污泥处置的可行方式为土壤改良、卫生填埋和掺烧等。其中污泥与垃圾掺烧的方案由于初投资小、运行成本低、环保性好等原因,越来越受到社会的认可。对于此工艺来说,为了不影响垃圾的稳定焚烧,污泥在入炉前需进行干化处理。因此,笔者就干化污泥送入垃圾焚烧炉掺烧这一技术应用场景,对直接式、间接式、两段式等污泥热干化工艺进行介绍,分析总结了适用于当前情况的干化工艺及设备,并提出未来污泥热干化工艺及设备的发展方向。
1、污泥干化简介
污泥热干化是将污泥颗粒内部或微生物细胞内的水分受热脱除的过程。污泥受热后,①微生物细胞膜破裂,内部水分释放;②逐步受热蒸发,污泥含水率降低,体积缩小1/5~1/3;③臭味减少,病原体减少;④热值tigao,为后续污泥处理处置提供了有利条件。对于干化污泥掺烧垃圾的后处理工艺来说,主要关注干化污泥的含水率,污泥含水率越高,会造成污泥的热值越低,烟气liuliang越大,锅炉效率降低、烟气处理成本增加等问题,因而掺烧污泥含水率应在经济范围内尽可能的低。掺烧时干化污泥的含水率一般为10%~40%。
热量回收系统将薄层蒸发器产生的蒸汽能量进行回收,用于加热带式干燥机的空气,以此降低整个系统的能耗。污泥干化系统不需要返混污泥颗粒进行二次干化处理,不易产生粉尘,安全性高。空气冷却器和过冷凝器由封闭的冷却水回路进行冷凝,工艺设备和冷却水分离,防止冷却水受污染,可减少设备清洗的次数。但该工艺流程复杂,涉及设备较多,设备间配合要求高,运行稳定性较差,系统整体投资高。
3、污泥干化工艺比较
对于污泥和生活垃圾掺烧而言,污泥干化的能源由焚烧厂提供,干化的废气进焚烧炉焚烧,干化污泥也进焚烧炉处理。这种协同使得污泥干化过程中的能耗降低、干燥废气的处理成本降低、干化污泥的处理成本降低、污泥干燥系统总投资降低。因而在对污泥干化工艺进行比较时主要关注能耗、环保性、投资成本等协同影响较大的方面。同时,还考察了污泥干化过程中系统及设备的稳定性、安全性、适用性、响应时间等基本性能。
污泥干化时的能耗主要为热能和电能,热能是污泥干化系统主要能耗,干化系统的热能损耗主要来自于2部分,一部分为水分蒸发所需的热能(2590kJ/kg),一部分为系统设备散热、排烟或排汽、排油损失、干化污泥自带热量等。由于采用了与生活垃圾焚烧协同的后处理工艺,传热后的热介质作为二次风或给水返回焚烧厂,排烟、排汽等热介质未完全换热的热损失被焚烧厂利用,系统整体热损耗小。因而在有垃圾焚烧厂协同的情况下,干化能耗小,故热能的品位(压力、温度等)与热能的输送条件在实际的应用过程中影响更大。在协同的情况下,所需电能的性质由外部购入变为场内自用,电能的单价降低,但协同并不能使设备的耗电量降低。
环保性是指在污泥干化过程中产生的废气、废水以及臭气得到了有效的控制。废气中含有污泥中挥发出的有机物需要经二燃室高温燃烧处理;冷凝的废水BOD、COD均超标,需要废水处理;干化时亦有臭气溢出,需要设置相关除臭工艺。采用了焚烧炉掺烧的工艺后,废气作为二次风送入炉膛焚烧,使其中的挥发性有机物分解;废水送入废水处理站;臭气作为一次风送入焚烧炉,使臭气分解并保持干化车间负压,防止臭气散发。其中,干化过程产生的臭气浓度与干化的温度正相关,越高的干化温度将会导致干化车间环境的恶化和臭气处理成本的增加。
安全性主要是指污泥干化过程中会产生大量的污泥粉尘,当粉尘浓度过大时,干化设备会有爆炸的危险。稳定性是指系统能达标连续运行的时间长短,时间越长,系统稳定性越好。适用性是指干燥机对入口污泥含水率要求的宽广度,对入口污泥含水率范围要求越大,设备的适应性越好。响应时间是指设备收到指令到产生效果的时间,响应时间越短越好。