關(guān)于化工廢水中生化污泥干燥及無害化利用的探索
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作者：張毅
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，化工行業(yè)（煤化工、石油化工）、印染造紙行業(yè)和城市生活產(chǎn)生的污水量越來越大，在處理這些污水的同時，產(chǎn)生了大量的生化污泥，建立一種處理效果好、投資成本低、運行穩(wěn)定、技術(shù)先進、節(jié)能環(huán)保，環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟效益顯著的污泥資源化利用方法，達到污泥無害化處理和資源化利用的要求，是節(jié)能環(huán)保和各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。
污泥中不但含有大量的寄生蟲卵、病原微生物和重金屬離子等有毒有害物質(zhì)，還散發(fā)著臭氣，隨意傾倒會對土壤、水、大氣環(huán)境造成二次污染。污泥的處理處置是污水處理的重要組成部分，是評價污水處理是否規(guī)范、完整和徹底的重要標準。目前，我國污泥的處理方式有污泥農(nóng)用、衛(wèi)生填埋和焚燒，沒有處置的也占很大一部分。污泥農(nóng)用和填埋或堆放的方式存在的問題是，占地面積大，運輸費用高，含在污泥中的重金屬物質(zhì)和有毒物質(zhì)會在土壤中積累，并污染地下水，有報道污泥填埋場附近因毒物累積導(dǎo)致了一些食草動物死亡。污泥經(jīng)焚燒后體積減少很多，可以解決填埋堆放的不足之處，但過程中煙氣二次污染、熱量損失等問題也沒有很好地解決。
因此，開發(fā)一種生化污泥的無害化有效利用技術(shù)，避免堆放占地和污染水資源，實現(xiàn)生化污泥的無害化和資源化，具有重要的現(xiàn)實意義和推廣示范價值。
1 生化污泥的性能分析
本研究項目生化污泥主要來源于污水處理生化系統(tǒng)二沉池和混凝沉淀池，經(jīng)預(yù)處理工藝后，泥餅日產(chǎn)量約為60 t，污泥含水量約為質(zhì)量分數(shù)80%，生化污泥預(yù)處理工藝見圖1。原有處理方法為將預(yù)處理后的泥餅定期用貨車運輸至指定的污泥堆場，由于含水量高，增加了運輸費用，而且需要的堆埋場地逐漸增大，對周邊空氣和水有一定污染。
生化污泥含有大量的有機物質(zhì)、焦粉、煤塵等可燃物質(zhì)，因此考慮將污泥適度脫水干燥，考察其發(fā)熱量，表1是干燥后污泥和洗末煤灰分、發(fā)熱量對比。
由表1可見，干燥后污泥的灰分小于洗末煤，高位發(fā)熱量略低于洗末煤。表2為干燥污泥和洗末煤按不同比例混合后的發(fā)熱量，可以看出，混合物的發(fā)熱量隨著干燥后污泥的百分比增加而減少，但二者不論是單獨作為燃料還是混合后作為燃料都符合循環(huán)流化床鍋爐對燃料發(fā)熱量的要求(≥4 200 kj/kg)。
污泥和洗末煤燃燒后的灰分都很高，如若將灰分加以利用，將能增加經(jīng)濟效益變廢為寶。對污泥和洗末煤燃燒后灰分進行分析（見表3），發(fā)現(xiàn)污泥灰渣中的氧化鐵質(zhì)量分數(shù)很高，接近50%，此外二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)也很高，達30 010以上，灼燒后污泥的灰分顏色為紅褐色，原因是鐵的賦存形態(tài)為三氧化二鐵。洗末煤灰渣中，二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)超過50%，其次為三氧化二鋁，達到31010，而洗末煤灰分為淺灰色接近白色，原因是其主要成分為二氧化硅和三氧化二鋁。圖2是干燥污泥和洗末煤不同配比下的混合物燃燒后灰分照片。由圖2可見，隨著混合燃料中污泥含量的增加，對應(yīng)的灰分顏色逐漸由淺灰色變?yōu)榧t褐色，是因為隨著干燥污泥配比增加，燃燒后灰分中三氧化二鐵含量也隨之增加。
2 生化污泥的干燥處理和綜合利用
2.1 生化污泥干燥利用思路及原理
根據(jù)對生化污泥性質(zhì)以及燃燒后灰分的分析，設(shè)計用化工園區(qū)鍋爐煙氣余熱干燥污泥，干燥后污泥用于鍋爐燃料，并將污泥燃燒后的灰渣提取化工原料的一體化綜合利用技術(shù)。濕的生化污泥在旋轉(zhuǎn)干燥設(shè)備中與熱煙氣傳質(zhì)傳熱，經(jīng)過干燥后污泥體積和質(zhì)量減少2/3以上，并且污泥處理速度快，污泥可作為燃料用于流化床鍋爐，不需長距離運輸，還能回收熱量產(chǎn)生蒸汽。污泥處理及利用的流程示意圖如圖3。
生化污泥的干燥、燃燒及其灰渣提取化工原料的資源化利用技術(shù)，主要由干燥系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和提取化工原料系統(tǒng)構(gòu)成。如圖3所示，濕污泥由汽車運至濕污泥儲槽1，經(jīng)運輸皮帶2進入旋轉(zhuǎn)干燥機3，旋轉(zhuǎn)干燥機由DCS控制轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)干燥時間，從循環(huán)流化床排出的部分熱煙氣由風(fēng)機4吸人旋轉(zhuǎn)干燥機3。干燥結(jié)束后，干污泥由運輸皮帶2送至破碎機5，經(jīng)破碎后的干污泥經(jīng)運輸皮帶2直接進入干污泥料倉6，或與其他鍋爐燃料混合后經(jīng)皮帶2輸送至混合料倉7，料倉6或7的燃料輸送進入循環(huán)流化床鍋爐8燃燒放熱產(chǎn)生蒸汽，燃燒后產(chǎn)生的煙氣一部分經(jīng)管道10進入旋轉(zhuǎn)干燥機3干燥濕污泥后，與其余大部分煙氣經(jīng)管道1 1進入煙氣凈化系統(tǒng)9，經(jīng)吸收有害氣體和布袋除塵后，經(jīng)煙囪11排人大氣。燃燒后的灰渣經(jīng)皮帶輸送至高溫堿熔爐12，水洗過濾后進人酸洗池13，經(jīng)酸溶解后過濾，濾渣經(jīng)洗滌、干燥器15干燥后得到產(chǎn)品白炭黑，濾液進入堿洗池14與過量堿反應(yīng)生成沉淀，過濾后的濾渣經(jīng)過洗滌，進入干燥器15干燥煅燒后得到產(chǎn)品鐵紅。
干燥系統(tǒng)的主要原理是，濕污泥由儲槽經(jīng)皮帶輸送至直接接觸式旋轉(zhuǎn)攪拌干燥機中，與熱的煙氣直接接觸干燥，水分隨煙氣排出。污泥由于不斷地旋轉(zhuǎn)，增加了傳熱傳質(zhì)接觸面積，通過DCS系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速、干燥煙氣流量等進行調(diào)節(jié)，可以控制污泥在干燥機內(nèi)的滯留時間。
直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機的優(yōu)點在于：①加熱均勻、蒸發(fā)速度快、熱效率高、出料干化均勻，干燥機滾筒內(nèi)有4塊對稱分布的突起隔板，在旋轉(zhuǎn)過程中，污泥經(jīng)均勻分布的4塊隔板從內(nèi)筒的頂部摔落到底部，有利于污泥粒度的均勻和提高受熱效率；②機械磨損少，干燥機內(nèi)的隔板與內(nèi)筒接觸面為弧形，不容易掛料，維護清理方便；③轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，控制污泥干燥度和適應(yīng)現(xiàn)場不同的工藝條件性能好，干燥后的污泥由皮帶送往粉碎機粉碎后，由于污泥儲槽經(jīng)皮帶輸送至干污泥料倉；④干燥過程是在密閉狀態(tài)下全程負壓工作，系統(tǒng)密閉性能良好，有效防止氣味外散。
工業(yè)中普遍使用的循環(huán)流化床鍋爐具有以下特點：①燃料適應(yīng)性廣，低發(fā)熱量(≥4 200 kj/kg)的煤渣、煤泥、洗矸、污泥都可燃燒，并且可達到很高的燃燒效率；②循環(huán)流化床鍋爐溫度一般控制在850~ 9500C，排渣溫度低，灰渣不軟化黏結(jié)。干污泥料倉的干污泥可直接用作鍋爐燃料，也可以和動力煤混合后進入}昆合料倉，再送人鍋爐燃燒，污泥或污泥混合燃料燃燒放熱產(chǎn)生蒸汽可以調(diào)壓后供工業(yè)生產(chǎn)使用，也可用于發(fā)電。
為防止干燥污泥燃燒后的煙氣污染環(huán)境，煙氣凈化主要有4個途徑：①在燃料中加入一定量的石灰固硫生成硫酸鈣，抑制S02的產(chǎn)生；②安裝煙氣凈化器，可以去除95%左右的SO2氣體；③流化床鍋爐由于燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度均勻，且爐溫高于600C，抑制了二=英的產(chǎn)生；④采用高性能可更換的布袋除塵，可去除99.9%的灰塵。
鍋爐燃燒后的灰渣用來提取化工原料，干污泥直接燃燒后的灰渣或與動力煤混合燃燒后的灰渣經(jīng)堿熔、水溶后，過濾掉不溶部分。在濾液中加酸，二氧化硅會沉淀下來，過濾收集沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后可得到白炭黑。在二次濾液中加堿，當(dāng)堿過量時，鋁會生成可溶的偏鋁酸鹽，而鐵會生成沉淀，過濾收集沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后可得到鐵紅。
2.2具體運行效果
本項目某段時間的運行數(shù)據(jù)：生化污泥含水體積分數(shù)為78. 94%，旋轉(zhuǎn)干燥機入口處煙氣溫度為195℃，旋轉(zhuǎn)干燥機轉(zhuǎn)速為40 r/min，干燥時間為20 min，干燥后的污泥含水體積分數(shù)為27. 32%，旋轉(zhuǎn)干燥機出口溫度為116℃。干燥后污泥的高位發(fā)熱量為9 240 kj/kg，而另一種鍋爐燃料某洗末煤的高位熱值為11 348 kj/kg。在燃燒過程中，每噸污泥熱量相當(dāng)于0.8 t洗末煤。
燃燒后的灰渣成分分析及產(chǎn)品產(chǎn)率見表4（方案與表3的方案一致）。其中鐵紅產(chǎn)率和白炭黑產(chǎn)率表示每百公斤的灰渣經(jīng)處理后得到的鐵紅和白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)灰渣組成的不同，可以適當(dāng)改變提取工藝，重點提取其中一種產(chǎn)品。
3結(jié)論
(1)利用循環(huán)流化床鍋爐煙氣，在直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機中將濕的生化污泥干燥，生化污泥水分從質(zhì)量分數(shù)80010左右降為27%左右，污泥干燥后用于循環(huán)流化床鍋爐燃料，每噸污泥熱量相當(dāng)于0.8 t燃料煤。
(2)直接接觸式旋轉(zhuǎn)干燥機可調(diào)速、負壓操作，避免氣味外散，熱效率高，出料干化均勻。
(3)本項目有效地處理了生化污泥，解決堆放和污染環(huán)境的問題，合理地利用產(chǎn)生的熱量和產(chǎn)物，具有處理效果好、節(jié)能環(huán)保的特點。
4摘要：
通過分析生化污泥的可燃性及熱值，設(shè)計了利用鍋爐煙氣余熱在旋轉(zhuǎn)干燥機中直接接觸換熱干燥污泥，將干污泥用作鍋爐燃料，并利用燃燒后灰渣提取化工原料。運行結(jié)果表明，污泥水分從質(zhì)量分數(shù)80%左右降為27qo，每噸干污泥可替代0.8 t鍋爐燃煤，解決了濕污泥儲運、堆放問題，實現(xiàn)了生化污泥的無害化和資源化的環(huán)保利用。
