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污水處理廠污泥綜合處置工程污泥熱解處理工藝解析(附工藝、設備圖)

http://xinwen.bjzpc.com?? 2019-07-22  來源:??46危廢 
 
  目前,中國污泥處置的現狀是70%以上棄置,20%填埋,不到10%的污泥是通過堆肥等技術處理后回用于土地,因此,污泥的二次污染已經成為亟待解決的環境問題,污泥問題是目前困擾城市健康快速發展的一個嚴重而緊迫的問題。
 
污泥熱分解是一種新興的污泥熱處置工藝。熱解是利用有機物的熱不穩定性,在無氧或缺氧條件下受熱分解,形成氣體、液體和固體殘留物的過程。
 
近年來污泥熱解炭化得到了越來越多的關注,污泥熱解炭化為污泥的減量化、無害化和資源化提供了新的有效途徑。
 
   污泥熱解技術的發展
 
 從70年代開始,熱解技術作為從城市垃圾和工業固體廢物等可燃性固體廢物回收能量的技術得到了廣泛的開發。但是,對于具有負熱值的污泥,該技術的應用不能以回收能量為主要目的,其重點主要放在解決焚燒存在的問題,即實現污泥的節能型低污染處理。
 
 污泥熱解爐型通常采用豎式多段爐,為了提高熱解爐的熱效率,在能夠控制的二次污染物質(Cr6+、NOx)產生的范圍內,盡量采用較高的燃燒率(空氣比0.6~0.8)。
 
 此外,熱解產生的可燃氣體及NH3(氨)、HCN(氫化氰)等有害氣體組分必須經過二燃室以實現其無害化,通常情況下,HCN的熱解溫度在800~900℃,還應對二燃室排放的高溫氣體進行余熱回收。
 
  污泥熱解技術現狀
 
  國際上對熱解技術的開發過程,一是以美國為代表,以回收貯存性能源(燃料氣、燃料油和炭黑)為目的;另一個是以日本為代表,以無公害型處理系統的開發為目的,將污泥焚燒爐改進為熱解爐。西歐、北美正在研制帶加熱夾套的臥式攪拌反應器。
 
 污泥低溫熱解處理的效果好,總成本在理論上低于直接焚燒法,而且熱解過程可以將廢物轉化為有能量的物質和有用的化學物,符合污泥資源化利用的要求,且能量回收率較高。以低溫熱解(200-500℃)為主要反應機理的污泥低溫熱化學轉化制油技術作為焚燒的替代技術已逐步發展為生產性技術,并顯現出了能量經濟性與二次污染可控性的顯著優勢 。
 
  污泥的熱解反應及燃燒反應
 
 
  污泥的熱解反應
 
 可燃氣:主要包括 C1~5的烴類、氫和CO氣體。
 
 液態油:主要包括 C25的烴類、乙酸、丙酮、甲醇等液態燃料。
 
 固體燃料:主要包括含純碳和聚合高分子的含碳物。
  
 污泥的燃燒反應
 
 有機物+O2=CO2+H2O+其它簡單無機物+熱量
 
污泥熱解發和焚燒法比較
 
熱解法和焚燒法是兩個完全不同的過程。
 
 1 焚燒的產物主要是二氧化碳和水;而熱解的產物主要是可燃的低分子化合物:氣態的有氫氣、甲烷、一氧化碳;液態的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等;固態的主要是焦炭或碳黑。
 
 2 焚燒是一個放熱過程;而熱解需要吸收大量熱量。
 
 3 焚燒產生的熱能量大的可用于發電量小的只可供加熱水或產生蒸汽,適于就近利用;熱解的產物是炭黑、燃料油及燃料氣,便于貯藏和遠距離輸送。
 
固體廢物的熱解與焚燒相比的優點
 
 1 可以將固體廢物中的有機物轉化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源;
 
 2 由于是缺氧分解,排氣量少,有利于減輕對大氣環境的二次污染;
 
 3 廢物中的硫、重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中。熱解雖不能去除重金屬,但固體殘留物在高溫下被玻璃化,重金屬固化在玻璃體中,可避免重金屬二次污染的危害。
 
 4 由于保持還原條件,Cr3+(鉻離子)不會轉化為Cr6+;
 
 5 NOx(氮氧化物)的產生量少。

  污泥熱解產物資源化
 
 1 制作吸附劑
 
對于含碳較多的污水處理剩余活性污泥,在無氧或缺氧條件下高溫熱解碳化—活化,可將其制成吸附劑。例如,用剩余活性污泥為原料,添加一定的活化藥品,隔絕空氣,在一定的溫度下炭化可得到活性炭。制成的活性炭對難處理的農藥廢水,COD的去除率也可達到63.25%。
 
 2 作為炭基肥
 
國內外各種研究報告認為,土壤施用生物黑炭對于改良土壤,節能減排,減緩氣候變化效益明顯,炭基肥是今后改良土壤的重要手段。污泥熱解碳化產物可作為炭基肥的基本原料。
 
  污泥熱解技術研究
 
 研究利用小型及實際生產用回轉熱解爐,針對不同市政污水處理廠的脫水活性污泥,進行不同溫度情況下的熱解實驗,探尋:熱解的最佳溫度;熱解能耗;實測可燃氣體產量;碳化料產物得率;對產物進行理化指標測定及性能實驗(重點關注了污水處理吸附性能)。分析熱解過程、物料平衡及熱量平衡。
 

  污泥熱解及活性炭再生實驗室
 
 污泥熱解實驗室主體設備有:蒸汽發生器、臥式電加熱回轉爐、尾氣凈化及計量裝置、無紙記錄儀等。下圖為污泥熱解實驗室。
 
 
 污泥熱解/活化最終產物—活性炭
 
 
  污水處理脫水活性污泥熱解處置工藝設計

  新型污泥熱解處置工藝流程
 
 目前污水處理廠脫水污泥熱解處置工藝存在能耗及運行成本高的主要原因是濕污泥中80%水分的去除,干燥1噸濕污泥約需80m³天然氣。本工藝從兩個方面進行熱能 回收,以降低能耗。
 
  一是,將污泥熱解產生的可燃氣體及熱解高溫煙氣經余熱鍋爐產生飽和蒸汽,用于槳葉干燥機對濕污泥的干燥。二是,利用熱泵技術,回收污泥蒸汽的潛熱。也就是:利用蒸汽壓縮機,將污泥蒸汽在真空蒸發器中加熱干燥機清潔蒸汽冷凝水產生的負壓蒸汽,使其成為高品位蒸汽,再用于槳葉干燥機對濕污泥的干燥。由于現行槳葉干燥機污泥蒸汽參數不穩定,需在實踐過程中對干燥機進料進行改進,故第二項節能措施暫不實施,僅留出安裝位置,經實際運行改進,污泥蒸汽參數不穩定后再實施污泥蒸汽的潛熱回收系統。

  脫水污泥熱解處置工藝流程圖
 
  (有污泥蒸汽潛熱回收方案)
 
 
  (無污泥蒸汽潛熱回收方案)
 
 
  污泥熱解處置工藝布置圖
 
 
  污泥熱解爐實景

  污泥熱解技術特點及前景

  技術特點

  1 減量化

污泥經熱解處置后,污泥體積和重量減少90%以上,實現“減量化”。
 
  2 無害化
 
高溫熱解有機物被分解碳化,細菌完全滅殺,實現了無機化和“無害化”。熱解產生的有害氣體(HCN、NH3、二噁英等)及焦油通常情況下的熱解溫度在800~900℃,它們進入二燃室的焚燒溫度高達1500℃,不僅可得到充分分解,還能回收熱能,不會造成二次污染。
 
  3 資源化
 
熱解產品可作為吸附劑或改良土壤的炭基肥,實現“資源化”。熱解雖不能去除污泥中的重金屬,但固體殘留物在高溫下被玻璃化,重金屬固化在玻璃體中,可避免重金屬二次污染的危害。大量資料和實驗證明,我國市政污水的污泥熱解碳化料中絕大部分重金屬含量可滿足農用肥標準,唯Zn超標(見碳化料化學成分分析),但,我國北方人群存在缺Zn問題,是眾所周知的。
 
作為土壤改良劑,土壤的理化性質也決定了重金屬的富集影響,在北方堿性土壤其影響是較小的。
 
  4 兩次節能降耗
 
《“十二五”節能減排綜合性工作方案》重點支持“低品位余熱利用”,熱泵技術屬于十二五規劃鼓勵類型。污泥處置能耗最大的是干燥,本工藝利用熱解產生的可燃氣體及高溫煙氣余熱生產蒸汽用于槳葉干燥機;利用熱泵技術回收污泥二次蒸汽潛熱,也用作槳葉干燥機污泥干燥;此兩項使本工藝處置每噸濕污泥運行成本僅180元左右,優于其他工藝。
 
  5 投資及運行成本低
 
通過實驗和分析知,本工藝噸污泥處理成本小于200元/噸.濕污泥(不考慮生物炭銷售),是各種污泥處置工藝中,性價比最好的。
 

  技術前景
 
2008年,美國聯邦首次在聯邦層面建立了對世界上生物黑炭研究、生產、應用與推廣的鼓勵機制,專門設立了農業基金支持生物黑炭研究與示范;2009年8月10日,美國農業部長表示美國農業部正在組織一系列的生物黑炭研究、技術開發與推廣和培訓的合作項目,旨在全面推進生物黑炭這項綠色技術在農業和能源領域的應用。2011年9月在中國南京召開國際生物質黑炭與綠色農業專題研討,呼吁在中國推行以生物黑炭技術改良土壤為核心的新土地革命,恢復健康綠色農業。國內外各種研究報告認為,土壤施用生物黑炭對于改良土壤,固化重金屬,節能減排,減緩氣候變化效益明顯。
 
  結 語
 
當前我國現有的污泥處置技術有的雖簡單易行,但占地面積大,有嚴重二次污染;有的雖處置效果尚可,但必須采用高溫、高壓或微波等復雜手段才能實現。。經綜合比較,可看出污泥熱解處置技術具有工藝及設備簡單,制約因素少,投資及運行成本合理,符合我國污泥處置的三化原則,是標準的綠色環保工藝,應大力推廣。
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