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工程案例
螺旋叶片污泥处理设计工程
  1 污泥的流动性
 
  流动性是污泥在管道内的流动阻力和可泵性。工程中常用污泥的含水率(或含固率、污泥浓度)判断污泥在管道中流动的水力特征。
 
  城市污水处理厂脱水污泥含水率一般在82%~65%之间,它既不是理想粘滞性流体,也不是牛顿流体,在常温常压下无流动性,在高压管道输送时呈“不沉降似均质浓密膏体”。
 
  2 污泥输送方式
 
  经过浓缩脱水减量化后的污泥采用的运输方式主要有以下三种。
 
螺旋叶片
 
  (1). 脱水污泥经螺旋输送机输送至污泥堆棚后汽车外运。该法用于小型污水厂,二次污染严重,运输量有限,现已很少采用。
 
  (2). 脱水污泥经螺旋输送机输送至脱水机下的缓冲料斗进入污泥泵提升至料仓,再由汽车外运。这种污泥经提升后外运是当前污泥输送的主要方式。
 
  (3). 脱水污泥经螺旋输送机输送脱水机下的缓冲料斗进入污泥泵提升至料仓储存,料仓内污泥再进入二级污泥泵,经管道或由汽车输送至下一步处理处置地点。随着污泥后续处理工艺的实施,这种输送方式应用将逐步增多。
 
  3 污泥输送系统
 
  3.1 输送系统分类
 
  污泥输送系统按照压力形式分为无压、有压输送系统。
 
  无压输送主要有无轴螺旋输送机、皮带输送机或汽车槽车输送。输送机适合于短距离直线输送,临界距离为20m;由于输送量、距离和高度有限,所以能耗较小。
 
  无压输送缺点有:
 
  ①水平方向转角处必须增设传送设施,分两级或多级传送;
 
  ②输送机倾斜角度一般不宜大于25度,将污泥输送至高处时需要较长的水平距离;
 
  ③系统密闭性不好,会对周边环境造成二次污染;
 
  ④输送量固定,不可随意调整。这种输送方式常用于脱水机房内将脱水机排出的污泥输送到料斗进口处。汽车槽车适用于远距离输送,其运输成本较高。
 
  有压输送是泵加管道输送系统,通常采用螺杆泵或柱塞泵进行管道输送。
 
  有压输送系统适应性强,主要优点有:
 
  ①输送距离长,可达1200米;
 
  ②采用弯头实现多转角多曲度输送功能;
 
  ③系统密闭性好,不会对周边环境造成二次污染;
 
  ④输送量可调。但是由于脱水污泥流动性差,沿程水头损失较大,所以输送系统能耗高;同时污泥泵造价高。
 
  3.2 污泥管道输送系统
 
  对于脱水机房外污泥输送,通常为提升至料仓储存和二级提升至后续处理单元。在一定距离内,传统的输送机和汽车运输方式已不能提供安全、环保、快捷的污泥输送。设计应优先选用安全、高效、封闭式的污泥管道输送系统,减少敞开式运输方式,防止因暴露、洒落、漏滴、臭气外逸而造成的二次污染。
 
  污泥管道输送系统是有压输送,包括污泥输送泵和输送管道。
 
螺旋叶片
 
  主流技术线路分析
 
  1
 
  污泥厌氧消化发酵
 
  污泥在无氧的条件下,由兼性菌和专性厌氧菌(甲烷菌)降解有机物,分解的最终产物为二氧化碳和沼气。
 
  如果污泥有机质普遍较低,需要在污泥中适当添加臭氧或者餐厨垃圾,来提高沼气产量。如果沼气产量太小,就不能维持自身厌氧消化环境温度,还需要外加能源以维持平衡。
 
  厌氧消化后的污泥(沼渣)要使其得到有效利用,还需要后续布局一些土地综合利用、园林绿化、建筑材料等相关产业链来配套,完成污泥的最终资源化利用。
 
  该技术多应用于在北方缺水城市,污水处理进水COD大于500mg/L,污泥有机质在60%以上,沼气产量较高。沼气回收后可以用于发电或产生热源。
 
  2
 
  典型的“热水解+厌氧消化”工艺流程
 
  污泥预脱水至90%左右,经螺杆泵从储泥罐连续不断地送入浆化罐;
 
  在97℃温度下浆化后再经过螺杆泵以批次方式送入多个反应罐。在批次加入蒸汽进行165-170℃高温高压蒸煮、在反应罐自身压力推动下污泥进入闪蒸罐;
 
  经102℃卸压闪蒸后进行冷却,最后进入37-40℃厌氧消化罐进行厌氧消化;
 
  产生的沼气用于发电,沼渣经脱水后土地利用;
 
  在南方城市污泥有机质普遍较低,需要在污泥中适当添加臭氧或者餐厨垃圾,来提高沼气产量。如果沼气产量太小,就不能维持自身厌氧消化环境温度,还需要外加能源以维持平衡;
 
  厌氧消化后的污泥(沼渣)完成减量化和稳定化,但沼渣还需要后续的处理处置。要使其得到有效利用,还需要后续配套产业链的跟进;
 
  目前典型线路将厌氧消化后的污泥经板框压力滤机脱水后,含水率降至60%左右,用于改良土壤等。
 
螺旋叶片
 
  3
 
  污泥干化焚烧
 
  核心设备焚烧炉,主体设备为塔形,底部有多孔板,板上放置载热体砂为燃烧床,塔内衬有耐火材料,气体从底部通入,污泥进入后成沸腾流化状态燃烧。
 
  脱水污泥(含水率60-80%)首先进入干燥机干燥,污泥的含水率降低到10-20%以下再进入焚烧炉焚烧;
 
  污泥焚烧产生的热量作为干燥机的加热介质用于加热污泥;
 
  污泥焚烧产生的烟气经过余热锅炉冷却后经过烟气净化系统和烟囱排入大气;
 
  实际运行中,如果污泥热值较低,焚烧炉需要投加适量的辅助燃料,以达到系统的热量平衡;
 
  高含砂量的污泥在高速流化状态下使设备受到很大程度上的磨损;
 
  对烟气处理系统的设计、运行要求较高;
 
  焚烧后的飞灰还需要进行螯合固化处理后安全存放;
 
  单独焚烧系统运行成本相对较高。
 
  4
 
  污泥与垃圾协同焚烧发电
 
  污泥利用汽轮机做功后低压抽汽的热量,将污泥的含水率降至40%左右,与生活垃圾一起入炉焚烧。焚烧产生的高压蒸汽发电。
 
  60-80%含水率的污泥运至垃圾焚烧厂内污泥料仓贮存,然后利用汽轮机做功后低压抽汽的热量,通过热干化将污泥的含水率降至35%左右,低位热值与垃圾热值相近,可以满足入炉焚烧的条件。在垃圾焚烧炉进料斗处与混合掺配后一起进炉焚烧。
 
  焚烧产生的高压蒸汽发电,烟气净化后达标排放,产生的飞灰经过螯合固化后填埋。
 
  污泥掺烧比不宜超过5-10%。
 
  5
 
  燃煤电厂耦合污泥焚烧发电
 
  由污水处理厂利用板框将污泥深度脱水至含水率60%左右,运送至附近的燃煤电厂
 
  利用燃煤电厂的烟气余热进一步干化污泥至含水率20%~30%。这时污泥热值相对较高,可作为热电厂的辅助燃料与煤一起燃烧发电。
 
  燃煤电厂耦合污泥焚烧发电技术的优缺点:
 
  优点:
 
  运行稳定、处置量大、资源化处置。
 
螺旋叶片
 
  缺点:
 
  燃煤电厂前期改造投资较大;
 
  掺烧污泥使燃煤量增加,电厂生产成本上涨;
 
  电厂在享有国家电价补贴的政策下才能受益。
 
  技术工艺流程:
 
  (1)含水率60%污泥运送至电厂污泥接收料仓;
 
  (2)经螺杆泵传送至干化机进行干化,干化机利用电厂蒸气余热间接加热污泥,将含水率降至30%;
 
  (3)通过皮带输送机传送至干污泥料仓,与煤按比例混合后进入焚烧炉焚烧发电;
 
  (4)干化机尾气经尾气处理系统清洁净化后,达标排放。
 
  6
 
  水泥窑协同焚烧处置污泥
 
  污泥干化至水分40%左右,和其它原料一起送入生料磨中共同进行烘干、粉磨后成为水泥生料;
 
  水泥生料再经过水泥窑内1700℃左右火焰温度的高温煅烧(物料温度可以达到1450℃左右)成为水泥熟料;
 
  干化污泥在从生料煅烧成为熟料的复杂物理化学变化过程中将灰渣中可能存在的重金属固化在水泥熟料的晶格中,达到稳定固化效果,进行了的无害化处理,不会造成二次污染;
 
  城市污泥参与配料对水泥熟料和水泥的质量没有影响,城市污泥可以用来生产水泥熟料;
 
  按10%左右的比例配备城市污泥,水泥质量基本没有明显变化,完全满足国家相关标准要求;
 
  污泥得到处理。
 
  技术线路应用总结
 
  1. 缺水城镇污泥有机质高的污水处理厂污泥处理项目应优先选择污泥厌氧消化发酵产沼气的技术线路。同时要后续布局一些土地综合利用、园林绿化、建筑材料等相关产业链来配套,完成污泥的最终资源化利用。
 
  2. 农村乡镇小型污水处理厂,应优先采用污泥好氧堆肥—筒仓式发酵器技术,将污泥直接变为营养土。实现“污泥从土地中来还应回到土地中去”的目标。

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