泉州市宝洲污水处理厂污泥焚烧处置可行性分析

来源:用户上传      作者: 陈春毅

　　摘要：随着泉州地区城市污水处理率的不断提高，作为污水处理伴生产物的污泥的处置问题日益突出。本文以泉州市宝洲城市污水处理厂为例，探讨污泥焚烧处置的可行性。
　　
　　1、泉州地区城市污水处理厂污泥焚烧处置可行性分析
　　本文以泉州市宝洲污水处理厂剩余污泥为例，分析泉州地区城市污水处理厂污泥焚烧处置的可行性。
　　1.1处理规模及工艺
　　1.1.1 处理规模
　　目前，宝洲污水处理厂污水主要以生活污水为主。生活污水量占总量47.5%，三产污水性质与生活污水性质类似，三产废水也计为生活污水，则生活污水比例可达71.5%，而工业废水只占28.5%，污水组成中生活污水所占比例高于工业废水，建设规模、实际处理污水量及污泥生产量(见表1)。
　　表1. 泉州市宝洲污水处理厂建设规模、实际处理污水量及污泥生产量
　　1.1.2 处理工艺
　　宝洲污水处理厂污水污泥处理工艺为：A/O-氧化沟工艺，即在传统普曝工艺的基础上前置一个厌氧段，厌氧段作为生物选择器，以改善污泥沉降性能，控制污泥膨胀。污泥采用浓缩-离心脱水机脱水。
　　1.2 污泥特性
　　目前，脱水后剩余污泥水分约为80％，污泥的密度都近似为1t/ m3。污泥的具体理化指标的数据(见表2)。
　　表2 污泥焚烧理化指标
　　1.3 技术可行性分析
　　1.3.1污泥干化程度的选择
　　从焚烧的角度分析，希望污泥的含水率越低越好。但是，污泥的干化过程需要消耗热能，干化系统也非常复杂，同时，处理完全干化的污泥（粉状）和含一定水分程度湿污泥（颗粒状）时流化床焚烧炉在炉型设计（如给料装置、炉内对流段和省煤器段的设计等）有较大不同。因此，将污泥干化到含水率为多少，使消耗的总能量最小，同时满足焚烧炉的设计要求，是一个需要进行平衡和优化的问题。
　　对于污泥干化到含水率为多少进行焚烧最适合，对几种方案进行了分析，最终选择此方案：干化到含水率为50%以下（即半干化）进行焚烧。这种方案在经济性和安全性方面为最佳。将污泥干化到水分在50%时，热量的消耗较干化到含水率10%要小得多，污泥为分散的颗粒状，与生活垃特性基本一致，不会漂浮在空间内，也没有产生爆炸的安全隐患。
　　1.3.2.污泥干化方式的选择
　　目前，污泥热干化的主要方式包括采用烟气干化的回转圆筒干化机（即转鼓干化机）和采用蒸汽干化的间接干化机。按两种方案进行分析后选择采用蒸汽加热的间接干化。
　　间接换热的污泥干化方式可以避免污泥中有害物质对热源的污染，无须对大量烟气进行二次处理，在环保和安全性方面具有优势。本项目拟采用空心浆叶式污泥干化机，具有以下的特点：
　　（1）利用低压（0.3MPa）蒸汽进行干化，蒸汽与污泥不接触，蒸汽冷凝后可回用，充分节约能源。
　　（2）设备结构紧凑，装置占地面积小。干化所需热量主要是由密集地排列在空心轴上的许多空心桨叶壁面提供，而夹套壁面的传热量只占少部分。所以单位体积设备的传热面大，可节省设备占地面积，减少基建投资。
　　（3）热量利用率高。污泥干化机采用传导加热方式进行加热，干化所需热量不是靠热气体提供，减少了热气体带走的热量损失；由于设备结构紧凑，且辅助装置少，散热损失也减少，热量利用率可达80%-90%。
　　（4）楔形桨叶具有自净能力，可提高桨叶传热作用。旋转桨叶的倾斜面和污泥颗粒或粉末层的联合运动所产生的分散力，使附着于加热斜面上的污泥易于自动地清除，使桨叶保持着高效的传热功能。另外，由于两轴桨叶反向旋转，交替地分段压缩（在两轴桨叶斜面相距最近时）和膨胀（在两轴桨叶斜面相距最远时）斜面上的污泥，使传热面附近的污泥被激烈搅动，提高了传热效果。楔形桨叶搅拌式污泥干化机传热系数较高，为85-350W/（m2・K）。
　　（5）气体处理量小，可相应的减少或省去部分辅助设备。排风主要为水蒸汽及少量载气，其排风量仅为热风型干燥排风量的八分之一。
　　（6）可适应污泥含水率变化，产品干化均匀性高。干化机内设溢流堰，可根据污泥性质和干化要求改变溢流堰高度，调节干化机内污泥滞留量。可使干化机内污泥滞留量达筒体容积的70-80%，增加污泥的停留时间。此外，还可调节加料速度、轴的转速和热载体温度等，在几分钟与几小时之间任意选定停留时间。因此对污泥含水率变化的适应性非常广泛。另外，污泥在桨叶的搅拌作用下，使污泥在干化机内从加料口向出料口流动过程中充分混合均匀，产品干化均匀。
　　（7）适用于变工况操作。楔形桨叶式干化可通过多种方法来调节干化工艺条件，操作容易控制。
　　（8）对于干化要求高或处理量大的污泥，也可以实现二级或多级干化操作。通常多级干化在能量消耗上是经济的。将两台或多台空心浆叶式干化机串联使用，在第一级干化中可用较高温度将大于临界水含量的水分蒸发掉。一级干化机出料口连接二级干化机进料口，污泥进入二级干化机，再比一级干化机低的温度下继续除去残留水分。
　　（9）更为重要的是，空心浆叶对污泥有破碎和搅拌作用，污泥在干化后可以自然形成颗粒，有助于送入炉膛进一步焚烧。
　　1.3.3 污泥干化系统
　　污泥处理流程：污水处理厂脱水污泥通过运输车运送到石狮市垃圾综合处理厂卸入两台污泥保浆缓存仓，在每台污泥保浆缓存仓下端接一台正压给料机和一台污泥泵。污泥通过保浆缓存仓均浆后，由滑架系统均匀布料进入正压给料机，由正压给料机以正压给料的方式喂入污泥泵，由污泥泵以高压泵送方式泵送出，经污泥输送管路输送到蒸汽空心浆叶式污泥干化机，干化后污泥含水率降为40～45 %左右，送到干煤棚专门区域储存。
　　1.3.4异重流化床污泥燃烧技术
　　目前该技术已系列化：污泥处理量50～500 t/d； 设计炉膛出口烟温850～950℃； 烟气炉内停留时间>3秒； 给料粒径范围0～5毫米。污泥的减容幅度可达90%，重量减少80%; 有毒有害废水焚烧后的尾气经处理后达标排放，不致引起二次污染。回收的能量可用于发电、供蒸汽。二次污染气体的如SO2、NOx、Cl2、HCl等均可得到有效控制，使之达到国家规定的排放标准。
　　该技术的主要内容有:
　　(1)采用大粒度高位给料, 利用污泥的凝聚结团特性使其在流化床内形成粒度较大的凝聚团, 以减少燃料的扬析损失, 提高燃烧效率。
　　(2)采用异重流化床技术, 以防止大粒度凝聚团在流化床内的沉积, 保证稳定的运行。
　　(3)可采用不排渣或少排渣运行方式,在料层稳定的前提下减少大重度床料的消耗, 并避免或减少燃料的排渣损失, 进一步提高燃烧效率。
　　(4) 采用分段供风脱氮技术, 在床内造成还原气氛, 以减少氮氧化物的生成并促进已生成氮氧化物的分解。
　　综上分析，异重流化床燃烧技术，可较好的适用于垃圾和污泥焚烧处理的要求。异重流化床燃烧技术的循环流化床垃圾焚烧炉。
　　1.3.4.1 异重循环流化床垃圾焚烧处理工艺系统
　　该系统主要有：垃圾接收系统，分选破碎系统、垃圾焚烧系统、烟气净化系统、辅助燃料供给系统、除灰渣系统、污染治理系统、供热系统、发电接入系统等。脱水污泥按5%-10%量与垃圾掺烧。
　　1.4. 经济可行性分析
　　通过上述的分析，可见宝洲污水处理厂的污泥利用现有异重循环流化床垃圾焚烧锅炉，在采用干化处理后，再与垃圾混合焚烧的处置在技术上都是可行的。下面就该种处置方式的经济可行性进行分析。送石狮垃圾综合处理厂内焚烧污泥，与单独建设焚烧装置相比，对于污水处理厂、工业企业和电力部门而言都更加经济。对于污水处理厂而言，石狮垃圾综合处理厂的焚烧装置及辅助设施都是已有的，相对于单独建厂可以用较小的投资和处理成本，解决困扰已久的污泥出路问题；对于工业企业和电力部门而言，不仅可以通过污泥处理收费获得经济利益，而且能通过税收等国家鼓励政策，获得巨大的环境效益和社会效益。
　　1.5.社会效益分析
　　循流化床锅炉污泥处理，在清洁处理污泥的同时，利用污泥焚烧产生的热能供热发电，真正实现污泥处理的减量化、无害化、安定化、资源化要求，符全循环经济和科学发展要求。污泥的焚烧处理，可消除污泥造成的环境污染，解除城市污水处理事业的后顾之忧，促使城市公共事业和污水处理事业的可持续发展。同时改善人居环境，提升城市形象，转变增长方式，促进城市投资环境的改善。其环保节能效益远远大于污泥焚烧处理项目的效益。
　　2、结论及建议
　　（1）本研究中的宝洲污水处理厂的剩余污泥的pH、含水率可满足《城镇污水处理厂污泥处置 单独焚烧用泥质》（CJ／T290－2008）中的单独燃烧处置的要求，但的低位热值、挥发分均偏低，无法满足单独燃烧处置的要求。通过对垃圾混烧处置方式的技术及经济可行性分析，采用利用石狮垃圾综合处理厂现有异重循环流化床垃圾焚烧锅炉的处置方式是可行的。泉州地区各污水处理厂主要处理生活污水和工业污水，其中晋江、石狮工业污水占有较大的比例，各污水处理厂产生的污泥，脱水污泥的水分比较高达80%，热值基本偏低，其特性基本相同。可作为泉州地区污水处理厂剩余污泥的一种处置方法。但是，该混烧处置的运行系数与污泥特性、锅炉性能、燃煤性质等有关，不能照搬已有经验，需要进行合理的试验。具体每座污水处理厂应采取何种方式处置污泥成本更低，需要综合考虑污泥泥质、泥量，现有垃圾焚烧厂与污水处理厂之间的距离，现有垃圾焚烧厂的锅炉参数及运行状况，工厂尾气净化设施现状等因素。
　　（2）采用利用石狮垃圾综合处理厂现有异重循环流化床垃圾焚烧锅炉处理污泥，对泉州市污水环境治理和节约能源、改善投资环境、保护水资源，以及促使污泥处理模式的转变，实现污泥资源综合利用的目标都具有极其重要的意义。
　　 (3)目前，污泥焚烧处置的废气、废渣中的污染物基本均可达到相应的环境标准，但是，其控制的机理研究尚不够深入，应加大研究力度，找到污泥焚烧处置中污染物的转移规律，加强对焚烧中污染物产生的控制能力。
　　（4）虽然污泥的混烧处置相对与单独焚烧处置成本上具有很大优势，但是要受垃圾焚烧厂的运行状况的影响，给污泥处置带来风险。要规避这种风险还是要发展污泥单独焚烧处置系统。
　　
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