淺析污泥干燥技術(shù)在某煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
眾所周知，國內(nèi)煤化工項(xiàng)目方興未艾，成為國家重要的能源技術(shù)儲(chǔ)備。煤制烯烴項(xiàng)目作為煤化工的一個(gè)重要分支，也越來越被重視和推廣。煤制烯烴項(xiàng)目產(chǎn)生的汽化污水、MTO污水等可生化性較高，采用生化方法進(jìn)行處理，生化系統(tǒng)運(yùn)行中需要定期排放剩余污泥，這部分生化剩余污泥中含有多種重金屬、微生物、難降解有機(jī)物等物質(zhì)，組分復(fù)雜，暫屬于危險(xiǎn)廢棄物，處理和處置方案技術(shù)復(fù)雜。
目前，業(yè)界處理生化污泥的技術(shù)主要有3種：
（1）帶式壓濾技術(shù)，采用的工藝為重力濃縮，然后進(jìn)入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，分離液循環(huán)處理，壓濾后的泥餅外運(yùn)送第三方處理，此工藝較為簡單，投資較小，但帶式壓濾機(jī)與外界環(huán)境沒有隔斷，操作環(huán)境惡劣，有一些揮發(fā)組分和有毒有害氣體逸散，氣味較大，對(duì)操作人員身心健康有潛在影響。壓濾機(jī)脫水效果較差，分離后泥餅的含水率約為85%以上，導(dǎo)致污泥量較大，轉(zhuǎn)運(yùn)及處理費(fèi)用很高。
（2）離心脫水技術(shù)，采用的工藝為重力濃縮，然后進(jìn)入離心脫水機(jī)進(jìn)行離心脫水，分離液循環(huán)處理，脫水后的泥餅外運(yùn)送第三方處理，此工藝較為簡單，投資不高，因離心機(jī)為全密閉環(huán)境，操作環(huán)境較好，離心機(jī)脫水效果一般，分離后泥餅的含水率約為80%以上，導(dǎo)致污泥量較大，轉(zhuǎn)運(yùn)及處理費(fèi)用較高。
（3）焚燒技術(shù)，脫水處理采用前面兩種技術(shù)中的一種，脫水后的泥餅直接送入自建的焚燒爐進(jìn)行無害化、減量化處理，此工藝較為復(fù)雜，投資很高，因消耗一定的燃料氣及其他公用工程介質(zhì)，運(yùn)行成本較高，危害的焚燒條件較為苛刻，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求較高，存在一定的環(huán)保壓力。
針對(duì)煤制烯烴項(xiàng)目的生化系統(tǒng)副產(chǎn)物剩余生化污泥，考慮到投資成本及運(yùn)行成本，很多企業(yè)處理危廢污泥的方法都是簡單脫水后外送至危廢處理中心進(jìn)行集中處理，簡單的脫水后的污泥存在以下問題：
（1）其中含水率高導(dǎo)致送危廢中心進(jìn)行處理需要支付高額的再處理費(fèi)用，處理成本已成為國內(nèi)煤化工及化工企業(yè)污水處理的瓶頸。
（2）含水率高，導(dǎo)致產(chǎn)生的污泥量大，很多老企業(yè)有自建危廢堆場(chǎng)臨時(shí)儲(chǔ)存，有潛在的環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。
1 目前國內(nèi)行業(yè)通用的處理方式
據(jù)了解，目前國內(nèi)對(duì)石油化工、煤化工生化污泥的處理方法基本上是進(jìn)行濃縮然后進(jìn)脫水機(jī)脫水，脫水后的污泥運(yùn)送至有資質(zhì)的填埋場(chǎng)填埋處理或焚燒處理，由于投資及運(yùn)行成本的考慮，企業(yè)一般不再進(jìn)行深度處理，目前污泥脫水方式傾向于離心脫水。
典型的處理工藝為：重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水。處理流程為污水生化裝置的一些污泥，包括隔油池底泥、渦凹?xì)飧?、溶氣氣浮浮渣、生化池剩余污泥、調(diào)節(jié)罐底泥等分別泵送至污泥處理系統(tǒng)的污泥濃縮池進(jìn)行重力濃縮，可將含水率99%的污泥濃縮到含水率98.5%，濃縮后的污泥自流到污泥調(diào)配池，在污泥調(diào)配池底部進(jìn)行曝氣鼓風(fēng)，使池內(nèi)污泥能夠更加均質(zhì)，保證離心脫水機(jī)進(jìn)料的均勻性、穩(wěn)定性。污泥調(diào)配池出口接螺桿泵，將污泥泵送至臥螺離心脫水機(jī)，通過離心脫水后能將出泥含水率降至80%，有效減少了污泥的質(zhì)量。
2 某煤化工項(xiàng)目污泥干燥技術(shù)的應(yīng)用
某煤化工項(xiàng)目經(jīng)過行業(yè)調(diào)研，選擇了剩余生化污泥的深度處理工藝，其包括兩部分：第一部分是污泥離心脫水系統(tǒng)；第二部分是污泥干燥處理系統(tǒng)。
處理工藝為：重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水+污泥干燥。也就是在傳統(tǒng)的工藝上又增加了污泥干燥系統(tǒng)。脫水后的污泥進(jìn)入到污泥干燥系統(tǒng)，脫水污泥經(jīng)過干燥單元處理后，含水率由80%降到30%，干燥機(jī)產(chǎn)泥量為進(jìn)泥量的五分之一。干燥單元采用工廠富余的低壓蒸汽作為換熱熱源，與濕污泥在干燥器內(nèi)間接換熱，經(jīng)過干燥換熱后，蒸汽變成冷凝液回收。污泥中的水分被蒸發(fā)抽走送至廢氣處理系統(tǒng)。污泥干燥單元產(chǎn)生的干燥污泥經(jīng)收集后定期送當(dāng)?shù)匚U中心進(jìn)行無害化處理。
2.1 干燥裝置組成
2.1.1 核心設(shè)備
該煤化工項(xiàng)目污泥干化技術(shù)采用國外某公司專有的臥式薄層一段法污泥干化工藝，干化工藝核心設(shè)備為國外某公司生產(chǎn)的臥式薄層機(jī)。
2.1.2 核心設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
臥式薄層干化機(jī)主要由外殼，轉(zhuǎn)子&葉片，驅(qū)動(dòng)裝置三大部分組成，外殼為壓力容器，其殼體夾套間可注入蒸汽或?qū)嵊妥鳛槲勰喔稍锕に嚨臒崦?，材質(zhì)為歐標(biāo)的耐高溫鍋爐鋼；內(nèi)筒壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積及形成污泥薄層的載體，材質(zhì)有多種材料可選，其中Naxtra-700高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼覆層材料廣泛適用于市政/化工行業(yè)污泥、防腐，耐磨性優(yōu)于其他材料；轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉(zhuǎn)子在受熱的同時(shí)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生撓度，始終使葉片與內(nèi)筒壁的距離保持5～10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)及葉片的涂布下，進(jìn)入干化機(jī)的污泥會(huì)均勻的在內(nèi)壁上形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進(jìn)的過程中，不斷地被干燥。
2.1.3 配套設(shè)備
除了核心設(shè)備之外，干化系統(tǒng)還包括濕污泥緩存料倉，濕污泥進(jìn)料泵，干污泥冷卻器，卸料器，干污泥輸送機(jī)械（螺旋/皮帶/鏈板），干污泥存儲(chǔ)料倉，以及尾氣冷凝所需要的冷凝器，除霧器和流程風(fēng)機(jī)，儀器儀表閥門及PLC、MCC等控制系統(tǒng)。其中卸料器、流程風(fēng)機(jī)使用進(jìn)口設(shè)備。
2.2 干化工藝介紹
2.2.1 干化機(jī)技術(shù)及工藝
臥式薄層干化是一種純間接污泥干化工藝，依靠污泥中是水分蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)干化系統(tǒng)的自惰性化，同時(shí)采用四種安全措施，分別是氮?dú)?、低壓蒸汽、噴淋水、爆破膜，保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行；其中，一段法工藝是臥式薄層干化機(jī)較具代表性的應(yīng)用，特點(diǎn)是流程短，設(shè)備數(shù)量少，污泥干化速度快，安全，穩(wěn)定，可以產(chǎn)出任何含固率的干化污泥產(chǎn)品。兩段法是在一段法的基礎(chǔ)上，在臥式薄層干化機(jī)后端增加線性干化機(jī)，干化污泥產(chǎn)品的含固率在65%～90%范圍可調(diào)。尤其適合處理量大、含砂量較高的市政污泥進(jìn)行高干半干化和全干化處理。
2.2.2 工藝流程說明
（1）離心脫水污泥首先輸送至本系統(tǒng)的濕泥餅進(jìn)料倉，暫存于濕污泥進(jìn)料倉中的脫水污泥通過污泥給料泵進(jìn)入臥式薄層干化機(jī)中。污泥給料泵變頻控制，通過法蘭連接于濕污泥倉的出料螺旋出口上。
（2）在干化機(jī)中，轉(zhuǎn)子葉片迅速卷起進(jìn)入的脫水污泥，使之均勻涂布于加熱面形成薄層，同時(shí)將污泥向前輸送，輸送過程中，污泥被干化機(jī)雙層殼體內(nèi)的蒸汽間接加熱，污泥中水分不斷蒸發(fā)。干化機(jī)外殼通過飽和蒸汽加熱。
（3）大約經(jīng)過10～15min，達(dá)到設(shè)計(jì)含固率的污泥由薄層干化機(jī)出口排出，進(jìn)入產(chǎn)品冷卻器。冷卻器使用循環(huán)水或再生水間接冷卻熱的干化污泥產(chǎn)品。冷卻器出口安裝卸料器將干化系統(tǒng)與產(chǎn)品污泥轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)隔離。冷卻后的污泥產(chǎn)品通過卸料器排出，通過輸送螺旋和斗式提升機(jī)進(jìn)入干污泥儲(chǔ)存料倉。
（4）污泥中蒸發(fā)的水汽在干化機(jī)中的軸向運(yùn)動(dòng)方向與污泥相反，這樣可以保證廢蒸汽裹挾的大部分粉塵在干化機(jī)中去除。廢蒸汽在干化機(jī)污泥進(jìn)口側(cè)上端排出干化機(jī)后進(jìn)入冷凝器，其中的可冷凝成分被冷凝。
（5）冷凝器采用直接噴淋冷凝器，噴淋用水采用過濾后的二沉池出水或污水廠初級(jí)再生水。噴淋后污水返回污水處理廠重新處理。
（6）冷凝器排氣口排出的不凝氣通過除霧器分離其中的液滴。
（7）自除霧器中排出的廢氣通過風(fēng)機(jī)排出系統(tǒng)。極少量廢氣送往污水廠現(xiàn)有的廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。
（8）為避免粉塵和系統(tǒng)內(nèi)氣體外溢，使用廢氣風(fēng)機(jī)保持干化系統(tǒng)微負(fù)壓。
（9）在開機(jī)和停機(jī)時(shí)，為防止干化系統(tǒng)內(nèi)污泥自燃和氧含量達(dá)到危險(xiǎn)水平，使用氮?dú)?蒸汽保持系統(tǒng)的氧含量始終低于2%。
2.2.3 臥式薄層干化工藝的特點(diǎn)
（1）安全可靠。在該臥式薄層污染干化工藝歷史上從無任何爆炸燃燒等安全事故。
（2）經(jīng)驗(yàn)豐富。該干化技術(shù)擁有90多年歷史，技術(shù)和產(chǎn)品主要涉及石油化工、醫(yī)藥、環(huán)境能源等行業(yè)。擁有完善的試驗(yàn)基地和產(chǎn)品研發(fā)中心。是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發(fā)技術(shù)的世界領(lǐng)先者。在全世界石油化工行業(yè)干燥、蒸發(fā)領(lǐng)域享有極高的聲譽(yù)和眾多成功業(yè)績。
（3）業(yè)績眾多。該臥式薄層污泥干化業(yè)績（市政及工業(yè)）超過100條生產(chǎn)線。其中2000年以后業(yè)績47條；中國業(yè)績6個(gè)，16條生產(chǎn)線；工業(yè)業(yè)績27條；化學(xué)工業(yè)相關(guān)業(yè)績16條。
（4）制造標(biāo)準(zhǔn)。自1997年開始獲得中國特殊設(shè)備壓力容器生產(chǎn)許可證。
（5）操作控制簡單，無需返混，直接越過“塑性階段”，廢氣產(chǎn)生量小，處理簡單。
（6）能耗極低，恒定的高蒸發(fā)率；長壽命設(shè)計(jì)低維護(hù)成本，低監(jiān)控需求。
（7）負(fù)壓封閉，無臭氣和粉塵泄露；利用蒸汽增強(qiáng)惰性。
（8）適用各種類型污泥；可生產(chǎn)任何含固率均一產(chǎn)品；固體負(fù)荷低，啟停和排空時(shí)間短。
2.3 污泥處理整體工藝介紹
該煤化工項(xiàng)目污泥處理流程如下所述：
污水生化裝置產(chǎn)生的污泥包括隔油池底泥、渦凹?xì)飧?、溶氣氣浮浮渣、生化池剩余污泥、調(diào)節(jié)罐底泥等，因其含有多種重金屬、微生物、難降解有機(jī)物等物質(zhì)，組分較為復(fù)雜。將以上污泥分別泵送至污泥處理系統(tǒng)的污泥濃縮池進(jìn)行重力濃縮，并通過污泥濃縮機(jī)進(jìn)行勻質(zhì)攪拌，使污泥含水率由99.9%降低至98.5%左右。然后進(jìn)入污泥儲(chǔ)槽，通過攪拌器和曝氣，通過攪拌器以及風(fēng)攪拌，以保證進(jìn)入后續(xù)脫水系統(tǒng)進(jìn)料的均勻性與穩(wěn)定性。
濃縮污泥經(jīng)污泥輸送泵送至離心脫水機(jī)進(jìn)行離心脫水，在輸送泵前經(jīng)過污泥切割機(jī)破碎大粒徑泥塊等物體，在進(jìn)脫水機(jī)前加入污泥絮凝劑PAM，生化污泥的脫水采用臥式螺旋離心沉降脫水成套設(shè)備，處理過程全封閉。操作環(huán)境清潔，脫水污泥含水率可達(dá)80%，絮凝劑一般情況下采用陽離子聚丙烯酰胺。
污泥緩沖給料倉中的污泥由污泥給料泵連續(xù)送入干化機(jī)，污泥給料泵變頻控制，24h連續(xù)運(yùn)行。進(jìn)入臥式薄層干化機(jī)中的污泥被轉(zhuǎn)子分布于熱壁表面，轉(zhuǎn)子上的槳葉在對(duì)熱壁表面的污泥反復(fù)翻混的同時(shí)，向前輸送到出泥口。在此過程中，污泥中水分被蒸發(fā)。臥式薄層干化機(jī)由帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成。干化機(jī)推薦采用渦輪薄層干化機(jī)，也可采用槳葉式干化機(jī)同樣能起到好的效果。自臥式薄層干化機(jī)產(chǎn)出的含固率滿足設(shè)計(jì)要求的干污泥進(jìn)入污泥冷卻器，污泥產(chǎn)品通過冷卻器殼體內(nèi)流動(dòng)的冷卻水進(jìn)行冷卻。冷卻后的污泥根據(jù)要求可直接裝車外運(yùn)或暫存于干污泥料倉，干化機(jī)干化的污泥含水率≤30%。臥式薄層污泥干化工藝可通過污泥中的蒸發(fā)水實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)惰性化的要求。采用低壓蒸汽/氮?dú)庾鳛榫o急情況下干化系統(tǒng)的惰性化介質(zhì)，干化過程中產(chǎn)生的廢蒸汽在干化機(jī)內(nèi)部與污泥逆向運(yùn)動(dòng)，由污泥進(jìn)料口上方的蒸汽管口排出，進(jìn)入直接噴淋冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸汽中冷凝下來，少量不凝氣體（少量的蒸汽，空氣/氮?dú)夂臀勰鄵]發(fā)物）經(jīng)過液滴分離器，通過廢氣引風(fēng)機(jī)排出干化系統(tǒng)。噴淋冷凝水一般采用污水場(chǎng)二沉池出水；自干化系統(tǒng)排出的廢氣約為系統(tǒng)水蒸發(fā)量的5%～10%，廢氣引風(fēng)機(jī)使整個(gè)干化系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，這樣可以避免臭氣及粉塵的溢出。由于本工藝廢氣量很小，可直接通入污水場(chǎng)現(xiàn)有臭氣處置裝置進(jìn)行處理，本方案送廢氣處理裝置進(jìn)一步處理后達(dá)標(biāo)排放。
3 經(jīng)濟(jì)性分析
該污泥干化技術(shù)的應(yīng)用有效降低了污泥綜合處理成本，做到了減量化，外送危廢中心處理，也實(shí)現(xiàn)了無害化，符合國家環(huán)保要求。
該項(xiàng)目污水生化裝置產(chǎn)生含水率99%的污泥為30t/h，經(jīng)過重力濃縮+均質(zhì)調(diào)配+離心脫水+污泥干燥進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生含水率30%的污泥0.3t/h，質(zhì)量減少了約100倍。原來只做到離心脫水的產(chǎn)生的污泥為1.5t/h，相比之下污泥量減少了：1.5-0.3=1.2t/h，該地區(qū)危廢處理中心的處理費(fèi)用較高，每噸污泥收費(fèi)2100元，那么每小時(shí)可節(jié)約費(fèi)用為2520元，剪掉污泥干燥的處理成本每小時(shí)346.4元，每小時(shí)節(jié)省2173.6元，一年運(yùn)行8400h可節(jié)省費(fèi)用1825.8萬元。該裝置建設(shè)投資為2000萬人民幣，運(yùn)行一年后將完全收回投資成本。
另外該工藝能有效減少污泥中水的攜帶，將水分離后循環(huán)處理，例如：污水生化裝置產(chǎn)生含水率99%的污泥為30t/h，污泥中水的量為29.7t/h，經(jīng)過該工藝處理后產(chǎn)生含水率為30%的污泥0.3t/h，干燥后的污泥中水的量為0.09t/h，進(jìn)料污泥到產(chǎn)出干燥污泥中水被分離回收了29.61t/h，水的回收率為99.7%。
4 結(jié)束語
該煤化工項(xiàng)目引進(jìn)的成套污泥干燥設(shè)備高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、自動(dòng)化程度高，達(dá)國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)國內(nèi)污泥處理領(lǐng)域空白，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值，具有相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)性。
污泥干化設(shè)備在西方國家已有相當(dāng)多的工廠應(yīng)用，目前我國污泥干化工藝用之甚少，目前屬于起步階段，污泥處理問題已經(jīng)成為我國亟待解決的重要環(huán)境問題之一，目前傳統(tǒng)污泥脫水仍然是當(dāng)前污泥處理的主要手段。隨著科技的發(fā)展，將會(huì)有更多的新技術(shù)應(yīng)用于污泥干燥上，新型污泥干燥手段的發(fā)展，拓寬了污泥處理手段的選擇范圍，使污泥干燥能耗進(jìn)一步降低，在安全性、穩(wěn)定性、效率、環(huán)保等方面逐步走向成熟。
