城市生活污水厂污泥干燥技术.ppt
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1、城市生活污水厂污泥 干燥技术 金宜英 清华大学环境科学与工程系 2007年6月25日 内 容 n概述 n干燥原理及过程 n污泥干燥设备及工作原理 n污泥干燥的技术要点及要求 n典型污泥热干燥工艺技术 概 述 n污泥处理与处置的问题 目前我国生活污水处理厂每年排放的污泥 量(干重)约为130万吨,而且年增长率大 于10。 伴随我国城市污水处理率迅速提高,污泥 产生量将不可避免地相应增长,消纳问题 日益突出,急待解决。 污水污泥的特点 及传统处理处置处置方式 污 泥 含水率高 有机物高 N、P、K高 易腐败、恶臭 特点特性 体积庞大 环境污染严重 干基热值高 可作肥料 处置 农业用途 花园用途 焚
2、烧 建材化 堆肥 填埋 含水率高、体积庞大、性质复杂、难以处理 存在问题 欧洲禁止污泥填埋 欧洲通过立法禁止填埋 瑞士 2000 荷兰 2000 奥地利 2004 德国 2005 中国 . 垃圾填埋场拒绝接纳 污泥; 国家标准将规定污泥 含水率降到50方能 进填埋场; 污泥的利用(制建材 、堆肥)不经济 焚烧太贵 n农用: 浓缩污泥含水率太高(一般为92% 96% ) , 造成运输困难、运输量大 脱水泥饼:分散困难需借助机械设 备支持田间操作, 使该技术在实际 应用中存在较多的困难。 n填埋: 脱水泥饼含水率较高(一般为70% 85% ) , 土力学性质差, 需混入大 量泥土, 从而导致土地的
3、容积利用 系数明显降低。 n焚烧: 脱水泥饼直接焚烧, 因其含固率低 不能维持过程的自燃进行, 需加入 辅助燃料, 使处理成本明显增加, 难以承受。 n制建材: 脱水污泥制建材掺入量小,热耗高 ,不经济。 中国污泥出路? 出 路 n综合分析上述污泥处理与处置技术系统在实际应用中所 遇到的困难, 不难看出污泥的含水率是关键的影响因素 。 n因此, 降低污泥含水率是解决目前在污泥处理所遇到问 题的关键。 n国内外应用实践表明, 经传统的浓缩和脱水工艺处理之 后, 污泥的含水率不可能达到60% 以下; 经济的机械脱水泥饼含水率为75% 左右; 要达到对污泥的深度脱水,比较经济的方法是引入化 工操作中
4、常用的热干燥技技术。 污泥干燥可有效减少其体积 1000 m 污泥/d150 m/d50m/d DS= 3.0%DS=20%DS=92% 体积减少: 60% 体积减少:85% 脱水 干燥 总的体积减少: 95% 污泥干燥对填埋处置的好处 n节约占用土地面积 n减少土地填埋费用 n减少运输费用 n减少处置费用 机械脱水 部分干燥 完全干燥 污泥浓缩 随含水率降低, 污泥性状朝有 利于处理方向转化 n污泥经热干燥处理后, 处理特性得到改善, 利 用价值提高, 为其后续处理创造了良好条件。 污泥含水率与污泥性状变化的关系(1) 含水率(% ) 95 90 75 50 10 热值(M J/kg) 1.
5、 78 6. 06 12. 9 植物养分(% ) 0. 25 0. 5 1. 25 2. 54. 5 流动特性黏性流体浆状膏体弹性颗粒脆性颗粒 (1) 植物养分以N + P+ K 的含量表示 污泥转干燥后变为有价值产品 脱水污泥 Sludge Drying 转换过程 干化颗粒 20 - 35% DS 粘性 热值 90%DS 农业水泥厂共处置污泥焚烧 燃媒电厂共焚烧垃圾焚烧厂共焚烧 污泥干燥的要求 n减量化 - 干化可以使污泥大幅度缩减体积和质量。便于 运输和处置。 n稳定化 - 污泥进行了巴氏消毒,完全消除了病原体,干 燥污泥性状安全卫生。 n资源化 - 干燥后的污泥颗粒可作为肥料、土壤改良剂
6、、 燃料或建材化原材料等。 内 容 n概述 n干燥原理及过程 n污泥干燥设备及工作原理 n污泥干燥的技术要点及要求 n典型污泥热干燥工艺技术 干燥原理及过程 n干燥通常指利用热能使物料中的湿份汽 化,并将产生的蒸汽排除的过程。 n干燥的本质为被除去的湿份从固相转移 到气相,固相为被干燥的物料,气相为 干燥介质。 干燥原理及过程 污泥中水分存在形态 蒸发过程:干燥过程的起始阶段,物料表面的水分汽化,水分从物 料表面移入介质。即图中的自由水分蒸发阶段。 扩散过程:当物料表面水分被蒸发掉,形成物料表面的湿度低于物 料内部湿度,此时,需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。 水分的扩散速度随着污泥颗粒
7、的干燥度增加而不断降低。 干固体 结合水份 表面水份 间隙水份 自由水份 时间开始 样品重量 蒸 发 速 率 污泥热干燥机理 污泥水分去除经历主要过程 不同阶段去除的水分 n自由水分:蒸发速率恒定时去除的水分。 n间隙水分:蒸发速率第一次下降时期所去除的水 分。 通常指存在于泥饼颗粒间的毛 细管中的水分。 n表面水分:蒸发速率第二次下降时期所去除的水 分。通常指吸附或黏附于固体表面的 水分。 n结合水分:在该干燥过程中不能被去除的水分。 这部分水一般以化学力与固体颗粒相 结合。 内 容 n概述 n干燥原理及过程 n污泥干燥设备及工作原理 n污泥干燥的技术要点及要求 n典型污泥热干燥工艺技术 污
8、泥干燥设备及其工作原理 n热干燥处理技术由其它工业领域引入污泥处理中的时间 不长, 发展还不够成熟, 但近年来的研究和实际应用均显 示了该技术在污泥中良好的应用前景。 n干燥技术应用广泛,过程复杂、研究不充分、了解最浅 的技术之一,用数学描述在固体介质中同时发生的热量 、质量和动量的传递现象存在困难。 nA.S.Mujumdar:干燥是科学、技术和艺术的一种混和物 ,至少在可以预见的将来,干燥大概仍然如此。 n因此大多数干燥装备的设计仍然依赖于小规模试验及实 际操作经验。 加热方式 直接加热 (利用燃烧烟气) 间接加热 (燃烧烟气加热热介质) 加热方式 污泥干燥设备及其工作原理 干燥设备分类
9、n根据热介质与污泥的接触方式,可分为三种类型 : 直接加热干化设备 n直接干化的实质是对流干燥技术的运用,即将燃烧室产生的 热气与污泥直接进行接触混合,使污泥得以加热,水分得以 蒸发并最终得到干污泥产品。 间接加热干化设备 n间接干燥实质上就是传导干燥,即将燃烧炉产生的热气通过 蒸气、热油介质传递,加热器壁,从而使器壁另一侧的湿污 泥受热、水分蒸发而加以去除。 直接-间接加热联合干化设备 n直接间接联合式干燥系统则是对流传导技术的整合。 污泥干燥设备及其工作原理 直接热干燥技术和设备 n直接热干燥技术又称对流热干燥技术。 在操作过程中, 热介质(热空气, 燃气或蒸汽等) 与污泥直接接 触并低速
10、流过污泥层, 吸收污泥中的水分。 排出废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用, 剩余部 分至废气处理系统。 热效率及蒸发速率较高, 可使污泥的含固率从25% 提高至85% 95%。 由于与污泥直接接触, 热介质将受到污染, 排出的废水和水蒸 气须经过无害化处理后才能排放。 处理后干污泥需与热介质分离, 给操作管理带来一定麻烦。 n污泥干化常用设备: 闪蒸式干燥器 转筒式干燥器 带式干燥器 直接热干燥技术和设备 旋转闪蒸干燥机 n闪蒸式干燥器的工作原理是: 将湿污泥与干燥后回流的部分干污泥 混合后形成的混合物(含固率达50 % 60 %) 与受热气体(来自燃烧炉,温度高 达704 ) 同时输
11、入闪蒸式干燥器, 污泥在干燥器中高速转动的笼式研磨 机搅动下与流速为2030 m/s 的高热 气体进行数秒钟的接触传热,污泥中的 水气迅速得到蒸发,使其含水率降至8 %10 %。然后再经旋风式分离机作 用将气固分离开来,得到干污泥产品。 干污泥一部分回流并与湿污泥混合,其 余部分则输出作后续处理和处置。 旋转闪蒸干燥机 污泥干燥工艺及特点 1.热对流传热方式,热效率高。 2.机械破碎破坏污泥颗粒,提高 热效率。 3.气路的闭路循环以降低干燥介 质的氧气含量,安全性较高。 4.对污泥初始含水率适应性广。 不需要污泥反混。 5.不能进行半干化。气体量大, 热载气的反复洗涤、加热导致 热损失。 特点
12、:特点: 污泥干燥工艺污泥干燥工艺 直接干燥技术和设备 转筒式干燥器 n传统的滚筒干燥机内设置旋料板、举式抄料板、阻料圈、蒸汽管等 ,外置多种震锤,以燃烧炉产生的烟道气为干燥介质。 n该装置适应性强,易工业化,但生产设备庞大,占地面积大,干燥 时间长。 n当含水率高于60时污泥容易粘壁 直接干燥技术和设备 带式干燥机 n干燥过程是在不锈钢丝运载 污泥缓慢转运过程中,热空 气从钢丝网下方经网眼向上 通过,使污泥与热气发生接 触传热,从而将污泥中水气 蒸发带出。 n在具体操作过程中,污泥往 往由污泥积压机挤压成条状 (蠕虫状),这样将有利于 气泥接触面积,提高污泥 水分的蒸发效率。 原理 构造 流
13、程 污泥干燥设备及其工作原理 间接热干燥技术和设备 n间接热干燥技术又称热传导干燥技术。 在操作过程中, 热介质并不直接与污泥相触, 而是通过热交换器 将热传递给湿污泥, 使污泥中的水分得以蒸发。 加热介质不仅仅限于气体, 也可用热油等液体, 同时热介质也不 会受到污泥的污染, 省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。 过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原 系统中再用, 以节约能源。 该技术的热效率及蒸发速率均不如直接热干燥技术 n主要设备类型: 薄膜热干燥器, 圆盘式热干燥器。 间接加热干燥 转盘式干燥器 n湿污泥(脱水泥饼 ) 以薄层状,顺序 流经加热壁方式 干燥的圆盘式
14、干 燥器应用较广泛 。 n脱水污泥在预升 温至指定壁温的 电加热板上成型( 厚度控制,平铺) ,关闭干燥室,开 始向干燥室供风 。 间接加热干燥 转盘式干燥机工艺及特点 特点: 1.不需要介质气体或载气量小,因此气体产量少,冷凝水量少,后 续处理费用低。 2.气体流动性小,干燥过程氧气浓度很低,安全性高。 3.不需要污泥反混,减少热损失。对污泥初始含水率适应性较高。 4.可同时实现半干化和全干化。 5.热传导传热方式,对 于含水率低于50%的 干燥过程干燥效率低 ,热损失大。 6.存在运动部件,维修 费用较高。 污泥干燥工艺污泥干燥工艺 间接加热干燥间接加热干燥 AndritzAndritz
15、水平圆盘干燥系统水平圆盘干燥系统 燃烧空气 燃料 炉 水平圆筒干燥机 排气 燃烧机 再循环空气 热干燥空气 (惰性) 环空气循 间接加热干燥 多层台阶式干燥机 n基本结构在干燥圆筒内 设置多层加热圆盘,圆 盘上放置湿污泥并安装 有耙式搅拌机构,圆盘 内通热油或加热蒸汽, 在耙齿搅动下污泥干燥 成粒。 n要求湿污泥含水率低于 50。 n该装置在日本、西班牙 、加拿大获工业应用。 污泥定量给料 加热区 自由水分蒸 发 毛细水分蒸 发 排 出 干 化 颗 粒 工艺及其特点 特点: 1.不需要介质气体或载气量小,因此气体产量少,冷凝水量小,后 续处理费用低。 2.气体流动性小,干燥过程氧气浓度很低,安
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