“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化” 污泥深度脫水聯(lián)用工藝
摘要: 污泥干化可使污泥顯著減容,一般可將污泥含水率降至30%左右,滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的需要,是目前污泥處理處置的主要應(yīng)用技術(shù)之一。但由于其投資及運行成本較高,制約了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。機械脫水是最經(jīng)濟的污泥減量技術(shù),可作為污泥干化的預(yù)處理,以提高整體工藝的經(jīng)濟性。本文介紹了“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝及案例。以污泥處理量30t/d(污泥平均含水率83%)的工程為例,采用高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水設(shè)備將一次脫水后含水率為82~85%的污泥含水率降至60%以下,再經(jīng)熱泵低溫干化技術(shù)將污泥干化至含水率40%以下,該聯(lián)用工藝處理后的污泥完全滿足后續(xù)與垃圾摻燒的要求。相對于直接采用熱泵低溫干化技術(shù)處理一次脫水污泥,采用該聯(lián)用工藝單位污泥處理費用為105.67元/噸泥(按一次脫水污泥計),可節(jié)約處理費用54.86元/噸泥,每年可節(jié)約運行費用約59.26萬元,社會效益和經(jīng)濟效益十分顯著。
來源:中國給水排水2019年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會(第十屆) 論文集 ;作者:阮燕霞1,陳良才1,徐金有1,劉立文1,唐秀華1,張杰1,魏宏斌2;單位:1.上海中耀環(huán)保實業(yè)有限公司,上海200092;2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海200092
污水被處理后,污水中所含的有機物、無機物(包括重金屬)等有害物質(zhì)都被濃縮、轉(zhuǎn)移形成污泥。以生活污水為主的市政污水廠的污泥產(chǎn)量為1~2tDS/萬t污水,折合成含水量80%的污泥產(chǎn)量為5~10t/萬t污水。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2017年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示,截至2017年底,全國設(shè)市城市污水處理能力達到1.57億m3/d,全年累積處理污水量達462.6億m3,折合成含水率80%的污泥年產(chǎn)量達4000多萬噸。
根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置分類》(GBT23484-2009),污泥的最終消納過程,一般分為土地利用、填埋、建筑材料利用和焚燒等,但無論是污泥填埋,還是焚燒或資源化利用,污泥的最終處置對污泥的含水率等指標都有嚴格的要求。其中,《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》(GBT 23485-2009)要求污泥含水率<60%;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486-2009)要求污泥含水率<40%;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質(zhì)》(GB/T24602-2009)要求自持焚燒的污泥含水率<50%,低溫?zé)嶂担?000kJ/kg;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質(zhì)》(GB/T25031-2010)要求污泥含水率≤40%。因此,污泥的脫水干化是重要的第一步。污泥干化可使污泥顯著減容,一般可將污泥含水率降至30%左右,滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的需要,是目前污泥處理處置的主要應(yīng)用技術(shù)之一。但由于其投資及運行成本較高,制約了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。作為最經(jīng)濟的污泥處理技術(shù),機械深度脫水不但能將污泥處理至符合填埋要求,也可作為其他技術(shù)的減量預(yù)處理,以提高整體污泥處理處置技術(shù)路線的經(jīng)濟性。本文介紹了“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝及其工程案例。
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工藝介紹
1.1 高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)
上海中耀環(huán)保實業(yè)有限公司生產(chǎn)的“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水成套設(shè)備”為同濟大學(xué)專家學(xué)者針對國內(nèi)污泥處理處置現(xiàn)狀及需求開發(fā)的新型污泥減量、穩(wěn)定化技術(shù)。“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)”先將固化劑、改性劑與一次脫水后的污泥(含水率為80%左右)混合改性,再采用連續(xù)深度脫水機進行二次壓榨深度脫水,處理后污泥的含水率可從80%左右降低至60%以下。不需要將常規(guī)污泥稀釋后再進行高壓脫水,更不需要拆除污水廠原有的污泥脫水設(shè)施,能與污水廠原有污泥脫水系統(tǒng)實現(xiàn)快速對接,具有可連續(xù)運行、能耗低、成本低、適用范圍廣等顯著優(yōu)點。
高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)不但能將污泥深度脫水處理至符合混合填埋的泥質(zhì)要求,也可作為干化、焚燒、水泥窯協(xié)同處置、制磚等處理或處置技術(shù)的的預(yù)處理工藝,以提高污泥整體處理處置工藝路線的經(jīng)濟性。高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)已有30多個工程案例,包括污水處理廠污泥的提標改造工程或新建工程,地下污水處理廠,環(huán)境存量污泥減量、河道淤泥脫水處理等領(lǐng)域。
高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)原理主要包括混合改性和高壓帶式脫水兩部分。
圖1 高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)工藝流程圖
(1)混合改性
將一次脫水后的污泥(含水率80%左右)輸送至污泥改性混合機,同時投加污泥固化劑和改性劑。投加的上述藥劑和一次脫水后的污泥(含水率80%左右)在污泥改性混合機內(nèi)快速、均勻的混合。一方面,破解活性污泥結(jié)構(gòu),釋放結(jié)合水和胞內(nèi)水;另一方面,構(gòu)建微型骨架體增加污泥絮粒強度,提高脫水性能。
(2)連續(xù)深度脫水
經(jīng)改性后的一次脫水污泥進入高壓帶式TJSD連續(xù)污泥脫水設(shè)備進行機械深度脫水。先經(jīng)布料裝置將污泥均布在濾布上,隨著濾布的行進,污泥經(jīng)由多組壓力遞增的壓榨機構(gòu)對污泥產(chǎn)生高壓、密集壓榨,污泥中的大量水分被進一步壓出,壓榨后污泥在出泥端由刮刀自動刮落,上下濾布分離后分別被沖洗干凈循環(huán)投入使用。經(jīng)高壓帶式連續(xù)深度脫水機脫水后泥餅僅為5~10mm多孔隙薄片狀,其含水率降低到60%以下。
1.2 熱泵低溫干化技術(shù)
污泥干化利用熱能通過蒸發(fā)作用從污泥中去除大部分水分,可使污泥顯著減容,一般可將污泥含水率降至30%左右,是能量凈支出的過程。目前常用的污泥干化技術(shù)有熱干化、自然干化、熱泵干化等。傳統(tǒng)的熱干化干燥溫度一般在100℃以上,通過直接或間接的方式進行“水-熱”交換,能耗費用在系統(tǒng)運行成本中的比例大于80%。
污泥熱泵低溫干化系統(tǒng)由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥、循環(huán)風(fēng)機和干燥室等組成,根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理,消耗少量的電能驅(qū)動循環(huán)進行,通過流動工質(zhì)的氣液兩相熱力循環(huán)完成空氣與污泥的熱質(zhì)交換。該技術(shù)利用熱泵除濕回收干燥過程產(chǎn)生的低品位熱源的熱焓能量,升溫后作為熱源進行污泥干燥和脫水。
根據(jù)國內(nèi)外的研究及應(yīng)用,污泥熱泵低溫干化技術(shù)可獲得最高含固率90%的干化污泥,能滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚及其他資源化利用的含水率要求;相比熱干化100℃以上的干燥溫度,污泥熱泵低溫干化的干燥溫度為40~80℃相對低溫,在低溫環(huán)境下可有效避免污泥中有機物的大量揮發(fā),最大程度的保留污泥熱值,實現(xiàn)污泥的自持焚燒,低溫的干化環(huán)境能減少氨氣、硫化氫等惡臭氣體的釋放;熱泵除濕的干化方式能耗僅為傳統(tǒng)干化方式的1/3,具有節(jié)能低碳、環(huán)境友好等特點。
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“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝的特點
表1 聯(lián)用工藝技術(shù)優(yōu)勢和特點
聯(lián)用工藝技術(shù)優(yōu)勢及特點 |
描述 |
安全 |
TJSD連續(xù)污泥深度脫水設(shè)備沒有任何可釋放外力的高壓管道、閥門等,無高壓擊傷危險;熱泵低溫干化40~80℃運行,無需充氮運行干化過程氧氣含量<12%;粉塵濃度<60g/m3;顆粒溫度<70℃,無爆炸隱患 |
環(huán)保 |
TJSD連續(xù)污泥深度脫水設(shè)備可全封閉設(shè)計,方便氣體收集;熱泵低溫干化設(shè)備低溫40~70℃運行,且干化過程全密閉,有效避免大量臭氣產(chǎn)生 |
占地小 |
落地安裝,一般利用脫水污泥堆場空余場地布置 |
連續(xù)運行 |
聯(lián)用工藝可實現(xiàn)連續(xù)脫水及干化,泥餅自動卸料,操作簡單,脫水干化過程全自動運行 |
低碳節(jié)能 |
TJSD連續(xù)污泥深度脫水系統(tǒng)成套設(shè)備裝機功率低,整體裝機功率一般不超40kW,連續(xù)平穩(wěn)運行,沒有用電波峰波谷;熱泵低溫干化技術(shù)采用熱泵熱回收技術(shù),熱泵除濕回收干燥過程產(chǎn)生的低品位熱源的熱焓能量 |
用于污泥脫水提標改造: 與原一級脫水設(shè)備銜接性 |
無縫、快速對接 “三不”:不拆原設(shè)備 不擴占地 不增配電容量 |
投資及運行費用低 |
機械深度脫水作為最經(jīng)濟的處理方式,可降低聯(lián)用工藝的投資及運行費用;且聯(lián)用工藝無復(fù)雜的配套設(shè)施,土建投資低 |
污泥出路廣 |
聯(lián)用工藝處理后一般將污泥含水率降低至30%后,滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的需要。 |
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聯(lián)用工藝工程案例介紹
3.1 工程概況
某市政污水處理廠設(shè)計污水處理規(guī)模為5萬m3/d,污泥產(chǎn)量約為30噸/天(以含水率80%計),原采用濃縮帶式一體機將污泥處理到含水率82~85%。由于污泥處理處置要求的提高,現(xiàn)該廠要求將部分污泥含水率降低至40%后與垃圾摻燒,急需對污泥處理設(shè)施進行提標改造。為最大程度的降低污泥處理處置工藝的運行費用,節(jié)約投資,實現(xiàn)與現(xiàn)有污泥濃縮帶式脫水一體機的快速對接,并將污泥含水率降低至40%后與垃圾摻燒。污泥脫水提標改造擬采用“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用技術(shù)對含水率82~85%的一次脫水污泥進行脫水干化處理。污泥經(jīng)TJSD高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水后,污泥含水率由82~85%降低至60%以下,再經(jīng)低溫干化設(shè)備處理后,污泥含水率降低至40%以下,污泥經(jīng)深度脫水并干化處理后最終與垃圾摻燒處置。本項目充分按照“處置決定處理,處理滿足處置”的要求,采用“混合改性+高壓帶式連續(xù)脫水+熱泵低溫干化+垃圾摻燒”的污泥處理處置技術(shù)路線,最大程度的降低項目整體投資與運行費用,取得了令人滿意的效果。
3.2 工藝流程
該項目設(shè)置2套高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水設(shè)備,成套設(shè)備包含TJDM污泥改性混合機、TJSD連續(xù)污泥深度脫水機、TJPT改性劑定量投加裝置、污泥分配裝置、污泥輸送機、自控系統(tǒng)等;熱泵低溫干化采用網(wǎng)帶式連續(xù)干化設(shè)備。其基本工藝流程見圖2。
圖2 “高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝流程圖
(1)濕污泥輸送
經(jīng)濃縮帶式一體機脫水后含水率為82~85%的一次脫水污泥,通過無軸螺旋輸送機輸送至TJDM混合機入料口。
(2)混合改性
一次脫水后含水率82~85%的污泥與固化劑、改性劑在TJDM混合機內(nèi)充分混合均勻,一方面,破解活性污泥結(jié)構(gòu),釋放結(jié)合水和胞內(nèi)水;另一方面,構(gòu)建微型骨架體增加污泥絮粒強度,提高脫水性能。固化劑的投加質(zhì)量比(占含水率80%污泥總量,下同)為0.5~1%,改性劑投加的質(zhì)量比為4~6%,整個過程連續(xù)進料均勻出料。
(3)TJSD高壓帶式連續(xù)深度脫水
經(jīng)改性后的一次脫水污泥進入TJSD連續(xù)帶式深度脫水機進行機械深度脫水。先經(jīng)布料裝置將污泥均布在濾布上,隨著濾布的行進,污泥經(jīng)由多組壓力遞增的壓榨機構(gòu)對污泥產(chǎn)生高壓、密集壓榨,污泥中的大量水分被進一步壓出,壓榨后污泥在出泥端由刮刀自動刮落,上下濾布分離后分別被沖洗干凈循環(huán)投入使用。
經(jīng)高壓帶式連續(xù)深度脫水機脫水后泥餅僅為5~10mm多孔隙薄片狀,其含水率降低到60%左右。深度脫水后的污泥經(jīng)破碎機破碎后由無軸螺旋輸送機輸送至污泥熱泵低溫干化設(shè)備。
圖3 TJSD連續(xù)帶式深度脫水設(shè)備及深度脫水后的污泥
(4)污泥熱泵低溫干化
深度脫水后含水率60%左右的污泥在帶式熱泵低溫干化設(shè)備的入口經(jīng)面條機擠壓成約4~6mm直徑的圓柱條狀,再進入網(wǎng)帶連續(xù)低溫除濕干燥箱。在網(wǎng)帶運轉(zhuǎn)污泥緩緩轉(zhuǎn)運過程中,圓柱條狀的深度脫水污泥均勻攤鋪在網(wǎng)帶輸送機上。60~70℃的熱空氣從網(wǎng)帶下方經(jīng)網(wǎng)眼向上通過,使污泥與熱空氣產(chǎn)生熱質(zhì)交換,從而將污泥中水分蒸發(fā)帶出。吸收了污泥中水分的40~50℃濕熱空氣再進入除濕熱泵中進行除濕與加熱處理,處理后熱干空氣循環(huán)對網(wǎng)帶上污泥進行干化,干化后污泥外觀如圖4呈直徑4mm左右的細顆粒狀,干化后污泥含水率降低至40%以下,最后與垃圾摻燒處置。
圖4 熱泵低溫干化設(shè)備及干化后的污泥外觀
(5)廢水、廢氣的處理
高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水過程中產(chǎn)生的濾液經(jīng)設(shè)備底部的接液盤收集后回流至污水廠濃縮池處理。污泥熱泵低溫干化設(shè)備對污泥除濕干燥過程中產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)測試后達到了《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(GB/T31962-2015)。
高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水過程中產(chǎn)生的臭氣由設(shè)備本體加罩的臭氣收集口收集至除臭系統(tǒng)。污泥熱泵低溫干化過程為全密閉低溫運行,無臭氣產(chǎn)生,無需做臭氣收集。
3.3 調(diào)試及運行效果
該聯(lián)用工藝投入運行后,根據(jù)改性后污泥耐壓性調(diào)整高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水機的氣缸壓強(0.3-0.4MPa)、固化劑和改性劑投加量。熱泵低溫干化設(shè)備由于功率一定,根據(jù)能量守恒定律每小時出水量為定值,因此熱泵低溫干化設(shè)備出泥含水率由進泥含水率及進泥量決定。
該項目聯(lián)合投加0.7%的固化劑及不同質(zhì)量比的改性劑,“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝的調(diào)試及運行情況見表2。
表2 聯(lián)用工藝的調(diào)試及運行情況
由表2可見,一次脫水污泥含水率在82%~85%之間,含水率平均值為83%。深度脫水后污泥含水率隨著改性劑投加量的升高而降低。當(dāng)改性劑投加量為一次脫水污泥質(zhì)量的4%時,污泥含水率可降低至60%以下。
根據(jù)運行結(jié)果,熱泵低溫干化設(shè)備每排出1kg的水耗電量約為0.32kW·h。由于熱泵低溫干化設(shè)備的脫水量一定,當(dāng)進泥含水率較高時,出泥含水率要達到目標值時,處理量會相應(yīng)的減少;當(dāng)處理量較大且出泥含水率要達到目標值時,進泥含水率需要更低。
工程長期運行結(jié)果表明:“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝處理后污泥pH小于9且含水率低于40%,完全滿足后續(xù)與垃圾摻燒處置的要求。
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聯(lián)用工藝的效益分析
以污泥處理量30t/d(污泥平均含水率83%)的工程為例,工程連續(xù)運行效果表明:(1)“改性劑改性+深度脫水+低溫?zé)岜酶苫?rdquo;后的污泥完全滿足污泥與垃圾摻燒的處置要求。(2)在0.5~1%質(zhì)量比的固化劑,及4~6%質(zhì)量比的改性劑經(jīng)濟投加量條件下,高壓帶式TJSD連續(xù)深度脫水后污泥含水率降低至60%以下,藥劑、耗材及動力費總計為64.6元/噸泥(按污泥平均含水率83%計,下同)。再通過熱泵低溫干化將含水率降至40%以下,該部分處理費為41.07元/噸泥,高壓帶式連續(xù)深度脫水結(jié)合熱泵低溫干化技術(shù)總處理費用為105.67元/噸泥。(3)若直接采用熱泵低溫干化技術(shù)將平均含水率83%的污泥干化至含水率40%以下,單位處理費用為160.53元/噸泥。采用高壓帶式連續(xù)深度脫水結(jié)合熱泵低溫干化技術(shù)比單獨使用熱泵低溫干化技術(shù)年運行成本可節(jié)省59.26萬元。
表3 “TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝與
單獨熱泵低溫干化運行費用對比
工藝運行條件 |
|||
編號 |
項目 |
“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝 |
單獨熱泵低溫干化 |
1 |
污泥處理量(t/d) |
30 |
30 |
2 |
污泥平均含水率 |
83% |
83% |
3 |
污泥絕干量(t/d) |
5.1 |
5.1 |
4 |
投加固體藥劑種類及質(zhì)量比 |
固化劑+改性劑 (10kg/t+40kg/t)濕污泥 |
0 |
5 |
深度脫水后含水率 |
60% |
—— |
6 |
低溫干化后污泥含水率 |
40% |
40% |
7 |
深度脫水單位污泥耗電量(kW·h/噸) |
5.00 |
—— |
8 |
熱泵低溫干化單位脫水量耗電量(kW·h/t) |
320 |
320 |
9 |
單位污泥耗電量(kW·h/噸) |
64 |
229 |
10 |
電費單價(元/度) |
0.70 |
0.70 |
11 |
固化劑單價(元/kg) |
2.80 |
2.80 |
12 |
改性劑單價(元/kg) |
0.70 |
0.70 |
年運行費用及單位處理成本(以含水率80%的污泥計) |
|||
編號 |
項目 |
“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝 |
單獨熱泵低溫干化 |
1 |
深度脫水段單位處理費 (元/噸泥) |
64.60 |
—— |
2 |
熱泵低溫干化段單位處理費(元/噸泥) |
41.07 |
160.53 |
3 |
聯(lián)用工藝單位處理費用合計(元/噸) |
105.67 |
—— |
4 |
年運行費用(萬元) |
114.12 |
173.38 |
5 |
“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝較單獨熱泵低溫干化年節(jié)約運行成本(萬元) |
59.26 |
5
結(jié)論
“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝是一種新型的污泥處理聯(lián)用工藝,處理后的污泥可滿足填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的要求,并最大程度的降低運行費用,社會效益及經(jīng)濟效益顯著。
編輯:王領(lǐng)全
微信制作:文凱
審核:李德強