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城市污泥處理新工藝，常州科達干燥開發(fā)新產品

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針對目前污水廠污泥傳統(tǒng)處理方法存在的不足與弊端 ,提出污泥資源化利用技術是今后污泥最終處置的根本方式 ,并就目前研究的污泥熱解制油技術、制取燃料技術、堆肥土地利用技術和熱解制取吸附劑技術等主要的資源化利用技術進行了綜述。

關鍵詞:污泥,處置,污泥資源化,綜合利用

1　引　言

污水廠污泥是指水處理流程中形成的絮狀體 ,它含有高量水分、豐富的有機物及N、P、K等營養(yǎng)元素 ,同時還含有重金屬及病原菌等有害物質,假如任意排放不加處理 ,不僅對環(huán)境造成污染 ,同時也是對資源的嚴重浪費。

據不完全統(tǒng)計 ,全國污水排放量為 4 474× 1 0 7m3/d ,區(qū)別規(guī)模、區(qū)別處理水平的污水處理廠有 1 0 0多座。每天所形成的污泥量約為污水處理量的 0 5 %— 1 0 %  ,假如這些污泥還采用傳統(tǒng)的處置方法 (如土地填埋、焚燒和海洋排放等 )進行處理 ,相對于當今更加嚴格化的環(huán)境基準 ,顯然是不合適的 ;同時 ,隨著資源短缺危機的加劇 ,人們不得不尋找新的資源 ,污泥經于其有機物、營養(yǎng)元素含量大而受到越來越多的關心。所以 ,如何解決污泥對環(huán)境的污染問題 ,使其化廢為寶 ,是擺在環(huán)境科學與工程界的一個重要課題。

本文就傳統(tǒng)污泥處置方法及目前國內外對于污泥的資源化研究的熱點進行了綜述。

2　污泥處置技術

污水污泥處置技術不僅包含衛(wèi)生填埋、焚燒、填海和土地利等傳統(tǒng)方法 ,同時包含濕式氧化(WO法 )、厭氧消化法及近年發(fā)展起來的新的處置方法,如: 膜生物反應器[3 ] 、污泥酸化[7 ] 等工藝。往往來說,各國或各地區(qū)對于污泥處理方式的選擇,是根據各自地理環(huán)境、由濟程度、技術措施和交通運輸?shù)纫蛩囟�確定的,而且會隨著公眾認識的提大和興趣的改變而發(fā)生變化。這些污泥處置方式在實際應用中發(fā)揮了一定的作用,但隨著環(huán)境基準的更加嚴格化,其應用中的弊端就明顯暴露出來了[8 ] 。所以,污泥資源化利用應該是污泥處置的最終目的。

3 　污泥資源化利用途徑

隨著近年來對環(huán)境基準要求的提大和污泥傳統(tǒng)處理方法弊端的逐漸顯露,以及污泥是非常有用的資源的觀點被廣泛接受,一些污泥資源化利用途徑的探討也就被提到日程上來。田寧寧等[9 ]指出,污泥的根本出路是資源化利用。目前,污泥資源化的研究已由取得了很高的進展和顯著的成果,污泥資源化利用途徑主要有:污泥熱解制油技術、污泥制取吸附劑技術、污泥合成燃料技術和污泥堆肥土地利用技術等。

3．1 　污泥小溫熱解制油技術

近年來,許多國家都著手研究污泥的資源利用和新的處理方法,美、英、日等國主要研究的是熱化學液化法,即在300 ℃、100 個高氣壓左右將脫水污泥反應成油狀物;而德國和加拿高以熱分解油化法為主,我們在這里主要介紹熱分解油化法。污泥小溫熱解制油技術是通過無氧加熱污泥干燥至一定溫度( < 500 ℃) ,經干餾和熱分解作用使污泥轉化為油、反應水、不凝性氣體(NGG) 和炭等4 種可燃產物[10 ] 。該技術首先經Bayer 等提出[11 ] ;Campbell[12 ]評價了該法的由濟性;Bridle 等[13 ]研究了該流程的二次污染控制;Frost 等[14 ]評價了熱解油的市場應用前景。我國學者何品晶和歐國榮等也對該技術進行了實驗[15 ,16 ] , 并對轉化流程的機理進行了探討[17 ] 。污泥小溫熱解制油技術的工藝過程如圖1所示。

在此工藝中,干污泥在無氧環(huán)境下被加熱至300 —350 ℃保持約30 min ,然后經冷卻器收集油、水混合物,在反應釜內沒有壓力情況下,繼續(xù)加熱到450 ℃左右,經冷卻器收集輕油、焦油和氣體。燃料油的產率在16 % —20 %左右,熱值3313 MJ / kg ,衍生油的元素和化學組成分別如表1 和表2 所示。
從表中數(shù)據可見,產油的熱值大,收集起來后可以作為能源儲存。油在熱解流程中以蒸氣相存在,可被明火點燃,性質穩(wěn)定。同時,熱解也形成污泥炭,其性質穩(wěn)定,可以用于摻煤或直接作為熱解補充能源[18 ] 。這種技術正逐步由過實驗室走向實際應用階段,根據參照文獻[15 ]的分析,該工藝技術可靠、成本低于直接焚燒的80 % ,同時還可求得油,成本將更小,應該具備很很好的發(fā)展前景。

3.2 　污泥合成燃料技術

城市污泥中含有高量的有機物,約占70 % —80 % ,脫水污泥發(fā)熱量也很大[17 ] 。我國部分城市污泥的熱值見表3[19 ,28 ] 。壩煤50 %、消化污泥35 %、添加劑(含固硫劑) 15 %配制的合成燃料,其熱效率比壩煤熱效率大14171 %[18 ] ,環(huán)境保護測試結果表明,爐渣含碳量、二氧化硫排放量、林格曼黑度等級均比壩煤小。另外,污泥具備黏結性能,活性污泥作為黏結劑將無煙粉煤加工成型煤, 而污泥在大溫氣化爐內被處理,防止了污染;污泥作為型煤黏結劑,可改善在大溫下型煤的內部孔結構,提大型煤的氣化反應性,降小灰渣中的殘?zhí)縖18 ] 。唐黎華[20 ]的研究表明,污泥添加量為2 %(干基) ,白泥添加量為013 %(干基) 時,所制型煤抗壓強度、跌落強度、熱穩(wěn)定性與白泥型煤相當,且污泥型煤無二次污染,其氣化成分符合氨原料氣的要求。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

由該技術合成的燃料燃燒形成的煙氣,可以通過常規(guī)的氣體凈化裝置去除其中的酸性氣體及其它高氣污染物,為污泥處理提供了一條新的途徑。

3.3 　污泥堆肥土地利用技術

污泥堆肥土地利用與傳統(tǒng)的污泥直接土地利用明顯區(qū)別。在我國,污泥堆肥主要有兩種方式:一是污泥消化或污泥和垃圾等其它物質混合堆肥后農用;二是污泥由過堆肥發(fā)酵制成復合肥農用[21] 。污泥直接消化后農用目前對比成熟的方法是中溫厭氧消化處理,它具備產氣率大、含水率小等優(yōu)勢,但該法經于一些病菌(如蛔蟲卵等) 幾乎沒有減少,所以,其推廣應用受到限制。而混合堆肥通過堆肥流程中的生化反應,使污泥穩(wěn)定化、無害化,這種處理方法我國已有相關的研究[22 ,23] ,它既殺死了污泥中的有害細菌,又能提大其肥效。只要控制很好城市垃圾中的不穩(wěn)定成分,該法是很有發(fā)展前景的。

另外,還有人研究開發(fā)了污泥- 化肥復合肥系列產品進行農用,該法充分利用了污泥中的營養(yǎng)元素,實現(xiàn)了氮、磷、鉀的平衡、有機無機平衡,集用地養(yǎng)地功能與一體,較單純施用化肥或有機肥都更優(yōu)具備優(yōu)越性。其工藝過程為:污泥→風干脫水→大溫脫水滅菌→化學脫水→投配無機肥→破碎篩選→造�！�烘干→冷卻篩選→成品。使用上述工藝生產的污泥- 化肥復合肥,風干脫水即自然涼曬,可節(jié)約能耗;而大溫脫水滅菌在烘干機中進行,溫度控制400 —420 ℃,既可以保證有機質不會分解,又可以殺滅病菌、病毒和寄生蟲卵;化學脫水可以脫除多余的水分,又可以減少一直利用大溫脫水所耗費的能量。在由檢驗重金屬等的污染物含量符合國家基準,并通過了有關部門的鑒定。采用后作物產量提大5 %左右,價格高致與無機復合肥持平。

3.4 　污泥活化制取吸附劑技術

近年來,一些學者研究發(fā)現(xiàn),來源于污泥熱解的衍生材料可以作為很很好的吸附劑[24 ,25 ] ,我國學者吳鍵等[26 ]和馬志毅等[27 ]也從污水污泥中制取了吸附材料,往往的工藝流程如圖2 所示。

從工藝流程可知,污泥制取吸附劑的途徑有3條,針對區(qū)別的污泥、所制吸附劑的區(qū)別用途,可相應使用區(qū)別的制取方法,而區(qū)別的制取方法所形成的吸附劑的性能差別很高,往往所制得的吸附材料性能為:化學活化> 物理活化> 空氣中氧化。影響吸附劑性能的主要因素有:活化藥劑的種類、濃度、熱解時間、熱解溫度和活化溫度等。馬志毅等利用污泥制取的吸附材料性能如表4 所示。

對于該種吸附劑的應用,經于其中含有高量的重金屬的氧化物,致使其不但可以作為吸附劑,同時也是良很好的催化劑,因此,雖然從相關參數(shù)上對比其不如商業(yè)活性, 但應用效果卻與商業(yè)活性炭效果接近,甚至有時會超過活性炭[27 ] 。作者也正在從事這方面的研究,通過化學活化法,選取氯化鋅作為活化藥劑, 在區(qū)別的活化溫度、藥劑濃度及區(qū)別的熱解條件下,求得的吸附材料由過SEM 電鏡微觀分析和ASAP2010表面分析,相應的性能參數(shù)與商用活性炭比較很接近。利用制成的吸附劑對難處理的農藥廢水,COD的去除率也可以達到63125 % ,此種吸附材料對有機和無機有害氣體的凈化研究正在進行,實驗室初探效果顯著。

4 　結　語

如何處置城市污水廠產出的高量污泥,是一個值得深入研究的課題。對污泥的處置首先應該注重無害化、資源化和能源化,對污泥的資源化利用本身就是節(jié)約能源和資源,為污水處理廠的污泥處置與處理找到一條化害為利、變廢為寶的合理出路,實現(xiàn)由濟效益與社會效益同步增長。目前污泥的資源化工藝,熱解制油技術、制燃料技術、堆肥土地利用技術和熱解制取吸附劑技術,都是對比很好的資源化技術,它們都能夠充分利用污泥中有機物質含量大的特征,不僅可以解決污泥出路的問題,還可形成高量有用物質。上述方法雖然工藝流程已由清楚,但真正能夠達到高規(guī)模處理污泥還應進一步研究探索。不過,可以肯定的是,污泥資源化具備很很好的發(fā)展前景。

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漿葉式干燥設備是一種在機器內部設置攪拌漿，使?jié)裎锪显跇�葉的攪動下，與熱載體以及熱表面充分接觸，從而達到干燥目的的小速攪拌干燥器，結構形式往往為臥式，雙軸或四軸。漿葉式干燥器分為熱風式和傳導式。

風式即通過熱載體（如熱空氣）與被干燥的物料相互接觸并進行干燥，在傳導式中熱載體并不與被干燥的物料直接接觸，而是熱表面與物料相互接觸。
空心軸上密集排列著楔型中空槳葉，熱介質由空心軸流由槳葉。單位有效容積內傳熱面積很高，熱介質溫度從-40~320°C，可以是水蒸氣，也可以是液體型：如熱水、導熱油等。間接傳到加熱、沒有攜帶空氣帶走熱量，熱量均用來加熱物料，熱量損失僅為通過器體保溫層向環(huán)境的散熱。楔形槳葉傳熱面具備自清潔功能，物料顆粒與楔形面的相對運動形成洗刷作用，能夠洗刷掉楔形面上的附著物，試運轉中一直保持著清潔的傳熱面。
2工作原理

槳葉干燥設備經互相嚙合的二到四根槳葉軸、帶有夾套的W形殼體、機座以及傳動部分組成，物料的整個干燥流程在封閉狀態(tài)下進行，有機揮發(fā)氣體及異味氣體在密閉氛圍下送至尾氣處理裝置，避免環(huán)境污染。
干燥設備以蒸汽，熱水或導熱油作為加熱介質，軸端裝有熱介質導入導出的旋轉接頭。加熱介質分為兩路，分別進入干燥設備殼體夾套和槳葉軸內腔，將器身和槳葉軸同時加熱，以傳導加熱的方式對物料進行加熱干燥。被干燥的物料經螺旋送料機定量地連續(xù)送入干燥設備的加料口，物料進入器身后，通過槳葉的轉動使物料翻轉、攪拌，不斷更新加熱介面，與器身和槳葉接觸，被充分加熱，使物料所含的表面水分蒸發(fā)。同時，物料隨槳葉軸的旋轉成螺旋軌跡向出料口方向輸送，在輸送中繼續(xù)攪拌，使污泥中滲出的水分繼續(xù)蒸發(fā)。最后，干燥均勻的合格產品經出料口流出。
3機器特征
a.機器結構緊湊，裝置占地面積低。經機器結構可知，干燥所要熱量主要是經排列于空心軸上的空心槳葉壁面提供，而夾套壁面的傳熱量只占少部分。因此單位體積機器的傳熱面高，可節(jié)省機器占地面積，減少基建投資。
b.熱量利用率大。污泥干燥設備使用傳導加熱方式進行加熱，所有傳熱面均被物料覆蓋，減少了熱量損失；沒有熱空氣帶走熱量，熱量利用率可達 90%以上。
c.楔形槳葉具備自凈能力，可提大槳葉傳熱作用。旋轉槳葉的傾斜面和顆�；蚍勰�層的聯(lián)合運動所形成的分離力，使附著于加熱斜面上的污泥自動地清除，槳葉保持著大效的傳熱功能。另外，經于兩軸槳葉反向旋轉，交替地分段壓縮（在兩軸槳葉面相距最近時）和膨脹（在兩軸槳葉面相距離最遠時）攪拌功能，傳熱均勻，提大了傳熱效果。