電除塵在污泥圓盤干化廢氣處理中的應(yīng)用研究

文_章華熔 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

近年來我國對污泥處理不斷重視，污泥處理處置水平得到不斷提高。目前干化處理是污泥減量化最好的一種工藝，其中最常見的是熱干化。熱干化過程分為直接接觸式和間接接觸式兩種方式。間接接觸式干化用得較多的干化設(shè)備為圓盤式、槳葉式。而采用這種污泥干化方式，在干化過程中產(chǎn)生的廢氣中會挾帶有一定濃度的粉塵廢氣，同時廢氣中粉塵濃度與污泥干化程度有關(guān)，污泥干化后含水率越低，廢氣中粉塵濃度越高。目前，污泥干化后廢氣中粉塵的收集主要采用旋風(fēng)除塵器，特殊場合下會在旋風(fēng)除塵器后端增加噴淋設(shè)備，以進一步進行噴淋除塵。但從實際工況運行情況反饋，采用旋風(fēng)除塵技術(shù)除塵效果往往不理想，一般除塵效率在50%～60%，最差的連10%都難以達到。

電除塵技術(shù)雖然在燃煤電廠等其他工業(yè)領(lǐng)域成功應(yīng)用多年，但是在污泥干化系統(tǒng)的應(yīng)用還未見報道。本文針對電除塵技術(shù)特點及污泥干化過程中廢氣成分進行分析，探討其對污泥干化廢氣中粉塵荷電與收集以及廢氣中其他組分對放電性能的影響，彌補現(xiàn)有干化工藝技術(shù)的不足，以期為電除塵技術(shù)在污泥干化廢氣處理的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 污泥干化廢氣成分特征分析

1.1 粉塵顆粒物釋放特征

污泥干化過程中產(chǎn)生的粉塵量往往受干化方式的影響，如圓盤干化技術(shù)、槳葉干化技術(shù)等粉塵產(chǎn)生量存在差異。一般而言，各種污泥干化過程產(chǎn)生的粉塵濃度小于60mg/m3。

1.2 無機氣體釋放特征

污泥干化過程中會產(chǎn)生大量的廢氣，廢氣中含有水蒸汽、逃逸粉塵、惡臭氣體等。其中惡臭氣體主要由NH3、H2S 等無機氣體組成。這些氣體的釋放量受多種因素影響，其中溫度是最重要的影響因素。當(dāng)污泥干化溫度在120 ～320℃，干化時間為30min 時，污泥釋放氨氣量分別為42.5 ～780mg/kg，220℃下氨氣的釋放量為120℃下氨氣釋放量的12 倍，隨著溫度的進一步升高，釋放量進一步增加，這是由于在相對較低的溫度下，污泥中的銨鹽發(fā)生分解，當(dāng)溫度進一步升高時，污泥中的蛋白質(zhì)也會發(fā)生分解生成氨氣。當(dāng)污泥干化溫度在200℃時，只有少量SO2和NO2排放。當(dāng)干化溫度在120℃時，H2S 釋放量較小，隨著溫度上升釋放量極劇增加。當(dāng)干化溫度小于150℃時，NH3、NO2、NO、HCN 的釋放量幾乎為零。

所以，在工藝上控制污泥的干化溫度是減少無機氣體污染物排放的重要措施。從無機污染物排放角度考慮，干化溫度一般控制在150℃以下。

1.3 有機氣體的釋放特征

廢氣中的有機氣體有兩種來源：一種是污泥中含有的有機成分經(jīng)高溫干化過程得到釋放；另一種是在高溫條件下污泥的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的有機氣體。污泥干化過程中會產(chǎn)生多種有機氣體。相關(guān)資料顯示，污泥中含有一定量的PAHs，其含量為3.21～15.77mg/kg，因此污泥干化過程中會釋放出一定量的PAHs。另有研究表明，當(dāng)干化溫度高于150℃時，污泥中的苯系物開始大量釋放。楊真樂研究表明，在150℃下空氣、N2、CO2氣體下的C2H6S2的釋放量為1.55 ～11.65mg/kg，COS 的釋放量為2.03 ～17.47mg/kg。污泥干化過程中會產(chǎn)生BTEX，且BETX 的排放量與溫度有很大關(guān)系，當(dāng)干化溫度小于200℃時，釋放量一般較小。

綜合上述內(nèi)容分析，當(dāng)污泥干化溫度超過150℃時，污泥干化廢氣中的有機氣體會快速增加。從控制有機污染物排放角度考慮，可以將干化溫度控制在150℃以下。

2 廢氣電除塵器凈化效果分析

2.1 粉塵顆粒去除分析

常規(guī)電除塵器對于粒徑為0.1～1μm 的顆粒物的存在穿透窗口，污泥干化粉塵粒徑一般在1～150μm 之間，跨過了顆粒物的穿透窗口，電除塵器對污泥干化廢氣中的粉塵的捕獲能力較強。

2.2 無機氣體去除分析

目前工程應(yīng)用中，污泥干化系統(tǒng)中污泥的干化溫度一般都超過了150℃，甚至更高，因此干化系統(tǒng)末端廢氣的治理相當(dāng)重要。目前廢氣處理工藝通常采用“旋風(fēng)除塵+冷凝技術(shù)”的方式，對廢氣中的顆粒物及可凝氣體進行處理，實際工程應(yīng)用中存在諸多問題。由于NH3、H2S 等氣體的可溶性，濕式電除塵器對于這類氣體具有很好的去除效果。對于電除塵器而言，由于在較高的高壓直流電電場強度下，在其內(nèi)部會形成氧負離子和羥基自由基強氧化性基團，可以將其中的惡臭氣體進行氧化，進而達到很好的處理效果。有研究表明，實驗條件下，高壓交流電在11kV 時，對NH3去除效率可以達到100%。利用脈沖電壓放電，當(dāng)電壓達到65kV 時，H2S 可以100%被去除。

2.3 有機氣體的去除分析

等離子體與電除塵技術(shù)有著異曲同工之處，其共同點都是利用電暈放電的原理使氣體在電離作用下產(chǎn)生粒子（電子或離子）。很多研究表明，等離子體技術(shù)無論是對NH3、H2S 等無機氣體，還是對有機氣體等氣體組分，都有一定的去除效果。污泥干化過程中會產(chǎn)生多種有機氣體污染物，其中部分有機氣體易燃爆，另外，部分有機氣體也是廢氣臭味的來源。污泥在干化過程中產(chǎn)生的廢氣成分受多種因素影響。

電除塵技術(shù)除了在除塵方面具有優(yōu)越性，同時在脫除有機氣體方面也有一定效果。根據(jù)相關(guān)資料顯示，在300MW 和600MW 機組燃煤發(fā)電廠，煙氣中會存在2.04 ～14.51μg/m3的PAHs，該有機物在電除塵進出口存在濃度差，表明電除塵器對有機氣體有一定的處理能力。Li 等人研究表明，低低溫電除塵器能將廢氣中氣相和固相（顆粒）的PAHs 從27.52μg/m3、14.36μg/m3分別降低至3.38μg/m3和0.34μg/m3，脫除效率分別為88%和98%。但由于電廠煙氣中可能存在未完全燃燒的碳與產(chǎn)生的VOCs 發(fā)生二次反應(yīng)，經(jīng)普通電除塵器后，氣體中的有機烴濃度會升高，且對PAHs 的脫除有選擇性。電除塵器對多環(huán)芳烴的脫除一般包括兩種機理：其一，粉塵中含有PAHs或PAHs 粘附于粉塵表面，隨著粉塵的脫除而脫除，這是PAHs脫除的主要原因；其二，電除塵器放電過程中陰極線的電暈作用對PAHs 有解離作用。由于污泥干化過程中釋放的有機污染物具有多樣化，在實際工程中，電除塵器對于污泥干化廢氣中不同有機氣體的脫除效果仍有待進一步研究。

3 廢氣粉塵參數(shù)對電除塵器的影響

3.1 廢氣量

在實際污泥圓盤干化工程應(yīng)用中，以日處理規(guī)模80%含水率的污泥100t 為例，將污泥含水率從80% 降至約35%，污泥干化過程產(chǎn)生的廢氣量約為7200m3/h，遠低于電除塵器在電廠中的煙氣處理量（105 ～106m3/h）。電除塵技術(shù)在污泥圓盤干化工藝應(yīng)用中，設(shè)計成1 ～2 個電場，斷面風(fēng)速在1.2 ～1.5m/s 完成可以滿足98%以上除塵效率要求。

3.2 溫度、濕度與粉塵比電阻

目前，靜電除塵器處理的煙氣入口溫度范圍從環(huán)境除塵的常規(guī)環(huán)境溫度至燃燒鍋爐，再至冶金行業(yè)的高溫，一般在20 ～350℃均可滿足要求。而污泥干化后的廢氣溫度一般在90 ～110℃左右，同時廢氣中的濕度很大，干化后產(chǎn)生的粉塵其表面吸附水汽及其他導(dǎo)電性物質(zhì)后，可降低粉塵的比電阻值，增強粉塵荷電能力。

3.3 粉塵濃度

從工程應(yīng)用情況分析，當(dāng)污泥干化至含水率40%左右時，從圓盤干燥機廢氣出口檢測到的粉塵量極少，甚至沒有粉塵量。一般干化至含水率30%～35%時，廢氣中粉塵濃度在10g/m3左右，含水率越低，由于圓盤干燥機內(nèi)的攪動產(chǎn)生的粉塵量越大，干化至10%含水率時，粉塵濃度在25 ～40g/m3，與圓盤干燥機內(nèi)抽吸壓力、中軸轉(zhuǎn)速、圓盤上的推進/攪拌片有關(guān)?？刂品蹓m濃度主要是避免電除塵器在放電過程中產(chǎn)生爆炸。一般認為，污泥粉塵濃度在60g/m3以內(nèi)，工藝系統(tǒng)是安全的。

4 結(jié)語

污泥在干化過程中，會產(chǎn)生粉塵和NH3、H2S、BTEX、PAHs 等污染物，這些污染物釋放量受污泥的性狀、干化溫度和干化程度等影響，在工藝上應(yīng)通過控制干化條件盡可能減少這些污染物的產(chǎn)生。

溫度是污泥釋放有機組分和無機組分廢氣的重要因素，隨著溫度的升高，釋放量增加，當(dāng)干化溫度在150℃以上時，釋放的有機污染物和無機污染物等氣體量快速增加。因此，研究更低溫度、干化效率更高的低溫干燥設(shè)備至關(guān)重要。

從電除塵器電暈放電的特點來看，電除塵不僅對于粉塵有很好的捕集效果，而且對于無機氣體（NH3、H2S 等）和有機氣體（BTEX、PAHs 等）都有一定的脫除效果，可以在保證脫除粉塵的同時協(xié)同處理其他氣體。由于旋風(fēng)除塵器除塵效率受氣體體積變化影響很大，而電除塵器適應(yīng)范圍更廣，效率更高，電除塵器完全可以替代圓盤干化工藝中的旋風(fēng)除塵器應(yīng)用于污泥干化工藝的廢氣除塵中。