干燥設(shè)備在制藥廠環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究

趙鳳，孫連俊

（北京京城環(huán)保股份有限公司，北京 100027）

引言

制藥行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量制藥廢水和固體藥渣，污染物治理責(zé)任重大。制藥廢水由制藥工藝中使用或產(chǎn)生的營養(yǎng)液、發(fā)酵基、抗生素、催化劑等物質(zhì)構(gòu)成，水質(zhì)成分復(fù)雜、COD濃度高、含有大量有毒物質(zhì)，屬較難處理的工業(yè)廢水[1、2]。目前制藥廢水通常采用預(yù)處理技術(shù)+以活性污泥為主的生化處理技術(shù)+深度凈化工藝，廢水在生化處理過程中產(chǎn)生的污泥往往殘留著制藥廢水中的有害物質(zhì)，部分含砷等重金屬的活性污泥屬于危險(xiǎn)廢物，需要通過焚燒或安全填埋等方式實(shí)現(xiàn)最終處置。廢藥渣的處理處置技術(shù)主要有生物堆肥、高溫?zé)峤?、發(fā)酵產(chǎn)能、干化焚燒四種[3]。制藥廢渣屬于《國家危險(xiǎn)廢物名錄》中HW02醫(yī)藥廢物類，采用干化焚燒法處理醫(yī)藥廢渣對物料波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，具有無害化程度高、減容減量效果明顯、可以回收余熱等優(yōu)勢。廢藥渣本身可燃成分較高，物料相對均一、無需破碎，配伍工作簡單，符合多種爐型危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)的物料要求[4]。

焚燒法能夠同時(shí)適應(yīng)制藥廢水污泥和制藥殘?jiān)奶幚恚鶕?jù)工藝要求，二者在入爐焚燒前需要干燥以降低含水率[5、6]。本文通過測定廢水污泥和廢藥渣在回轉(zhuǎn)式蒸氣管干燥實(shí)驗(yàn)裝置中干燥處理的處理負(fù)荷、脫水率、蒸氣消耗量等參數(shù)，掌握制藥廠污染物在蒸氣干燥設(shè)備中的干化性能，評估干燥設(shè)備在制藥廠環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 物料情況

實(shí)驗(yàn)所用的污泥和藥渣來自河北某制藥集團(tuán)，如圖1。污泥經(jīng)初步濃縮處理，外觀為棕褐色，塊狀，結(jié)構(gòu)松散，有臭味。廢藥渣外觀為土黃色，泥狀，結(jié)構(gòu)黏軟，臭味濃烈。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置采用某干燥技術(shù)研究中心的回轉(zhuǎn)式蒸氣列管干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)干燥面積約40m2，設(shè)計(jì)進(jìn)料能力為200kg/h，見圖2。系統(tǒng)包括稱重計(jì)量設(shè)備、密閉式螺旋輸送進(jìn)料設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)式蒸氣列管干燥設(shè)備、蒸氣鍋爐循環(huán)系統(tǒng)、煙氣凈化設(shè)備、引風(fēng)機(jī)、電氣儀表及控制系統(tǒng)、物料含水率分析設(shè)備等。

圖1 實(shí)驗(yàn)使用的污泥（左）和藥渣（右）照片

圖2 回轉(zhuǎn)式蒸氣管干燥實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)前，對兩種物料分別進(jìn)行采樣并使用儀器測試物料含水率和干燥性能，指導(dǎo)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試工作。測試方法為：稱取5g樣品置于快速水分分析儀160℃條件下干燥，至物料恒重（10s內(nèi)重量變化小于0.01g），聯(lián)機(jī)工作站自動(dòng)生成并保存測定結(jié)果。

回轉(zhuǎn)式蒸氣管干燥系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程圖如圖3所示。

圖3 回轉(zhuǎn)式蒸氣管干燥系統(tǒng)工藝流程圖

將完成含水率和干燥性能檢測的污泥、藥渣稱重后通過密封螺栓輸送系統(tǒng)上料至干燥機(jī)內(nèi)，并調(diào)節(jié)蒸氣鍋爐循環(huán)系統(tǒng)使蒸氣壓力和溫度分別達(dá)到0.4MPa和150℃，預(yù)熱干燥機(jī)。開啟引風(fēng)機(jī)和煙氣凈化處理裝置，系統(tǒng)開始工作。高溫蒸氣與廢水污泥發(fā)生換熱，污泥中的水分蒸發(fā)并隨著高溫?zé)煔膺M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)無害化處理后排放。干化后的污泥、藥渣通過出料設(shè)備排出，檢測出料含水率，評估干燥效果并及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

干燥裝置實(shí)驗(yàn)的主要控制參數(shù)有：

（1）進(jìn)料能力：通過稱重設(shè)備和改變螺栓輸送設(shè)備頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）停留時(shí)間：通過調(diào)節(jié)干燥機(jī)回轉(zhuǎn)速度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）干燥溫度：通過鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)定合適的蒸氣壓力和溫度。

（4）系統(tǒng)負(fù)壓：通過改變載氣量和引風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 結(jié)果分析

2.1 污泥、藥渣的含水率和干燥性能檢測

實(shí)驗(yàn)脫除的是物料中的非結(jié)合水。使用快速水分分析儀對廢水污泥和廢藥渣分別進(jìn)行檢測，儀器在2s內(nèi)迅速升溫至160℃，樣品重量分別在約10min和18min后達(dá)到穩(wěn)定。完全干燥后樣品形態(tài)及干燥曲線見圖4、圖5。

圖4 污泥在完全干燥后的形態(tài)及干燥曲線圖

圖5 藥渣在完全干燥后的形態(tài)及干燥曲線圖

測定結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)所用廢水污泥含水率為64%，廢藥渣含水率為73%。由圖4、圖5可見，污泥快速脫除游離水達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定，而結(jié)合水含量較少的廢藥渣需要更長的時(shí)間來脫除水分，這可能是后者物料黏性大形成致密整體導(dǎo)致干燥困難。完全干燥后的污泥呈現(xiàn)顆粒狀，結(jié)構(gòu)松散，不與托盤粘連；廢藥渣干燥后呈現(xiàn)薄膜樣并粘連在托盤上。

2.2 干燥系統(tǒng)對廢水污泥的干燥性能分析

根據(jù)污泥的含水率、干燥性能檢測結(jié)果，設(shè)定干燥實(shí)驗(yàn)裝置的污泥進(jìn)料量為150kg/h，干燥機(jī)轉(zhuǎn)速為1.5r/min，系統(tǒng)負(fù)壓控制在-300～-200Pa，干燥機(jī)內(nèi)部溫度70℃。污泥在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)干燥后，對出料進(jìn)行三次采樣檢測的含水率分別為36.32%、38.55%和31.76%，見圖6。

圖6 廢水污泥在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)干燥后出料含水率

干化污泥平均含水率為35.54%，計(jì)算得廢水污泥在蒸氣回轉(zhuǎn)干燥機(jī)中的平均水分蒸發(fā)量為66.32kg/h。則污泥在干燥機(jī)內(nèi)部蒸發(fā)水分所需要熱量為Q1=m污泥×（H2-H1）=66.32kg/h×（2624.4kJ/kg-83.74kJ/kg）=168,496.6kJ/h。其中，H1為污泥20℃所含單位質(zhì)量水分焓值（kJ/kg），H2為污泥所含單位質(zhì)量水分蒸發(fā)為70℃水蒸汽后焓值（kJ/kg）。

鍋爐蒸氣循環(huán)系統(tǒng)蒸氣流量為148kg/h，蒸氣溫度150℃、蒸氣壓力0.4MPa、蒸氣冷凝水溫度95℃，則污泥每干化1kg水分需要消耗蒸氣2.23kg。蒸氣釋放總熱量為Q2=m鍋爐蒸氣×（H4-H3）=148kg/h×（2750.7kJ/kg-397.77kJ/kg）=336,672.06kJ/h。其中，單位質(zhì)量鍋爐蒸氣焓值H3（kJ/kg）和單位質(zhì)量鍋爐蒸氣冷凝水焓值H4（kJ/kg）。

2.3 干燥系統(tǒng)對廢藥渣的干燥性能分析

根據(jù)藥渣的含水率/干燥性能檢測結(jié)果，由于廢藥渣物料黏度大，完全干燥游離水需要較長時(shí)間。因此實(shí)驗(yàn)中選擇減小進(jìn)料量并延長物料在干燥機(jī)中的停留時(shí)間。藥渣干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)定進(jìn)料量為100kg/h，干燥機(jī)轉(zhuǎn)速0.7r/min，系統(tǒng)負(fù)壓控制在-300～-200Pa，干燥機(jī)內(nèi)部溫度75℃。經(jīng)測試，廢藥渣在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)干燥后，三次出料采樣的含水率分別為8.00%、8.75%和8.91%，如圖7。

圖7 廢藥渣在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)干燥后出料含水率

干化藥渣平均含水率為8.55%，計(jì)算的廢藥渣在蒸氣回轉(zhuǎn)干燥機(jī)中的平均水分蒸發(fā)量為70.43kg/h，則藥渣在干燥機(jī)內(nèi)部蒸發(fā)水分所需要的熱量為Q3=m藥渣×（H6-H5）=70.43kg/h×（2629.7kJ/kg-83.74kJ/kg）=179,312.0kJ/h 。其中，H5為藥渣20℃所含單位質(zhì)量水分焓值（kJ/kg），H6為藥渣所含單位質(zhì)量水分蒸發(fā)為75℃水蒸汽后焓值（kJ/kg）。

鍋爐蒸氣循環(huán)系統(tǒng)蒸氣流量為142kg/h，蒸氣溫度、壓力0.4MPa和蒸氣冷凝水溫度與處理污泥時(shí)相同，則廢藥渣每干化1kg水分需要消耗蒸氣2.02kg。蒸氣釋放總熱量為Q4=142kg/h×（2750.7kJ/kg-397.77kJ/kg）=334,116.06kJ/h。

則干燥機(jī)對廢藥渣干燥過程中熱量的有效利用率為η=Q3/Q4×100%=179,312.0kJ/h÷334,116.06kJ/h×100%=53.67%，與活性污泥干燥過程相比，熱量有效利用率略有提高。

2.4 干燥系統(tǒng)對污泥和藥渣的綜合干燥性能分析

污泥和藥渣在回轉(zhuǎn)式蒸氣干燥實(shí)驗(yàn)裝置中的主要干燥參數(shù)如下表所示。

污泥和藥渣在回轉(zhuǎn)式蒸氣干燥實(shí)驗(yàn)中的綜合對比表

為了適應(yīng)制藥廠的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)將污泥和廢藥渣按1∶1比例混合送入干燥機(jī)進(jìn)行干燥，測定出料含水率為20.24%，該數(shù)值能夠較好地適應(yīng)焚燒處理對含水率的要求。而且，將顆粒松散的污泥與藥渣混合處理，能夠降低物料黏度，增強(qiáng)藥渣在干燥機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)性，對出料的造粒效果有一定改善，緩解揚(yáng)塵污染。

2.5 存在不足及優(yōu)化建議

（1）廢藥渣干燥過程中存在黏壁的情況，蒸氣干燥機(jī)外壁設(shè)有震打裝置，但是對于黏附在蒸氣管上的物料難以發(fā)揮作用。且物料黏滯在蒸氣管上，會(huì)影響傳熱效果，降低干燥機(jī)換熱效率的同時(shí)無法提高進(jìn)料量。

（2）實(shí)驗(yàn)過程中，采用人工配合機(jī)械上料，上料部位臭味濃烈，建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化上料間的密封性能，通過抽取儲(chǔ)料倉內(nèi)部氣體作為干燥載氣以改善。

3 結(jié)論

高溫蒸氣干燥設(shè)備能將含水率64%的廢水污泥干燥至含水率40%以下，將含水率72%廢藥渣干燥至含水率10%以下，二者混合出料含水率可控制在20%左右，滿足危險(xiǎn)廢物焚燒處理工藝的物料含水率要求。高溫蒸氣干燥設(shè)備作為焚燒前的重要預(yù)處理設(shè)備，將制藥廠廢水污泥和廢藥渣結(jié)合處置，實(shí)現(xiàn)污染物的減容減量，設(shè)備使用率高。同時(shí)，干燥設(shè)備采用焚燒煙氣余熱產(chǎn)生的高溫蒸氣作為干燥熱源，降低全廠能耗。