油性污泥脫水及尾氣焚燒處理技術

張麥奎（天華化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅　蘭州 730060）

油性污泥脫水及尾氣焚燒處理技術

張麥奎（天華化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅蘭州 730060）

本文根據石化環保的要求，針對石化行業污泥處置存在的問題，為使污泥做到減量化、穩定化、無害化處理，提出了一種新型、節能的污泥脫水及尾氣焚燒處理技術以及此技術對石化環保的意義。

環保；節能；自惰式循環；脫水與焚燒

0 引言

對石化污（廢）水處理廠而言，污泥主要以油性污泥和廢活性污泥為主，因其含有重金屬、有機物病原體以及有毒物質，而蒸發出來的揮發份由有機、無機、水分、NOx、SO2等氣體組成。石化行業因污泥脫水及尾氣焚燒處理技術的缺陷、引進國外技術價格昂貴、經濟效益不明顯等原因，一般采用掩埋、露天涼化脫水的處理方法。近幾年，隨著石化行業工業化步伐的加快，污水的排放量在不斷增長，污水處理的副產品——污泥也隨之增長，若再采用掩埋、露天涼化脫水的處理方法，不僅傾占了大量土地，而且有潛在的土壤污染和地下水污染，不能做到污泥的減量化、穩定化、無害化處理。并且黨中央、國務院非常重視城市環境質量問題，把污水和垃圾的綜合治理工作納入了國民經濟和社會發展“十五”計劃綱要，而污泥是一種特殊的垃圾，如果不及時處理將造成嚴重的二次污染。

圖1 污泥脫水及尾氣焚燒的工藝流程圖

天華化工機械及自動化研究設計院（以下簡稱天華院）響應國家號召和石化行業污泥處置要求，為防止污泥以及污泥中的毒害氣體對人體和環境質量的影響，經過多年研發，提出一種以污泥脫水機和蓄熱式氧化器為核心設備的污泥脫水及自惰式尾氣循環焚燒處理技術。對石化行業的污泥來說，不僅做到了減量化、穩定化、無害化處理，而且脫水和尾氣焚燒過程高效節能，降低了裝置的運行成本。

1 技術介紹

1.1 工藝流程

工藝流程見附圖1，流程介紹如下：

需要脫水的污泥通過螺桿式泥漿泵1增壓后，打入污泥脫水機2內。污泥脫水機2機身保持一定傾角，熱軸與槳葉片中空，內部通有飽和蒸汽，兩根熱軸互相嚙合轉動，污泥受到擠壓和松弛的交替作用，一邊脫水一邊向前運動。隨著污泥揮發份的逐漸蒸發，污泥從濾餅狀逐漸成為松散的物料，脫水后的物料翻過溢流板從污泥脫水機2中排出，再經旋轉卸料器3后，進入到后續工段。

從污泥脫水機2蒸發出來的揮發份含有機、無機、水分、NOx、SO2等氣體，并夾帶少量的污泥粉塵，首先進入脈沖布袋除塵器5進行除塵，收集下來的污泥微粉經旋轉卸料器4返回到污泥脫水機2中。除塵后的氣體進入氣體吸收塔6用堿液（酸液）對除塵氣體中的酸性（堿性）氣體進行吸收，吸收液自氣體吸收塔6底部通過吸收液循環泵7噴入氣體吸收塔6頂部，與酸性（堿性）氣體接觸吸收，循環使用。吸收凈化后的氣體由于夾帶水霧、液滴，再進入氣體除霧器8對氣體中的水霧、液滴進行分離，凈化、分離后的氣體經循環一次風機10增壓后，進入熱管換熱器11換熱后，最后進入蓄熱式氧化器12A.12B（兩臺互換使用，一臺焚燒，另一臺對焚燒后的氣體在蓄熱室冷卻，回收熱量）和氣體燃燒室14對氣體中的有機廢氣等焚燒，焚燒需要的熱量大部分來自蓄熱式氧化器12A.12B儲存的熱量，不足熱量通過氣體燃燒室14的燃燒器來補充，燃燒需要的空氣通過助燃風機13來供給。焚燒后的氣體中含有大量的熱量，需要回收利用，因此進入熱管換熱器11與焚燒前的氣體進行熱量交換。凈化后的氣體經循環二次風機15增壓后，一部分排放，另一部分進入污泥脫水機2，做為污泥揮發份的載氣。

1.2 工藝特點

新開發污泥脫水及尾氣焚燒工藝具有以下特點：

⑴對流程中的每臺設備而言，都采用常規設備，但對每臺設備重新設計，并優化組合，開發出適合于污泥脫水及尾氣焚燒的新型工藝。

⑵脫水、焚燒采用連續化操作，并在同一系統中完成，相互獨立、互不干擾。

⑶熱量利用率高，脫水采用傳導型污泥脫水機，熱效率可達90%以上，而尾氣焚燒熱量可通過換熱器進行熱量交換，對余熱回收利用，焚燒的熱量來自尾氣中可燃氣體產生的熱量，需要補充燃料量少（油性污泥幾乎不需要補充）。

⑷操作彈性大，在一定的溫度、壓力范圍內，系統的穩定性高，便于操作，同時可針對尾氣濕份性質的不同，尾氣吸收調節的余量大，吸收介質選擇靈活。

⑸脫水后的污泥，體積減小，重金屬活性降低，油性污泥可用于工業鍋爐的燃料，并且燃燒后的灰燼可以筑路、混凝土填料、陶瓷等；廢活性污泥保證重金屬含量、可降解物含量的條件下，可堆肥農用。

⑹從污泥中蒸發出來的有機氣體、有毒氣體經焚燒使有機氣體碳化，有毒氣體氧化，產生的熱量回收利用后，凈化后尾氣大部分循環，少部分排出，對環境沒有二次污染。

1.3 設備介紹

⑴污泥脫水機

污泥脫水機是螺旋式擠壓脫水設備，屬常規設備，主要由熱軸、機身、端板、上蓋及傳動系統等組成；工作原理是：采用飽和蒸汽、導熱油等作為熱源，工作時脫水機的兩根空心熱軸和空心夾套都通入蒸汽或導熱油，通過器壁對污泥間接加熱進行加熱脫水，同時熱軸的螺旋結構對污泥直接擠壓進行機械脫水。

污泥脫水機有以下特點：

①攪拌均勻，脫水效果好：污泥脫水機在工作中兩根熱軸不僅是主要加熱面，而且不停的轉動，物料得到最大限度的混合，物料的脫水效果優于盤式脫水。

②熱軸可相互嚙合，具有自清及擠壓脫水作用，可防止物料粘壁：經驗表明，濾餅狀物料粘結性很強，極易粘附在傳熱面上從而影響傳熱及脫水效果。污泥脫水機的兩根熱軸相互嚙合，當物料粘附到一定程度后可自動清除，從而避免了脫水過程中傳熱與脫水的惡化。

③能耗低，操作費用小：污泥脫水機的熱效率高達90%，操作費用僅為熱風型脫水器的30%。

④粉塵夾帶小，物料損耗少：污泥脫水機的排風主要為揮發份及少量載氣，其排風量僅為熱風型脫水排風量的1/8，并且夾帶的粉塵容易回收，并且回收裝置小，設備簡單。

⑤設備占地小，總投資少：雖然熱風型脫水設備的投資小，但其附屬設備較多，有空氣加熱器、旋風除塵、袋式除塵等多臺設備，占地面積大，基建投資高于螺旋脫水的投資，且操作維護費用高。

⑥設備操作彈性大，運行平穩可靠：采用螺旋脫水有多種手段控制脫水程度，而且由于附屬設備少，因此操作簡單。

⑵蓄熱式熱氧化器（RTO）

蓄熱式熱氧化器（RTO）是在熱氧化裝置中加入蓄熱式熱交換器，預熱有機廢氣，在進行氧化反應，屬常規設備。閥門切換式是最常見的一種蓄熱式熱氧化器。由兩個或多個陶瓷填充床，通過閥門的切換，改變氣流的方向，從而達到預熱有機廢氣的目的。下面以典型的兩床式蓄熱式熱氧化器為例，說明其工作原理：

圖2 蓄熱式換熱器工作原理圖

兩床式蓄熱式熱氧化器主體結構由燃燒室、兩個陶瓷填料蓄熱床和兩個切換閥組成。當有機廢氣由風機送入填料床1后，該床放熱，有機廢氣被加熱，在燃燒室氧化燃燒，氣體通過填料床2，該床吸熱，燃燒后的潔凈氣被冷卻，通過切換閥后排放。在達到規定的切換時間后，閥切換，有機廢氣從填料床2進入，填料床2放熱，有機廢氣被氧化燃燒，氣體通過填料床1，該床吸熱，燃燒后的潔凈氣被冷卻，通過切換閥后排放。如此周期性切換，就可連續處理有機廢氣。

2 技術經濟性分析

2.1 技術經濟性分析

以茂名石化乙烯工業公司污水處理廠全套引進了的污泥脫水及尾氣焚燒處理技術——美國CALLIDUS技術公司的污泥脫水及焚燒系統，以10萬噸/年污泥處理量為例，與天華院自主開發的污泥脫水及自惰式尾氣循環焚燒處理工藝進行技術經濟性分析，具體見表1。

表1 技術經濟性分析表

2.2 效益分析

利用表1中數據，進行公用工程消耗的計算，經濟效益分析見表2。

表2　經濟效益分析表

從表2可以看出：采用自主開發的工藝后，每年可節約資金13，200.0萬元，效益顯著。

3 結語

從環境質量和安全意識考慮，污泥脫水及尾氣焚燒、再利用將是污泥處置的發展方向之一，對以油性污泥為主的石化污水處理廠的污泥來說，脫水后再焚燒將是最根本、最徹底的解決方法。若長期依賴國外進口脫水焚燒技術與裝備，不僅價格昂貴，一次性投入大，而且不利于我國污泥脫水及尾氣焚燒技術的發展。而此技術的研發成功，將能形成適合我國國情的污泥脫水及尾氣焚燒成套技術，對提高國內污泥脫水及尾氣焚燒技術水平和提高環境質量具有重要的意義。

［1］倪春林，張富茂.污泥干燥工藝介紹［J］.干燥技術與設備，2010，8（2）：74-78.

［2］張宗宇，李捷.城市污泥干燥焚燒一體化處理工藝的研究［J］.中國環境管理干部學院學報，2010，20（4）：58-60，65.

［3］丘錦榮，吳啟堂.城市污泥干燥研究進展［J］.生態環境，2007，16（2）：667-671.