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本文根据作者在“中国给水排水2016年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第七届)”会议报告整理。



作者:国美(天津)水技术工程有限公司  杨淑霞


一个是自热式污泥好氧消化技术,它绿色环保,这个技术我在中国给水排水举办的污泥处理处置研讨会上已分享过多次,分别是2013年的上海,2014年的长沙和2015年的宜兴,这里我就不重点介绍了。除了自热式污泥好氧消化技术以外,如果想取得干度更高,比如说含固率达50%-95%这个干度范围,还可以有最新从美国Gryphon公司引入的Jet带式污泥干化技术

目前主流的污泥处理技术还是以填埋为主,如果前面对污泥没有进行稳定化、无害化、减量化、资源化处理的话,拉运的成本和填埋产生的运营成本均逐步在提高且地域差异明显。现在即使填埋也是要达到含固率40%的要求,如果要做垃圾填埋场的地表覆土,至少要达到50%的含固率,如果作为园林绿化土壤改良用则需要达到60%的含固率,为了达到这些指标如何甄选比较合适的处理工艺路线呢?

简单介绍一下ATAD自热式污泥好氧消化技术,为了推广这个技术我们对国内的污泥做了大量的研究,发现中国北方的泥质和南方的泥质有很大的差别,可能一些城市下水道采用合流制的原因或者是大量的城市化建设、地铁的修建等等,使大量的无机份进入管网系统,随后进入污水处理厂,如果VS与TS的比值低于50%,建议做预处理系统,当然处理的对象是污水处理厂所排放的污泥,给它进行格栅和旋流除砂的预处理。

当然在确定具体工艺设备前,我们会对泥质进行测试分析以甄选出对这个厂效率最优的预处理组合,能够达到比较好的进入到好氧消化的泥质需求,我们希望能够进入到氧消化VS和TS的比最好达到50%或以上。这样整个系统的减容化的程度更明显一些,经过预处理系统处理之后进到消化单元基本上是控制12天的反应时间,基础温度会达到55到70度,这么长时间都处于这么高的温度污泥首先达到了稳定化,然后系统会持续达到55到70度的高温,也满足巴氏灭菌的需求,无害化也达到了,本身的好氧化的过程又能对里面的有机份降解60%到70%,减量化也是很明显的。实际上经过自热式污泥好氧消化处理后,如果在重金属不超标的情况下,已经达到污泥四个新现代化标准要求,同时具备了污泥资源化的条件。

实际上单个自热式污泥好氧消化单元已经可以满足污泥的四化要求了,由于本身污泥的处理跟污水处理厂是息息相关的,目前污水处理厂的排放标准又在逐步的提升,尤其天津现在是需要执行天津市地方标准DB12/599-2015,其中的C标准最宽泛也要达到GB18918中一级A的要求,而天津市地方标准的A标准则接近地表类IV类水标准。总氮要求达到10mg/L,氨氮达1.5 mg/L,这样的情况下对污水处理厂本身工艺的选型要求就比较高,所以我们希望污泥系统产生的氨氮等污染物不会对污水处理工艺产生额外的影响,我们通常会建议在自热式好氧消化之后,再加设一个SNDR同步硝化反硝化单元,把ATAD自热式污泥好氧消化单元降解之后产生的氨氮,在第二个单元降温之后进行同步硝化反硝化反应,把氨氮转化为氮气,这样绝对做到了对污水处理厂没有二次污染。

污泥系统解决方案整体工艺污泥量平衡图。假设进到好氧消化单元的干泥是10吨,经过自热式好氧消化单元主要是对里面的挥发性有机份能达到降解60%、70%的效果,这样在好氧消化单元本身就有一个对污泥的减量化。当然根据不同厂子的VS和TS的比我们可以很容易的换算出来针对于不同厂子的减量效果,这是美国的一个基本案例,它的有机份含量相对高一些,所以减容量会更明显一些。我们通常建议的SNDR同步硝化反硝化单元不仅能够对自热式好氧消化单元产生氨氮,有一个很好的去除降解功能,把它彻底的转化成氮气。同时在中温条件下能进一步取得10%左右的减容效果,由于这两个反应单元,ATAD自热式污泥好氧消化单元的温度基本维持在55度到75度的温度,后续第二个反应单元的温度需要调整到37度或以下,这样由于两个反应单元存在一个温差,那就允许我们可以从好氧单元提取热量,用于脱水之后泥饼的再干化。


常规来讲,经过自热式污泥好氧消化和同步硝化反硝化之后,用常规的离心机脱水,含固率大概是30%到35%,对填埋还差一点点,所以我们可以用系统自产热量(废热循环利用),在不额外增加运行费用的基础上用于脱水之后泥饼再干化,这样在不额外增加运行费用的基础上就能取得50%到60%的含固率,这两天跟国外的专家调试这个系统,他们觉得经过余热回收利用系统处理后甚至能达到70%的含固率。这个系统所产生的50%、60%、甚至于70%含固率的污泥跟其他工艺得到的污泥性状还是有很大差别的。


首先是污泥已经彻底稳定化了,而且12天70度左右的灭菌过程也使污泥达到了无害化,同时是没有任何臭味的污泥,我们陪国内考察团到国外去看现场,经此工艺处理的污泥没有任何臭味。如果说我需要把含固率进一步的提高到90%的需求,我们有下一步介绍的Jet污泥带式干化技术。

Jet污泥带式干化机-来自美国的污泥热干化技术。

它首先是把污泥由传送带输送并通过干化室,热压缩空气由干化室顶部垂直喷射并穿过污泥层,这样综合了密度流、热吹脱、热蒸发的特点,在这种工况下形成了快速干化过程。这个带式干化技术既可以应用于市政污泥、工业污泥,比如说一些造纸污泥,因为它本身的热值更高,可以后续作为燃料焚烧。该技术为直接干化技术。

看一下干化机图片(PPT), 基本上系统的配置是非常紧凑的,而且基本上反应单元之内,传送带是不锈钢的,考虑到到运行维护的方便性我们上边的顶盖是可以升降的,这样维护起来操作非常简便。

整个系统单元是由这些组成的,首先鼓风机对空气进行加压,之后输送到第二个单元,燃烧器或者是热交换器将空气变成高温的压缩空气,通过管路系统喷嘴喷入到干化室,对干化室内传送带内的污泥进行干化,干化后的气体、温度有所降低,通过冷凝器和过滤器除湿,把它过滤之后又回到干化室污泥层的底部,这样可以进一步利用余热对空气进行预热,之后再重新输入到鼓风机完成一个闭路循环的过程。脱水之后的泥饼进入筛分器把块状的、大颗粒的进行破碎,变成小颗粒的污泥在传输到传输带上去,加大污泥的比表面积提高它的干化效果。

在干化室里发生的是什么反应呢?这个是热压缩空气的主管道通过一个个的支管道和喷嘴进入到干化室里面,这是一个纵向的,有传输污泥的传送带层和下层的余热管道层,热的压缩空气通过喷嘴喷入干化室的过程,这里面空气压力有一个变化,是从高压变低压的过程,也就意味着它的体积由小变大的过程,密度由高变低的过程,正是这样的过程产生压力的变化,系统的压力也是从高大气压变负压的过程,在负压的情况下水的蒸发效果会更好,而且蒸发完之后的水分会及时的通过冷凝器过滤把这个水分排出系统,保障了系统始终处于一定湿度的环境,同时低温(低压)的环境、负压的环境又使得水份容易蒸发,基本上是在低于100度,93度的时候完成蒸发的过程,这样整个系统的转化效果比较高。

干化室内压力的一个变化过程,棕色的管道是高压空气的管道,通过喷嘴喷入干化室内,这是干化室的空间,绿色是代表污泥层,穿过这个污泥层位置的时候控制系统的压力,是一个负压的状况,这样蒸发除湿的效果会更好,更有利于效率的提高,同时在负压的情况下沸点也降低了,这样干化室内无论是自由水,间隙水还是吸附水或内部水都会低于100摄氏度的条件下去达到沸点而快速蒸发。

再来看一下热空气走行过程,首先是空气经过鼓风机进行加压,然后经过热交换器,有废热的话利用热交换器,没有废热的话可能是燃烧器对热空气加热形成了高压的热空气,通过管道配入到干化室当中来。在干化室当中又是这样的过程,首先是高压空气的管路通过支管路、喷嘴进入干化室,在污泥传送带的过程内控制压力是一个负压的过程中更容易完成热吹脱、快速蒸发和低温沸腾的过程,相对温度降低的气体跑到了污泥层下面,下面给它进行除湿、过滤功能,然后又重新输送到了干化室污泥层的底部,经过预热之后的气体,下一轮就会被这个鼓风机再吸入系统,完成了闭环循环的过程,由于有这样的循环过程整个干化机的效率高了,蒸发水所需要的热量通常换算成千瓦时为625千瓦时。

闭路循环的气路是怎么走的?我用数字标示了这个过程,首先鼓风机对气体进行加压,然后经过热交换器或者是燃烧器形成了高温的热空气,之后通过喷嘴喷入到干化室,进行直接的干化,干化之后热空气的温度有所降低,之后通过冷凝器和过滤器给它进行除湿、净化,再重新输送回干化室给它进行余热的利用,经过预加热之后的空气再输入给鼓风机,完成闭环的过程,这样整个的干化效率更高、运行成本更低,也就是我们的投资回报率更高。


同时闭路循环系统使得系统的臭气没有,这样就减少了臭气处理设施和相关的运行费用。干化机另一个特点是模块化设计,根据需要处理不同的蒸发量可以选用几台来拼接,因为总的设计思路就是像大积木一样,一块一块的按照不同的处理规模需求把它进行扩容,把它进行不同的搭接方式来达到我们需要处理的蒸发水量的需求。

除了对单台进行不同的拼接增容之外,还可以进行不同的扩容生产线来加大项目的处理能力,通常讲5×10基本模块大概重量是2吨,顶盖重量是550公斤,而且因为都是预制的模块化形式,所以使得我们对工期有着特特殊要求的情况下,我们这个系统可以很快的完成安装、完成各方面的调试,而且系统的活动部件比较少,干化机里面的链传送系统为动部件,但可以通过顶盖升降达到比较好的维护效果,而且系统的耐久性也比较好。

同时是PLC操作的只需要简单输入需要蒸发的进泥率含水率和出泥含水率等一些基本参数,整个系统就能够自动运行,而且有远程的监控、故障诊断这些方面的技术支持,同时操作非常灵活,根据我设定的预期目标不同,可能含固率是50%到90%不同,根据不同的情况下可以灵活的调整热源或者是本身鼓风机这种调配参数来满足不同的污泥出泥含固率的需求。

以一个700吨的每天的项目为例,如果按照进泥含固率是20%,出泥含固率要求达到60%的情况下,我们建议选4套这样的系统。整个系统占地大概只有36*56平米,如果要是占地紧张的情况下还可以把它拼接,就是双层的设置可能占地节省一半。

参数来满足不同的污泥出泥含固率的需求。

这是它的经济指标,运行的费用大概折合成80%含水率的是150元/吨,设备的造价大概是20到25万,下面是一些技术的参数。由于时间关系,就跟大家交流到这里。我们门口有展位,有需要可以进一步交流,谢谢!



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