【大学课件】城市生活污水厂污泥干燥技术

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概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术概述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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。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,从而导致土地的容积利用系数明显降低。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。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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。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。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常用的热干燥技技术。污泥干燥可有效减少其体积1000m³污泥/d150m³/d50m³/dDS=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节约占用土地面积减少土地填埋费用减少运输费用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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(%)9590755010热值(MJ/kg)——1.786.0612.9植物养分(%)0.250.51.252.54.5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SludgeDrying转换过程干化颗粒•20-35%DS•粘性•热值4MJ/kg•生物学特性活泼(消化过程)从污泥到产品通过污泥干燥污泥干燥是实现污泥资源化和无害化处理处置的关键环节浓缩污泥1000kg;；4%DS机械脱水144kg;27%DS干燥44kg90%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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。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。资源化-干燥后的污泥颗粒可作为肥料、土壤改良剂、燃料或建材化原材料等。内容概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术干燥原理及过程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。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自由水分：蒸发速率恒定时去除的水分。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。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。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概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术污泥干燥设备及其工作原理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。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。A.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。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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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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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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。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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20～30m/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：污泥干燥工艺直接干燥技术和设备转筒式干燥器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。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。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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。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。原理构造流程污泥干燥设备及其工作原理间接热干燥技术和设备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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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干燥器应用较广泛。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。污泥干燥工艺间接加热干燥Andritz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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。要求湿污泥含水率低于50％。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，安全性高。3.需要污泥反混，因此对污泥初始含水率适应性较高。不过反混的干污泥经过反复加热、冷却，热损失大。4.过涂层机涂层后的污泥颗粒内部干燥，外层潮湿，因此可提高含水率低于50%干燥过程的干燥效率，只能用于全干化。直接—间接联合式干燥系统技术特点：–是对流—传导技术的整合主要代表干燥设备：–Vomm高速薄膜干燥器,–Sulze流化床干燥器–Envirex带式干燥器。直接—间接联合式干燥流化床干燥器脱水后的湿态污泥,通过传送器被输入流化干燥床内;气流进入流化床内污泥层,引起污泥在受热下的固体颗粒运动,状似流体沸腾。控制气体流速,使污泥保持悬浮状态(而不是输运状态),干燥所需的热量由蒸汽通过安装在流化床内的热交换器提供；在流化床内，气体与污泥处于交叉逆流中，气体作为高效热量交换介质，而污泥中的水分则在流体运动中得以蒸发；流化干燥床位高一端,可连续进入湿泥，而位低的另一端则可连续排出颗粒状干泥；被蒸发的水分通过冷凝器加以回收,并被排回到污水处理系统;干燥过程中可产生的部分污泥粉尘,由旋风分离器从循环气体中分离后进人混合机,与湿态污泥混合后,再入流化干燥床。1.热传导、热对流传热方式结合，热效率高。2.气体的闭路循环以降低干燥介质的氧气含量，安全性较高。流化床干燥工艺及特点特点：3.对污泥初始含水率适应性广。不需要污泥反混。4.无运动部件，维修费用小。5.气体量很大，后续冷凝处理费用高，载气反复进行冷却、加热，因此热损失大。6.不能进行半干化。污泥干燥工艺Andritz流化床干燥系统流化用气体与蒸发出的水分干化颗粒污泥75℃导热油220℃流化用气体75℃导热油250℃脱水污泥泥浆泵循环直接—间接联合式干燥带式干燥器联合干燥带式干燥器的设计特点是不锈钢带在一不锈钢盘上走动：一方面热空气从污泥表面流过，并在封闭的炉膛内回转对流传热（污泥进口和出口端在同一方向），另一方面通过加热不锈钢盘传导热能到不锈钢带上的污泥，使污泥受热，水分蒸发，经15~30min环形运转后，在出口处输