沼气及回转式烘干机在污泥烘干中的应用

沼气及回转式烘干机在污泥烘干中的应用前言世界上最早将热干燥技术用于污泥处理的是英国的Bradford公司。1910年，该公司首次开发了转窑式污泥干化机并将其应用于污泥干化实践[1]，进入80年代末期，污泥干化技术逐渐为人们所重视，污泥热干燥技术的应用和推广，促进了污泥处理处置手段的改变，这种改变主要体现在：污泥填埋处置前，要将污泥进行干燥处理；污泥焚烧处置比例得到了较大提高；干污泥产品作为土地回用的肥源出售，产业规模不断扩大等[2]。如今，污泥干化处理也得到了越来越多包括发展中国家环境工程界的重视。在我国，随着国家经济实力的增强，国民环保意识的提高，城市污水处理行业得到迅速发展，城市污泥的产量与日俱增，污泥的处置和开发利用问题日益为人们所关注。污泥的干化处理，使污泥农用、作为燃料使用、焚烧乃至为减少填埋场地等处理方法成为可能。污泥干燥技术的完善与革新，直接推动了污泥处置手段的发展，拓展了污泥处置手段的选择范围，使之在安全性、可靠性、可持续性等方面得到越来越可靠的保证。但污泥的干化处理需要消耗大量的热源，提高了污泥的处置成本。因此，寻求一套技术成熟的设备和价格低廉的热源，是城市污泥进行综合处置和利用的关键。青岛市海泊河污水处理厂在污泥的综合利用研究中，制定了一套污泥烘干工艺，并与有关专家一起以日本的烘干技术为基础，成功试制了一台国产污泥高效回转烘干机。为国内污泥干燥技术的发展应用提供了参考依据。1工艺流程该工艺充分考虑了海泊河污水厂沼气资源丰富的特点，将沼气用于污泥烘干，使沼气得以充分利用。2烘干机工作原理该烘干机采用直接干化技术，将沼气燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合，使污泥中的水分得以蒸发并最终得到干污泥产品。该机的主体部分为：沼气燃烧室和与水平线略呈倾斜的旋转圆筒，烘干方式采用顺流式烘干。物料经供料装置从回转式转筒的上端送入，在转筒内抄板的翻动下（5～8r／min）与同一端进入的流速为1.2～1.3m／s、温度为649℃的热气流接触混合，滚筒中部设旋转的破碎搅拌翼，能使进入烘干机内的物料迅速被打碎，特别是有一定粘性的大块物料，可碎成小块，以便和热风充分接触，提高干燥效率，小块物料进一步碎成粒状，经20～60min的处理，干污泥经出料口输送出来。最终得到含水率低于14％的干污泥产品。设备结构示意图如下。3该套设备的主要特点（1）热容量系数大，热效率高。通过破碎搅拌装置和圆筒回转的复合效果，使总传热系数提高至普通回转干燥机的2～3倍，可达300～500Kcal／m3.n.℃。破碎搅拌装置破碎物料，物料和热风的接触面积增大，同时亦防止了热风的短路，使热风的热量得到充分利用。（2）产品粒径均一由于城市污水厂的污泥在脱水的过程中投加了絮凝剂，使污泥粘性增大，在烘干过程中容易结块，既影响了烘干的效果，又增加了利用的难度（需上一套泥块破碎设备）。在本干燥设备中，通过搅拌破碎装置和筒内的窑式活动板作用，使泥块结硬之前就被破碎，最终的出料为粒径均一的颗粒（约2mm左右），使污泥的后续处理或利用工序更加简便。（3）运转、操作容易该设备配备了自动控制系统，沼气燃烧器具有大、小火头燃烧方式。烘干转筒末端设有温度传感器，通过温度传感器控制燃烧器火头的大小转换，从而控制烘干滚筒内部的温度，防止温度过高造成污泥的焦化。转筒的转速可通过控制柜进行调节。（4）环保、节能采用污泥消化处理中产生的沼气为加热能源，大大降低了污泥干燥的成本，为沼气的综合利用又开创了一个新的应用领地。4生产性实验效果4.1原始参数的设定海泊河污水处理厂消化污泥脱水后泥饼含水率约75%，将其自然晾晒后，含水滤可降至60%和50%。有机复混肥含水率的国家标准为14%，根据前期大量的肥料生产性实验可知，污泥肥料造粒生产时，污泥含水率为20%时产量及质量最佳。因此，设定烘干进料污泥含水率如下：初始污泥含水量设定为：75%、60%、50%；终含水量设定为：14%、20%。4.2海泊河污水厂沼气情况海泊河污水厂沼气成分监测结果如表4－1：表4-1海泊河污水厂沼气成分及含量成分CO2O2COCH4H2N2含量（%）22.00.864.810.70.1经计算沼气热值为6543千卡／标立方米，沼气产量约7000立方米／天。4.3烘干脱水及能耗分析设备安装完毕后，进行了大量的生产运行实验，现将设备运行的平均情况总结如下，见表4－2。表4-2污泥烘干脱水产量及耗能分析投入湿料量T／hr初始含水量（%）总含水量（%）产品量（Kg/hr）脱水量（Kg/hr）耗热量（Kcal/hr）耗热比（%）产量比（%）175142917096809281001006046553551360075.41605058141940185659.020075203136886600001001006050050048000072.71605062537536000054.5200表中所示的产量及耗热量是以湿料处理量1吨／小时，按设定的参数计算的，其中：QH2O＝960Kcal／KgH2O，此值是根据生产综合经验数值推算出来的；WH2O＝GD×（75－14）%／（100－75）%WH2O＋GD＝1000Kg式中：QH2O――去除单位水份所消耗的热量，Kcal／KgH2O；WH2O――脱水量，Kg／hr；GD―――产品量，Kg／hr。从以上数据可以看出，无论对终含水量14%，还是20%的处理，初始含水量由75%降低到50%时，产品产量均上升100%，而能耗仅为原来的59%和54.5%，所以，从生产工艺上尽可能的降低投入料的含水率，降低污泥烘干的成本。该设备的烘干料为均匀的颗粒状，粒径约2mm左右。降低投入料含水率最有效最简便的办法就是对湿污泥进行自然风干、晾晒，在含水率较高的情况下（75%），可较快的初步降低污泥中的含水率。5结论（1）将污水处理厂的副产品-沼气用于污泥烘干是可行的，一方面可有效的降低污泥干化的处理成本，另一方面避免了沼气能源的浪费，使该套设备兼具环保、节能的特点。（2）该套设备用于城市污水处理厂的污泥烘干，在技术上和经济上都具有一定的优势。（3）该套设备存在的问题是没有对污泥烘干过程中产生的异味气体进行处理，有关这部分异味气体的处理方法下一步将继续探讨、研究。