电渗透污泥干化工艺

38专题水工业市场2010年第7期电渗透污泥干化工艺一、污泥处置方法概述1、污泥处置方法应遵循的原则笔者认为《国家城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》中提出“最佳”与“可行技术”是符合目前中国污泥处置工业国情的，中国在一定时期内的技术、经济发展水平和环境管理要相适应。在经济和技术许可的条件下要因地制宜，在考虑成本和综合效益的前提下，综合整体的考虑污泥处置方案。通过技术和管理措施使污染污泥处理能够实现达标排放，同时达到高水平整体的环境保护效果。2、所建议的污泥处置方法的出处污泥中含有具有潜在利用价值的有机质，包括氮、磷、钾和各种微量元素；寄生虫卵、病原微生物等致病物质；铜、锌、铬等重金属，以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有害物质，如不妥善处理，易造成二次污染。我们认为处理后的污泥或污泥产品在环境中或利用过程中达到长期稳定，并对人体健康和生态环境不产生有害影响才是最终消纳方法。对于一些污水厂所在地区的工业经济比较发达而且没有空余土地消纳污泥的可以采取对污泥进行适当处理后作为生产水泥的辅助燃料或电厂补充燃料。对于污水厂所在地区的工业经济不发达而且有空余土地消纳污泥的一些地区，则可以将污泥进行深度脱水处理到含水率60%以下时堆肥或运至填埋场做为覆盖土进行填埋处置。3、推荐电渗透污泥干化方法的理由中国市政污泥的发热量约为2000－3300大卡/吨干污泥。如卖给发电厂做燃料每吨干泥可以产生2000-3300大卡的热量，现在5500大卡的热量的燃煤在中国卖到800元/吨左右，而且用量每天很大，火电厂都有烟尘和粉尘处理设施，如把干燥后的污泥（80%含固率）作为燃料送到发电厂，不仅可以产生效益，而且合理利用电厂环保设施资源，避免投资浪费（污水厂减少处理污泥的环保投入），高效环保的最终处置了污泥，而且污泥作为燃料发挥了自身最大化的利用率，真正做到了再生能源。并且电能是今后发展的主要能源，而且风力发电、太阳能发电、潮汐发电、水力发电等不消耗矿产资源的绿色发电方法越来越多，2020年绿色电能将占我国总发电量的40%，这样许多工业企业都将利用电能这种低成本绿色可持续能源作为主要生产能源，随着电力工业发展逐渐走向一条清洁高效环保之路，电费也随之降低。所以利用电能这种经济清洁能源作为污泥转化生产能源的这条路发展方向是正确的。二、电渗透污泥干化工艺介绍1、污泥含水结构（图1）文/张景成1　才亮2　杨雷3（1　哈尔滨工业大学；2　再生能源（香港）有限公司；3　中国市政工程东北设计院）间隙水a-处于污泥团块之间的水外部水b-粘附水c-吸附水d-空隙虹吸水e-虹吸水f-毛细虹吸水内部水g-细胞液水、氢合作用水h-内部虹吸水图139污泥处理处置新技术研究与新趋势解读水工业市场2010年第7期间隙水：处于污泥团块之间的水外部水：b-粘附水；c-吸附水；d-空隙虹吸水；e-虹吸水；f-毛细虹吸水内部水：细胞液（水合作用含水，内部虹吸水）2、污泥做为燃料的最佳含水率污泥焚烧前处理技术通常指脱水或热干化等工艺，以提高污泥热值，降低运输和贮存成本，减少燃料和其他物料的消耗。热干化工艺有半干化（含固率达到60％～80％）和全干化（含固率达到80％～90％）两种。热干化工艺一般仅用于处理脱水污泥，主要技术性能指标（以单机升水蒸发量计）为：热能消耗2940~4200KJ/kgH2O；电能消耗0.04~0.90kW/kgH2O。污泥含固率在35％~45%时，热值为4.8～6.5MJ/kg，可自持燃烧，用作土壤改良剂、肥料，或作为水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料时，须将污泥含固率提高至80%~95%。如要将污泥含固率提高至80%~95%时，就要把细胞水也脱掉才行。研究发现：(1)用加热方法温度要在400℃以上才能把细胞内的水脱离出来。(2)如用外力挤压方法压力要在50㎏/cm2以上才能把细胞水脱离出来。以上两种方法取出细胞水耗能大，不环保。经研究并用工程运行实例验证用电渗透的方法节能效果好运行成本低，而且没有废弃飞灰及烟尘，所以推荐电渗透污泥干化工艺。电渗透处理污泥是目前效率最高，耗能最少的污泥干化方法（含固率达到80％～90％），通过运行证实改变污泥含水率最难的是把污泥细胞内的水分离出来。只有把细胞内的水分离出来，污泥改性后污泥中的水都变成游离水，才能真正地实现所要求的污泥含水率。三、电渗透污泥干化原理1、电渗透机械式污泥干化运用电渗透污泥干化设备以高效率，经济性，稳定性方式干化，从污泥中提取“自由水”和“细胞内水”，它有区别于传统脱水技术。污泥饼进入电渗透干化设备的滚筒和履带之间，通电后，滚筒（带正极）和履带（负极）之间产生电位差，这导致强制迁移性的现象发生，因此使得污泥颗粒向正极移动而水向负极移动，在污泥细胞上开始电刺激、电解水的负极和正极移动、电解水开始BROWN运动BROWN运动开始后，细胞内部产生高压污泥细胞破碎后细胞水流出来。这样污泥高效脱水干化效果达到了，污泥得到了改性，将污泥含水量从80%降低到约60%(图2)。细胞电解分裂图如图3所示。2、自然风通气干燥电渗透过程中发生的布朗运动及摩擦产生的热能源，使污泥含水固形物的细胞膜破裂，把细胞内的水分及PAM等分离出来，都变成了游离水，采用普通的通图240专题水工业市场2010年第7期风干燥，含水率可以达到20%。3、第三阶段污泥再生资源化20%-10%，造粒。4、日处理50吨，80%含水率污泥的工程流程图（图4）三、污泥电渗透污泥干化设备与原有污泥热干燥费用比较1、对比（表1）2、投资及运行费用投资费用：比其他污泥干化工艺低20%左右。运行费用：比其他污泥干化工艺低20%左右。3、50吨/天（80%－10%）运行费（表2）(1)目前电厂使用的燃煤热值5500Kcal/kg，价格（800－900）元/吨，我们燃料化后相当于热值5500Kcal/kg的煤6.86吨。(11.1×3400÷5500×1000)／1000=6.86吨）。(2)如发电厂按所产生的热值付给一半的费用，那么污泥吨图4　在污泥细胞上开始电刺激电解水的负极和正极移动细胞内部产生高压污泥细胞破碎后BROWN运动开始后，电解水开始BROWN运动细胞水流出来图341污泥处理处置新技术研究与新趋势解读水工业市场2010年第7期处理费是：（7050－6.86×900÷2）/50=79.26元/吨四、污泥低温燃料化1、解决能源危机的途径(1)节能《中华人民共和国节约能源法》1997年通过，2007年修订，2008年4月1日实施。2007年12月《中华人民共和国能源法》征求意见稿出台。(2)能源综合利用(3)可再生能源2005年通过《中华人民共和国可再生能源法》2、传统生物质可再生能源往往采用粮食和植物，容易进一步加剧世界粮食危机和生态危机。因此，生物质能源原料必须开辟新途径。3、剩余污泥适宜作为生物质能源原料(1)数量巨大我国目前年产干污泥约500万吨，且以10%的速率增长；(2)生物质含量高干污泥含有约40％的微生物，挥发性有机物含量60％～70％，干污泥热值约10MJ/kg；(3)周而复始（可再生）只要有人类的存在，必将产生废水和污水，其生物处理将产生剩余污泥。4、污泥燃料化的前提—污泥干化污水厂剩余污泥通过浓缩和机械脱水后含水率约80％，较高的含水率不仅导致污泥热解前期干燥的能耗升高，而且产生的能源热值降低，利用价值受到影响。五、结论1、剩余污泥电渗污泥干化不仅完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008），总体上节省了污泥处理处置费用，最终无害化、资源化具有较好的经济效益。2、电渗透干化污泥低温燃料化具有良好的经济效益，可以确保城镇剩余污泥资源化。电渗透污泥干化工艺不仅满足国家处置标准，而且具有经济效益。电渗透污泥干化设备占地小，操作简单，把污泥在污水厂做成燃料在外运运费少。该工艺投资省、运行费低、维护费低、环保高效，真正解决了污泥减量处置及再利用等难题。技术原有污泥干燥技术电渗透污泥干化、干燥技术含水率减少99%至80%机械式脱水机械式脱水85%至60%热能源干燥电渗透干化60%至10%热能源干燥通风干燥设备构成复杂系统脱水机+干燥机设备投资费用100%低20%左右与原有污泥干燥设备投资相比，只需要80%的投资费用就可以。运行费用100%低20%左右与原有污泥干燥运行费用相比，只需要80%的运行费用就可以。表1项目数量单位含水率10%总量11.1ton/day绝干污泥10ton/day水分量1.1ton/day污泥热值（含水率80%）3400Kcal/kg污泥总热值（50吨含水率80%）40000Mcal/day单位消耗功率235KWton/day总消耗功率11750KWkw/day总消耗费用7050.00元/day(电费0.6元)表2