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1、污泥浓缩:污水处理厂含水率97%的脱水污泥通过泵输送至调质池中,添加药剂后,经叠罗浓缩机浓缩到含水率95%的泥浆。
2、污泥调质:调配好的污泥通过泵送至污泥调理罐,加入药剂后进行搅拌调理,使污泥的细胞壁破坏,便于后续挤压脱水。
3、板框脱水:调理后的污泥送入板框机进行固液分离,污泥含水率降至60%左右。
4、热力干化:板框脱水后的60%的泥饼送入污泥干燥机,在干燥机内与碳化炉排出的余热烟气接触,加热蒸发水分,将含水率60%左右的污泥干燥至含水率20%以下。
在此环节,也可利用蒸汽余热锅炉,吸收碳化炉排出的热烟气产生蒸汽,送入污泥蒸汽干化机,与污泥间接接触蒸发脱水。
5、热解炭化:含水率20%左右的污泥,输送进入连续式绝氧热解碳化炉,与热烟气间接加热发生热解碳化反应,产生污泥炭排出经冷却后,送至炭渣储存仓。碳化产生的热解气进入热解气燃烧系统燃烧。
6、热解气燃烧:由碳化炉产生的热解气,进入热解气燃烧装置,产生800~900℃的烟气,返回碳化炉,为热解碳化提供热量。污泥热值较低时导致热解气热量不足时,由天然气补充提供。
7、热量的梯级利用:为了充分回收热量,热解炭化炉产生的热解气燃烧后,产生900℃左右的热烟气,热烟气首先进入热解炉,提供热解所需热量,从热解炉出来的烟气温度为600℃左右,为脱水泥饼的热力干燥提供热量,干燥后烟气温度降至120℃后进入烟气处理系统。
8、烟气处理系统:热解气和天然气燃烧过程中,会产生氮氧化物和二氧化硫等污染物。烟气通过脱硝、脱硫、除尘等工艺处理后达标排放。
03 工艺优势
1、占地小
采用热化学处理技术,与其它非热化学处理技术如堆肥等相比,具有处理速度快、处理周期短,设备处理量大,占地面积小等优势。
2、减量化显著
减量化彻底,一次性减少污泥体积和总量90%以上。
3、无害化彻底
热解炭化处理后可实现100%杀灭各种有害病原菌,并彻底消解抗生素。
4、能耗低
污泥中的热值通过梯级利用的方式,得到最大程度的利用,大大降低了能耗成本。
5、清洁燃烧
燃烧的为热解过程产生的合成气体,为清洁燃烧。
6、重金属固化不再释放
热解炭化过程使污泥中重金属存在形态变得更加稳定、不会在后续利用中再释放、无害且有广泛的用途。
7、不受季节影响
该系统采用机械脱水和热力干燥,在冬季低温下和夏季高温下均能稳定运行,不受季节和气温的影响。
8、产物可安全利用
污泥热解炭化的产物为污泥生物炭,含水率极低,性质稳定,送至热电厂作为辅助燃料或作为园林改良土使用,符合循环经济的发展思路。
04 典型案例分析
1、项目简介
山东省青岛市即墨300t/d市政污泥热解炭化项目,位于青岛市即墨区即墨污水处理厂院内,设计日处理污泥300吨/天,消纳处理即发污水处理厂内产生的污泥。
项目采用污泥调理+板框脱水+热力干化+热解炭化+尾气处理的工艺路线,建设有4套板框脱水系统,2条污泥干化碳化生产线。运行数据显示,污泥减量化程度达到90%以上,处理后的污泥炭渣作为建材原料在当地消纳使用。
该项目已于2019年建成投产,稳定运行,解决了即墨区污泥出路问题,可为国内污泥热解碳化处置项目提供参考。
2、项目安全性设计
1)干化单元安全性设计
本项目污泥干化热烟气直接换热干化的方式。进入污泥脱水后含水率60%左右,含湿量大。污泥进入干燥机,在干燥机内高速旋转的破碎装置作用下,与污泥与烟气进行快速降温蒸发过程,在干燥过程中,污泥温度低于100℃,烟气含氧量低,安全可靠。
2)热解碳化单元安全性设计
干燥后的污泥(含水率20%以下)进入碳化炉后,被烟气炉产生的烟气间接加热,热烟气不与污泥直接接触,污泥处于绝氧状态,整个系统处于微负压状态,通过氮气密封系统实现和外部氧气的隔绝,将污泥转化为污泥炭,实现安全运行。
具体安全设计如下:
①热烟气与污泥间接接触,不直接接触,确保安全。
②污泥碳化采用多重组合密封,包括启动、停机和运行过程中的充氮保护,确保污泥热解过程处于绝氧环境,确保运行安全性。
③污泥碳化炉内为微负压,同时又有多重密封保护,避免了热解气外溢和空气进入,确保了安全性。
3)热解气燃烧单元安全性设计
①热解气燃烧炉采用负压设计,避免烟气外溢,实现安全和环保。
②天然气作为热解气稳燃火炬,持续为热解气的燃烧提供点火能量,保证热解气及时着火燃尽;
③热解气燃烧炉内采用蓄热结构,高温蓄热材料在燃烧过程中保持在800~1000℃,当热解气热值和成分波动时,蓄热结构能保证热解气稳定着火燃烧;热风炉设置燃烧摄像头和等离子火焰监测,准确监控燃烧状况。
上述设计确保了污泥在干化及热解碳化过程的安全性,实现安全稳定运行。
3、污泥重金属固化效果分析
污泥炭产物的安全性是本技术的优势,对于本项目产生的污泥生物炭样品,按照《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别GB 5085.3-2007》进行重金属浸出毒性测试,测试结果如表2所示。
从表2的测试结果来看,所有的重金属经过热解碳化处理后,其重金属的生物毒性降低到很低的水准,远远优于标准限值的要求。
这意味着污泥生物炭产品在进入自然界中,其中的重金属不再会对生物链造成危害,是可以安全利用的。
05 总结
1、污泥调理脱水、热力强化干化、连续绝氧热解碳化技术的集成应用,具有能量利用效率高、减量化彻底、排放环保、污泥炭安全利用等优点,成为污泥处置领域的优选技术。
2、污泥连续绝氧热解碳化技术,采用中温热解工艺,将污泥在绝氧条件下间接加热,产生的热解气高温条件下低氮燃烧,符合850℃燃烧2s以上的条件,实现清洁燃气的燃烧,从源头上抑制了二噁英的产生,环保排放优良。
3、采用热力干化耦合绝氧连续热解碳化技术,凭借环保方面的巨大优势,不易产生邻避效应,选址落地更加容易,是市政污泥处理处置的发展趋势和方向。
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