低溫熱干化技術在某廢水廠污泥減量中的應用

沈 波，韓振波，薛凱元，董世翔，李 勤

(1.中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200090；2.無錫愛姆迪環(huán)保科技有限公司，江蘇無錫 214194)

石油化工園區(qū)廢水處理廠污泥，因含有大量礦物油、有毒有機溶劑等有害成分，被認定為危險廢物[1]。石油化工污泥成分復雜，含有大量的老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體等難降解物質(zhì)，以及少量機械雜質(zhì)、重金屬鹽類、腐蝕產(chǎn)物等有害成分，廢水處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑等水處理藥劑，使其呈現(xiàn)乳化充分、黏度大、難脫水等特點，造成污泥處理難度大，僅簡單的污泥濃縮、機械脫水處理，已無法適應國家和地方對危險廢物規(guī)范化的處置要求[2-5]。此外，全國各省市危廢處置成本普遍較高，該類污泥委外處置費用約為4 000～5 000元/t，且逐年上漲[6]，為了滿足日益嚴格的危險廢物處置要求，降低處置費用，進行污泥減量化已是石油化工類污水廠處理污泥的必然選擇。本文重點介紹基于蒸汽的低溫熱干化技術在某石油化工園區(qū)廢水廠的成功應用，以期為開展污泥熱干化相關研究提供技術支持，為同類項目實施提供借鑒。

1 工程概況

某石油化工園區(qū)廢水處理廠位于江蘇某城市，為滿足污泥規(guī)范化處置要求并降低污泥處置成本，開展污泥減量化項目。該項目日處理平均含水率為88.8%的濕污泥20.8 t，工程總投資為780萬元。

1.1 工藝選擇

熱干化技術作為污泥處理主要技術之一[7]，憑其脫水率高、操作簡便、反應時間短等諸多優(yōu)勢，在污泥減量化處理中備受青睞。熱干化技術利用熱能蒸發(fā)污泥中的水分，可使污泥含水率干化至10%以下，體積縮減75%以上[8]。此外，干化溫度控制在150 ℃以下的低溫熱干化技術[9]，不僅可以減少污泥中醇類、醚類、醛類、苯胺類等各種有機物揮發(fā)，降低二次污染，還能降低對污泥固有屬性的破壞，利于保持污泥的穩(wěn)定性[10]，為污泥無害化處置創(chuàng)造條件。低溫熱干化技術按照采用的熱能形式，主要包括蒸汽熱干化、熱泵干化、太陽能干化、微波加熱干化等技術[11]。其中，蒸汽熱干化技術、空氣源熱泵干化與其他干化技術相比，具有熱源穩(wěn)定、干化污泥成型好、自動化程度高、可實現(xiàn)連續(xù)化運行等優(yōu)勢，目前在市場上應用較為廣泛[11-13]?？諝庠礋岜酶苫夹g利用熱泵原理將低溫空氣轉(zhuǎn)化為干熱空氣，并通過熱風循環(huán)方式干化污泥，具有熱源穩(wěn)定、建設投資低等優(yōu)勢，但其僅能將污泥含水率干化至10%～30%，且脫水率越高，能效越低[8,10,12]。考慮到工程所在工業(yè)園區(qū)有穩(wěn)定的工業(yè)余量蒸汽，且蒸汽低溫熱干化技術可將污泥含水率干化至5%～20%，在危險廢物污泥減量化處理中優(yōu)勢更為明顯，故選擇基于蒸汽的低溫熱干化技術。

1.2 工程設計

本工程采用以低溫帶式干燥機為核心的污泥干化系統(tǒng)，通過蒸汽換熱器將壓力為0.3 MPa、溫度為142 ℃的蒸汽轉(zhuǎn)換為污泥干燥裝置所需的熱風進行污泥干化。系統(tǒng)采用熱交換器的內(nèi)循環(huán)干燥方式，提高熱量利用率；干燥機采用不銹鋼多層網(wǎng)帶設計，透氣性能好，物料無劇烈運動，布料均勻，干燥面積大，同時，采用低溫干燥技術，使污泥顆粒表面溫度在65 ℃以下均勻干燥，具有一定的顆粒度，可達到理想的污泥干化效果。

系統(tǒng)主要包括濕污泥輸送系統(tǒng)、污泥干燥系統(tǒng)、蒸汽供熱系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)5個部分。工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥干化系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow Chart of Sludge Drying System

(1)濕污泥輸送系統(tǒng)

系統(tǒng)設置1座濕污泥緩存料斗，能夠接收10 t污泥的量，采用全封閉模式以防止臭氣逸出。進入緩存料斗的濕污泥經(jīng)濕污泥螺桿泵送入軟體造粒裝置中，濕污泥在軟體造粒裝置中經(jīng)過擠壓和破碎，制成軟體顆粒，均勻布料在不銹鋼網(wǎng)帶上，然后緩慢進入干燥機。通過污泥造粒(擠條)機把污泥制成顆粒狀，造粒成型，增加污泥干燥的面積，有利于污泥的均勻布料，不僅可以提高干化效率，還可以使污泥均勻干化，不會出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象。

(2)污泥干燥處理

污泥干燥裝置主要由集約化蒸汽間接加熱式干燥機及其附帶設備組成，污泥干化線的水分蒸發(fā)能力大于625 kg/h。利用142 ℃、0.3 MPa的蒸汽，經(jīng)管道輸送到蒸汽換熱器內(nèi)，作為熱源間接加熱污泥。干燥機的熱量主要來自蒸汽熱交換產(chǎn)生的熱風。污泥中的水分通過熱風的加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸汽被干燥機內(nèi)的排濕廢氣帶走。干化污泥從干燥機末端排出后，通過斗式提升機輸送到干污泥料倉。

污泥加熱時產(chǎn)生的干燥尾氣中的水蒸汽以約90 ℃排出干燥機，經(jīng)過光催化氧化處理裝置除臭除味預處理后，接入生物除臭系統(tǒng)。熱媒蒸汽的冷凝水排放到凝液罐，再經(jīng)過凝液泵送到界外。

(3)蒸汽供熱系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)余量蒸汽經(jīng)管道輸送到蒸汽換熱器內(nèi)進行換熱，換熱后的熱風(≥130 ℃)再經(jīng)均勻布風系統(tǒng)把熱量分布均勻后，進入污泥干燥裝置進行污泥干化，有效杜絕了部分過于干燥、部分達不到干化效果的差異現(xiàn)象。

(4)尾氣處理系統(tǒng)

尾氣的主要來源是蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的水分及少量揮發(fā)酚。尾氣一部分通過循環(huán)風機進行循環(huán)利用，一部分通過排濕風機牽引到余熱回收裝置，進行熱量回收和降溫處理，預處理后的尾氣進入光催化氧化處理裝置除臭除味，再通過管路系統(tǒng)送入生物除臭系統(tǒng)處理，有效控制廢氣二次污染問題。

(5)自動控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用1套獨立的PLC控制系統(tǒng)，且PLC配專用通訊卡件(通訊方式RS485)。所有機組相關控制信號均進入PLC控制系統(tǒng)，由PLC控制整套機組運行，并將現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)集成至現(xiàn)有DCS自控系統(tǒng)。機組運行流程、運行的關鍵參數(shù)、需修改的設定參數(shù)、測試按鍵等需集成在PLC觸摸屏上，機組關鍵參數(shù)的運行/故障/報警信號能單獨在觸摸屏上顯示，且現(xiàn)有DCS中控系統(tǒng)也同步顯示，系統(tǒng)可以自動運行，無需人員值守，實現(xiàn)了污泥處理的智能化。

2 效果分析

2.1 運行效果

本工程采用的設備均能滿足運行要求，運行穩(wěn)定，安全可靠?？刂葡到y(tǒng)通過現(xiàn)場的溫度傳感器等，采集相關參數(shù)信息，對系統(tǒng)各機組進行有效控制，可確保整個體系有效、安全運行。

性能考核采取72 h連續(xù)運行，濕污泥平均進料量為14.4 kg/min，每天進料量為20.8 t/d，每12 h對干濕泥各取樣1次進行檢測，采用《土壤 干物質(zhì)和水分的測定 重量法》(HJ 613—2011)方法進行檢測。濕污泥含水率為86.7%～97.1%，平均含水率為88.8%，干污泥含水率為5.5%～19.9%，平均含水率為8.4%，干化成效顯著。工程建設現(xiàn)狀及污泥干化效果如圖2、圖3所示。

圖2 工程運行現(xiàn)狀圖Fig.2 Status Chart of Project Operation

圖3 污泥干化效果圖Fig.3 Effect Diagram of Sludge Drying

2.2 經(jīng)濟效益

根據(jù)性能、考核數(shù)據(jù)檢測和測試數(shù)據(jù)，直接經(jīng)濟效益測算如表1所示。

表1 工程設計參數(shù)下的直接經(jīng)濟效益Tab.1 Direct Economic Benefit According to Engineering Design Parameters

注：蒸汽、電費、水費參照當?shù)貙嶋H收費價格計算，污泥處置費按4 000元/t估算

按每年運行330 d，并考慮設備維修和設備折舊等費用進行靜態(tài)經(jīng)濟效益核算，每年可節(jié)約污泥處置費約2 211.4萬元，經(jīng)濟效益非常明顯。

3 結論

(1)采用以低溫帶式干燥機為核心的低溫熱干化技術，污泥含水率可干化至5.5%～19.9%，且運行穩(wěn)定，污泥干化后粒徑為5～30 mm，為后續(xù)運輸及安全處置創(chuàng)造了有利條件。

(2)采用PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以自動運行，無需人員值守，還能自動化地進行檢查工作，實現(xiàn)了污泥處理的智能化運行。

(3)低溫熱干化技術應用于石油化工類污泥減量化項目，污泥的減量化達到88%，為廢水廠節(jié)省了大量的污泥處置費，直接經(jīng)濟效益非常顯著。

(4)本工程的成功實施，不僅提高了廢水處理廠的基礎設施水平，大大降低了污泥處理處置的環(huán)境和經(jīng)濟壓力，還起到了低碳高效污泥處理的示范作用。