新型高效污泥快速脫水機及常溫干化一體化集成系統生產線技術

  一.項目背景

  概述

  我國污泥處理問題一直沒有得到很好的解決。迄今為止,有關城市生活污泥的處理工藝與配套設備,不論是科研開發還是工程實踐,均遠遠落后于發達國家和國內的需要。污水處理的伴生物——污泥不能及時、有效處理已經嚴重制約了污水處理廠的安全運行和擴大發展。

  由于污泥處置費用高、操作難度大,大部分污水處理廠將污泥處理預設為二期工程實施,但由于資金、人員尤其是相關技術等方面原因,一期工程完工并運行多年后,二期工程仍遙遙無期。在全國污水處理工程中,有污泥穩定化處理設置的還不到 1/4,處理工藝和配套設備較為完善的還不到 1/10。而在我國僅有的十幾座污泥消化池中,能夠維持正常運轉的為數不多,大多數采取自然風干或直排,極易造成二次污染。隨著國內大量污水處理廠的陸續投產,污泥的產生量將會大幅度的增加。由此而產生的矛盾將會使城市污水處理廠與垃圾填埋場兩邊都因此處于崩潰的危險 。

  污泥的簡單填埋很容易造成二次污染。露天堆放的污泥經風吹雨淋,產生高溫或其他化學反應,能殺滅土壤微生物,破壞土壤結構,使土壤喪失腐解能力。污泥有機物被微生物分解釋放出有害氣體、塵埃,加重大氣污染。污泥含有大量的病原菌,主要有腸道細菌、蠕蟲寄生蟲及病毒三大類,大部分被結合在污泥顆粒物上濃縮,其數量比污水中的要高得多。更嚴重的是,如果污泥中所含的重金屬超標,像鉛、鎘、汞等,還可能通過糧食、蔬菜、豬、牛、羊、雞、鴨、魚、蝦等食物鏈,重新回到“餐桌”上,極大危害人民身體健康。

  為此,住房和城鄉建設部特別指出,有部分地方采用就急措施直接將污泥入爐焚燒,因沒有進行脫水處理,非常不經濟難以正常運行;也有將污泥采用制磚的,但因污泥中含有的大量有毒有害成分,制出的磚往往達不到環保標準要求而被迫停產。

  二.項目實施必要性

  近年來國家、地方環保部門對污泥處置更加關注,根據國家“十二五”規劃中的“首要任務是實現綠色發展,推動綠色革命,創建資源節約型和環境友好型社會,全面降低能耗,減少溫室氣體排放,促進發展模式由“黑貓”向“綠貓”轉型”的要求,環境保護部辦公廳 2010 年11 月26 日發布的“關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知”(環辦[2010]157 號)中規定的“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運出廠界的,必須將污泥脫水至含水率 50%以下”。

  國家發改委下發系列通知要求, 2010 年,我國將加大污水處理廠污泥的無害化處置設施建設力度。目前國內的污水廠很少有符合國家標準的污泥處置設施。污泥的安全處置率小于 10%,未經無害化處理的污泥隨意亂丟現象嚴重。過去由于不重視污泥無害化處理問題,加之存在缺少投資和技術不過關等多方面原因,東部某市、河北等省市的堆肥設備閑置,廠區空無一人。甚至投資巨大的中部某省污泥堆肥廠被關閉。污泥問題已成為制約污水行業發展的瓶頸,成為各級政府、企業非解決不可、刻不容緩的重大問題。

  1.國內污泥處理處置市場現狀

  隨著城市化進程加快和環境標準的日益嚴格,國家和企業加大了環境治理投資力度,新建了一大批污水或工業廢水處理廠,污泥產生量逐年提高。截至 2010 年底,全國已建成城市污水處理廠 3000 多座,產生濕污泥的規模已達到 20 萬噸/天,全年超過 7000 多萬噸,其中印染污泥 900-1200 萬噸。目前,中國城市的污水處理率為 80%,而國內污水處理廠采用的機械脫水方式可將污泥含水率降低到 75%——85%之間。由于印染其污泥含水率較高,含有大量的染料等有機污染物,難以滿足堆肥、填埋、熱解、焚燒等后續處置要求,目前,國內印染企業采用的機械脫水方式可將污泥含水率降低到 75%——85%之間。而由于國內印染廠相對于市政污水廠產生的污泥要少很多,特別是一些中小型印染企業,每天產生的污泥只有幾噸,所以往往不能引起重視,有很多企業將少量的污泥直接與固廢摻雜后送至填埋場填埋或通過其他非正常途徑消化,但隨著國家環保政策的執行力度的加大,以及印染行業本身向規模化發展的轉變,印染污泥未進行妥善處置的問題越遠越突出,在江浙地區曝光了多起印染企業將污泥隨意傾倒的事件,造成社會危害特別大。

  住房和城鄉建設部的統計結果證明,由于污泥處理處置設施建設緩慢,目前全國近 90%的污泥(包括市政污泥與印染污泥)沒有得到減量化、穩定化、無害化處理處置,絕大部分仍是送往城市垃圾處理廠簡單填埋,“二次污染”嚴重,事故時有發生;也有部分地方采用就急措施直接入爐焚燒,因沒有進行脫水處理,非常不經濟難以正常運行;也有采用制磚的,但因污泥中含有的大量有毒有害成分,制出的磚往往達不到環保標準要求。

  因此,污泥中含有的大量水分是制約污泥處理處置的瓶頸,目前降低污泥水份常規的方法有:

  1)熱力干化:市場上所見方式諸多,例如回轉套筒干化、立式回流干化、槳葉式干化機、余熱煙氣、蒸汽干化等。但不管用何種形式,均是以熱能去除水份,是以能量置換,是“以熱換熱”,其結果只是“以大置小(以大量的熱能去處少量的水分)”,為節省清潔能源,在現實應用中多利用蒸汽、煙道氣等,但造成處理成本高、尾氣量大、冷卻水量大,易造成二次污染,目前雖有應用,由此導致污泥熱干化的項目建設要求和條件較高,是無奈之舉,應用范圍十分有限。

  2)目前市場最好的污泥脫水設備特殊高壓板框壓濾機,該先對污泥行改性,然后高壓壓濾每一次壓濾脫水周期需要時間 7-8 小時,水后污泥含水率在65%以下,濾板材料均為 PVC,為提高壓濾壓力,特殊高壓板框壓濾機增加一層橡膠隔膜或塑料隔膜,隔膜內瞬間通入 10-25 MPa 壓縮空氣或水,對污泥瞬間施壓脫水,使污泥含水率只能降低至 65%左右,但隔膜、濾網布的使用壽命短后需更換和維護費用高一年在 10 萬以上。

  污泥的熱干化方式能耗高,運行成本普遍較高,同時,還存在著易產生臭氣及粉塵二次污染以及存在粉塵爆炸的風險等問題,由此導致污泥熱干化的項目建設要求和條件較高,應用范圍十分有限。土地資源緊張、環保要求較高的經濟發達地區往往有條件采取半干化降低污泥含水率至 50%——60%,再因地制宜地選擇處置途徑(焚燒、做建材、做填埋場覆蓋土等),而土地資源充裕的經濟欠發達地區往往將污水處理廠的出廠污泥直接簡易堆放或填埋處置,造成了嚴重的二次污染。

  國家環保部公布了 2010 年度國內污泥處理處置十大案例中,主要包括:

  1)厭氧消化(大連東泰夏家河污泥處理廠、青島市麥島污水處理廠污泥處 理處置工程、小紅門污水處理廠)

  2)生物堆肥(秦皇島市綠港污泥處理廠、唐山西郊污水處理二廠)

  3)干化焚燒(北京水泥廠有限責任公司處置污水廠污泥工程項目、上海石洞口污水處理廠污泥干化焚燒處理工程、浙江蕭山污泥干化焚燒工程)

  4)污泥干化填埋(北京市方莊污水處理廠污泥石灰干化工程)

  5)深度脫水(廈門市城市污泥深度脫水處理和資源化處置)

  上述案例各具特點,但均存在其使用的局限性,如:厭氧消化工藝投資巨大(5000 萬/100 噸以上)、污泥生物堆肥生產出的產品銷路及二次污染等、污泥干化焚燒一體化處置工藝投資大運行成本高,等等均限制了在應用中的推廣。

  2.污泥處置技術市場前景、研究成果應用

  當前,污水處理廠污泥普遍采用填埋或簡易堆放處置,隨著國家對污泥監管的加重,尤其國家層面 2009 年出臺的《城鎮污水處理廠污泥處理處置與污染防治技術政策(試行)》,要求污泥處理處置必須與污水處理廠同步規劃、建設和運行,污泥規范化處理處置市場開始逐步形成。

  污泥處置的目標首先是控制污染、保障安全,然后是合理利用,最后才是開發清潔能源。為統一污泥處置技術,住房和城鄉建設部、環保部相繼出臺了污泥處置的一系列標準要求,如:CJT 249-2007 《城鎮污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質》、 CJT 289-2008《城鎮污水處理廠污泥處置  制磚用泥質》、CJT 290-2008 《城鎮污水處理廠污泥處置 單獨焚燒用泥質》、CJT 291-2008《城鎮污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質》、CJT 309-2009《城鎮污水處理廠污泥處置 農用泥質》等,規范了污泥處置技術要求。

  新型高效污泥快速脫水機及常溫干化系統一體化生產流水線,與以往的熱干化和直接焚燒不同,該技術不依賴任何外界熱能等條件,僅通過添加少量藥劑對污泥改性,就可以進行快速壓濾相結合方式將含水率 93%左右的濃縮污泥一次性降低至 50%左右,再經機械深度壓濾制脫水,常溫干化系統生產流水線使污泥含水率降低至 20——10%左右破碎裝包,臭氣通過生物床凈化后達標排放。整個脫水生產線做到綠色環保,符合國家“十二,五”規劃要求。干化后的污泥具有較高的熱值(熱值 600——1500kcal/kg),具有較高的能源利用價值,可送至燃煤電廠或垃圾電廠與燃煤或生活垃圾混合焚燒發電,也可堆肥及土地、園林利用或制磚等其他資源化利用。

  該技術的特點在于總投資成本顯著低于其他工藝,運行費用低,并清潔衛生、綠色環保。

  污泥的常規機械脫水能耗約 50kWh/tDS(含水率由 93%脫水到 80%),再采用熱干化法耗 能約 2000kWh/tDS(含水率由 80%降低到 30%) ,兩者合計,采用常規機械脫水+熱干化方式(含水率由 93%降低到 65%)全程耗能約 2050kWh/t DS;與常規機械脫水+熱干化法相比,采用本項目污泥脫水生產線工藝及設備全程耗能約 50kWh/tDS(含水率由 93%降低到 10%) 綜合處理成本得到大大降低。此外,本項目項目污泥脫水生產線還具備不依賴熱源、無二次污染、銜接性強、占地面積小、適用范圍廣等特點。本項目及設備(含水率降低到 20%-10%以下)與熱干化法相比,在投資和運行成本上更具競爭優勢,市場前景廣闊,并具有脫水效率高、設備節能綠色環保、國產化率高等優勢,將廣泛地應用于污水廠現有污泥脫水設施的改建、 擴建及新建污水廠的污泥脫水,無疑將改變現有的常規脫水工藝及設備、熱干化處理等污泥處理 處置市場格局,引領國內污泥脫水處理行業發展。

  本項目污泥脫水生產線,適應國家環保政策要求,符合國家污泥處置環保產業方向,并且本項目的建設,有著顯著的社會和經濟效益,同時通過技術進步,節約了土地資源;改善了周邊的生態環境,促進了相關產業的發展,為社會提供了更多的就業機會。

  本項目污泥脫水生產線是不依賴任何外界熱能等條件,僅通過加藥改性常溫脫水、干化方式把污泥含水率從 93 左右一次性降低至 20%-10%以下,并對污泥中的蛔蟲卵、糞大腸菌群、重金屬有去除作用。該技術突出了污泥處理首先要實現“減量化、穩定化和無害化”的目標,同時,又充分體現了資源化利用的原則,符合國家提倡的發展循環。




  3.污泥干化脫水處理處置的關鍵技術

  采用藥劑(改性+無害化)+新型快速壓濾+常溫干化系統一體化生產流水 線脫水減量無害化處理處置技術,實現污泥減量化、穩定化、無害化、資源化, 為后續的利用創造有利的條件。

  城市生活污泥化學改性和機理描述:

  污泥中所含水分大致分為四類:顆粒間的空隙水,約占污泥水分的70%;毛細水,污泥顆粒間的毛細管水,約占20%;顆粒的吸附水及顆粒內部水約占10%,污泥脫水的對象是顆粒間的間隙水,如圖:



  污泥脫水的難易除與水分在污泥中的存在形式有關外還與污泥顆粒的大小,污泥比阻和有機物含量有關,污泥顆粒越細、有機物含量越高、污泥比阻越大,其脫水的難度就越大。

  污泥之所以含有大量的水份除了間隙水外,另有很大一部分是由于其顆粒表面特性和污泥團的結構所決定的。污泥顆粒表面吸附有各種荷電離子以及由微生物在其代謝過程中分泌于細胞體外的胞外聚合物等組成。這些荷電離子和胞外聚合物具有很強的持水率。這些污泥顆粒組成了污泥團,形成許許多多的毛細孔道,污泥顆粒表面所持的水和毛細孔道中的水都為結合水,這種束縛水是不能用單純的機械法除掉。所以本技術的關鍵就是采用化學和物理的綜合方法對污泥進行改性,使其顆粒表面的水和毛細孔道中的束縛水使其成為自由水,只有這樣才有可能通過壓濾快速排出。

  藥劑使污泥改性要有一定條件,否則難以達到改性的效果,同時自由水的壓濾也決不是常規意義上的壓濾,對這種特定條件下的自由水排出,也需要一個特定的脫水機構。

  污泥化學改性脫水干化技術生產線是從污泥含水分的賦存狀況入手,根據物化特性分段對應,按其物性技術進行嫁接的創新技術特點,而且工藝簡單、操作方便、費用低廉、成果有效,具有經濟實用性:

  1)通過加藥改性和快速壓濾方式,使污泥含水率從 93%降低至 50%以下,再經常溫干化脫水生產線,使污泥的含水率已降低至 20%左右甚至 10%以下。

  2)加藥藥劑不改變污泥的有機質,干化后的污泥熱值在 600——1500Kcal,可作為低熱值燃料;

  3)對污泥中的蛔蟲卵、糞大腸菌群、重金屬有去除作用,蛔蟲卵、糞大腸菌群等病原體去除率達 90%以。

  該污泥處置首創新技術——污泥化學改性快速壓濾常溫干化一體化集成系統技術,有著顯著的社會和經濟效益:

  與燃煤混合焚燒用于發電

  因干化后的污泥含水率較低、熱值較高,這與直接焚燒含水80%的濕污泥完全不同,干化后的污泥已不再含有對焚燒鍋爐的有害成分,可完全與燃煤混合焚燒發電,并可節省一定的燃煤(焚燒 3 噸泥粉可節省 1 噸標準煤)。財政部、國家發改委聯合印發的《節能技術改造財政獎勵資金管理暫行辦法》中明確規定“分清中央和地方政府責任。中央財政主要支持做好基礎性工作,并對十大重點節能工程中的節能量超過 1 萬噸標準煤的企業節能技術改造項目給予獎勵,獎勵標準為項目改造后每形成 1 噸標煤節約能力,東部獎勵 200 元,中西部獎勵 250 元。對符合獎勵條件的節能技術改造項目,為調動企業積極性,按企業報告節能量先預撥60%的獎勵資金,等項目完成后,再根據審計的節能量進行清算”。

  干化后的污泥可送至燃煤電廠焚燒:因干化后的污泥含水率較低、熱值較高,可產生一定的經濟效益。按焚燒 4 噸干泥餅節省 1 噸標準煤計算。

  具體實施中,可在送煤系統中按比例添加干化后的污泥,送入磨煤機同時磨成粉末送入鍋爐焚燒。

  因添加的比例很小,并且含水率較低(含水 20%-10%左右),因此不會對焚燒爐、磨粉機等產生不利影響。實施中可采用逐步添加污泥量,對煙氣成分等檢測,可看出對鍋爐的影響評估。

  利用垃圾焚燒爐與生活垃圾混合焚燒

  因干化后的污泥含水率較低、熱值較高(高于生活垃圾熱值),與生活垃圾含水率相當,完全可與生活垃圾一起入爐焚燒(此種方式國內應用實例較多) 。

 作為填埋土、路基土等資源化利用

  因干化后的污泥抗壓強度好,透氣性優良,雨水浸泡難溶蝕,不會產生二次污泥化,最經濟的去處,可用于垃圾填埋場覆蓋土、公路路基土等。

  因此,通過本項目技術解決了污泥所帶來的環保問題的同時通過技術進步,節約了土地資源;又改善了周邊的生態環境,促進了本地區相關產業的發展,該技術順應了政策需求,具有很強的可操作性。

  三.項目工藝流程描述:




  本項目污泥脫水生產線是不依賴任何外界熱能等條件,僅通過添加少量藥改性和機械壓濾方式把含水率 80%的脫水污泥或含水率 98%左右的濃縮污泥一次性降低至 50%以下,后再經機械深度壓濾常溫干化系統,使污泥含水率降低至20——10%左右,然后破碎裝包,臭氣通過生物床凈化后達標排放。整個脫水生產線做到綠色環保不產生二次污染。完全達到環境保護部辦公2010 年11 月26 日發布的“關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知”(環辦[2010]157 號)中規定的“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運出廠界的,必須將污泥脫水至含水率 50%以下”標準要求。并且干化后的污泥具有較高的熱值,可送至燃煤電廠或垃圾電廠與燃煤或生活垃圾混合焚燒發電,也可堆肥及土地、園林利用或制磚等其他資源化利用。

  1.污泥化學改性快速壓濾脫水及常溫干化一體化集成系統生產線工藝流程:


  新型快速污泥脫水及常溫干化一體化集成系統生產線工藝流程

  干化脫水(污泥含水率在 20%-10%)

  2.項目專利技術創新特點:

  1)壓濾脫水無需棉布濾網(耗材)。

  2)單膜塊 50 噸/天、PLC 自動化連續壓濾。

  3)可根據用戶的污泥處理量大小,,進行多膜塊拼裝組合生產.效率高。

  4)結構緊湊、立式壓濾快速脫水;工作壓力(6-10)MPa;脫水周期只需(1-2 分鐘) ;工作效率高;脫水后污泥含水率在 50%以下。

  5)不依嫩外加熱能、機械深度脫水、常溫干化床等集成一體化處理技術系統裝置、使 50%污泥含水率降低至 20%-10%,干化后污泥直接打包,無需場地攤嗮。減少二次污染。

  6)在整個污泥脫水處理系統過程中泥粉灰進行負壓收集,臭味通過生物濾床除臭處理凈化后達標排放。

  7)整個處理技術是不依嫩外加熱源,全自動化快速壓濾脫水、機械深度脫水、常溫干化床等集成一體化系統生產線;節能減排、綠色環保、成本低。

  3.技術上對比



  4.環保與安全

  環保

  本技術較全面地體現了我國住房和城鄉建設部、環境保護部和科學技術部聯合制定并下發的《城鎮污水處理廠污泥處置及污染防治技術政策(試行)》(2009年 2 月 18 日)文件在總則中規定:“污泥處理處置的目標是實現污泥減量化、穩定化和無害化,鼓勵回收和利用污泥中能源和資源”的要求。實現了污泥處理“減量化、穩定化和無害化”和污泥處置的“能源和資源”化。完全達到了環境保護部2010 年 11 月26 日發布的“關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知”(環辦[2010]157 號)中規定的“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運出廠界的,必須將污泥脫水至含水率 50%以下”標準要求。

  安全

  本方案中一體化機污泥深度脫水干化技術是污泥常溫下操作,對污泥進行化學改性、機械加壓污泥脫水技術,整個過程中不消耗外加能源,也不存在產生臭氣及任何其他有毒有害氣體,因此對人體及周邊環境不產生任何污染等影響。

  結語

  通過技術和經濟的綜合比較分析,本公司自主創新研發的新型高效污泥快速脫水及常溫干化系統一體化生產線技術,是完全符合國家“十二五”規劃的總體目標,達到污泥處理“減量化、穩定化和無害化”和污泥處置 “能源、資源”化的目的,綠色環保無二次污染。
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