学能,干燥的污泥在燃烧时可放出大量的热量;某些污泥富含有价值的有机组分或无机组分。
目前有效的污泥无害化处理主流核心技术有两大类:焚烧技术和热干化处理,目标是灭除病原体、消除化学污染物、固化重金属等,同时在处置过程中不能造成新的污染(如二噁英、粉尘等)。在此基础上,可进一步将污泥处理后的产物资源化,如作为原料或燃料等使用。
污泥含水量在75%~93%之间,它本身含有的化学能不足以完成所含水分的蒸发,所以,要将污泥深度干燥必须消耗外加热量,这是污泥无害化必须支付的代价。
5.2 现有的热干化技术
早在20世纪40年代,工业化国家就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展,污泥热干化技术的优点正逐渐显现出来: ①污泥显著减容,体积可减少4~5倍;
②形成颗粒或粉状稳定产品,污泥性状大大改善;
③产品无臭且无病原体,减轻了污泥有关的负面效应,使处理后的污泥更易被接受;
④产品具有多种用途,如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。
无论终端无害化处理意向是污泥作为燃料还是原料利用,污泥干化都是重要的第一步,所以污泥干化在整个污泥处置体系中处于核心地位。污泥热干化技术中的几个核心技术问题分述如下:
① 污泥粘结问题
现有的污泥干化设备从进料方式和产品形态上大致可以分为两
类:一种是采用干料返混系统,湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合,含水率降至30%~40%,然后才进入干燥器,产品为球状颗粒,是结合干燥与造粒为一体的工艺;另一种是湿污泥直接进料,产品多为粉末状。
干燥不同的污泥,对设备的要求也不尽相同,这是因为污泥在干燥过程中有一特殊的胶粘相阶段(含水率为60%左右)。在这一极窄的过渡段,污泥极易结块,表面坚硬、难以粉碎,而里面却仍是稀泥,这为污泥的进一步干燥和灭菌带来极大困难。
② 尾气处理和臭味控制
污泥终端处理必须是环境安全的,不能产生二次污染。所以污泥干化技术必须重视尾气处理和臭味控制。以热风为干燥剂直接干燥时,由于热风的量很大,使得尾气处理成本非常高,这一缺陷使人们一度将兴趣转到了间接加热系统上,后来发展出来的转鼓式直接加热工艺采用了气体循环回用的设计,尾气的量只有直接加热系统的15%,相应尾气处理的负担大幅度下降。
无论是直接加热或间接加热系统,干燥设备部都采用适当负压,避免了臭气的外泄,工厂的污泥仓、干燥车间、成品仓等构筑物的气体都抽走集中处理。
③ 设备安全问题
在干燥器里,起火或爆炸事故相当频繁,令污泥干燥设备的安全性能倍受置疑。现在,起火或爆炸的基本原因已经明确,与爆炸有关的三个主要因素是氧气浓度、粉尘浓度、以及颗粒的温度。必须控制的安全要素是:氧气含量<12%;粉尘浓度<60 g/m3;颗粒温度<110 ℃。 为了完全保障安全性,需要付出极高的设备成本。特别要指出的是,控制颗粒温度是通
过降低干燥剂温度而实现参数控制的,这样产生两个问题:一是加大了干燥剂流量,使得干燥剂的输送功耗以及尾气处理量都大幅度增加,成本急剧上升;二是胶粘相阶段停留时间延长,使得污泥粘结问题难以处理,影响设备的运行可靠性。
另外污泥干化还需考虑其它的安全因素:设计有湿污泥仓的工厂,必须考虑甲烷的产生而尽量减少湿泥的贮存时间,在安德里兹的设计中将湿泥仓中甲烷浓度控制在1%以下;干泥仓的安全同样受到重视,为防止自燃,干泥颗粒的温度必须控制在40 ℃以下。
5.3 现有的直接焚烧技术
污泥的含水量高,直接焚烧时,污泥所含的化学能甚至不足以维持所含水分的蒸发,所以对于高含水率的污泥,必须加入其它燃料,同时对燃烧室进行特殊的绝热设计,才能保证足够高的焚烧温度。
当前湿污泥直接焚烧的主流技术是:与煤混烧,同时必须采用油气助燃,所用的燃烧方式主要有循环流化床混烧、煤粉混烧、造粒后在火床炉混烧。随着环境标准趋于严苛,焚烧处理的成本也越来越高,实际上,焚烧处理的成本几乎完全受排放标准的制约,几个控制性指标有:
5.3.1 二噁英问题
二噁英是一类剧毒物质,其急性毒性相当于氰化钾的1000倍,大量的动物实验表明很低浓度的二噁英类就对动物表现出致死效应。二噁英类属于高度持久性化合物,对土壤和底泥具有强烈的亲和性,很容易在生物组织中积累。医疗及工业固体废弃物焚烧炉是主要的二噁英类排放源,国外
已经发生过多起强制关闭焚烧炉的事件。近年甚至在普通纸中发现微量的二噁英,一度引起恐慌。
要在常规焚烧炉系统中控制二噁英的排放,以下技术措施是必须的: a. 每台焚烧炉至少设置1套柴油燃油辅助燃烧系统;
b 使用技术成熟可靠的炉膛和炉排结构,使垃圾在焚烧炉中得以充分燃烧,以减少二噁英的浓度;
c 通过良好的燃烧控制,火焰中心烟气温度不低于1300℃,炉膛出口烟气温度不低于1150℃,烟气在炉膛的停留时间不少于2秒,炉膛出口O2浓度不少于6%,以上技术措施可使原生二噁英绝大部分得以分解; d. 尽量缩短烟气在处理和排放过程中处于300~700℃区域的时间,控制排烟温度不超过200℃。
5.3.2 重金属问题
重点是收集烟气中的飞灰粒子。
5.3.3 恶臭问题
严格控制整个湿污泥系统以及炉膛都处于可靠的负压状态,以保证处理现场无恶臭外溢,这需要增加相应的设备投资和精细的运行管理;同时燃烧室必须维持高温,炉膛出口烟气温度不低于850℃,以保证消除烟气的恶臭。
6. 中国宣纸集团公司中水污泥焚烧系统方案设计
6.1 基础数据
中国宣纸集团公司产出的中水污泥,经过现场勘查、取样、生产数据核实,通过数据汇总以及实验室分析,基础数据如下表:
中国宣纸集团公司中水污泥基础数据汇总表 样品说明: 4种样品,2008年5月8日取自现场: 1#样品:鲜湿中水污泥 2#样品:露天放置1周的中水污泥 3#样品:风干中水污泥 4#样品:石灰渣 1种样品,实验室制取: 5#样品:由1#样品制取的空气干燥基样品 序号 1 1#样品含水率 实验室:五个平行试样平均 2 2#样品含水率 实验室:五个平行试样平均 3 3#样品含水率 实验室:五个平行试样平均 4 5#样品:空气干燥基水分 实验室分析 12.3% 31.6% 65.1% 76.1% 名称 数据来源 数据