肪酮、苯胺类、酰胺类、腈类、酯类和含氮杂环化合物,其间,最首要为链状烷烃、芳香烃和含氮杂环化合物。污泥在100℃下(图4),开释的链状烷烃占到了80.90%,芳香烃和环烷烃别离为9.65%和5.27%,当温度升高至150~250℃时,链状烷烃、芳香烃仍然是开释气体中首要的有机物,但链状烷烃的份额大大下降,而芳香烃的份额大大添加,这时含氮杂环化合物也成为首要的开释物质;到300℃时,污泥开释气体中链状烷烃和芳香烃所占的份额显着削减,别离从40%多降到了4.28%和从35%左右降到了7.60%,含氮杂环化合物的总量改变不大,为19.04%,而醇类、苯酚类和腈类化合物显着添加,它们所占的份额别离到达了14.29%、14.78%和32.63%。
图5显现了污泥苯系物(BTEX)开释量随温度的改变[11],从图5中可以看到,四种污泥的BTEX开释量跟着污泥干化温度升高而添加,标明晰干化温度对污泥开释BTEX发生显着的影响,依据污泥BTEX开释的累积百分数,在100℃以下时,四种类型污泥开释的BTEX总量只占了在50~300℃温度下BTEX总开释量的7.34%;在150℃时,四种类型污泥开释的BTEX总量占了BTEX总开释量的16.58%,四种市政污泥在相同条件下开释的BTEX总量占了BTEX总开释量的19.08%。
依据污泥干化速率改变曲线],污泥干化阅历加快阶段(Ⅰ)、恒速阶段(Ⅱ)和降速阶段(Ⅲ)三个阶段,使用120~200℃的烟气余热干化污泥,污泥干化进入恒速阶段(Ⅱ)水分蒸腾时B点的湿球温度为50~68℃,远低于模仿污泥干化时的温度,因而,在使用烟气干化污泥的实践工程中,污泥中的有机物在低温下不会被损坏,即便有微量的异味气体开释,因为干化污泥需求1.0×105m3/h的烟气量,在大烟气量的稀释效果下,加上与烟气之间的化学反响,再经过热电厂或水泥厂或废物发电厂的除尘除气设备,污泥干化发生的尾气彻底合格排放。4
1t含水率为80%的污泥,经过干化使污泥的含水率降至30%,需求蒸腾水量714.3kg,这意味至少需求耗费热量1.91×106kJ,相当于65.32kg标准煤。我国污泥(含水率80%)的出产量已超越4.0×107t/a,污泥经过干化使含水率降至30%,每年需求耗费的热量为7.64×1013kJ,假如这个热量来自热电厂和水泥厂排放的烟气余热,不只每年可以在污泥干化处理中节约2.60×106t标准煤,并且也因为废热得到使用而直接削减了大气的热污染。
,在热烟气与湿污泥直触摸摸的进程中,污泥不只能以最大的热功率到达节能效果,并且可以使烟气中的细微的颗粒物(PM2.5和PM10)以及二氧化硫被湿污泥吸附,并被固定在污泥颗粒中。表1给出了长兴烟气干化污泥工程烟气中PM2.5和PM10的现场监测成果,从表1中可以看到,经过污泥干化后,烟气中PM2.5和PM10的含量以及占100μm颗粒的百分比显着低于原始烟气,标明晰污泥对烟气中细微颗粒物的吸附效果,对现有除尘的设备难以铲除的PM2.5和PM10的去除率别离到达60.19%和43.99%。
[13],从图7中可以看到,干化温度在80~100℃时,含水率为75%的污泥对烟气中二氧化硫的收率可以到达22%~25%,因为被污泥吸附的SO2已转变为硫酸盐,因而,当干化后的污泥颗粒作为燃煤辅佐燃料时不会再开释。霾是由空气中细微的尘埃、硫酸和有机碳氢化合物等粒子所组成的混合体,
,并且除了直接削减了热污染外,还因吸收了烟气中细微颗粒物和二氧化硫而削减了对大气的污染负荷,特别是污泥可以吸收烟气中大部分PM2.5,这对从源头上操控我国雾霾气候频频发生,具有重要的实践含义,真实起到了节能减排的环境效应。
36亿t左右,在未来的数十年里,我国全体煤炭消费量仍将坚持较高水平。现在,我国的动力使用率仅为33%[14],在很多能耗丢失中,排烟丢失是最大的[15],经过使用遍布全国各地大巨细微的热电厂排放的烟气余热干化污泥,不只可以使污泥就近得到安全、经济地处理,并且可以使我国的动力使用率有所提高。依照我国工业锅炉每焚烧一吨标准煤,发生二氧化碳2.18t计,使用烟气余热干化污泥,每年可少排二氧化碳566.8万t,这对我国的节能减排具有十分严重的含义。使用烟气余热在低温下完结污泥干化进程,
95%的原始热值,我国污泥的热值一般在1 500~2 500kcal/kg,干化后污泥作为燃煤的辅佐燃料,每年可以供给的热量相当于2.87×106~4.78×106t标准煤。工程实践已标明,使用烟气余热干化污泥,干化后污泥进行资源化综合使用可以发生十分明显的环境、社会和经济三重效益。
[6]王兴润,金宜英,聂永丰.国内外污泥热枯燥工艺的使用发展及技能关键.我国给水排水,2007,23(8):5~8
[7]翁焕新,苏闽华.2005.使用热电厂烟气余热的污泥干化体系.我国,发明专利,专利号:ZL4.1.2007-02-14
[8]翁焕新,苏闽华.2005.使用废物发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的办法.我国,发明专利,专利号:ZL 2005 10050634.9
[9]翁焕新,苏闽华.用污泥烧制陶粒的办法.我国,发明专利,专利号:6.0
[10]翁焕新,蔡奇雄.使用污泥热能烧制轻质砖的办法.我国,发明专利,专利号:ZL 98 1 18046.9
[11]褚赟,翁焕新,章金骏,裘望,污泥干化进程中苯系物(BTEX)的开释及其致癌危险点评.环境科学学报,2009,29(4):777~785
[12]平岡正胜,吉野善弥.污泥处理工程学,上海:华东化工学院出版社,1990
[13]翁焕新,冯曦,苏闽华,章金骏,马学文,触摸式污泥干化进程SO2吸收率的动态改变.环境科学学报,2010,30(2):368~374
[14]WWF全球动力课题组.气候改变解决方案:WWF2050展望.北京:我国环境科学出版社,2006:2~3