低溫?zé)岣苫夹g(shù)在某廢水廠污泥減量中的應(yīng)用

沈 波，韓振波，薛凱元，董世翔，李 勤

(1.中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海 200090；2.無錫愛姆迪環(huán)保科技有限公司，江蘇無錫 214194)

石油化工園區(qū)廢水處理廠污泥，因含有大量礦物油、有毒有機(jī)溶劑等有害成分，被認(rèn)定為危險廢物[1]。石油化工污泥成分復(fù)雜，含有大量的老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體等難降解物質(zhì)，以及少量機(jī)械雜質(zhì)、重金屬鹽類、腐蝕產(chǎn)物等有害成分，廢水處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑等水處理藥劑，使其呈現(xiàn)乳化充分、黏度大、難脫水等特點，造成污泥處理難度大，僅簡單的污泥濃縮、機(jī)械脫水處理，已無法適應(yīng)國家和地方對危險廢物規(guī)范化的處置要求[2-5]。此外，全國各省市危廢處置成本普遍較高，該類污泥委外處置費(fèi)用約為4 000～5 000元/t，且逐年上漲[6]，為了滿足日益嚴(yán)格的危險廢物處置要求，降低處置費(fèi)用，進(jìn)行污泥減量化已是石油化工類污水廠處理污泥的必然選擇。本文重點介紹基于蒸汽的低溫?zé)岣苫夹g(shù)在某石油化工園區(qū)廢水廠的成功應(yīng)用，以期為開展污泥熱干化相關(guān)研究提供技術(shù)支持，為同類項目實施提供借鑒。

1 工程概況

某石油化工園區(qū)廢水處理廠位于江蘇某城市，為滿足污泥規(guī)范化處置要求并降低污泥處置成本，開展污泥減量化項目。該項目日處理平均含水率為88.8%的濕污泥20.8 t，工程總投資為780萬元。

1.1 工藝選擇

熱干化技術(shù)作為污泥處理主要技術(shù)之一[7]，憑其脫水率高、操作簡便、反應(yīng)時間短等諸多優(yōu)勢，在污泥減量化處理中備受青睞。熱干化技術(shù)利用熱能蒸發(fā)污泥中的水分，可使污泥含水率干化至10%以下，體積縮減75%以上[8]。此外，干化溫度控制在150 ℃以下的低溫?zé)岣苫夹g(shù)[9]，不僅可以減少污泥中醇類、醚類、醛類、苯胺類等各種有機(jī)物揮發(fā)，降低二次污染，還能降低對污泥固有屬性的破壞，利于保持污泥的穩(wěn)定性[10]，為污泥無害化處置創(chuàng)造條件。低溫?zé)岣苫夹g(shù)按照采用的熱能形式，主要包括蒸汽熱干化、熱泵干化、太陽能干化、微波加熱干化等技術(shù)[11]。其中，蒸汽熱干化技術(shù)、空氣源熱泵干化與其他干化技術(shù)相比，具有熱源穩(wěn)定、干化污泥成型好、自動化程度高、可實現(xiàn)連續(xù)化運(yùn)行等優(yōu)勢，目前在市場上應(yīng)用較為廣泛[11-13]。空氣源熱泵干化技術(shù)利用熱泵原理將低溫空氣轉(zhuǎn)化為干熱空氣，并通過熱風(fēng)循環(huán)方式干化污泥，具有熱源穩(wěn)定、建設(shè)投資低等優(yōu)勢，但其僅能將污泥含水率干化至10%～30%，且脫水率越高，能效越低[8,10,12]。考慮到工程所在工業(yè)園區(qū)有穩(wěn)定的工業(yè)余量蒸汽，且蒸汽低溫?zé)岣苫夹g(shù)可將污泥含水率干化至5%～20%，在危險廢物污泥減量化處理中優(yōu)勢更為明顯，故選擇基于蒸汽的低溫?zé)岣苫夹g(shù)。

1.2 工程設(shè)計

本工程采用以低溫帶式干燥機(jī)為核心的污泥干化系統(tǒng)，通過蒸汽換熱器將壓力為0.3 MPa、溫度為142 ℃的蒸汽轉(zhuǎn)換為污泥干燥裝置所需的熱風(fēng)進(jìn)行污泥干化。系統(tǒng)采用熱交換器的內(nèi)循環(huán)干燥方式，提高熱量利用率；干燥機(jī)采用不銹鋼多層網(wǎng)帶設(shè)計，透氣性能好，物料無劇烈運(yùn)動，布料均勻，干燥面積大，同時，采用低溫干燥技術(shù)，使污泥顆粒表面溫度在65 ℃以下均勻干燥，具有一定的顆粒度，可達(dá)到理想的污泥干化效果。

系統(tǒng)主要包括濕污泥輸送系統(tǒng)、污泥干燥系統(tǒng)、蒸汽供熱系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)5個部分。工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥干化系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow Chart of Sludge Drying System

(1)濕污泥輸送系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)置1座濕污泥緩存料斗，能夠接收10 t污泥的量，采用全封閉模式以防止臭氣逸出。進(jìn)入緩存料斗的濕污泥經(jīng)濕污泥螺桿泵送入軟體造粒裝置中，濕污泥在軟體造粒裝置中經(jīng)過擠壓和破碎，制成軟體顆粒，均勻布料在不銹鋼網(wǎng)帶上，然后緩慢進(jìn)入干燥機(jī)。通過污泥造粒(擠條)機(jī)把污泥制成顆粒狀，造粒成型，增加污泥干燥的面積，有利于污泥的均勻布料，不僅可以提高干化效率，還可以使污泥均勻干化，不會出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象。

(2)污泥干燥處理

污泥干燥裝置主要由集約化蒸汽間接加熱式干燥機(jī)及其附帶設(shè)備組成，污泥干化線的水分蒸發(fā)能力大于625 kg/h。利用142 ℃、0.3 MPa的蒸汽，經(jīng)管道輸送到蒸汽換熱器內(nèi)，作為熱源間接加熱污泥。干燥機(jī)的熱量主要來自蒸汽熱交換產(chǎn)生的熱風(fēng)。污泥中的水分通過熱風(fēng)的加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸汽被干燥機(jī)內(nèi)的排濕廢氣帶走。干化污泥從干燥機(jī)末端排出后，通過斗式提升機(jī)輸送到干污泥料倉。

污泥加熱時產(chǎn)生的干燥尾氣中的水蒸汽以約90 ℃排出干燥機(jī)，經(jīng)過光催化氧化處理裝置除臭除味預(yù)處理后，接入生物除臭系統(tǒng)。熱媒蒸汽的冷凝水排放到凝液罐，再經(jīng)過凝液泵送到界外。

(3)蒸汽供熱系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)余量蒸汽經(jīng)管道輸送到蒸汽換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱，換熱后的熱風(fēng)(≥130 ℃)再經(jīng)均勻布風(fēng)系統(tǒng)把熱量分布均勻后，進(jìn)入污泥干燥裝置進(jìn)行污泥干化，有效杜絕了部分過于干燥、部分達(dá)不到干化效果的差異現(xiàn)象。

(4)尾氣處理系統(tǒng)

尾氣的主要來源是蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的水分及少量揮發(fā)酚。尾氣一部分通過循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)利用，一部分通過排濕風(fēng)機(jī)牽引到余熱回收裝置，進(jìn)行熱量回收和降溫處理，預(yù)處理后的尾氣進(jìn)入光催化氧化處理裝置除臭除味，再通過管路系統(tǒng)送入生物除臭系統(tǒng)處理，有效控制廢氣二次污染問題。

(5)自動控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用1套獨立的PLC控制系統(tǒng)，且PLC配專用通訊卡件(通訊方式RS485)。所有機(jī)組相關(guān)控制信號均進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，由PLC控制整套機(jī)組運(yùn)行，并將現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)集成至現(xiàn)有DCS自控系統(tǒng)。機(jī)組運(yùn)行流程、運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)、需修改的設(shè)定參數(shù)、測試按鍵等需集成在PLC觸摸屏上，機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)的運(yùn)行/故障/報警信號能單獨在觸摸屏上顯示，且現(xiàn)有DCS中控系統(tǒng)也同步顯示，系統(tǒng)可以自動運(yùn)行，無需人員值守，實現(xiàn)了污泥處理的智能化。

2 效果分析

2.1 運(yùn)行效果

本工程采用的設(shè)備均能滿足運(yùn)行要求，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場的溫度傳感器等，采集相關(guān)參數(shù)信息，對系統(tǒng)各機(jī)組進(jìn)行有效控制，可確保整個體系有效、安全運(yùn)行。

性能考核采取72 h連續(xù)運(yùn)行，濕污泥平均進(jìn)料量為14.4 kg/min，每天進(jìn)料量為20.8 t/d，每12 h對干濕泥各取樣1次進(jìn)行檢測，采用《土壤 干物質(zhì)和水分的測定 重量法》(HJ 613—2011)方法進(jìn)行檢測。濕污泥含水率為86.7%～97.1%，平均含水率為88.8%，干污泥含水率為5.5%～19.9%，平均含水率為8.4%，干化成效顯著。工程建設(shè)現(xiàn)狀及污泥干化效果如圖2、圖3所示。

圖2 工程運(yùn)行現(xiàn)狀圖Fig.2 Status Chart of Project Operation

圖3 污泥干化效果圖Fig.3 Effect Diagram of Sludge Drying

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)性能、考核數(shù)據(jù)檢測和測試數(shù)據(jù)，直接經(jīng)濟(jì)效益測算如表1所示。

表1 工程設(shè)計參數(shù)下的直接經(jīng)濟(jì)效益Tab.1 Direct Economic Benefit According to Engineering Design Parameters

注：蒸汽、電費(fèi)、水費(fèi)參照當(dāng)?shù)貙嶋H收費(fèi)價格計算，污泥處置費(fèi)按4 000元/t估算

按每年運(yùn)行330 d，并考慮設(shè)備維修和設(shè)備折舊等費(fèi)用進(jìn)行靜態(tài)經(jīng)濟(jì)效益核算，每年可節(jié)約污泥處置費(fèi)約2 211.4萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

3 結(jié)論

(1)采用以低溫帶式干燥機(jī)為核心的低溫?zé)岣苫夹g(shù)，污泥含水率可干化至5.5%～19.9%，且運(yùn)行穩(wěn)定，污泥干化后粒徑為5～30 mm，為后續(xù)運(yùn)輸及安全處置創(chuàng)造了有利條件。

(2)采用PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以自動運(yùn)行，無需人員值守，還能自動化地進(jìn)行檢查工作，實現(xiàn)了污泥處理的智能化運(yùn)行。

(3)低溫?zé)岣苫夹g(shù)應(yīng)用于石油化工類污泥減量化項目，污泥的減量化達(dá)到88%，為廢水廠節(jié)省了大量的污泥處置費(fèi)，直接經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

(4)本工程的成功實施，不僅提高了廢水處理廠的基礎(chǔ)設(shè)施水平，大大降低了污泥處理處置的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)壓力，還起到了低碳高效污泥處理的示范作用。