一種板狀生活污泥的窯協(xié)同無害化處理系統(tǒng)及設(shè)備

婁 亮，洪 晨

（1.唐山冀東裝備工程股份有限公司，河北 唐山 063000；2.北京科技大學(xué)，北京 100083）

0 前言

目前，隨著日常用水量的逐漸增大，污水處理廠每天的污水處理量也逐漸增大，相應(yīng)的在污水處理過程中將產(chǎn)生大量的污泥，而污泥的處理通常是直接丟棄在農(nóng)田、河流、海洋等公共環(huán)境。我國污水處理廠產(chǎn)生的污泥有70%得不到妥善處置，污泥隨意堆放不僅影響環(huán)境美觀，而且會造成污染。因此，需要提供有效的污泥處理裝置及方法。

國內(nèi)目前水泥窯協(xié)同處置生活有機(jī)污泥的主流技術(shù)是將含水率80%的污泥用污泥泵直接泵送入回轉(zhuǎn)窯窯尾焚燒裝置。但隨著污泥處置費(fèi)用的上漲，污水處理廠實(shí)施污泥減量化出廠，脫水至含水率60%的板狀污泥產(chǎn)量越來越大。但污泥泵不適用于輸送板狀污泥，需要加水將污泥含水率增加至80%以上再進(jìn)行泵送，如此造成能源浪費(fèi)，成本提高，造成污泥減量化推廣和發(fā)展受到嚴(yán)重限制。另外，現(xiàn)有的污泥處理系統(tǒng)和裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大，運(yùn)行過程復(fù)雜、不容易控制，不利于推廣和使用。

因此，開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、處理成本低的板狀生活污泥的窯協(xié)同無害化處理系統(tǒng)及設(shè)備。

1 技術(shù)與工藝簡述

在強(qiáng)化污泥調(diào)理脫水的基礎(chǔ)上，運(yùn)用流體力學(xué)和空氣動力學(xué)原理，使板狀生活污泥在強(qiáng)空氣湍流中超細(xì)化粉碎并完成固氣水分交換，形成強(qiáng)效“風(fēng)干”效果，降低了污泥含水率（可降至25%以下）。

首先通過污泥改性脫水，即通過加入污泥改性脫水劑破壞污泥的膠態(tài)結(jié)構(gòu)，改變有機(jī)膠體物質(zhì)的親水性，減少泥水間的親和力，污泥中的胞內(nèi)水、間隙水、毛細(xì)結(jié)合水與污泥顆粒分離，改善污泥的濃縮性能和脫水性能。經(jīng)過擠壓脫水后，污泥的含水率降至60%左右，形成半干化的板狀污泥餅。該項(xiàng)措施已在污水處理廠得到廣泛應(yīng)用，污泥改性、機(jī)械脫水過程見圖1。

然后對板狀污泥進(jìn)行粉化干化，即板狀污泥餅進(jìn)入粉化干化設(shè)備，通過高速對碰塑解成污泥微顆粒，大幅提高水分蒸發(fā)速率，在強(qiáng)空氣湍流中完成氣-水高效交換，實(shí)現(xiàn)污泥和水分的分離，最終形成含水率25%以下的穩(wěn)定污泥干粉。板狀污泥進(jìn)行粉化干化過程見圖2。

圖1 污泥改性、機(jī)械脫水過程

水泥窯協(xié)同處置板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)工藝流程見圖3。

首先脫水后的污泥（含水率約60%）經(jīng)過粗破，由皮帶輸送機(jī)輸送至污泥干化系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，半干化污泥顆粒進(jìn)入機(jī)械污泥干化機(jī)在高強(qiáng)度粉碎的同時(shí)引入大量高速高溫空氣。粉碎主軸速度高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在干化室中形成強(qiáng)擾動旋流，在強(qiáng)擾動旋流作用下粉碎的污泥顆粒由于粒徑、微裂隙、密度、粘度、硬度不同等因素，相互不規(guī)則碰撞形成粒徑50～200 μm的細(xì)粉體。污泥粉體在干化室中的速度為30～100 m/s，破壞了泥與水的結(jié)合狀態(tài)，改變了污泥與水的結(jié)合度和表面張力，從污泥中解離出大量間隙水、外表水，污泥粉體細(xì)小的粒徑和巨大比表面積使污泥中的水分分離出來與空氣介質(zhì)結(jié)合被帶出，表面水分的剝離導(dǎo)致污泥粉表面濕度小于內(nèi)部濕度，促使泥粉內(nèi)部水分快速滲出并再次與空氣介質(zhì)結(jié)合被帶出，進(jìn)一步降低污泥含水率至25%以下。最后經(jīng)氣粉分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有三級旋風(fēng)分離器和一級布袋除塵器，污泥干粉、濕空氣因密度差別而被逐級分離。污泥干粉經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，收集在分離器底部，由旋轉(zhuǎn)給料器連續(xù)排出后輸送至儲料倉。最后由皮帶機(jī)、螺旋輸送機(jī)輸送至窯內(nèi)焚燒。系統(tǒng)配套有微負(fù)壓除臭系統(tǒng)，處置系統(tǒng)設(shè)備各處的污染性氣體。

圖2 板狀污泥進(jìn)行粉化干化

圖3 協(xié)同處置板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)工藝流程

板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)設(shè)備包括螺旋輸送機(jī)、機(jī)械污泥干化機(jī)、氣固分離裝置、收塵輸送裝置；工藝采用高度集成智能化控制，操作簡單方便，采用管道式輸送，其布局緊湊，占地面積小。通過機(jī)械污泥干化機(jī)及集成其它簡單的設(shè)備來達(dá)到板狀污泥預(yù)處置的目的，可解決板狀污泥窯協(xié)同處置輸送的難題，節(jié)約成本。系統(tǒng)各部分組成簡介：

（1）板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)的進(jìn)料輸送系統(tǒng)由皮帶機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成，根據(jù)工藝布置需要，靈活配置，滿足系統(tǒng)輸送粗破物料的要求。

（2）板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)的干化粉化系統(tǒng)是機(jī)械污泥干化機(jī)。機(jī)械污泥干化機(jī)應(yīng)用了流體力學(xué)和空氣動力學(xué)原理，通過組合式粉碎葉片高速旋轉(zhuǎn)拍打污泥顆粒，并引入窯尾熱風(fēng)高速空氣干化及進(jìn)一步擾動、粉碎污泥顆粒，破壞泥與水的結(jié)合狀態(tài)，改變泥水的結(jié)合度，使污泥的間隙水析出，從而烘干污泥中的表面水與間隙水。滿足系統(tǒng)烘干、粉化板狀污泥的要求。

（3）板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)的氣固分離系統(tǒng)由旋風(fēng)收集器和防粘料的布袋收塵器組成。將由機(jī)械污泥干化機(jī)內(nèi)出來的污泥粉與熱空氣分開，收集污泥干粉，并將熱空氣通過管道送入回轉(zhuǎn)窯焚燒分解。機(jī)械污泥干化機(jī)內(nèi)可能會殘留少量干粉殘?jiān)?，通過排渣口用螺旋輸送機(jī)收集輸送。

（4）板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)的儲倉主要用于暫時(shí)存儲由氣固分離系統(tǒng)收集的污泥干粉。

（5）板狀污泥預(yù)處置系統(tǒng)的出料輸送系統(tǒng)同樣由皮帶機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成，將污泥干粉從儲倉輸送至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒替代部分燃料。

2 項(xiàng)目應(yīng)用

該工藝系統(tǒng)已獲取專利，專利號：ZL201920133334.4，在石家莊某制藥廠和保定某熱電廠的污泥處置項(xiàng)目中成功應(yīng)用。石家莊某廠利用本系統(tǒng)對廠內(nèi)含水率40%的廢棄菌渣進(jìn)行干化粉化后回收處理再利用，日處置量40 t，處置后的菌渣含水率降至15%，超出預(yù)期效果。保定某廠利用本系統(tǒng)對含水率60%的板狀生活污泥進(jìn)行干化粉化后作為部分替代燃料，處置后的板狀污泥含水率降至25%，日處置量20 t，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)采用了高度集成智能化控制，操作簡單方便。通過機(jī)械污泥干化機(jī)及集成其它簡單的設(shè)備來達(dá)到板狀污泥預(yù)處置的目的，解決了板狀污泥窯協(xié)同處置輸送的難題，節(jié)約成本。同時(shí)利用該方法窯協(xié)同處置生活污泥大大降低了入窯水分，進(jìn)一步減輕了水蒸氣對回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行的不利影響，增加了回轉(zhuǎn)窯在協(xié)同處置生活污泥時(shí)的處置產(chǎn)量和窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。