污泥干化特性與焚燒處理分析

金志杰　俞錢龍　王志強(qiáng)

（天通吉成機(jī)器技術(shù)有限公司浙江嘉興314400）

污泥干化特性與焚燒處理分析

金志杰俞錢龍王志強(qiáng)

（天通吉成機(jī)器技術(shù)有限公司浙江嘉興314400）

污泥熱干化是污泥處理的重要方式，對(duì)于污泥的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和利用有重要作用，加強(qiáng)對(duì)污泥干化特性的了解，有助于后續(xù)焚燒等處理效果的提升。本文就對(duì)污泥干化特性展開分析，并在此基礎(chǔ)上提出焚燒處理方法，為污泥的處理提供參考。

污泥干化特性；焚燒處理；分析

1　污泥干化特性分析

1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

選擇的污泥樣品是某市污水處理廠脫水處理后的污泥，含水率是80%，在105℃條件下進(jìn)行烘干與研磨，再使用60目篩進(jìn)行處理，得到用于熱重試驗(yàn)的試樣。其中，在污泥熱干化中，使用的是圓盤式干化系統(tǒng)，干化排放氣體分為兩部分，一部分是排出的冷凝液，另一部分是從活性炭吸附柜排出的氣體。

在干化排放氣體的氣體成分、濃度的測(cè)定中，需要選擇三個(gè)采樣點(diǎn)，分別是干化機(jī)、冷凝器和活性炭吸附柜的出口，然后再借助相應(yīng)儀器分別測(cè)出冷凝液的COD、BOD5氨氮含量以及pH值。

在熱重試驗(yàn)中，需要使用烘干后的污泥樣品15mg，儀器為TGA/SDTA85Le熱重分析儀，儀器參數(shù)為：熱解溫度取50℃～90℃；空氣流量取50mL/min，升溫速率分別取20℃/min、30℃/min和40℃/min。

1.2干化特性分析

1.2.1干化失重與速率

在干化失重與速率分析中，使用1000g污泥樣品，將其置于干化機(jī)內(nèi)進(jìn)行攪拌、加熱處理，溫度調(diào)節(jié)為160℃，干化蒸發(fā)氣體使用冷凝器進(jìn)行收集，用電子天平對(duì)冷凝液質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，冷凝液質(zhì)量變化表示的就是污泥干化失重過程，然后根據(jù)失重速度、傳熱面積，就能夠計(jì)算出干化速率，污泥干化失重與干化速率分別如圖1和圖2所示。

圖1　

圖2　

圖1可知，污泥失重在初始階段較快，在達(dá)到一定程度后，失重速度會(huì)放緩，直至不再變化，在經(jīng)過300min干化后，污泥含水率會(huì)降至10%左右。圖2可知，在干化過程中，污泥含水率是逐漸減小的，在干化速率上，初始階段較高，然后隨著含水率減少而逐漸降低，到含水率50%～20%左右時(shí)，干化速率基本保持穩(wěn)定，到最后階段，干化速率有小幅度增加，然后持續(xù)下降。

究其原因，當(dāng)含水率在80%～50%階段，污泥處于黏稠狀態(tài)，具有一定流動(dòng)性，容易攪拌和擠壓，熱量傳遞方便，熱干化具有較好傳熱效果，單位時(shí)間會(huì)蒸發(fā)出更多水分，體現(xiàn)為干化速率較高[1]。

當(dāng)含水率在50%～16%階段時(shí)，污泥處于粘滯狀態(tài)，此時(shí)污泥會(huì)發(fā)生結(jié)塊，與攪拌軸、內(nèi)表面之間出現(xiàn)粘附，降低熱傳遞效果，增加攪拌難度，導(dǎo)致水分蒸發(fā)難以增高，維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，體現(xiàn)為干化速率變化不大；在這個(gè)階段中，隨著干化過程的持續(xù)，粘附的污泥已經(jīng)干透，在攪拌作用下脫落，從塊狀成為粒狀，不再影響熱傳遞，出現(xiàn)短暫的水分蒸發(fā)加大，即干化速率增高的情況。

最后，含水率在16%附近時(shí)，污泥狀態(tài)會(huì)由粘滯轉(zhuǎn)為顆粒，當(dāng)全部化為顆粒狀時(shí)，其含水率已經(jīng)很低，蒸發(fā)的水分會(huì)越來越少，污泥的干化速率也會(huì)表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，一直到零。

1.2.2干化尾氣成分

在干化機(jī)出口的氣體測(cè)定分析中，其排放的氣體中包含多種污染氣體，包括甲烷、揮發(fā)性有機(jī)酸等有機(jī)氣體和氨氣、氟化氫、氯化氫等無機(jī)氣體。其中，氨氣和有機(jī)酸來源于淤泥中含氮有機(jī)物蛋白質(zhì)的水解，氯化氫、氟化氫等來源于污泥中同類游離氣體的揮發(fā)或者其它物質(zhì)的受熱分解[2]。

由此可知，污泥干化過程會(huì)產(chǎn)生大量污染氣體，必須對(duì)其進(jìn)行處理，以避免污染問題，在本試驗(yàn)中，采用的處理方式是冷凝吸收與活性炭吸附。

在污泥干化過程中，污染氣體排放量最大的是氨氣，其濃度約為400mL/m3，最低的是氯化氫，有機(jī)酸、甲烷、氟化氫和氰化氫濃度差距不大。在污染氣體去除率上，冷凝和活性炭吸附對(duì)氨氣的去除率分別為81.35%、84.12%，總?cè)コ屎嫌?jì)為97.04%，是去除率最大的氣體；對(duì)比其他幾種氣體去除率，氨氣、氯化氫和氟化氫的冷凝吸附去除率均顯著高于活性炭吸附，而在氰化氫和有機(jī)酸去除率上，兩種方式差別不大，活性炭吸附只有甲烷去除率顯著高于冷凝吸附。

由于活性炭吸附成本相對(duì)較高，在大規(guī)模的污泥干化處理中，對(duì)于尾氣排放的處理，應(yīng)采用冷凝吸附的方式，得到的干化氣體由臭氣管運(yùn)輸至焚燒爐中，作為燃料使用。

2　污泥干化焚燒處理分析

污泥干化焚燒是先對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械脫水，在污泥含水率降低到一定程度后，再進(jìn)行焚燒，有效提高焚燒的效率，其處理系統(tǒng)包括干化系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)三大組成部分。

2.1污泥干化系統(tǒng)

污泥干化系統(tǒng)的原理是通過利用熱能來將污泥中水分蒸發(fā)，降低污泥水含量的，其傳熱過程發(fā)生在污泥與熱媒之間，污泥干化特性如上所述。在污泥干化中，根據(jù)干化后污泥含固率的大小，可以分為全干化和半干化兩種，其含固率分界點(diǎn)是90%，由污泥干化特性可知，在含水率降10%以后，其干化速率是逐漸降低的，所以，從經(jīng)濟(jì)、低耗角度考慮，應(yīng)當(dāng)采取污泥半干化的處理方式。

在污泥干化系統(tǒng)的傳熱方式中，有對(duì)流、傳導(dǎo)和熱輻射三種方式，最常應(yīng)用的是對(duì)流式、傳導(dǎo)式或者兩者結(jié)合的方式。

2.2污泥焚燒系統(tǒng)

污泥焚燒系統(tǒng)是在有氧條件下，根據(jù)高溫氧化作用，利用焚燒爐實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的氧化，得到盡量少的灰燼。在現(xiàn)階段，污泥焚燒爐采用的主要是流化床焚燒爐，其基本原理是物料與燃料以流化狀態(tài)置于爐膛內(nèi)，燃料開始燃燒，在流化床焚燒爐的床內(nèi)湍流、物料循環(huán)作用下，會(huì)延長燃燒停留時(shí)間，其燃料的燃燒更加徹底、充分，提高燃燒效率。

在污泥焚燒系統(tǒng)中，最為重要的是做好熱能平衡，由于熱能平衡會(huì)受污泥組成成分、含水率的影響，因此必須對(duì)污泥干化特性有詳細(xì)了解，在此基礎(chǔ)上，借助門捷列夫計(jì)算公式，得到污泥的低位和高位發(fā)熱量，確定熱能平衡點(diǎn)，判斷是否需要添加輔助燃料[3]。

2.3煙氣凈化系統(tǒng)

由污泥干化的尾氣特性可知，污泥中含有大量的污染物質(zhì)，在燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的二次污染，其排出方式主要是煙氣，因此，在污泥干化焚燒處理中，必須設(shè)計(jì)煙氣凈化系統(tǒng)。

在煙氣凈化系統(tǒng)中，其凈化的對(duì)象包括顆粒物、氮氧化物、酸性氣體以及其它有機(jī)氣體等，主要控制方式有：設(shè)置高效除塵系統(tǒng)，將煙氣中顆粒物和重金屬粒子除去；利用二級(jí)洗滌塔，將煙氣中的酸性氣體去除；利用煙氣溫度、爐內(nèi)含氧量控制等手段，來降低氮氧化物產(chǎn)量。

3　結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代污泥處理中，為避免產(chǎn)生二次污染、做好環(huán)境保護(hù)，干化焚燒處理成為污泥處理的主要方式。因此，加強(qiáng)對(duì)污泥干化特性的研究，以其為基礎(chǔ)做好污泥干化焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高焚燒效率、降低污染產(chǎn)生，對(duì)環(huán)保型社會(huì)的建設(shè)有著重要意義。

[1]王睿坤,劉建忠,虞育杰,周俊虎,岑可法.城市污泥特性及其干化技術(shù)[J].給水排水,2010,S1:153-158.

[2]鄒道安,黃瑾,白海龍,王飛,麻紅磊,池涌.污泥熱干化和燃燒特性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染與防治,2012,04:5-10.

[3]李博,王飛,嚴(yán)建華,池涌.污水處理廠污泥干化焚燒處理可行性分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,10:3399-3404.

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2013ZX07315-002）。