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特种压滤机系统污泥干化技术

浏览次数:69  更新时间:2018-03-20

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特种压滤机系统污泥干化技术

1、本技术在国内外的现状和发展趋势
目前污水处理厂各类污泥经普通脱水机脱水后的含水率大致为75%~85%。我国对污泥处理处置的总方针是减容、无害、资源化。欲达到这个要求,降低污泥的水份是关键。只有把污泥水分降至40~60%以下,诸多的资源化利用才有可能。但我国当前污泥干化市场要逾越含水40~60%这条“坎”困难重重。降低污泥水份目前的常规方法是:
(1) 机械脱水:目前市上常见的机械脱水有板框压滤机;离心脱水;带式压滤脱水;螺旋压榨脱水等。凡此几种类型,脱水后的污泥终端水份均在75%~85%左右的范围内,所以减容不彻底,对后道的资源化利用未具可能终端资源化利用未达要求。
(2)热力干化:市上所见方式诸多,例如回转套筒干化;立式回流干化;低温流化床;桨叶干化机;余热烟气干化等。但不管用何种形式,均是以热能去除水份而又不能破坏污泥中原赋热值,因此是以能量置换,是“以热换热”但其结果是“以大置小”,在现实应用中投资大,运行成本高。目前市上虽有应用,但只是无奈之举。
在污泥处理处置领域,美欣达集团不断开发和研究适合中国国情和节能减排环保政策的污泥处理新技术、新设备。
其中2006年引进了日本“桨叶式污泥干化技术”,在此基础上,2007年成功制造了第一代利用蒸汽为热源、日处理能力15吨的“转盘式高速离心薄层污泥干燥机”,应用于我公司印染污泥的干化处置,开始了我公司污泥干燥技术研发的起点,该设备主要是用于工业污水厂的污泥干化系统。
在此基础上,2007年美欣达集团又引进了欧洲污泥珍珠工艺干化技术原理,研制开发了拥有自主知识产权的第二代利用导热油间接加热的立式多盘污泥干燥机,并在我公司内建立立了日处理能力25吨的污泥干化系统。
第一代的利用蒸汽为热源 “转盘式高速离心薄层污泥干燥机”和第二代的利用导热油为热源的“立式多盘污泥干燥机”都需要外部热源和尾气处理系统,因此处理成本较高,难以企业化运行。
为寻求一种低成本、高效率的符合国家循环经济要求的污泥处理处置技术方案,尽快解决污泥所带来的环保问题,2008年,美欣达集团浙江旺能环保股份有限公司环境产业研究所在多年污泥干化处置研究的基础上,自主开发了适合中国国情和节能减排环保政策的第三代污泥处置新技术——污泥化学改性加特种压滤系统集成常温干化技术,污泥通过加药改性和机械压滤方式把污泥含水率从80%左右降低至50%以下,再经24~48小时自然风干后含水率已降低至20%左右甚至10%以下,干化后将此送至燃煤电厂或垃圾电厂与燃煤或生活垃圾混合焚烧发电,实现了污泥的减量化、无害化和资源化,现已在美欣达工业园内建立了日处理30吨污泥干化处置生产线的示范工程,经过一年多的调试,各项指标均达到设计效果,于2009年9月份已正式投入正常运行。
2009年9月份投入正常运行以来,每天正常处理25~30吨含水率80%左右的我公司印染污泥,干化后的污泥送至我公司燃煤电厂与燃煤混合焚烧发电,实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化,并最终实现能源和资源化。
为了保证该国际先进技术和国内领先水平技术能向浙江省乃至全国推广运用,利用我公司现有条件在美欣达工业园内建立一套大型污泥处置示范工程项目,2009年12月在美欣达工业园兴建了日处理200吨污泥处置示范项目,负责处理湖州市城区范围内的污泥处置项目,2010年二月初,又承接了河南省许昌市的日处理150吨的污泥处置项目。
自建立了日处理30吨污泥干化处置生产线的示范工程正常运行以来,我公司接待了多批前来考察洽谈污泥处置项目的省内外客户,呈现出强烈的市场需求。
1)污泥化学改性特种压滤常温干化集成新技术的产生及技术特征:
该技术的主要特征是:从药剂、机械匹配等方面进行了深入研究,从污泥中水的结构特点入手,通过化学改性改变污泥中水的性质加特种压滤系统集成常温干化技术,即不依赖任何外界热能等条件,仅通过加药改性和机械压滤方式把污泥含水率从80~93%左右一次性降低至50%以下,再经24~72小时自然风干后含水率可降低至20~30%左右。
污泥化学改性特种压滤常温干化集成技术是一项化学和物理两种学科的交错;是工艺技术和机械匹配的结合;是不同污泥物性和药剂对应的集成。我公司是在以前处理处置污泥的工程经验基础上,深究源头从机理、药剂、机械进行匹配,并对工程实施进行了组合集成,构成了一套可操作性的工程技术模式。我们认为此条技术路线有可能会成为今后我国污泥处理处置的市场主流。对此,我公司祈诚地向市场作出推荐。
2、本技术和工艺特点及主要工艺设备:
污泥化学改性特种压滤常温干化集成技术工艺及设备与通常的热干化法相比,在投资和运行成本上更具竞争优势,市场前景广阔,将广泛地应用于污水厂现有污泥脱水设施的改建、扩建及新建污水厂的污泥脱水,无疑将改变现有的常规脱水工艺及设备、热干化处理等污泥处理处置市场格局,引领国内污泥脱水处理行业发展。
污泥化学改性特种压滤常温干化集成技术从污泥含水分的赋存状况入手,根据物化特性分段对应,按其物性技术进行嫁接的创新特点,而且工艺简单、操作方便、费用低廉、成果有效,具有经济实用性:
1)通过加药改性和机械压滤方式,使污泥含水率从80%左右降低至50%以下,再经24~48小时自然风干后含水率已降低至20~30%左右;
2)加药药剂不改变污泥的有机质,干化后的污泥热值在600~1500Kcal,可作为低热值燃料;
3)对污泥中的蛔虫卵、粪大肠菌群、重金属有去除作用,蛔虫卵、粪大肠菌群等病原体去除率达90%以,重金属的去除率达60%以上,部分重金属的去除率达90%以上;
4)干化后的污泥泥质达到污泥土地利用(农用、园林绿化、土地改良)标准、填埋标准中的泥质要求;
5)干化后的污泥抗压强度好,透气性优良,雨水浸泡难溶蚀,确保不会产生二次污泥化,遇水溶解率小于5%;
因此,该污泥处置新技术——污泥化学改性加特种压滤系统集成常温干化技术,有着显著的社会和经济效益:一是在解决了污泥所带来的环保问题的同时通过技术进步,节约了土地资源;二是改善了周边的生态环境,促进了本地区相关产业的发展,特别是印染行业的发展,该技术顺应了政策需求,具有很强的可操作性。
污泥化学改性特种压滤常温干化集成技术工艺流程框图如下:
 
含水80%左右污泥
污泥改性系统
机械脱水系统
含水40%以下泥饼
资源化利用
改性剂制备室
压滤水进污水处理厂管网
热电厂混烧
垃圾填埋场作覆盖土
制砖
单独焚烧
深加工利用
 
污泥改性、干化工艺流程图
主要技术关键:
(1)污泥化学改性
污泥中所含水分大致分为四类:颗粒间的空隙水,约占污泥水分的70%;毛细水,污泥颗粒间的毛细管水,约占20%;颗粒的吸附水及颗粒内部水约占10%,污泥脱水的对象是颗粒间的间隙水,如图:
 
                              
    污泥脱水的难易除与水分在污泥中的存在形式有关外,还与污泥颗粒的大小,污泥比阻和有机物含量有关,污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大,其脱水的难度就越大。
    污泥之所以含有大量的水份除了间隙水外,另有很大一部分是由于其颗粒表面特性和污泥团的结构所决定的。污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水率。这些污泥颗粒组成了污泥团,形成许许多多的毛细孔道,污泥颗粒表面所持的水和毛细孔道中的水都为结合水,这种束缚水是不能用单纯的机械法除掉。所以本技术的关键就是采用化学和物理的综合方法对污泥进行改性,使其颗粒表面的水和毛细孔道中的束缚水使其成为自由水,只有这样才有可能通过特种机械压滤排出。
药剂使污泥改性要有一定条件,否则难以达到改性的效果,同时自由水的压滤也决不是常规意义上的压滤,对这种特定条件下的自由水排出,也需要一个特定的脱水机构。
(2)机械脱水
改性后的污泥再以高压泵送至本污泥脱水机,本污泥脱水机外形类似普通的板框压滤机,高压泵以0.6~1.0MPa的输送压力将改性后的污泥送入本污泥脱水机的多块滤板之间的空隙内,因有0.6~1.0MPa的输送压力,在高压泵污泥输送至滤板之间的空隙内过程中,即有部分水分被滤出,当高压泵的输送压力逐步升高至最高压力1.0MPa时,表明本污泥脱水机的多块滤板之间的空隙内都充满了污泥,即高压泵已不能再将污泥输送至滤板之间的空隙内,此时,停止高压泵的运行,并关闭本污泥脱水机的进泥阀门,启动本污泥脱水机的高压油泵,由高压油泵提供25~30MPa的压力通过压缩弹簧推动滤板移动压缩滤板之间空隙内的污泥,使滤板之间空隙内的污泥再次压滤,得到含水率为45%以下的半干泥饼。
主要工艺设备:
污泥化学改性特种压滤常温干化集成技术主要由:湿污泥储仓、湿污泥输送系统、污泥改性系统、污泥机械脱水系统、半干污泥储仓、半干污泥输送系统、废水处理排放系统等组成,一般分为主机系统、辅机系统、)配套工程、厂房土建等四大部分。
(1)主机系统:
污泥改性机、特种钢制板框压滤机、药剂储备罐、自动加药装置、改性后污泥储存罐等
(2)辅机系统:
原污泥储存罐、原污泥螺旋输送机、半干污泥皮带输送机、空压机及储气罐、各类污泥输送泵等
(3)配套工程:
配电系统(动力柜、电缆)、管道、阀门、自动控制系统、给排水系统等
3.主要技术经济指标或设计参数;
1)通过加药改性和机械压滤方式,使污泥含水率从80%左右降低至50%以下;
2)加药药剂不改变污泥的有机质,干化后的污泥热值在600~1500Kcal,可作为低热值燃料;
3)对污泥中的蛔虫卵、粪大肠菌群、重金属有去除作用,蛔虫卵、粪大肠菌群等病原体去除率达90%以,重金属的去除率达40~60%以上,部分重金属的去除率达90%以上;
4)干化后的污泥泥质达到污泥土地利用(农用、园林绿化、土地改良)标准、填埋标准中的泥质要求;
5)干化后的污泥抗压强度好,透气性优良,雨水浸泡难溶蚀,确保不会产生二次污泥化,遇水溶解率小于5%;
4.技术先进性、经济性分析;
污泥中含有大量病原菌、寄生虫(卵),铜、锌、镉、汞等重金属盐类以及多氯联苯等难降解有毒有害物。同时,由于污泥中含有大量的蛋白质、脂肪及其它碳水化合物等高浓度有机物,导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差,进而影响到污泥堆肥、焚烧或填埋等后续处理处置。我们认为目前污泥处理的主要目标是达到稳定化和无害化。一般污泥处理技术无论是脱水还是进行消化抑或直接处理都面临效率低、能耗高的难题。因此,如何改变污泥的胶体结构是污泥处理处置技术的关键。
1)泥中的胶体结构因加药发生化学反应,在胶核上形成结晶和长大,吸附水转化为结晶结构水。
2)粒的排列呈近程有序,远程有序,形成规则的周期性的原子或分子排布,水在结构中将以OH-或H+形成结构排布,胶核即成为结晶体的晶核。
3)结晶结构形成后即实现了生活污水污泥的固态化。这种固态化的过程是不可逆的过程从而保证了改性后污泥不致二次污泥化。
4)污泥形成晶体结构后,其所含水分可被迅速分离蒸发。
本技术中的改性剂与污泥进行反应后对有机物的降解和减少臭气浓度有显著的效果:
1)改变了污泥的显微结构,使泥质具有呼吸性。从而改变了污泥的降解过程,污泥的降解由厌氧过程转变为好氧过程。
2)污泥中的臭气源如硫化氢、硫醇类、有机硫及含氮物质与改性剂反应,大大减轻了臭气的产生。
3)污泥中的病菌、寄生虫卵、病毒等也因污泥呼吸性、PH值及泥质结构的改变和无机质的包覆而失活。
  本技术中的改性剂对污泥中部分重金属有稳定化的作用:
1)该改性剂的活性成份与污泥中的某些重金属离子发生化学反应,形成稳定的不溶于水的化合物。
2)污泥中的部分重金属离子在结晶化过程中,形成稳定的晶体结构的一部分,从而减少了重金属离子游离出来造成二次污染。
改性的污泥抗压强度好,透气性优良,雨水浸泡难溶蚀。改性污泥熟化后,实现土壤化,稳定化,无害化,确保不会产生二次污泥化。改性后的污泥可用于填埋土、填埋覆盖土、路基土、填海土等,最终实现资源化的目标。
5、经济、社会效益分析;
本项目的关键技术均为我公司课题组成员单位自主研发,关键技术均进行过小试的可行性验证,尤其是基于微絮体界面改性的污泥深度脱水技术已在湖州地区进行了 200t/d 的工程示范,近期在河南省许昌市承建了150t/d 的项目工程,而且项目前期在污泥处理与处置、固废处理与资源化、环保脱水设备的研制和应用、水污染控制工程的设计与工程实施等方面都有很好的研究和工程实施基础,因而具备经济可行性。本项目技术及设备研发过程中,在材料应用、设备维修运行、耗能等方面充分考虑经济合理性。
采用本项技术处理污泥,与国际通用干化焚烧技术相比投资可减少70%,运行成本减少60%,每吨污泥可节煤200Kg,同时可减排300KgCO2。
社会效益:

      本项目研究开发的技术投资少,仅为目前国内外投资的五分之一到三分之一,运行成本低,可降低污泥的处置费,使污水处理单位减少运行费用;污泥脱水干化可实现污泥大幅度减量化,降低污泥总量,从而减少后续处置过程的占地、运费等;污泥含水率降低可增加干泥的净热值,焚烧时的热值有富余,不但不需额外补加燃料,而且焚烧时能量可净输出,每吨干泥焚烧热值相当于200~300kg电煤,使污泥变废为宝。


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