低溫干化技術(shù)在工業(yè)污泥減量處理中的應(yīng)用

陳佳

摘 要：工業(yè)污泥通常都含有有害或者有毒物質(zhì)，沒有經(jīng)過處理就直接填埋或者隨意堆放，造成生態(tài)環(huán)境污染以及地下水污染。工業(yè)污泥深度減量化，這對(duì)減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本以及降低社會(huì)成本均具有重要作用。該文以某汽車工廠的工業(yè)污泥減量處理為例，探討了低溫污泥干化技術(shù)的原理、工藝流程，論述了該項(xiàng)目的干化處理方案設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)，低溫干化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)污泥減量處理中，可以明顯提高污泥處理效率，減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，其具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：低溫干化技術(shù);工業(yè)污泥;污泥減量化處理

中圖分類號(hào)： X703? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

當(dāng)前很多工廠的重要環(huán)境目標(biāo)之一就是危險(xiǎn)廢物的減量化處理，工業(yè)廢水污泥是危險(xiǎn)廢物中構(gòu)成比較高的種類，污泥減量化處理，這對(duì)減少危險(xiǎn)廢棄物產(chǎn)生意義重大。具有合法資質(zhì)處理工業(yè)污泥的單位較少，因此其處理價(jià)格較高。為了減少污泥量，不僅要對(duì)廢水處理藥劑進(jìn)行調(diào)整以減少污泥產(chǎn)生量，還要積極采取措施來降低污泥含水率[1]。污泥減量化處理，這對(duì)減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本也具有非常重要的作用。

1 項(xiàng)目概況

2018年11月～2019年3月，某工廠廢水站廢水污泥低溫干化處理項(xiàng)目。該工廠的污泥脫水技術(shù)為傳統(tǒng)的板框壓濾設(shè)備，污泥（即“濕污泥”）含水率較高，因此考慮安裝污泥干化設(shè)備來進(jìn)行污泥干化，去除污泥中的水分，形成干污泥，從而達(dá)到污泥減量化的目的。

2 熱泵低溫污泥干化技術(shù)原理

這一工藝采用熱泵技術(shù)來回收利用污泥干化過程中產(chǎn)生的熱量，其節(jié)能效果理想。在不污泥干燥過程中，采用除濕熱泵來加熱、脫濕空氣，達(dá)到污泥干化的效果，其屬于對(duì)流熱風(fēng)干燥。對(duì)流熱風(fēng)干燥的干燥介質(zhì)為燥熱空氣，物料中的水分將空氣中的熱量吸收而汽化，從而達(dá)到干燥的目的。

與以往常用的熱風(fēng)干化模式相比，熱泵低溫干化模式在空氣除濕以及空氣循環(huán)方式上都與傳統(tǒng)模式存在很大差異。熱泵低溫干化過程中，熱泵干化間與干化室的空氣是一個(gè)閉式循環(huán)的狀態(tài)，干化室內(nèi)原本濕熱的空氣在熱泵干化機(jī)的制冷系統(tǒng)的作用下被脫濕、降溫，濕熱空氣經(jīng)過熱泵蒸發(fā)器時(shí)，低壓制冷劑將空氣中的熱量吸收，此時(shí)低壓制冷劑由原本的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，空氣降溫變?yōu)楦衫淇諝?，空氣中的水分凝結(jié)，以液態(tài)水的形式排出。低壓制冷蒸汽由蒸發(fā)器提供，經(jīng)壓縮機(jī)升壓送入冷凝器，干冷空氣進(jìn)入冷凝器時(shí)，高壓制冷劑冷凝釋放熱量，空氣加熱，變?yōu)楦娠L(fēng)，進(jìn)入干化室。冷凝器流出高壓制冷劑，在膨脹閥作用下降壓，進(jìn)入蒸發(fā)器，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，不斷循環(huán)直至污泥含水率達(dá)到相關(guān)要求。這一工藝增加回?zé)嵫h(huán)，能盡可能回收加熱過程中產(chǎn)生的熱量，將熱量用于加過熱干化，這使得這一工藝的脫水效率得到了明顯的提高[2]。

3 熱泵低溫污泥干化系統(tǒng)工藝流程

濃縮污泥的含水率在97%～98%，采用進(jìn)料螺桿泵將其送入密封腔室，加入絮凝劑，首先利用進(jìn)料泵的壓力來將絕大多數(shù)游離水?dāng)D壓。待進(jìn)料完畢后，將壓濾水泵打開，充分利用其高壓力來對(duì)腔室內(nèi)的泥餅進(jìn)行擠壓，要保證濾餅足夠密實(shí)，盡可能將水分?jǐn)D出。

完成壓榨之后，就可以將真空系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)啟動(dòng)。將蒸汽加入隔膜板與加熱板之間，利用空氣來對(duì)腔室中的污泥進(jìn)行加熱，與此同時(shí)將真空泵打開，將腔室抽成真空形成負(fù)壓，使得水的沸點(diǎn)降低。污泥中的水分沸騰汽化后，采用真空泵將汽水混合物抽出，送至冷凝器，對(duì)液態(tài)水進(jìn)行定期排放，尾氣則需要經(jīng)過凈化處理，確認(rèn)達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)行排放[3]。

對(duì)污泥進(jìn)行過濾、壓榨、強(qiáng)氣流吹氣穿流、真空熱干化等處理后，其中的水分已經(jīng)被最大程度地脫除，污泥中的含水率明顯降低，污泥量也明顯減少，能滿足污泥無害化與減量化處理的要求。整個(gè)脫水干化迅速，歷時(shí)4 h～4.5 h。

4 干化處理方案設(shè)計(jì)

4.1 熱泵低溫污泥干化系統(tǒng)應(yīng)用

4.1.1 主機(jī)系統(tǒng)、污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)及壓濾系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)：帶有加熱功能的板框壓濾機(jī)就是主機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算過濾面積時(shí)，根據(jù)每次脫水的污泥量（也就是進(jìn)泥量）除以壓濾脫水負(fù)荷再除以每次脫水時(shí)間得到過濾面積。壓濾脫水負(fù)荷取值為0.035 m3/（m2·h），每日工作4個(gè)周期，每個(gè)周期不計(jì)算卸泥等準(zhǔn)備時(shí)間，工作時(shí)間為4 h。據(jù)此進(jìn)行壓力面積的確定。

污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)：采用PAM與PAC這兩種藥劑來調(diào)理污泥。合理確定藥劑的投加量。PAM采取在線投加的方式，將投藥點(diǎn)設(shè)置于進(jìn)料管路的管道混合器上。PAC為溶解后泵投。

進(jìn)料系統(tǒng)：進(jìn)料泵進(jìn)料的過程進(jìn)料頻率并不是固定的，進(jìn)料壓力不斷增加，進(jìn)料量會(huì)越來越少，最終進(jìn)料泵會(huì)停止工作。合理確定進(jìn)料時(shí)間，設(shè)置為1 h，最高進(jìn)料壓力設(shè)置為0.9 MPa，進(jìn)料螺桿泵的功率為22 kW，壓力1.2 MPa，最大流量35 m3/h，為變頻控制的形式（圖1）。

壓濾系統(tǒng)：進(jìn)料完成后就要開始進(jìn)行壓濾，確定壓濾時(shí)間為1.5 h，濾箱容積5 m3，壓濾水泵功率設(shè)置為15 kW，壓力1.2 MPa，流量25 m3/h，為多級(jí)離心泵。

4.1.2 空氣壓縮系統(tǒng)

空氣壓縮系統(tǒng)可提供壓縮空氣，是氣動(dòng)閥門與污泥吹脫的氣源。反吹是與進(jìn)料方向相反，空氣吹向中心管道，反吹能將進(jìn)料管中殘留的污泥吹到污泥調(diào)質(zhì)池中;正吹是進(jìn)料段吹脫，能將泥餅剝離。結(jié)合工程所需設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，確定壓力0.8 MPa～1.0 MPa，吹掃時(shí)間為1 min左右，風(fēng)量是2 m3/min。

合理設(shè)計(jì)氣動(dòng)閥門的用氣量，設(shè)置冷干機(jī)1臺(tái)，容積為3 m3的氣動(dòng)閥空氣儲(chǔ)罐1臺(tái)，容積為4 m3的吹脫空氣儲(chǔ)罐1臺(tái)，空氣壓縮機(jī)的最高壓力是1.3 MPa，產(chǎn)氣能力是3.16 m3/min。

4.1.3 加熱系統(tǒng)及冷凝系統(tǒng)

熱水泵、鍋爐等構(gòu)成了加熱系統(tǒng)，天然氣是染料。熱水溫度90℃，熱水經(jīng)熱水泵送入主機(jī)濾板，冷卻水回到鍋爐中加熱，循環(huán)用水，對(duì)濾餅進(jìn)行持續(xù)加熱。熱干時(shí)間設(shè)置為1.5 h，熱水鍋爐的功率為350 kW，鍋爐設(shè)計(jì)的裕度系數(shù)為1.2，系統(tǒng)真空壓力設(shè)計(jì)為15 kPa。

冷凝系統(tǒng)：冷凝系統(tǒng)的功能是冷卻真空泵抽取的汽水混合物。計(jì)算冷凝器的換熱面積時(shí)，需要結(jié)合平均對(duì)數(shù)溫差、傳熱系數(shù)以及冷凝熱通量等。該項(xiàng)目中，冷凝液儲(chǔ)存罐的容積設(shè)計(jì)為0.5 m3，緩沖罐的容積設(shè)計(jì)為0.8 m3，冷卻水循環(huán)泵的流量按照50 m3/h計(jì)算，換熱面積確定為60 m3。

4.1.4 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)的功能是將腔室中的空氣抽出，形成真空。真空泵的功率設(shè)置為37 kW，流量23 m3/min，真空壓力為15 kPa。

4.1.5 控制系統(tǒng)

低溫干化系統(tǒng)設(shè)備集中，數(shù)量眾多，人為控制難度較大，因此需要借助控制系統(tǒng)來輔助控制。在動(dòng)力配電柜中布置一些電氣設(shè)備的控制接線，一些電氣設(shè)備布置了獨(dú)立的控制箱，由主PLC控制柜來統(tǒng)一控制所有的設(shè)備。PLC控制柜中包括操作終端、PLC可編程控制器、控制柜以及其他附屬設(shè)備等，其功能包括選擇工藝參數(shù)、設(shè)定運(yùn)行參數(shù)、控制運(yùn)行狀態(tài)等[4]。

PLC控制柜的主控制模塊與業(yè)主廠區(qū)的控制模塊相同，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的設(shè)置，預(yù)留以太網(wǎng)接口以便于傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)PLC控制柜與廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的雙向通信。

4.1.6 污泥傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)污泥傳輸系統(tǒng)，對(duì)原有的2個(gè)卸泥斗進(jìn)行改造，每個(gè)卸泥斗均配置出料螺旋輸送機(jī)一個(gè)、傾斜刮板送料輸送機(jī)一個(gè)以及水平輸送機(jī)一個(gè)。將出料料場(chǎng)密封箱設(shè)置于出料螺旋輸送機(jī)出料口的下方。2個(gè)螺旋輸送機(jī)均為物料開關(guān)信號(hào)控制，當(dāng)污泥料倉高位時(shí)，此時(shí)兩個(gè)螺旋輸送機(jī)同時(shí)停止;當(dāng)污泥料倉低位時(shí)，此時(shí)2個(gè)螺旋輸送機(jī)同時(shí)啟動(dòng)[5]。

5 調(diào)試方案制定與系統(tǒng)設(shè)計(jì)深化

安裝完成后，由專業(yè)人員來進(jìn)行調(diào)試。從處理物料（板框壓力機(jī)處理污泥）、烘箱測(cè)試、輸送機(jī)測(cè)試以及自動(dòng)時(shí)間及變頻器頻率進(jìn)行調(diào)試。整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的過程中，為了避免熱泵壓縮機(jī)高壓報(bào)警，要保證風(fēng)機(jī)連續(xù)工作，不能關(guān)閉風(fēng)機(jī);在測(cè)試過程中，要對(duì)各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)部位的潤(rùn)滑情況進(jìn)行檢查，及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油;板框壓濾機(jī)卸泥時(shí)，應(yīng)對(duì)集料斗情況進(jìn)行觀察，一次性卸泥量過多存在集料斗的風(fēng)險(xiǎn)。

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，污泥有時(shí)存在卡在卸泥斗而無法進(jìn)入進(jìn)料輸送機(jī)的問題。污泥要在傳輸設(shè)備中進(jìn)入烘干設(shè)備，該項(xiàng)目采用帶傾斜刮板的進(jìn)料輸送機(jī)，但是偶爾會(huì)由于前端板框壓濾機(jī)的壓濾效果不穩(wěn)定而引起污泥卡住，無法進(jìn)入進(jìn)料輸送機(jī)。針對(duì)這一問題，進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)模擬工況分析，發(fā)現(xiàn)板框壓濾機(jī)全部卸料后污泥積聚在泥斗中，將卸料量控制為50%左右，泥斗中的污泥積聚情況改善明顯。對(duì)板框壓濾機(jī)的卸料程序進(jìn)行調(diào)整，首先卸料50%，再啟動(dòng)污泥輸送機(jī)，之后卸載剩余的50%，最后將污泥輸送機(jī)工作程序啟動(dòng)，最終卡料問題得到妥善解決。

污泥烘干后，其結(jié)構(gòu)松散，很容易變?yōu)樯惩翣?，這就造成在污泥的存放以及運(yùn)輸處置過程中很容易出現(xiàn)揚(yáng)塵問題，而污泥烘干后其危險(xiǎn)性也沒有降低，因此必須解決揚(yáng)塵問題。首先要考慮對(duì)調(diào)整編織袋的密度，但是多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)均不能從根本上解決揚(yáng)塵問題。于是考慮調(diào)整污泥含水率，經(jīng)多次測(cè)試，最終確認(rèn)污泥含水率在40%左右是最為理想的狀態(tài)，既能明顯減少污泥外運(yùn)重量，也不會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵問題。污泥含水率40%左右時(shí)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不容易松散，不容易出現(xiàn)揚(yáng)塵。采用高密度編織袋包裝污泥，后期的存儲(chǔ)以及運(yùn)輸過程中均未見揚(yáng)塵問題發(fā)生。

通過上述測(cè)試方法，有效保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行，后期順利通過業(yè)主考核驗(yàn)收。

6 運(yùn)行效果

選取該企業(yè)機(jī)械脫水后含水率在85%以上的污泥1 000 kg，采用低溫干化技術(shù)來進(jìn)行污泥減量處理，含水率低至40%甚至30%。當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)0.9元/kWh，污泥處理費(fèi)用為4元/kg，假設(shè)理論干化效率為3 kg/kWh。則污泥減重量高達(dá)785 kg。日消耗電能為262 kWh。理論上每日節(jié)約成本約2 900元?？梢娫摷夹g(shù)可明顯降低企業(yè)的污泥處理成本。

7 結(jié)論

該文基于工業(yè)化污泥減量處理的問題，就低溫干化技術(shù)在工業(yè)化污泥減量處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析，最終經(jīng)過低溫干化技術(shù)的應(yīng)用，證實(shí)了低溫干化技術(shù)處理污泥的有效性，結(jié)果顯示理論上該方案僅從電費(fèi)上就可以每日節(jié)約成本約2 900元，基于此證明低溫干化基礎(chǔ)在工業(yè)污泥減量處理中的應(yīng)用價(jià)值。綜上所述，該文撰寫證實(shí)低溫干化技術(shù)是工業(yè)污泥減量處理的理想方式，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王首都.集約化低溫真空干化技術(shù)在嘉定某污水處理廠的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2019，35（22）：91-95.

[2]梁華杰，王杰，孟建國(guó)，等.淺析污泥低溫干化設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行表現(xiàn)——以某市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠為例[J].智能城市，2019，5（15）：131-132.

[3]倪明輝，陳莉佳，盧宇飛.低溫真空脫水干化一體化技術(shù)裝備在大型化工園區(qū)污水廠污泥減量項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].廣東化工，2019，46（11）：173-174，161.

[4]李春江，江順啟，陳莉佳，等.低溫真空脫水干化成套技術(shù)裝備在中小型城鎮(zhèn)污水廠污泥脫水干化中的應(yīng)用[J].凈水技術(shù)，2019，38（S1）：160-162，203.

[5]陳偉楠，劉天順.低溫除濕干化工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性研究[J].城市道橋與防洪，2019（4）：118-121，17.