有机污泥干化、热解炭化一体化技术在工程上的应用

来源 :科学与财富 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gnbsr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:污泥热解炭化技术是近几年推广使用的一种工业有机污泥处理新方法,具有污染物处理较为彻底、最终产物可实现资源化利用等优势。实践表明,如果将含水率在80%左右的湿污泥直接进行热解炭化,不仅会降低处理效率,而且增加能源消耗。因此,增加前置的污泥干化工艺,推行“脱水干化+热解炭化”的一体化处理技术,成为有机污泥无害化处理的新选择。本文结合一个使用污泥干化、热解炭化一体化技术的工程实例,首先从污泥调理、脱水、干化-高温炭化、碳粒存储、臭气处理等方面,简要概述了工程项目各个环节的技术要点;随后分析了污泥处理中热解气与最终产物碳粒的资源化利用方式,并对该工程的经济效益、环保效益进行了预测,为该技术的推广应用提供了一定帮助。
  关键词:有机污泥;干化;热解炭化一体化 ;资源化利用
  脱水干化、热解炭化一体化技术的原理,是将高含水率的有机污泥进行干化处理,理想情况下干化后污泥含水率在50%以下;然后再利用设备进行加热使其分解、炭化,最终产物为含水率在5%以下的碳粒。碳粒可作为建筑、工业等领域的重要基础材料,从而实现了无害化处理和资源化利用。近年来,在新设备、新工艺的带动下,污泥的脱水干化、热解炭化一体化技术已经比较成熟,这就为技术的推广应用创造了便利条件。
  1.工程项目概况
  该工程项目共包含五个系统,分别是污泥调理系统、脱水系统、干化热解炭化系统、存储系统和臭气处理系统。工程总占地面积1464m2,其中建筑物占地面积1224m2,工程费用950万元,建成后污泥处理量可达40t/d(折合含水率80%)。
  2.有机污泥干化、热解炭化一体化技术的应用
  2.1污泥调理处理
  调理系统的作用是破坏污泥的胶體结构和水分结合容量,达到压缩、减量的目的,既可以减轻后续污泥热解炭化的能量消耗,又可以进一步提高脱水效果。常用的调理方式有物理调理(加入硅藻土)、化学调理(加入无机金属盐)和生物调理(加入复合酶)等。在综合考虑成本、环保等因素后,本工程选择生物调理工艺。主要设备有1台直径为2.0m、高度为2.5m的污泥调理罐,内置1台功率为5.5kW、转速为45r/min的搅拌器。同时,配套设置1台加药设备。在均匀加入生物复合酶之后,通过搅拌使生物复合酶与污泥充分结合,提高调理效果。
  2.2污泥脱水处理
  对污泥进行深度脱水,通常将含水率控制在50%以内,从最初的湿润状态变成半干状态。卧式隔膜板框脱水机能够满足污泥干化处理的要求,但是实际使用时存在能耗高、效率低的问题。而本工程每日处理污泥量较大,因此卧式隔膜板框脱水机的性价比不高。立式压滤机高干污泥脱水机能够在不借助外部能源的情况下,将经过调理后、含水率在80-90%之间的污泥,深度脱水至50%以内。除了脱水效果好,该设备还具有占地面积小、自动化程度高、污泥减容量大等优势。
  2.3污泥干化、热解炭化一体化工艺
  基于干化、热解炭化一体化工艺的污泥热解过程共包含3个阶段:首先是干化阶段,温度维持在25-100℃之间,污泥中剩余的游离水、结合水完全脱除;其次是热解阶段,温度升高至100-350℃。提供无氧环境,随着温度逐渐升高,污泥中的各类挥发物开始不断析出,污泥质量进一步降低,最大减重可达85%,最大减容可达95%;最后是碳化阶段,温度继续升高并维持在400℃以上,在微观结构上污泥的C-C键和C-H键发生裂解,实现炭化。污泥中有机物的热解过程如图1所示。
  该环节使用到的核心设备为一体化双层套筒式旋转炭化机,最大功率为45kW,污泥炭化处理能力可达到25m3/d。另外还有1台功率为4kW的燃烧器、1台DLSLN-2-60型冷凝器和1台DJHR-2/Z型蒸汽热换器。具体运行工艺流程为:前端深度脱水后的污泥(含水率<50%)经密闭螺旋输送机均匀送入炭化机上部,通过锁风器进入炭化机内部,保持炭化机内微负压,对空气进行隔绝,使炭化机内部形成一个无氧或缺氧的空间,污泥从20℃左右的温度,经过干燥段130℃-150℃,热解段250℃-450℃以上,炭化段450℃-650℃,降温段140℃。完成上述流程后,可以得到含水率≤5%的干化污泥。此时污泥的状态以粉末为主,但是也有一些颗粒物。
  在热解过程中,由于提供了无氧环境,因此污泥热解基本上不会释放出二噁英。而常规的二氧化硫、氮氧化物等具有污染性的气体,释放量也明显减少,因此干化、热解炭化一体化技术在环保方面也有显著优势。对污泥热解生命周期评价表明,其热解技术的GWP(全球变暖潜能)仅为厌氧消耗的0.37倍、直接填埋的0.22倍、焚烧处理的0.18倍。
  2.4污泥存储工艺
  经过热解炭化处理后得到的碳粒,会从炭化机下方的出料口掉出,并落到螺旋输送机上。碳粒的含水率≤3%,初始温度在135-140℃。因为碳粒温度极高,在接触外界空气(氧气)后,极易发生自燃现象,不仅造成了资源、能量的浪费,而且容易烧毁输送带,引起火灾事故。因此,必须要对高温碳粒做相应的降温处理。可用方法有2种:其一是采用内置冷却水循环管路的方式,将其布置在输送带的下方,使低温冷却水不断流动,达到帮助碳粒降温的效果。其二是在输送带的两侧,分别对称设置若干个水冷喷雾装置。冷却水通过喷嘴以水雾形式喷出,落到高温碳粒上,也可以达到帮助碳粒降温的效果。此方法降温速度更快,但是碳粒含水率会有一定程度的上升,最高不超过10%。经过降温处理,碳粒温度降低至室温,在运送至输送带的末端后,掉入集料仓中,储存起来。该系统中包含的核心设备主要有:1台功率为6.0kW、长度为10m的带式输送机;1台功率为4.5kW、储水量为25m3/h的循环水泵;1台功率为3kW、储水量为20m3/h的喷淋水泵;1台总容积为200m3,尺寸为10m×5m×4m的碳料仓。
  2.5烟气及臭气处理工艺   有机污泥中含有的有机质、重金属以及无机盐等,在经过高温分解之后,会产生一定数量的烟气及臭气。从化学成分上来看,主要含有大量的水蒸气、SO2、NOx、CO、HCl、NH3、H2S、重金属、挥发性有机物等以及部分烟气固体颗粒的高温气体;烟气量约为6000Nm3/h。其中,像硫化氢、氨气、二噁英等气体成分,会导致气体产生臭味等刺激性气味。烟气及臭气如果直接排放到大气中,也会造成环境污染、危机人的健康,必须要加以处理。气体处理装置及其功能如下:
  (1)1台功率为2.5kW、容积为3m3的碱粉储罐,用于存储粉末状烧碱(NaOH),通过喷淋粉末的方式去除烟气中的HCl、H2S、SO4等酸性成分;(2)1台功率为1.5kW的粉喷射装置,用于将碱粉储罐中的粉末均勻喷出;(3)1台处理量为6×103m3/h的电除尘器,可用于吸附烟气中的粉尘颗粒;(4)1台有湿式电除尘器、碱性喷淋塔等组成烟气一体化净化塔,可用于烟气的无害化处理。利用上述装置,可以将污泥热解炭化处理工序中产生的尾气实现了无害化处理,从而为下一步的资源化利用创造了便利条件。
  3.炭化污泥的资源化利用
  3.1热解气的资源化利用
  如上文所述,污泥热解过程中释放出的气体中,除了二噁英、硫化氢等污染物外,还含有大量的水蒸气、一氧化碳等可燃物。这些成分在特定条件下可以燃烧并释放出大量的热,从而实现了资源的再利用。在去除了烟气中的污染成分和粉尘颗粒后,剩余的气体成分中主要有水蒸气、油滴、一氧化碳。将这部分气体通入到温度在400-500℃燃烧室中。同时,利用鼓风机向燃烧室内吹入助燃空气,配料室中向燃烧室喷出辅助燃料(通常为天然气),这样就可以使热解气在燃烧室内重新燃烧、释放出大量的热。高温热气经过带有保温材料的金属筒,最终进入间接加热式回转窑。在这里可以为新的污泥热解炭化提供所需的热量。在该工程中,使用热转化效率较高的装置和保温性能良好的管材,将热解气的热转化率维持在80%左右,从而显著降低了污泥热解炭化处理中的能量消耗,无论是能源节约还是成本控制,都取得了良好效果。
  3.2碳粒的资源化利用
  除了热解气可以进行资源重复利用外,污泥热解炭化的最终产物碳粒,也是一种在诸多领域均有着广泛使用的材料。碳粒的资源化利用方法有:(1)使用碳粒制作透水砖。在海绵城市建设背景下,透水砖因其渗透性强,成为城市道路、地面铺砖中常用的材料之一。普通水泥制作透水砖,强度有余但是透水性差。碳粒是一种多孔的材料,经过压缩处理后强度较大。因此使用碳粒制作透水砖,既能够在强度、硬度方面有保障,同时又提高了砖的透水效果,成为制作透水砖的一种理想材料。(2)使用碳粒改良地基。在房屋或公路工程中,经常会遇到软土等承载力较差的地质,如果地基处理不到位,很容易出现地基、路基沉降的问题。在软土地基改良中,常用的方法是挖除软土并重新填入质量较好的素土或砂石。碳粒也可以作为地基、路基的填料,在满足地基加固要求的前提下,还能提高其透水性,避免积水浸泡导致的地基、路基沉降问题。
  4.工程能源选择
  在污泥干化、热解碳化一体化工艺中,需要提供大量的热能,达到蒸发污泥水分、使其热解碳化的效果,进而达到减量化、无害化、资源化的目的。结合该工程的设计方案,总体规模较小,所需能耗不高,可优先考虑燃烧值较高、不产生污染的清洁能源。能源配置方案如下:
  (1)以天然气作为主要能源。其主要成分为CH4,燃烧产物为一氧化碳和二氧化碳,不会对空气造成污染。在性价比方面,相比于人工煤气,天然气的价格较低,并且能够延长灶具、炉具的使用寿命,减少了后期维护的支出,经济实惠。还有就是天然气易于存储,不容易聚集形成爆炸性气体,使用起来也比较安全。本工程所用天然气均为厂外一路中压天然气管线中引出,经调压柜降压至6-8kPa后满足工程使用需求。(2)以电能作为辅助能源。考虑到天然气有一定几率出现供应不稳定的情况,本工程中还选择电能作为临时替代能源,保证干化、热解炭化一体化工艺的稳定运行。电源方面提供380V双回路电源,一主一备。
  5.工程污染治理
  该工程投入运行以后,可能会产生废气、废水、噪音、臭味。可采取以下措施予以治理:(1)工程中增加烟气净化处理系统,使用“喷粉吸附+预除尘装置+净化塔处理”的组合模式,将废气、臭气吸收、净化,达到安全排放。(2)对于产生的废水,排入污水管网,进入污水处理厂做统一处理,最终排放标准应满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。(3)工程中采取降噪设备和吸引材料,在气动性噪声设备上安装消音装置,保证日间噪音不超过65dB。
  6.工程效益预测
  该污泥脱水干化、热解炭化一体化处理工程建成并投运以后,将会在以下方面创造可观的效益:其一是环保效益。工业有机污泥中包含Ag、Pb、Cr、Hg等重金属,以及一些病原体等有害成分,如果处理不彻底将会造成严重的环境污染。选择污泥干化、热解炭化一体化技术,成功实现了污泥的无害化处理,即便是直接填埋也不会对环境造成二次破坏,环保效益显著。其二是社会效益。污泥干化、热解炭化处理工艺中的产物有两种,即热解气体和碳粒。两者都属于可重复利用的资源。尤其是碳粒,在工业生产、工程建设等方面有着广泛应用,可以降低资源消耗,创造一定的社会效益。
  结语:在环保要求日益严格的背景下,有机污泥的无害化处理技术成为热门研究课题。本文提出的一种先进行干化、再进行热解炭化,最后进行资源化利用的污泥一体化处理项目,不仅实现了污泥的减量化、无害化处理,而且还可以将产物进行资源化利用。在应用这一技术时,要重点做好深度脱水处理、干化热解炭化处理等环节的技术把控,才能发挥该技术的应用价值,在环境保护和经济效益之间达到统筹兼顾。
  参考文献:
  [1]宋相和,纪怡璞.干化-焚烧联运技术在含油污泥处理中的应用[J].安全、健康和环境,2020(06):128-129.
  [2]汪洋,邓纲,徐方利,等.成都市万兴环保发电厂增加污泥干化协同焚烧工艺的技术方案分析[J].环境卫生工程,2019(01):43-46.
  [3]龙柯沅,张展薄,沈德魁,etal.市政污泥干化焚烧耦合热解工艺模拟[J].化学工程与装备,2020(03):272-275.
  [4]杨益军.污泥混合技术在二段法污泥干化项目中的应用[J].亚热带水土保持,2019,031(04):68-70.
  [5]温杰颖,林培斌,马沁柠,等.新型污泥干化技术在印染污泥处理上的应用分析[J].节能,2019,446(11):113-115.
其他文献
摘 要:近些年来,随着现代化教育的大力推进,我国教育界开始逐步重视各大技工院校的教学管理,尤其是体育学科教育教学工作的开展。在技工院校体育专业的实践教学中,创建科学合理的教育系统,既可以充分发挥学生自身的个性,还能帮助学生养成终身体育锻炼的良好习惯。本文针对技工院校体育科目教育教学的改革创新,深入探讨如何通过体育教学全面的培养学生,旨在提升技工院校学生的个人综合素质。  关键词:技工院校;体育教学
期刊
摘 要:初教机阶段飞行学员的启蒙教育内容是提高飞行学员军事训练,帮助学员掌握基础常识,为学员进行技能训练和战术训练,奠定良好的理论基础。本文主要针对初教机阶段飞行学员启蒙教育的意义进行分析,并探讨了几点飞行学员启蒙教育的有效措施,希望能够改善目前我国飞行教育的问题,助力我国飞行教育事业的不断发展。  关键词:飞行学员;启蒙教育;基础知识:飞行技能  一、初教机阶段飞行学员启蒙教育的重要意义  飞行
期刊
摘 要:素质教育的深入开展,使初中物理教育发生了根本性的改革。新课程改革明确指出,初中物理教育的目标之一是让学生认识物理知识,培养一定程度的科学探究能力。初中物理知识科学性强,学术进步的动力是探究。知识渗透本身学生去实践、探索、总结、探索。科学探究能力是学生获取物理知识的基本技能,可以说是学生自身过程中不可或缺的能力。在本文中,笔者从学生科学探究能力的发展出发,从三个方面探讨了初中物理课堂的教育措
期刊
摘 要:在新时代下,教育也在一步步地改革,以往是应试教育,如今已经是素质教育,这有本质上的不同。在新课改的背景下,教育是要更贴近生活的,要让学生自己愿意学习,除了学习理论知识外,更重要的是懂得将理论应用到实践中。所以,本文将会以小学学科为例,先阐述其在应用过程中遇到的阻力,然后再探讨生活化教学的应用措施。  关键词:生活化教学;小学科学;教学策略  前言:  在小学生的眼中,科学就是通往新世界的一
期刊
摘 要:现代可穿戴技术被定义为将微处理器和互联网连接在一起。可穿戴设备通常用于跟踪用户的生命迹象或与健康、位置、甚至人们的生物反馈有关的生命迹象或数据片段,以指示情绪。可穿戴设备模型可能依赖于短距离无线系统,如蓝牙或本地Wi-Fi设置。可穿戴设备的例子包括各种类型的电脑化手表,移动网络的发展带动了可穿戴技术的发展。健身活动追踪器是第一波流行于消费者的可穿戴技术。然后,手表变成了一个屏幕,并增加了更
期刊
摘 要:教师肩负着说教、教学、解谜的使命,是知识的传播者,是学生与知识的桥梁。英语教师的素质决定教育的质量,中学是人类成长的启蒙阶段,英语教师的素质在英语等较差的学习环境中尤为重要。为提高中学英语教育质量,教师必须进行专业的、优质的培训,以提高他们的素质。而在这篇文章中,我将解释教师素质如何影响中学英语教育质量,希望能帮助改变中学英语教育质量低下的现象。  关键词:英语教师素质;中学英语;教育质量
期刊
摘 要:青年教师是高职教师的重要组成部分,本文通过研究国内外研究现状、思路方法以及技术路线和创新点,助力提升教学质量,保障高职院校教学能力的稳步提升,促进学生的全面发展。  关键词:职业院校;青年教师;水平提升  一、国内外研究现状  (一)国外研究现状  目前,在国外均没有单独将高校青年教师作为研究对象,而是多将高校的青年教师看做一个整体来进行探索,对青年教师的综合教学能力进行深入研究。其中,以
期刊
摘 要:外科护理学是一本理论和实验综合性很强的学科,外科护理学的设立主要就是为了培养学生的专业技能。在外科护理学的教学中,大多数的教师采用的依旧是传统的教学模式,对书本上的知识进行阐述,这种教学很难提高学生学习的积极性,因此,外科护理学的教学质量无法得到提高。为了强化教学改革的进程,适应信息化教学的模式,外科护理学也采用了微课教学,微课的应用改变了传统的教学模式,提高了教学的质量。  关键词:微课
期刊
摘 要:自2009年,北京市教工委倡导开展面向全体、针对问题、科学指导、整合力量的深度辅导工作起,北京高校均积极开展了对深度辅导的实践探索和理论研究,成为了高校辅导员思政教育工作的重要手段。艺术类高校大学生作为相对特殊的学生群体,既具备当下青年的普遍特征,又有因其专业需要所导致的独特性,如何对其进行正确、全面、针对性的引导和帮助,是目前艺术类院校普遍面临的问题。本文旨在探讨艺术类高校辅导员如何拓宽
期刊
摘 要:“十四五”时期经济社会发展主要目标包括“民生福祉达到新水平”,多层次社会保障体系更加健全,卫生健康体系更加完善。新形势下,工会传统的困难帮扶工作存在明显短板,服务能力有限与教职工需求日益增长之间的矛盾凸显,给工会困难帮扶服务工作可持续发展带来严峻考验。本文从工作实践出发,在充分调研的基础上探索构建顺应时代要求,满足广大教职工意愿的高校工会困难帮扶服务体系。  关键词:高校工会;困难帮扶;服
期刊