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          某熱電廠中水處理裝置污泥脫水改造研究
          2021-03-11 09:07:46 admin 408

          01 污泥脫水改造背景概述

          1.1 概況

          石家莊地區貧水,水價高,為降低用水費用,某熱電廠補水水源主要采用經濟技術開發區污水處理廠和橋東污水處理廠的排水,城市自來水作為電廠生產用水的應急備用供水水源。污水處理廠執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B排放標準,堿度、硬度、SS等水質指標不滿足電廠用水標準。熱電廠投資約2916萬元建設了一座日處理量為2200 t/h的中水深度處理站(中水裝置),市政污水水源經中水裝置深度處理系統處理達標后,作為電廠循環水補水、脫硫工藝用水和鍋爐補給水系統的原水。中水裝置采用加藥、絮凝、沉淀等工藝降低來水的堿度、硬度、SS。

          1.2 原污泥脫水系統簡介

          熱電廠污泥來源于中水處理裝置,該裝置使用石灰軟化絮凝過濾工藝。市政污水水源經中水裝置深度處理達標后,作為電廠循環水補水、脫硫工藝用水和鍋爐補給水系統的原水。中水深度處理裝置工藝流程如圖1所示。

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          水澄清池排泥直接排至連續式濃縮池,澄清池排泥由澄清池排泥泵輸送到濃縮池進行濃縮,濃縮后泥漿送至離心式脫水機,脫水后污泥外運。目前平均污泥產量約為20 t/d,平均含水量在80%以上。

          02 污泥脫水技術分析

          污泥脫水工藝主要分機械式脫水技術和外加熱源干化技術。根據相關要求,在充分考慮現場的實際情況(如場地條件、空間條件、設備狀況、資源狀況等)的基礎上,進行污泥脫水工藝方案的選擇。在脫水工藝方案的選擇中,主要考慮:脫水效果、設備投資、環保要求、系統占地面積及布置條件、熱源來源、能耗、原有設備的情況、工藝成熟度等。

          2.1 機械式干化技術

          污泥機械脫水目前使用最多的有3種:板框式污泥脫水機、離心式污泥脫水機、帶式污泥脫水機。

          2.1.1 板框式污泥脫水機

          原理:通過板框的擠壓,使污泥內的水通過濾布排出,達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動氣閉式系統、濾板震動系統、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側光電保護裝置等構成。

          優點:經過加藥調質(藥劑PAM和絮凝劑)能直接將含水分97%的污泥脫水至60%;極限條件下能將污泥脫水至含水率50%。

          缺點:壓榨時間較長,一個循環周期時間3~4 h;濾框給料口容易堵塞,濾餅不易取出,往往需借助人工卸料,消耗勞動力;板框壓濾機濾布采用PP或聚酰胺制造,使用壽命較短,易破板;為達到脫水效果,需要增加一定量的絮凝劑(木屑或生石灰),增加了運行成本。

          2.1.2 離心式污泥脫水機

          原理:主要由轉載和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成,污泥由空心轉軸送入轉筒后,在高速旋轉產生的離心力作用下,立即被甩入轉轂腔內。污泥顆粒比例較大,因而產生的離心力也較大,被甩貼在轉轂內壁上,形成固體層;水密度小,離心力也小,只在固體層內側產生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下,被輸送到轉載的錐端,經轉載周圍的出口連續排出,液體則由堰四溢流排至轉載外,匯集后排出脫水機。離心脫水機最關鍵的部件是轉轂,轉轂的直徑越大,脫水處理能力越強,但制造及運行成本都相當高,經濟性差。轉載的長度越長,污泥的含固率就越高,但轉載過長會使性價比下降。

          優點:離心脫水機處理能力相對較強,可連續運轉。

          缺點:電耗比較大,通常情況下每立方污泥脫水電耗為1.2 k W/m3。處理后污泥含水率只能達到75%~80%。

          2.1.3 帶式污泥脫水機

          原理:帶式污泥脫水機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層,從一連串按規律排列的轆壓筒中呈S形彎曲經過,靠濾帶本身的長力形成對污泥層的壓榨力和剪切力,把污泥層中的毛細水擠壓出來,獲得含固量高的泥餅,從而實現污泥脫水。

          優點:帶式壓濾脫水機運行速度慢、無噪聲,處理量比較大。

          缺點:帶式壓濾機現場環境差、濕氣大,易造成二次污染。帶式壓濾機由于濾帶不能織的太密,為防止細小污泥漏網,需要投加較多的絮凝劑,一般加藥量大于3 kg/L(干泥)。處理后污泥含水率只能達到75%~80%。

          綜合分析板框式壓濾機、離心脫水機、帶式壓濾機3種設備的運行方式及優缺點,其中離心式脫水機和帶式壓濾機無法滿足項目污泥含水率低于50%的要求;板框式壓濾機雖然在加絮凝劑的條件下能夠將污泥脫水至含水率為50%,但該數值為臨界值,運行過程中存在污泥脫水不達標的風險,且存在人力裝卸、濾布壽命短、絮凝劑消耗大的缺點。因此,本次改造不考慮采用機械式污泥脫水機。

          2.2 外加熱源干化技術

          外加熱源干化技術主要有間接加熱圓盤式干化技術、太陽能干化技術、生石灰干化技術等。

          2.2.1 圓盤干化技術

          圓盤主要由定子(外殼)、轉子(轉盤)和驅動裝置組成。轉子中心軸和轉盤都是中空的,熱油(180~220℃)、熱水或者高壓蒸汽(0.4~0.8 MPa)通過其中并加熱轉盤,將熱量傳遞給干化產品。轉盤邊緣的攪拌器將污泥均勻緩慢地推進并通過整個干燥機,產生的熱蒸汽冷凝在轉盤腔的內壁上,形成冷凝水并導出干燥機。為了防止污泥粘附在轉盤上,在轉盤之間裝有刮刀,使得圓盤干化機不僅能進行污泥的全干化(含水率低于15%),也能適應污泥的半干化(含水率低于50%)。干化機負壓運行[﹣(20~40)Pa],避免了干化過程中廢蒸汽泄漏;廢氣中含氧量約2%,能夠有效地預防粉塵爆炸。半干化蒸發單位水需耗熱2000~3000 k J/kg,耗電約45kW·h/t。其優點是投資較少、運行安全、干化產品質量好,缺點是與太陽能干化相比能耗較高。

          2.2.2 太陽能干化技術

          太陽能干化技術的核心是利用廉價的太陽能進行污泥干化。太陽能輻射加熱,使污泥水分蒸發,并利用通風系統排出陽光房內濕空氣,降低污泥表面空氣濕度。其優點是能耗小,運行管理費用低;運行穩定安全,灰塵少;操作維護簡單;清潔能源,符合可持續發展需要。缺點是占地面積大、處理效果受天氣和季節影響較大。

          2.2.3 生石灰干化技術

          生石灰與污泥內的水分發生化學反應時,1kg生石灰能以化學形式結合去除0.32 kg的水,另外,所產生的反應熱又可蒸發去除0.5 kg的水。要使污泥含水率由80%降至40%,理論上1 t污泥需要0.39 t石灰。生石灰市場價格為300~600元/噸,則藥劑成本為120~240元/噸。加入石灰后的污泥體積有所增加。干化產品一般用作酸性土壤的改良劑或建筑材料。生石灰干化技術工藝過程為:控制系統根據進出污泥含水率確定最佳配料比,控制電子稱對污泥和活性石灰分別計量,稱重后兩者投加至攪拌筒內進行充分攪拌,反應時溫度逐漸上升,最高可達到102~105℃,此時控制系統將排氣閥開啟,廢氣帶走部分水分,當反應釜內溫度下降至100℃時控制系統關閉閥門。

          優點:干化產品p H值升高,根據污泥性質可干化后污泥做酸性土壤的改良劑或建筑材料。

          缺點:無法連續運行,生石灰耗量較大,且因為生石灰的加入增加了干污泥量。

          綜合分析圓盤干化技術、太陽能干化技術、生石灰干化技術的運行方式及優缺點,3種技術都能夠將污泥脫水至含水率為50%以下并保持穩定運行。太陽能干化技術受天氣影響,且占地面積較大,本次改造可利用土地僅有18m×16m,不滿足使用太陽能干化技術條件。生石灰干化技術與圓盤干化技術相比,藥劑成本高(120~240元/噸),并增加了干化污泥的量。因此,建議采用圓盤干化技術。

          圓盤干化技術可采用蒸汽、導熱油、熱煙氣作為干化介質。該熱電廠的廠區內能夠穩定提供0.5~0.8 MPa的蒸汽,而引取熱煙氣條件不便,同時與采用高品質電能的導熱油介質相比,低品位蒸汽耗材更經濟。因此,采用蒸汽為熱源的圓盤干化污泥技術。

          03 污泥干化改造方案研究

          3.1 污泥干化改造總體設想

          本次改造按照污泥含水80%,日產泥量為24 t為輸入條件,用原污泥離心脫水機和主螺桿輸送機,通過增加污泥干化機,將污泥水分從80%降低至50%以下。

          本次改造總體工程設想如下:(1)增加一臺圓盤式污泥干化機,采用蒸汽作為熱源;(2)原污泥螺旋脫泥房外,新增污泥干化間(單層建筑),用于放置污泥干化機和儲存污泥;(3)在原中水裝置電控間上部新增一層建筑,用于新增的電氣控制間;(4)對原中水系統的廢水池進行改造,并更換兩臺廢水泵,新增一臺廢水攪拌器。

          本次改造提出兩個方案:(1)新增污泥干化機及附屬設備、污泥干化間;將污泥干化煙氣作為廢水池曝氣使用;在原一層電控間樓上新增一層電控間;改造廢水池,更換兩臺廢水泵,新增一臺廢水池攪拌器。(2)新增污泥干化機及附屬設備、污泥干化間;污泥干化煙氣采用水噴淋洗滌后經煙囪有組織排放,并設置粉塵在線檢測系統;在原一層電控間樓上新增一層電控間;改造廢水池,更換兩臺廢水泵,新增一臺廢水池攪拌器。

          3.2 污泥干化系統設計

          中水裝置現有兩臺離心式污泥脫水機(Q=25~60m3/h),離心脫水機出口的污泥含水率為80%,出口污泥分別經兩臺子螺桿輸送至主螺桿(Q=7m3/h),主螺桿伸出現有污泥脫水間外水平距離4.83 m,螺桿出口高度為3.8 m。

          充分利用原離心脫水機及原螺桿輸送機,在原脫水機間外,新增圓盤式污泥干化機。在原螺旋脫水間外側,新建16.5 m(長)×16 m(寬)×6 m(高)污泥干化間,放置污泥干化機及附屬設備作為干污泥暫存間使用。在污泥干化機間、污泥暫存間內各設置起吊質量為5 t的單軌電動葫蘆,用于輸送干污泥。

          圓盤干化機熱源采用電廠蒸汽,從原脫硝氨區蒸汽管道引DN80管道至圓盤干化機。

          在圓盤干化機內,蒸汽與污泥間接換熱,蒸汽冷凝后排至中水處理系統廢水池(容積100 m3),干化機蒸汽耗量約1.0 t/h,蒸汽冷凝水的排入不會對原廢水池運行產生影響。

          污泥在圓盤干化機內干化過程,水分蒸發為氣體,水蒸氣伴著污泥顆粒的干化煙氣需進行除塵凈化。根據干化煙氣的處理工藝,設計了2種方案:(1)干化煙氣通過引風機提供的壓力,先經過旋風除塵器除去大顆粒,之后通入中水處理系統廢水池進行曝氣,達到廢水池攪拌的目的,能夠減少廢水池內污泥的沉淀;將干化煙氣輸送過程產生的冷凝疏水直接排放至廢水池。污泥干化煙氣溫度約為100℃,其中飽和水蒸氣含量為0.6 t/h,將該煙氣通入廢水池曝氣后,廢水池升溫約2℃。(2)干化煙氣通過引風機提供的壓力,先經過旋風除塵器除去大顆粒,再通過二級水噴淋塔進行洗滌,之后通過煙囪進行有組織排放,煙囪排放出口顆粒物小于150 mg/m3(滿足《大氣污染物綜合排放標準》),并設置在線檢測系統。噴淋塔根據煙氣顆粒物排放值定期更換噴淋水,將更換的噴淋水排至廢水池,進行循環處理。

          將兩個方案污泥干化產生的廢水都排至原廢水池,不存在廢水外排情況;兩個方案均能達到污泥干化的目的。方案1與方案2相比,工藝流程較簡單,設備投資較少,更具有技術優勢。

          04 技術改造效益分析

          4.1 環境效益

          改造后,將污泥中含水量由80%降低至50%,降低了中水外運污泥水分,污泥量可減少約4800 t/年(8000 h計),減少中水污泥外運的運輸成本,可有效降低中水污泥運輸過程中的環境風險,提升廠區總體安全文明生產水平。

          4.2 經濟效益

          實施改造后,增加固定投資500萬左右,每年增加運行成本120多萬元,污泥運輸費用可減少至原來的50%左右。

          4.3 社會效益

          中水污泥干化系統升級改造后,得到以下社會效益:(1)污泥中含水量由80%降低至50%,降低污泥體積便于運輸,且節省了后續處理的空間;(2)本項目將污泥進行干化,有效地控制了污泥在運輸、堆放過程中的二次污染,對于改善城市環境,提高人民的健康水平和促進城市的現代化建設具有十分重要的意義。

          05 結論

          本次對水裝置污泥脫水升級改造,采用圓盤干化技術。保留原有離心脫水機和螺桿輸送機,新增一臺圓盤干化機,采用蒸汽作為烘干介質。污泥含水率從改造前的80%降低為50%,設計污泥處理量為24 t/d,年利用小時為8000 h,改造完成后外運污泥量減少4800 t/年。

          在滿足污泥干化要求的基礎上,根據污泥干化煙氣的利用和排放方式設計了兩個方案。方案1是利用干化煙氣對廢水池曝氣;方案2是對干化煙氣進行除塵和有組織排放。方案1與方案2相比,工藝流程較簡單,更具有技術優勢。綜合考慮兩個方案的投資成本、運行費用等因素,推薦方案1為改造方案。