污泥脱水及干化工艺调研模板.doc
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1、污泥脱水及干化工艺调研一、污泥概述11. 污泥分类12. 污泥关键成份13. 污泥处理、处理存在问题14. 污泥脱水和干化2二、污泥关键处理、处理路径31. 污泥处理、处理工艺路线32. 污泥处理方法3三、污泥浓缩51. 污泥浓缩工艺52. 污泥浓缩工艺发展趋势6四、污泥脱水71. 带式压滤脱水机82. 离心式脱水机103. 板框式压滤脱水机12五、污泥干化(干燥)151. 污泥干化概述152. 污泥干化工艺163. 污泥干化设备181)三通式回转圆通干燥机182)一般回转圆通干燥机203) 间接加热式回转圆通干燥机214) 带粉碎装置回转圆通干燥机215) 带式干燥机216)浆叶式干燥机22
2、7)盘式干燥机238)蝶式干燥机239)太阳能干燥工艺2410)流化床干燥工艺24六、污泥处理处理工艺选择251. 污泥干化工艺选择252. 污泥干化-焚烧工艺选择25七、污泥干化实例271. 上海石洞口污水处理厂污泥干化、焚烧工程272. 杭州市固废中心“热干燥造粒技术”283意大利涡龙企业污泥涡轮干燥技术294. 德国拉文斯堡流化床系统爱雪唯斯流化床干化系统305. AndritzEcoDry技术32八、综述33附1 相关信息检索关键词34附2 相关资料起源34污泥产生在人类活动过程中是不可避免。污水处理产生大量污泥任意堆放和投弃对环境造成了新污染,怎样妥善处理这些污泥已成为全球共同关注课
3、题。一、污泥概述污泥(sludge) 是由水和污水处理过程所产生固体沉淀物质。1. 污泥分类依据其起源,污泥能够划分为:1)市政污泥(sewage sludge),关键指来自污水厂污泥,这是数量最大一类污泥。另外,自来水厂污泥也来自市政设施,能够归入这一类。2)管网污泥,来自排水搜集系统污泥。3)河湖淤泥,来自江河、湖泊淤泥。4)工业污泥,来自多种工业生产所产生固体和水、油、化学污染、有机质混合物。在非特指环境下,污泥通常指市政排水污泥。污水处理厂污泥依据处理工艺等级不一样,又能够分为以下多个:1)初沉污泥(Primary):只经过物理-化学处理2)二沉污泥(Secondary):生物处理后污
4、泥3)三沉污泥(Tertiary):脱磷/脱氮后污泥依据污泥性质,又能够区分为:1)未消化生污泥(undigested)2)消化污泥(digested)污泥消化又有好氧消化和厌氧消化之分。各个等级污泥物理化学性质不一样,消化和未消化污泥性质差异更大。很多后端处理工艺必需了解前端污泥性质才能确定其处理方法。2. 污泥关键成份因污泥成份不一样,未消化市政污水污泥有机物含量可能占到干物质60%75%,高效消化处理后减半。有机硝酸盐是污泥中关键有效成份。施用到土壤里,硝酸盐经生物降解可改善土壤。污水厂污泥含有很强流动性,这是因为其含水率很高,通常在95%以上,这是污泥本身性质决定。依据分析,污泥和水分
5、子结合很紧密,并含有不一样相态:1)自由态水:可经重力沉淀和机械作用去除;2)物理性结合水:须更多能量去除(如加热),包含毛细管/间隙水、胶态/表面吸附水。3)化学性结合水:只有打破化学键才能去除,被称为“平衡水”,包含细胞内水、分子水。3. 污泥处理、处理存在问题1)污泥处理:污泥处理指是给污泥一个最终归宿:要么作为肥料施用到农田、绿化等土壤中,成为土壤一部分;要么加以资源化利用,形成有用材料,如铺路渣土、水泥、制砖等;要么填埋,未加任何利用,且花费土地资源而弃置。2)污泥处理:任何不能达成最终安置过程,全部能够算作处理。比如污泥堆肥,杀灭细菌和熟化后才能产生安全肥效;焚烧最终还会产生灰烬,
6、这部分数量要占到原干物质质量40以上,所以还要考虑填埋或利用;干化是为了去掉泥饼中大部分水份,节省运输成本,降低占地,少付填埋费,并为其它最终处理方案提供减量、卫生化和经济性条件。污泥处理关键目标是降低水分,为后续处理、利用和运输发明条件;消除污染环境有毒有害物质;回收能源和资源。污泥处理工艺包含污泥浓缩、消化、脱水、干化及焚烧等方法和最终处理。因为污泥是一个有潜在危险物质,所以污泥处理面临以下问题:1)干污泥中通常含有65%有机物和35%无机物。在中国,污泥中有机物含量较低。2)湿污泥中含有多种多样细菌、病毒和寄生生物,病菌在其中大量繁殖。3)污泥中还含有锌、铜、铅和镉等重金属化合物,有毒有
7、机化合物,杀虫剂等等,全部这些一旦进入食物链将会造成严重健康问题。对于工业发达大中城市,这个问题尤其突出。在欧洲,依据欧盟要求:截止到,有机物含量超出5%废弃物将被严禁填埋;在美国,依据国家环境保护局503污泥卫生法要求,只有经过灭菌处理,达成细菌或病毒无法检出A级污泥才能够在市场出售;而B级污泥使用则必需满足特殊使用条件,即污泥细菌或病毒含量不会对公众和环境造成影响。而特级污泥,即污泥细菌或病毒和重金属含量全部满足要求,其使用所受到限制和一般肥料一样。因为A级污泥没有对重金属含量有任何限制,所以国家环境保护局503污泥卫生法不是很严格。现在,在新泽西州,在加利弗尼亚,内华达和亚利桑那州部分县
8、已经立法严禁污泥填埋;佛罗里达洲等部分州立法正在进行。4. 污泥脱水和干化污水处理所产生污泥含有较高含水量,因为水分和污泥颗粒结合特征,采取机械方法脱除含有一定限制,污泥中有机质含量、灰分百分比尤其是絮凝剂添加量对于最终含固率有着关键影响。通常来说,采取机械脱水能够取得20%-30%含固率,所形成污泥也被称为泥饼。泥饼含水率仍然较高,含有流体性质,其处理难度和成本仍然较高,所以有必需深入减量。此时,在自然风干之外,只有经过输入热量形成蒸发,才能够实现大规模减量。采取热量进行干燥处理就是热干化。污泥干化是水分蒸发过程。为了进行干化项目标调研,以确定减量处理规模,必需了解相关污泥项目标部分经济参数
9、,这些参数包含:机械脱水后湿泥含固率最终处理目标、类型当地能够找到廉价热能及其价格指数污泥成份是依据污水厂来水水质改变,当然在很大程度上也会受到污水处理工艺影响。最终会对干化工艺产生重大影响内容则是絮凝剂添加量。对干化工艺来说,以下内容值得注意,这些内容通常是经过试验来确定其干化效果:污泥中絮凝剂含量;污泥粘度、弹性;有机物在干物质中百分比;磨蚀性成份百分比(如沙、石等);腐蚀性成份浓度(如氯、硫等);油脂类物质百分比。污水中污染物和营养成份在大量繁殖细菌作用下,在化学药剂作用下形成聚集,逐步增大团粒结构最终在水中沉淀下来,形成污泥。深入添加高分子絮凝剂,采取物理方法浓缩,能够脱去大部分或一部
10、分所谓自由态水,形成我们所见到脱水污泥。所以经生物处理所得到污泥,其有机物组成关键就是这些微生物细菌。二、污泥关键处理、处理路径1. 污泥处理、处理工艺路线污水厂污泥处理和处理关键遵照以下路径:1)污泥浓缩。污泥浓缩目标是使污泥初步脱水、缩小污泥体积为后续处理发明条件。浓缩脱水方法有重力沉降浓缩、上浮浓缩和其它浓缩方法。2)污泥消化。为了降低污泥量,预防污染环境和提升利用价值,通常需经过消化处理。污泥消化即是借助微生物代谢作用,使污泥中有机物质分解成稳定物质,去除臭味,杀死寄生虫卵,降低污泥体积回收利用消化过程中所产生沼气。3)污泥脱水和干化。污泥经浓缩和消化以后,其含水率仍在96左右,体积很
11、大,不便于运输和使用,需要深入脱水干化处理,其关键方法有自然蒸发法和机械脱水法两种。4)污泥焚烧。污泥干化后含水仍达10%-20%,体积仍较大,经过焚烧可将污泥中水分和有机杂质完全去除并杀灭病原微生物。有些污泥含有有毒物质而不宜作农肥,或因其它原因使污泥难以利用时,为预防污染也采取焚烧方法。焚烧污泥装置为焚烧炉。5)污泥最终处理。污泥含有重金属离子等有毒物质时,还须做最终处理,深埋或投弃海洋。2. 污泥处理方法污泥关键处理方法有1) 投海。因为对环境负面影响(环境和生物受到污染危险),在美国已经被法律所严禁。在中国,相信在未来也不能采取污泥海洋投弃法作为处理方法。2)填埋。脱水泥饼直接填埋本身
12、是对资源严重浪费,另外,还可能对填埋场形成很多困难:填埋场通常是一层垃圾一层覆土,然后进行碾压,以确保愈加好空间利用。污泥高含水率、高粘度常常使得碾压机械打滑甚至深陷其中,给填埋操作带来困难。污泥流变性使得填埋体易变形和滑坡,成为人为“沼泽地”,给填埋场带来极大安全隐患。污泥高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量,因为污泥细小,常常堵塞渗滤液搜集系统和排水管,加重了垃圾坝承载负荷,给填埋场安全和管理带来困难。清理搜集系统费用极为昂贵。填埋资源有限,肯定造成填埋成本上升。填埋法将受到越来越严格限制,在以后数年内美国将关闭大部分污泥填埋场。直接填埋污泥浆,所占用土地很多,而且因为存在病原体继续繁殖、
13、臭味等问题,尤其在人口很稠密地域这种方法并不实际。所以这种处理方法在中国沿海发达地域也将行不通。3)堆肥化堆肥是稳定和卫生产品,不过大规模污泥堆肥存在着很多限制:(1)污泥本身不是一个很好堆肥物料,降解性差,孔隙率低,含水率高,须添加大量调理剂来松散污泥,堆肥化处理污泥量相对很低(经堆肥化处理大部分是大量调理剂),不适合多雨南方地域。(2)堆肥化过程没有实现体积减量化,而且处理、储存、缓冲区占地面积很大。(3)臭味处理过程复杂,系统庞大。对于南方多雨气候,储存和堆肥化场地和设施要求高,一样也增加了投资。(4)运行费用较高:供氧、通风和气味处理所需耗电量大,除虫所需化学剂量大,购置大量蓬松调理剂
14、,运输和储存费用大。污泥堆肥不适应于大型处理项目,而且没有大型处理项目在成功运行实例。现在世界上成功运行最大污泥堆肥场,其处理能力为10,000吨/年。4)焚烧焚烧是一个很好处理方案,尤其:(1)污染严重污泥(比如重金属含量或化学污染物超标工业污泥):污泥最终要实现完全矿化。(2)处理规模大(大于50 000吨(泥饼)/年):规模大,投资省。(3)污泥焚烧投资和运行费用要高于干燥/造粒,这是因为:焚烧运行温度高(焚烧850,干燥100);工艺复杂(还未实现完全自动化运行,需要更多人工,严格排放限制,高额最终二次废物填埋费用)。(4)在部分国家公众对焚烧技术接收程度较低(负面印象:可能对大家身体
15、健康造成危害高风险心理负担)。多级焚烧炉因为其本身固有缺点,尾气排放超标,需要补充辅助燃料。所以很多多级焚烧炉已经被流化床焚烧炉所替换。即使对于流化床焚烧炉,只有当水分含量小于为25%,干污泥有机物含量为75%,即绝干污泥低位发烧值为4155 KcalKg, 而且需要将燃烧空气预热到650度以上时,才无需辅助燃料。但对于中国市政污泥,其有机物含量大约为50到65%,热值为2400到3600Kcal/KG。很显然,假如直接采取现有流化床焚烧炉来焚烧中国市政污泥,补充辅助燃料是不可避免,只是补充辅助燃料多少不一样,取决于湿污泥具体水分含量和发烧值。现在,仅在美国,就有近家污水处理厂采取焚烧方法来处
16、理污泥,处理污泥量占全美总产量20。5)干燥干燥优点是很显著(1)大幅度减小体积,从而减小了储存,处理和运输费用(2)用途灵活:最终产品用途广泛(既可用来做肥料也可用于其它工业工艺过程中燃料)(3)最终产品资源化利用:假如干燥污泥本身重金属和有机污染物等指标达标,污泥颗粒可用于肥料和土壤改良剂,是干燥厂关键收入起源之一。(4)安全、高效、投资和运行成本低。(5)安全高效工艺意味着最终产品完全干燥(含固率90%),无尘、无菌、硬度高、密度大球形颗粒。这么能够确保安全、卫生和低成本运输、处理、长时间储存和最终使用。但干燥也有其问题:(1)对于重金属含量高污泥,假如用做肥料,会带来土壤污染问题;(2
17、)污泥作肥料市场问题。因为污泥N、P、K含量比化肥低很多,而且公众担心其危害,市场需要开发。即使在美国,经过多年宣传,推广,污泥作肥料市场仍然困难很大。加拿大多伦多干燥污泥要船运到佛罗里达销售;(3)价格问题。因为以上问题,在美国,吨干污泥出厂价仅为10到20美圆。而干燥成本(仅包含能源,未考虑设备折旧,人职员资等)就达50到70美圆(尽管如此,仍有很多城市对市政污泥进行干燥,关键原因是每吨湿污泥拖运费用现在为30到50美圆,而干燥后,重量降低到原来1/3到1/4。)。在中国,这个问题尤其突出,因为中国天然气和电力价格比美国高35%到40%。在中国,只有用煤做燃料时,才能够考虑用干燥污泥作肥料
18、。而现在,在大中城市,煤被严禁用做燃料。假如污泥干燥设备采取进口,那么代价将很高。对于每小时脱水4吨污泥干燥设备,整个项目标投资大约在690万美圆(1999年价格,佛罗里达坦帕采取Andritz污泥干燥设备, 整个项目标投资已达成1000万美圆)。6)垃圾焚烧发电厂和市政垃圾混烧处理污泥和市政垃圾混烧是可能不过处理量不大。从现在运行垃圾焚烧厂经验来看,为确保正常稳定运行,湿污泥添加量不能超出8%10%。所以不能处理城市市政污水处理厂产生全部污泥。从长远考虑,污泥最终处理方案只有三种:堆制肥料;热力干燥后用作肥料;能量回收(即焚烧)。中国污泥现在绝大部分是弃置或填埋,只有极小量进行干化后用于制作
19、混合肥。因为中国填埋场标准实施较晚,旧填埋场接纳污泥,可能造成大量污泥污染物随渗滤液从地表进入深层,甚至威胁地下水和江河湖海。无规则弃置仍是关键消纳路径,其中一小部分进入了农田,这些弃置不管在近期还是远期全部将成为地表水和地下水潜在污染源。三、污泥浓缩污泥浓缩(Thicken)目标是降低污泥含水率,降低污泥体积,以利于后续处理和利用。污泥浓缩方法通常有五种:重力浓缩,气浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓浓缩机浓缩等。1. 污泥浓缩工艺1)重力浓缩重力浓缩本质上是一个沉淀工艺,属于压缩沉淀。在污水处理厂中通常将初沉污泥和二沉污泥混合后采取重力浓缩,这么能够提升重力浓缩池浓缩效果,重力浓缩池固
20、体表面负荷依据取决于二种污泥百分比。重力浓缩能够分为间歇式和连续式两种,间歇式重力浓缩关键用于小型污水处理厂,连续式重力浓缩关键用于大、中型污水处理厂。2)气浮浓缩依据气泡形成方法,气浮能够分为:压力溶气气浮、生物溶气气浮、涡凹气浮、真空气浮、化学气浮、电解气浮等,在污泥处理中压力溶气气浮工艺已广泛应用于剩下活性污泥浓缩中,生物溶气气浮工艺浓缩活性污泥也已经有应用,涡凹气浮工艺在污泥浓缩中应用正在探索中,其它多个气浮在污泥浓缩中应用还未见报道。3)离心浓缩离心浓缩工艺动力是离心力,离心力是重力5003000倍。离心浓缩工艺最早始于上世纪20年代初,当初采取是取原始筐式离心机,后经过盘嘴式等几代
21、更换,现在普遍采取是卧螺式离心机。和离心脱水区分在于离心浓缩用于浓缩活性污泥时,通常不需加入絮凝剂调质,只有当需要浓缩污泥含固率大于6时,才加入少许絮凝剂。而离心脱水机要求必需加入絮凝剂进行调质。离心浓缩占地小,不会产生恶臭,对于富磷污泥能够避免磷二次释放,提升污泥处理系统总除磷率,造价低,但运行费用机械维修费用高,经济性差,通常极少用于污泥浓缩,但对于难以浓缩剩下活性污泥能够考虑使用。4)带式浓缩机浓缩带式浓缩机关键用于污泥浓缩脱水一体化设备浓缩段。重力带式机械浓缩机(Gravity Belt Thickener, GBT)关键由框架、进泥配料装置、脱水滤布、可调泥耙和泥坝组成。其浓缩过程是
22、这么:污泥进入浓缩段时被均匀摊铺在滤布上,好似一层薄薄泥层,在重力作用下泥层中污泥表面水大量分离并经过滤布空隙快速排走,而污泥固体颗粒则被截留在滤布上。带式机械浓缩机通常含有很强可调整性,其进泥量、滤布走速,泥耙夹角和高度均可进行有效地调整以达成预期浓缩效果。污泥浓缩脱水一体化设备浓缩过程是关键控制步骤,所以水力负荷显得更为关键。通常,设备厂家通常会依据具体泥质情况提供水力负荷或固体负荷提议值。应该注意是,不一样厂商设备之间水力负荷能够相差很大,质量通常设备只有2030m3(m带宽h),但好设备能够做到5060m3/(m带宽h)甚至更高,设备带宽最大为3.0m。在没有具体泥质分析资料时,设计选
23、型水力负荷可按4045m3/(m带宽h)考虑。深圳罗芳污水处理厂,肇庆污水处理厂等采取了带式机械浓缩机。5)转鼓机械浓缩转鼓转筛机械浓缩机(Rotary Drum Thickener,RDT或Rotary Sieve Thickener,RST)或类似装置关键用于浓缩脱水一体化设备浓缩段,转鼓机械浓缩是将经化学混凝污泥进行螺旋推进脱水和挤压脱水14,是污泥含水率降低一个简便高效机械设备。宜兴华全部琥珀环境保护机械制造采取德国琥珀企业技术和标准进行生产制造ROS2系列污泥浓缩机采取浓缩挤压,对含固率大过0.5污泥可浓缩到含固率610%以上。ROS2.1, ROS2.2, ROS2.3,ROS2.
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