產(chǎn)品分類(lèi)
1、背景介紹
伴隨我國城市污水處理率迅速提高,污泥產(chǎn)生量將不可避免地相應增長(cháng),消納問(wèn)題日益突出,亟待解決。
污泥具有含水率高、體積龐大、性質(zhì)復雜、難以處理的特點(diǎn),在當下的處置工藝有不同的制約:
綜合比較分析上述污泥處理與處置技術(shù)系統在實(shí)際應用中所遇到的困難, 不難看出污泥的含水率是關(guān)鍵的影響因素。因此,降低污泥含水率是解決目前在污泥處理所遇到問(wèn)題的關(guān)鍵。
要達到對污泥的深度脫水,比較經(jīng)濟的方法是引入化工操作中常用的熱干燥技術(shù)。早在上世紀中期,日本和歐美就已經(jīng)用干燥器來(lái)干燥污泥。采用熱干化技術(shù)符合污泥“三化”要求:
減量化——干化可以使污泥大幅度縮減體積和質(zhì)量(可減少90%以上)。便于運輸和處置;
無(wú)害化——污泥進(jìn)行了巴氏消毒,完全消除了病原體,干燥污泥性狀安全衛生;
資源化——干燥后的污泥顆??勺鳛榉柿?、土壤改良劑、燃料或建材化原材料等。
2、熱干化基本原理
污泥熱干化是指利用熱能,將脫水污泥加溫干化,使之成為干化產(chǎn)品。通常指利用熱能使物料中的濕份汽化,并將產(chǎn)生的蒸汽排除的過(guò)程。其本質(zhì)是被除去的濕份從固相轉移到氣相,固相為被干化的物料,氣相為干化介質(zhì)。
干化的機理可分為蒸發(fā)過(guò)程和擴散過(guò)程:1)蒸發(fā)過(guò)程:物料表面的水分汽化,由于物料表面的水蒸氣壓低于介質(zhì)(氣體)中的水蒸氣分壓,水分從物料表面移入介質(zhì)。2)擴散過(guò)程:是與汽化密切相關(guān)的傳質(zhì)過(guò)程。當物料表面水分被蒸發(fā)掉,形成物料表面的濕度低于物料內部濕度,此時(shí),需要熱量的推動(dòng)力將水分從內部轉移到表面。上述兩個(gè)過(guò)程的持續、交替進(jìn)行,最終達到干化的目的。
因水分在污泥中的存在形態(tài)不同,在干化過(guò)程的去除速率也不同
自由水分:蒸發(fā)速率恒定時(shí)去除的水分。
間隙水分:蒸發(fā)速率第一次下降時(shí)期所去除的水分。通常指存在于泥餅顆粒間的毛細管中的水分。
表面水分:蒸發(fā)速率第二次下降時(shí)期所去除的水分。通常指吸附或黏附于固體表面的水分。
結合水分:在該干燥過(guò)程中不能被去除的水分。這部分水一般以化學(xué)力與固體顆粒相結合。
3、污泥熱干化設備分類(lèi)及原理
干化設備傳遞熱能的方式有直接加熱和間接加熱2種,又稱(chēng)為對流式加熱和熱傳導式(接觸式)加熱。
3.1 熱干化設備分類(lèi)
按傳質(zhì)方式可分為直接加熱、間接加熱、直接和間接聯(lián)合加熱三類(lèi)。
a.直接加熱干化設備
直接干化的實(shí)質(zhì)是對流干燥技術(shù)的運用,即將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接進(jìn)行接觸混合,使污泥得以加熱,水分得以蒸發(fā)并最終得到干污泥產(chǎn)品。常用設備轉筒式等。
b.間接加熱干化設備
間接干燥實(shí)質(zhì)上就是傳導干燥,即將燃燒爐產(chǎn)生的熱氣通過(guò)蒸汽、熱油介質(zhì)傳遞,加熱器壁,從而使器壁另一側的濕污泥受熱、水分蒸發(fā)而加以去除。常用設備圓盤(pán)式等。
c.直接-間接加熱聯(lián)合干化設備
直接—間接聯(lián)合式干燥系統則是對流—傳導技術(shù)的整合。常用設備流化床等。
3.2 熱干化設備(系統)生產(chǎn)能力表示
1.蒸發(fā)量表示:濕物料被干燥后成為干物料時(shí),從濕物料中去除的水分量。
E=D(1/di-1/do)
式中:
E—為蒸發(fā)量,單位時(shí)間內蒸發(fā)的水的質(zhì)量,kgH2O/h;
D—為污泥干重,kg;di—為進(jìn)入干燥設備的污泥的初始含固率,%TS;
do—為排出干燥設備的污泥的初始含固率,%TS。
2.生產(chǎn)量表示:每天生產(chǎn)處理多少?lài)崫裎勰唷?/span>
3.比蒸發(fā)速率(SER)表示:用于間接干燥器。
SER=E/S
式中:
SER—為單位時(shí)間單位熱表面上蒸發(fā)的蒸汽的量,kg/(m2.h);
E—為系統的總蒸發(fā)量,單位時(shí)間干化設備蒸發(fā)的蒸汽的量,kg/h;
S—為間接干燥器的熱表面積,m2
3.3 設備性能評價(jià)指標
干化設備單位耗熱量(STR):
STR=QT/E
式中:
QT—干化系統所需的總熱能,kal/h;
E—干化設備的蒸發(fā)量,kg/h
4、污泥干化技術(shù)的要點(diǎn)及要求
設計或選擇污泥干燥設備應重點(diǎn)考察以下幾個(gè)方面:能耗、安全性、環(huán)境友好、適應性。
4.1 能耗
按照我國的能源價(jià)格,熱能的支出將占到一個(gè)標準干化系統運行成本的80%以上。因此,熱能損耗的研究是對干化系統進(jìn)行考評的重中之重。
干化意味著(zhù)水的蒸發(fā),水分從環(huán)境溫度(假設20度)升溫至沸點(diǎn)(約100度),每升水需要吸收大約80大卡的熱量,之后從液相轉變?yōu)闅庀?,需要吸收大量的熱量,每升水大約539大卡(環(huán)境壓力下)。兩者之和,相當于620大卡/升水蒸發(fā)量的熱能,幾乎可以說(shuō)是所有干化系統必須付出的“基本熱能”代價(jià)。
然而,根據干化對象的性質(zhì),這一“基本熱能”之外還會(huì )產(chǎn)生一定的消耗,這主要是工藝及其相關(guān)條件造成的。這些工藝相關(guān)條件可以概括為三大類(lèi):
減少熱損失原則:優(yōu)化熱源、換熱器選擇和組合,縮短傳輸距離,加強保溫。
物料:
工藝:
4.2 安全性
4.3 環(huán)境友好
4.4 適應性
5、污泥干化技術(shù)展望
以上三個(gè)方面條件的不同,就形成了干化系統在能耗方面的差別。這一差別有時(shí)是如此之大,不經(jīng)分析是很難判斷一個(gè)干化系統的實(shí)際運行效果的。
熱源:
加熱方式不同,熱損失不同。無(wú)論是熱傳導還是熱對流,通過(guò)熱交換器的換熱均形成一定的熱損失,一般來(lái)說(shuō)在8~15%之間。這部分的熱損失很難再降低。涉及熱源的傳輸、存儲的一些關(guān)鍵條件,如管線(xiàn)的大小、輸送距離、壓力、保溫條件、環(huán)境溫度等,都會(huì )對熱源利用的最終效率起到重要影響。
減少熱損失原則:優(yōu)化熱源、換熱器選擇和組合,縮短傳輸距離,加強保溫。
物料:
包括污泥的粒度、粘度、污染物含量和含水率等。穩定的污泥含水率,在干燥過(guò)程較好的攪拌、粉碎工藝,都能減少熱損耗。此外,干燥水蒸汽和工藝氣體經(jīng)洗滌后分離,洗滌前后氣體的溫差大小,以及氣量本身的大小,決定了干燥系統的熱損失。
減少熱損失原則:合理降低最終產(chǎn)品含固率(使之優(yōu)化適應最終處置要求),改善冷凝條件(如減少氣量、分步冷凝降低干燥蒸汽溫度等)。
工藝:
從工藝角度了解干化在能耗方面的特點(diǎn),就是研究干化系統的干化效率。
熱傳導:含水率較高時(shí)熱傳導的干化效率較高,而要將最后的20~30%水分去除,則顯得力不從心,據研究半干化的升水蒸發(fā)量熱能凈耗一般要低于全干化20~30大卡。
熱對流:由于大量氣體能夠與已經(jīng)失去表面水的顆粒緊密接觸,在其周?chē)纬煞€定的汽化條件,為濕分在給定的傳質(zhì)條件下能夠持續進(jìn)行提供了極好的條件,因此熱對流方式對于含水率小于50%的污泥干燥效率更高。
兩種干燥方式的傳熱效率的差別受濕物料本身的性質(zhì)和攪拌、混合狀態(tài)影響至巨。
減少熱損失原則:減少工藝步驟、縮短工藝路線(xiàn),優(yōu)化運行參數以提高干燥效率。
4.2 安全性
對工藝安全性具有重要影響的要素包括:粉塵濃度 、工藝允許的最高含氧量、溫度(點(diǎn)燃能量)、濕度(氣體的濕度和物料的濕度對提高粉塵爆炸下限具有重要影響)
目前常采用的控制措施:
1 控制粉塵濃度:熱傳導工藝較熱對流工藝氣體量小,粉塵濃度低,污泥溫度低,氧氣含量小。對流式干燥系統一般是閉環(huán)回路:氣體進(jìn)入干燥器前通過(guò)冷卻水洗滌降低粉塵濃度。
2 控制含氧量:實(shí)時(shí)監控干燥器內氧氣濃度,自動(dòng)采取措施控制氧氣濃度在合理范圍。
4.3 環(huán)境友好
避免大量污染氣體釋放或/和臭氣外逸,造成二次污染。
措施:采用間接加熱或/和閉路循環(huán),將必須外排的廢氣量和氣載污染物量降到最??;控制干燥溫度,降低有毒有害氣體的揮發(fā)量;對排出氣體進(jìn)行必要處理。
4.4 適應性
污泥干燥產(chǎn)品要求:不同干燥產(chǎn)品對污泥最終含水率要求不同,污泥干燥設備要盡可能能夠適應不同干燥含水率產(chǎn)品要求。
初始含水率要求:含水率因污泥來(lái)源不同(可能來(lái)自幾個(gè)不同的污水處理廠(chǎng))、脫水機的運行情況(機械故障、機械效率降低、更換絮凝劑或改變添加量)等原因導致進(jìn)料含水率出現波動(dòng)。污泥干燥工藝應能適應進(jìn)料含水率的變化。
5、污泥干化技術(shù)展望
污泥干化技術(shù)脫胎于化工行業(yè)的干燥工藝,其采用的仍是幾十年前的傳統干燥技術(shù),只不過(guò)經(jīng)過(guò)一定的改造,以使之更適應污泥這種物料。在污泥干化領(lǐng)域,仍不斷有新的技術(shù)出現,但是在近期內發(fā)現一種更好的、革命性的技術(shù)來(lái)代替一切,其可能性很小。
對干化技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化努力,應研發(fā)針對性干化設備,充分考慮污泥的特性,并以提高安全性和熱效率為目標。
考慮到污泥干化完全是污水處理的延伸,我國乃至世界水環(huán)境的治理仍處于剛剛起步階段,因此其前景非常廣闊,所有的新技術(shù)、新工藝都將有一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。
考慮到污泥干化完全是污水處理的延伸,我國乃至世界水環(huán)境的治理仍處于剛剛起步階段,因此其前景非常廣闊,所有的新技術(shù)、新工藝都將有一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。
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