低溫除濕干燥工藝在污泥處置中的應(yīng)用
低溫除濕干燥是近年來發(fā)展起來的一種新的污泥處置工藝。由于其能耗低、干燥條件容易控制、安全性高等優(yōu)點，逐漸受到人們的重視。本文通過對比分析和技術(shù)經(jīng)濟評價，研究了低溫除濕干燥工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性，為污泥處置工藝的選擇提供幫助。
1.項目介紹
1.1工程背景
某市污水處理廠近期處理能力3萬t/d，遠期處理能力5萬t/d，主體污水處理工藝采用“改進型A/A/O生物反應(yīng)器+混合反應(yīng)沉淀池+纖維旋轉(zhuǎn)濾池”，尾水經(jīng)二氧化氯消毒后排放。
1.2設(shè)計水質(zhì)
分析該廠服務(wù)范圍內(nèi)的用水大戶調(diào)查和發(fā)展規(guī)劃，根據(jù)周邊污水處理廠的水質(zhì)確定本項目的設(shè)計水質(zhì)，詳見表1。
根據(jù)環(huán)保部門的要求，本項目出水應(yīng)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級水質(zhì)排放標準的A標準(見表2)。
1.3污泥處理概述
1.3.1近期污泥處理能力
剩余污泥:6400kg/d(絕對干污泥)，含水率99.2%，當量體積800 m3/d
化學(xué)污泥量:627kg/d(絕干污泥)，含水率99%，當量體積62.7 m3/d
1.3.2長期污泥處理能力
剩余污泥:10667kg/d(絕對干污泥)，含水率99.2%，當量體積1333.4 m3/d
化學(xué)污泥量:1045kg/d(絕干污泥)，含水率99%，當量體積104.5 m3/d
1.3.3污泥處置出口
出路:脫水后污泥含水率小于等于60%，運出污泥填埋處置。
出路二:污泥干燥后，含水率小于等于50%，輸送至城市垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒。
1.4項目內(nèi)容
基于上述兩個污泥處置口，通過不同污泥處理工藝的對比分析，最終確定污水處理廠的污泥處理工藝。
2.污泥深度脫水工藝的選擇
2.1填埋場出口污泥處理工藝
目前污水處理廠廣泛采用帶式壓濾機、板框壓濾機和離心脫水機。
板框壓濾機一般間歇運行，設(shè)備大，基建設(shè)備投資高，不能24小時連續(xù)運行，建設(shè)成本高。但這種脫水機脫水效果好，泥餅含水率在65%~60%以下，運輸量小，可節(jié)省運輸成本。
帶式壓濾機具有脫水效率高、節(jié)能、節(jié)省投資等優(yōu)點。脫水后的泥餅含水率較高，一般為78%~80%。
該離心脫水機結(jié)構(gòu)緊湊，輔助設(shè)備少，衛(wèi)生條件好，可長期自動連續(xù)運行，成本低。但是噪音大，耗電多。脫水后的泥餅含水率一般為70%~75%。
基于以上分析，考慮到出口為填埋場，要求污泥含水率在60%以下，采用板框壓濾機作為污泥脫水設(shè)備具有一定的優(yōu)勢。
2.2污泥焚燒過程中的污泥處理工藝
當處置口為焚燒時，污泥需要深度脫水，直至含水率低于50%。目前，滿足這一要求的主要工藝有傳統(tǒng)污泥干化工藝和低溫污泥干化工藝。
2.2.1傳統(tǒng)的污泥干燥工藝
傳統(tǒng)的污泥干燥工藝主要通過直接或間接加熱來降低污泥的含水率。目前主要的干燥工藝有臥式薄層干燥工藝、流化床干燥工藝、盤式干燥工藝等。
2.2.2污泥低溫干燥過程
污泥除濕機的主要原理是利用干熱空氣作為干燥介質(zhì)，污泥中的水分吸收空氣中的熱量，通過除濕熱泵蒸發(fā)到空氣中，使其進入冷凝裝置，冷卻后排出系統(tǒng)，從而達到干燥的目的。空氣是對流干燥的載熱和載濕介質(zhì)。
在傳統(tǒng)的污泥干燥工藝中，臥式薄層干燥工藝具有安全性高、能耗低、尾氣產(chǎn)生量小、對不同污泥適應(yīng)性強、無返混等優(yōu)點。因此，污泥干燥工藝的比較方案擬采用臥式薄層干燥工藝和低溫污泥干燥工藝，比較見表3。
從表3可以看出，低溫污泥干化工藝設(shè)備成本和運行成本較低，可以回收部分能量，能量利用效率高，與傳統(tǒng)污泥干化工藝相比優(yōu)勢明顯。因此，當燃盡時，污泥深度脫水工藝推薦采用污泥低溫干燥工藝。
3.污泥深度脫水工藝設(shè)計
3.1污泥板框壓濾工藝設(shè)計
設(shè)計參數(shù)
土建工程按5萬m3/d執(zhí)行，設(shè)備安裝按3萬m3/d執(zhí)行
剩余污泥:6400kg/d(絕對干污泥)，含水率:99.2%，當量體積:800 m3/d；化學(xué)污泥量:627kg/d(絕干污泥)，含水率:99%，當量體積:62.7 m3/d
壓濾機工作周期:≤3.5h；壓濾機的工作壓力:≤1.5 MPa；工作時間:16h/d；水泥餅含水率:≤60%；調(diào)理劑:三氯化鐵+氧化鈣。
工藝流程
工藝流程為皮帶濃縮-污泥調(diào)理-板框脫水-填埋，詳見圖1。
3.1.3結(jié)構(gòu)和建筑物(見表4)
主要設(shè)備
(1)帶式濃縮機:2臺(近期一用一備)；設(shè)備參數(shù):Q=50m3/h，P=3kW。
(2)板框壓濾機:2臺(近期一用一備)；設(shè)備參數(shù):處理能力9t干泥/d，P=13kW。
(3)石灰加藥裝置系統(tǒng):1套；設(shè)備參數(shù):V=20m3，P=13kW。
3.2污泥低溫除濕干燥工藝設(shè)計
設(shè)計參數(shù)
土建工程以5萬立方米/天的速度實施，設(shè)備安裝以3萬立方米/天的速度實施
剩余污泥:同板框壓濾機方案。
工作時間:24小時連續(xù)運行；蛋糕含水率:≤50%。
工藝流程
工藝流程為螺旋脫水機-低溫除濕干燥-焚燒，詳見圖2。
3.2.3結(jié)構(gòu)和建筑物(見表5)
主要設(shè)備
(1)兩個螺旋脫水機；設(shè)備參數(shù):處理能力5t/d，p = 6.75kw
(2)板框壓濾機:2臺(近期一用一備)；設(shè)備參數(shù):處理能力5t/d，p = 6.75kw
(3)石灰加藥裝置系統(tǒng):1套；設(shè)備參數(shù):V=20m3，P=13kW。
4.污泥深度脫水工藝的技術(shù)經(jīng)濟分析
4.1板框壓濾工藝投資及運行費用分析
根據(jù)污泥板框壓濾工藝的設(shè)計，對投資和運行費用進行了分析，結(jié)果如下。
4.1.1投資(見表6)
4.1.2成本(見表7)
4.2低溫除濕干燥工藝投資及運行費用分析
根據(jù)污泥低溫除濕干燥工藝，對投資和運行費用進行分析，結(jié)果如下。
4.2.1投資(見表8)
4.2.2成本(見表9)
4.2.3焚燒發(fā)電收入
低溫除濕干燥后的污泥輸送至城市垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒。根據(jù)污泥相關(guān)參數(shù)初步計算，其發(fā)電量約為2822.40 kW·h，按0.5元//kW·h計算，發(fā)電收入為1411.20元/d
綜上所述，污泥低溫除濕干燥工藝在投資和成本上略高于板框壓濾工藝。然而，板框壓濾工藝處理后的污泥中混有大量的石灰等化學(xué)物質(zhì)，無法進一步資源化利用。而低溫除濕干燥過程產(chǎn)生的污泥，經(jīng)過焚燒發(fā)電后，可以產(chǎn)生一定的效益。因此，低溫除濕干燥工藝在技術(shù)和經(jīng)濟方面具有一定的優(yōu)勢，更符合國家政策的要求。
5.結(jié)論
(1)污泥低溫除濕干燥工藝響應(yīng)了國家污泥處理減量化、穩(wěn)定化和資源化的政策要求，是適合污水處理廠污泥處理的新工藝。
(2)當污泥可以焚燒發(fā)電時，低溫除濕干燥工藝的污泥焚燒發(fā)電后可以產(chǎn)生一定的效益，因此低溫除濕干燥工藝在技術(shù)和經(jīng)濟上比傳統(tǒng)板框壓濾工藝有一定的優(yōu)勢。(來源:天津市市政工程設(shè)計研究院)
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