用于燒結(jié)磚的污泥干化方案

劉傳龍 陳琛 張弛

十堰市工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測所 湖北十堰 442000

1 技術(shù)背景

污水處理廠產(chǎn)生的污泥難以處置，堆棄污染環(huán)境，焚燒浪費(fèi)資源，將污泥與頁巖質(zhì)渣土配合制成污泥燒結(jié)磚成為一種很好的解決方案，污泥渣土自身具有熱值的特點(diǎn)，可以減少能耗，降低成本，變廢為寶，節(jié)約保護(hù)耕地，但污泥含水率高、難以脫水干化，嚴(yán)重制約了污泥的工業(yè)化應(yīng)用，本文就筆者主持的2019年十堰市科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“污泥在燒結(jié)磚生產(chǎn)中的綠色化應(yīng)用”中對污泥干化脫水問題研究探討，分析總結(jié)污泥干化(含水率降至30%以下)解決方案[1]。

2 污泥特性及干化問題分析

2.1 污泥成分及特性

污泥是污水處理后的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、高分子有機(jī)膠體、無機(jī)顆粒等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。

污水廠污泥中含有大量水分（約80%），通過機(jī)械物理壓榨脫水極限含水率仍在50%左右，此時(shí)污泥成團(tuán)，難以與其他物料混合分散均勻而影響摻量和產(chǎn)品質(zhì)量。

一定量的碳、氮、硫元素及大量有機(jī)物、微生物（約8%），藻類、原生物、細(xì)菌、真菌等微生物消化分解污泥中的養(yǎng)分產(chǎn)生硫化氫、氨、腐胺類等，這是污泥散發(fā)刺激性氣味的主要來源，對生產(chǎn)制作過程和環(huán)境造成污染。

污泥中還含有二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵等氧化物、重金屬及其他金屬、非金屬元素構(gòu)成的無機(jī)化合物（約12%），此類物質(zhì)為煅燒形成燒結(jié)磚硅酸鹽等礦物結(jié)構(gòu)的有效成分。

2.2 污泥干化的問題分析

（1）壓榨脫水難點(diǎn)分析。污水處理廠出廠污泥含水率高達(dá)80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB/T 25031-2010《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》規(guī)定的40%以下，需要進(jìn)行大量脫水處理，采用壓榨方式脫水含水率無法達(dá)到50%以下。壓榨脫水率無法提升的主要原因在于污泥中含有的大量細(xì)菌真菌等具有細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的微生物體內(nèi)大量水分無法通過擠壓滲出，高分子沉降絮凝劑的帶入使其保水性能性能極大增強(qiáng)，直接影響了擠壓脫水效率。

（2）烘干難點(diǎn)分析。由于污泥含水率高且呈絮凝狀凝聚成團(tuán)，利用現(xiàn)有烘干設(shè)備消耗能源干燥脫水存在熱效率低下，能源消耗高，干燥成本居高不下，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用[2]。

（3）生產(chǎn)過程污染難點(diǎn)分析。根據(jù)對污泥成分的分析可知，污泥中存在的無機(jī)和有機(jī)碳、氫、硫、氮、氯、氟及微生物在運(yùn)輸、儲存、使用環(huán)節(jié)氧化、腐化生成一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等氣體以及烴類、苯類等有機(jī)污染物，可能還會(huì)生成少量硫化氫、氯化氫、氟化氫等氣體，污泥中散發(fā)刺激性氣味，造成空氣污染。還存在細(xì)菌和活性病原體感染生產(chǎn)崗位人員的實(shí)際問題。

3 污泥干化解決方案

（1）根據(jù)本地污泥情況，破壁劑破壁壓濾、窯爐廢煙氣烘干相結(jié)合的方法干化污泥，采用吸附化學(xué)法、濕式吸收氧化法相結(jié)合除臭。吸附化學(xué)法是指使用具有吸附性的材料吸附污泥中有異味的物質(zhì)達(dá)到凈化作用，此處選用絮凝劑KAICS0472.12、聚丙稀酰胺PAM，其本身只含有碳?xì)涞?，在煅燒過程中不會(huì)產(chǎn)生污染氣體，運(yùn)用其易溶于水且具有較好的吸附能力作為吸附劑、增稠劑，使污泥在壓榨過程中更易泵送更易出水。

（2）濕式吸收氧化法是針對污泥臭氣的主要成分，以清水、酸堿溶液、強(qiáng)氧化劑溶液或有機(jī)溶劑作為吸收液，組成多級反應(yīng)系統(tǒng)，對含氮化合物、含硫化合物及有機(jī)物等污染物進(jìn)行氧化反應(yīng)，使其失去本身有機(jī)性質(zhì)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，生石灰（CaO）作為吸收液和破壁劑是有效選擇，氧化鈣易與水反應(yīng)生成強(qiáng)堿氫氧化鈣Ca（OH）2，迫使微生物體殼壁破裂脫水的同時(shí)與其他異味物質(zhì)反應(yīng)，達(dá)到破壁后提高壓榨脫水率和消殺細(xì)菌的作用，破壁劑的使用，可提高出水率5%～8%，菌落總數(shù)大幅度下降。

（3）利用燒結(jié)磚隧道窯爐高溫廢氣和自主研發(fā)的“熱流對沖運(yùn)動(dòng)鏈板負(fù)壓烘干篩床”方式烘干污泥，可以實(shí)現(xiàn)污泥干化含水率30%以下目標(biāo)?！盁崃鳌奔礋Y(jié)磚隧道窯爐高溫廢氣；“對沖”即物料流與熱流形成對沖運(yùn)動(dòng)；“運(yùn)動(dòng)鏈板”即物料由水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為垂直運(yùn)動(dòng)的輸送裝置；“負(fù)壓”即烘干室采用尾部抽風(fēng)形成負(fù)壓操作；“烘干篩床”即物料床采用篩孔設(shè)計(jì)，熱流穿過篩孔與物料實(shí)現(xiàn)熱交換。熱流從烘干室底部進(jìn)入，經(jīng)多次穿篩床向上運(yùn)動(dòng)，由烘干室上部抽風(fēng)機(jī)排入窯爐，干燥室內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)，水的飽和溫度更低更利于水分蒸發(fā)。干燥室排出的含有二噁英等有害氣體經(jīng)再次入窯煅燒而轉(zhuǎn)化為無害氣體排出，改善了生產(chǎn)環(huán)境，減輕對環(huán)境的污染[3]。

4 工藝過程控制

（1）含水率80%的污泥運(yùn)送至污泥儲存池，通過閘門自流到的使用池，流態(tài)污泥通過閘門流進(jìn)污泥調(diào)理池。對污泥加入添加劑絮凝劑KAICS0472.12、聚丙稀酰胺PAM、氧化鈣CaO（比例為1：1：400），通過生物流動(dòng)系統(tǒng)使藥劑進(jìn)入調(diào)理罐中，調(diào)理8-12小時(shí)使藥劑達(dá)到最佳使用狀態(tài)，兌入廢水稀釋調(diào)理，利用調(diào)理池中的攪拌裝置將污泥攪拌均勻，添加劑摻入量控制在0.8‰。

（2）由高低壓螺桿泵和高壓陶瓷柱塞泵將調(diào)理池中污泥通過先低壓再高壓，即從0.1MPa逐步升至1.6MPa的方式送進(jìn)板框隔膜壓濾機(jī)，在進(jìn)入板框隔膜壓濾機(jī)對污泥進(jìn)行第一次脫水，耗時(shí)1小時(shí)30分鐘完成第一次脫水。

（3）利用立式多級泵(1.2Mpa壓力)對濾板進(jìn)行充水，濾板膨脹壓縮，使污泥進(jìn)行二次脫水，在經(jīng)過1小時(shí)30分鐘的高壓狀態(tài)（1.2MPa壓力）后完成二次脫水，此時(shí)污泥成餅狀含水率為50%左右。脫出來的廢水進(jìn)入污水集中收集池中，部分廢水兌入陳化物料中，部分廢水循環(huán)至調(diào)理池再次使用，剩余部分廢水通過凈化后由管道排出。

（4）由機(jī)械將泥餅裝入泥餅料倉，通過料倉底部按1.7t/h的速度將泥餅連續(xù)送入干燥室頂部于鏈板篩床，四層鏈板篩床相互反向水平運(yùn)動(dòng)，污泥物料通過鏈板篩床接送向下運(yùn)動(dòng)，在干燥室內(nèi)運(yùn)動(dòng)70～90分鐘后從干燥室底部送出，此為物料傳送系統(tǒng)。制磚窯爐高溫廢氣經(jīng)冷卻通道降至200℃，入烘干室溫度應(yīng)控制在250℃以下，超過300℃有形成二噁英的風(fēng)險(xiǎn)。200℃左右的窯爐尾氣由干燥室底部進(jìn)入，透過鏈板篩床孔洞向上流動(dòng)帶走泥餅水分，由干燥室頂部50000m3/h的排潮風(fēng)機(jī)送回煅燒窯爐，使整個(gè)烘干室成為密閉負(fù)壓環(huán)境，此為熱流體系統(tǒng)。通過物料傳送系統(tǒng)和熱流體系統(tǒng)組成污泥烘干室逆向雙流體系統(tǒng)流水線，烘干后的污泥含水量降至30%以下。

（5）污泥烘干室出口物料含水率的控制，可以通過調(diào)節(jié)投料量、鏈板運(yùn)行速度、抽風(fēng)壓力來實(shí)現(xiàn)。篩床孔洞大小由物料含水率確定，含水率越小，孔洞越小，保證在不漏料的前提下提高通透率。

5 結(jié)語

針對 “污泥在燒結(jié)磚生產(chǎn)中的綠色化應(yīng)用”中污泥干化、工業(yè)化改造的難點(diǎn)進(jìn)行分析并提出可行方案，采用氧化鈣作為微生物細(xì)胞壁破壁劑提高污泥壓榨出水效率并消殺菌落和熱流穿透運(yùn)動(dòng)鏈板篩負(fù)壓烘干室方式烘干污泥，充分利用燒結(jié)磚窯爐高溫尾氣烘干污泥為創(chuàng)新技術(shù)核心，可將污泥含水率從80%降至30%，年處理80%含水率污泥6萬余噸，同時(shí)兼顧生產(chǎn)成本及節(jié)能環(huán)保，顯現(xiàn)出較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對污泥綠色化應(yīng)用有著重大意義。