煉化企業(yè)污泥資源化處置技術(shù)及應用探索

郭樹君，邱延波，周鑒，宋奕良，麻志濤，伊展輝，李萬明，宮新宇，李佳

煉化企業(yè)污泥資源化處置技術(shù)及應用探索

郭樹君1，邱延波1，周鑒1，宋奕良1，麻志濤1，伊展輝1，李萬明1，宮新宇1，李佳2

（1. 中國石油吉林石化公司污水處理廠，吉林 吉林 132021； 2. 吉林市吉科檢測技術(shù)有限公司，吉林 吉林 132021）

污泥作為污水處理過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物，污泥處置成本在污水廠運行總成本中占比較大，如何將產(chǎn)量巨大、成分復雜的污泥進行妥善穩(wěn)定化處置，做到減量化、無害化，最終實現(xiàn)資源化利用，尤其是煉化污泥處置已成為各煉化企業(yè)環(huán)保裝置運行與管理部門必須面對的重要課題。通過示范工程運行驗證，“電滲透—污泥炭化”處置煉化污泥形成的炭渣，可作為動力鍋爐原料的摻混輔料使用，進而實現(xiàn)污泥資源化利用。

污泥；電滲透；炭化；資源化

石油化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模日益趨向于大型化，尤其煉化一體化企業(yè)，化工生產(chǎn)管理過程中需加入各種不同添加劑，經(jīng)過各種反應產(chǎn)生的工業(yè)污水，具有水量大、有機污染物濃度高、成分復雜、水質(zhì)水量波動頻繁等特點。為滿足污水達標排放，污水處理過程中產(chǎn)生大量污泥，是污水處理后的產(chǎn)物，是一種由有機物質(zhì)、細菌體、無機物等成分共同構(gòu)成的極其復雜的非均質(zhì)體，它的含水量非常大而且有機物含量高，容易被侵蝕，易腐爛[1]。未經(jīng)處置的污泥極易產(chǎn)生二次污染，嚴重時會影響到水體、大氣、土壤等周邊環(huán)境。尤其是含油污泥，不僅含有有毒有害物質(zhì)會污染環(huán)境，同時也含有大量原油，是一種可利用的資源[2]。如何將產(chǎn)量巨大、成分復雜的污泥進行妥善穩(wěn)定化的處理，做到減量化、無害化、資源化利用，滿足環(huán)保要求同時兼顧運行成本控制，已成為各企業(yè)技術(shù)與管理人員面對的重大課題[3]。

1 污泥來源

污泥主要來源是通過對污水進行各種物理、化學或生物處理，使污染物與水體分離，污水變成清潔水排入水體，在處置過程分離出來的濃縮污染固體物質(zhì)[4]。它包括混入污水中的泥沙、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結(jié)的絮狀物、各種膠體、有機質(zhì)及吸附的金屬元素、微生物、病菌、蟲卵等物質(zhì)的綜合固體物質(zhì)，是污水中的固體部分。按處理方法和分離過程不同分為沉淀污泥（包括物理沉淀污泥、混凝沉淀污泥、化學沉淀污泥）和生物處理污泥（包括剩余污泥、生物膜脫落污泥）。煉化一體化企業(yè)污水處理過程中產(chǎn)生的污泥主要包括隔油池底泥、氣浮池浮渣、初次沉淀污泥、生化單元剩余活性污泥以及補充處理單元投加水處理藥劑后產(chǎn)生的混凝沉淀污泥。

2 污泥處置基本情況

污泥作為污水處理過程中的副產(chǎn)物，通常被認為是一種固體廢棄物，常用的處理方式是簡單機械脫水后進行填埋或焚燒處理[5]。隨著環(huán)保標準不斷提高，政府監(jiān)管日益嚴格、污泥處置技術(shù)持續(xù)進步、污染物減排和運行成本控制需要，污泥蘊含的價值和資源化利用越來越受到企業(yè)管理者重視。中國石油吉林石化公司污水處理廠，年處理混合化工污水4 500 萬t，產(chǎn)生機械脫水后污泥4.5萬t（含水率約80%）全部外委處置，每年的污泥外委處置費用在3 000萬元以上，約占工廠運行總成本的20%，公司根據(jù)各種污泥處置方法的特點，結(jié)合自身地理位置、污泥的特性、企業(yè)需求等因素，積極探索將多種污泥處置技術(shù)相結(jié)合的分級、分段的深度處置方案，提出在現(xiàn)有污泥處置設施基礎上增加“電滲透—污泥炭化”工藝資源化處置煉化污泥，形成的炭渣作為動力鍋爐原料的摻混輔料使用[6]。以實現(xiàn)污泥處置的綠色化、技術(shù)化、工程化和產(chǎn)業(yè)化[7]。減少資源浪費，是污泥資源化利用的良好途徑[8]。

3 現(xiàn)有污泥處置流程

“污泥濃縮-加藥絮凝-機械脫水-外委處置”。泥水混合物通過重力作用下，在兩級沉淀池內(nèi)進行泥水分離，沉淀污泥在池底部通過排泥設施輸送至污泥濃縮池內(nèi)，進行污泥濃縮，初沉池污泥和二沉池污泥含水率都很高，初沉池污泥的含水率＞ 97%，二沉池的含水率＞99%。污泥的體積大，給后續(xù)處理造成極大困難。污泥濃縮的目的在于減少容積，主要減少的是污泥中的間隙水[9]。濃縮后污泥在管線內(nèi)與配置完成的高分子復合水處理劑充分混合，經(jīng)螺桿泵加壓送入離心脫水機中，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強大的離心力，污泥顆粒在離心力的作用下快速沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，形成固環(huán)層，通過推料螺旋將污泥排出。通過污泥提升裝置將機械強制脫水后的污泥（含水率約80%）裝車，外委具有資質(zhì)的第三方單位進行合規(guī)處置。生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有污泥處理工藝流程簡圖

4 污泥資源化處置流程

“機械脫水污泥-電滲透脫水-污泥干化-污泥炭化-炭渣資源化利用”。現(xiàn)有裝置處理的污泥泥餅運至污泥原料倉中，采用螺桿泵將污泥輸送至電滲透污泥處理系統(tǒng)進行脫水處理，處理后污泥含水率可由80%降低至60%左右，進入干燥系統(tǒng)污泥原料倉暫存，原料倉污泥通過定量給料螺旋輸送至外熱式污泥干燥機，通過爐壁與污泥間接傳熱，將污泥干燥至含水率20%以下，再送入污泥中轉(zhuǎn)料倉臨時貯存，經(jīng)定量給料螺旋將污泥送入外熱式旋轉(zhuǎn)炭化裝置進行炭化處理。污泥干燥機與炭化裝置均由天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣提供熱能，炭化裝置傳熱后排出的煙氣溫度仍高于污泥干燥機內(nèi)的工作溫度，適當降溫后通入干燥機，可綜合利用余熱，節(jié)約污泥干燥脫水對天然氣的消耗量。

污泥干燥與炭化過程中產(chǎn)生的煙氣通過排風機引入氣相分離塔進行冷凝，不凝氣進入無煙化裝置燃燒處理，燃燒后的尾氣溫度較高，將尾氣重新引入污泥干燥裝置，利用煙氣余熱對污泥進行干燥，干燥機排出的高溫尾氣進入吸附塔進行濕式除塵處理，達標排放。

4.1 污泥電滲透處置流程

電滲透污泥干化裝置有別于傳統(tǒng)脫水技術(shù)，原理是在電場的基礎上實現(xiàn)固液分離，脫水效率高、運行成本低、穩(wěn)定性好，主要從污泥中提取“自由水”和“細胞結(jié)合水”，采用特殊材質(zhì)（鈦合金）和經(jīng)過特殊工藝加工（鍍膜技術(shù)）制作的正負電極，其中正極（陽極）為中心轉(zhuǎn)動滾筒，負極（陰極）為滾筒外同步轉(zhuǎn)動的履帶。滾筒與履帶之間夾濾帶，污泥分布在滾筒與濾帶之間，通過兩極之間放電產(chǎn)生的大面積高強電場，將細胞壁打破使細胞內(nèi)的水分（自由水、結(jié)合水、游離水）流出來，達到細胞破壁和降低污泥含水率的目的。裝置采用A-B-C三段電滲透壓力處理技術(shù)，通過調(diào)節(jié)電源控制柜的電壓來調(diào)節(jié)滾筒和履帶之間的電滲透壓力，實現(xiàn)污泥分段電滲透壓力處理，達到更好的脫水效果，可降低污泥后續(xù)存儲、運輸、填埋、干燥等費用的發(fā)生。設備簡單 、體積小，減少基建成本，操作簡易。生產(chǎn)工藝如圖2所示。

圖2 電滲透工藝流程簡圖

4.2 污泥干化處置流程

污泥干化是通過對污泥進行加熱分解和破壞污泥中的固體顆粒，使得污泥固體顆粒中的內(nèi)部結(jié)合水游離出來，以提高污泥脫水效果[10]。原料倉中的污泥通過傳送機傳送至外熱式污泥干化爐后，干化爐內(nèi)部的傳送機構(gòu)及外熱的作用下，從干化爐的前端向后端移動，在移動的過程中污泥在外部熱源的作用下含水率被降至20%以下，最終在干化爐后端的排出螺旋排出。裝置采用的是全自動外熱式炭化熱循環(huán)節(jié)能與氣固液三相分離技術(shù)，從而達到泥水分離，氣液凈化要求。干化過程主要是水分蒸發(fā)，干化過程有少量可燃氣產(chǎn)生。生產(chǎn)工藝如圖3所示。

圖3 干化單元工藝流程簡圖

4.3 污泥炭化處置流程

污泥熱解炭化，就是將污泥在 450～600 ℃ 下進行熱分解，固體產(chǎn)物冷卻后成為污泥炭，熱解產(chǎn)生含有大量甲烷、一氧化碳、氫氣以及焦油的可燃氣體，完全燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣加熱炭化爐為炭化提供部分熱量。干化處理裝置干燥后經(jīng)中轉(zhuǎn)料倉臨時貯存的污泥，通過定量給料螺旋送至污泥炭化機，為防止過量空氣進入炭化爐內(nèi)，防止閃爆情況發(fā)生，炭化系統(tǒng)入口設置星形卸料閥，出口設置雙重物料排出閥，并配置安全泄壓設備。炭化單元設有獨立的加熱爐，天然氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣進入炭化系統(tǒng)夾套層，向爐內(nèi)污泥進行間接換熱，炭化機內(nèi)部設置物料導流機構(gòu)，通過爐體的旋轉(zhuǎn)使物料從炭化爐前端向后端移動，完成污泥炭化過程，炭化后產(chǎn)生的炭渣從炭化爐尾部經(jīng)排渣螺旋排出。炭化不凝氣去三相分離器，經(jīng)分離實現(xiàn)廢渣去除。生產(chǎn)工藝如圖4所示。

圖4 炭化單元工藝流程簡圖

5 示范工程應用情況

該污泥資源化處置技術(shù)已成功應用于中國石油吉林石化公司污泥處理與利用示范工程，于2015年建設完成，2018年對存在問題改造完善，具備年處理常規(guī)機械脫水污泥3 600 t能力，2019年工廠開展生產(chǎn)試驗研究至今，效果顯著。具體如下：

1）資源化裝置原料污泥含水率約80%，經(jīng)電滲透裝置脫水后，含水率可降至60%以下，污泥體積減少50%。

2）繼續(xù)經(jīng)干化單元處置后，污泥含水率可降至20%以下，污泥體積比該干化單元進泥減少50%。

3）繼續(xù)經(jīng)炭化單元處置后，污泥含水率可降至1%以下，污泥體積比該炭化單元進泥減少19%。

4）經(jīng)炭化工藝處理形成的炭渣，送至動力廠動力鍋爐間，與原煤摻混后（試驗時按摻混比例不高于1%）進入動力鍋爐燃燒處置，對動力鍋爐的運行沒有影響。具體情況詳見表1所示。

表1 污泥資源化裝置各單元處置后減量情況 %

6 結(jié)束語

本文在國內(nèi)首次提出了煉化污泥“濃縮污泥常規(guī)脫水-電滲透脫水-污泥干化-污泥炭化”處理工藝流程，經(jīng)示范工程驗證，該污泥處置工藝處置煉化污泥時生產(chǎn)運行過程安全穩(wěn)定，最終形成的污泥炭渣即可作為動力鍋爐原料的摻混輔料使用。也可制作污水處理過程的吸附活性炭，不僅原料價格低廉，同時還可以減輕殘渣填埋可能帶來的環(huán)境二次污染。在國外也有將該炭渣作為土壤改良劑和污水處理過程中的吸附劑使用情況，污泥經(jīng)處理后能夠?qū)崿F(xiàn)減量化、無害化和資源化處置與利用。

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Disposal Technology of Refinery Sludge Reclamation and Its Application

111111,11,2

（1. Sewage Treatment Plant of PetroChina Jilin Petrochemical Company, Jilin City Jilin Province 132021, China;2. Jilin City Jike Testing Technology Co., Ltd., Jilin City Jilin Province 132021, China）

Sludge is the main by-product produced in the process of sewage treatment, and the cost of sludge disposal has a large proportion in the total operating cost of sewage treatment plants. How to properly and stably dispose the sludge with huge output and complex composition to realize resource utilization has become an important subject for the operation of environmental protection equipment and management of various refinery enterprises. Through the demonstration project operation verification, the carbon residue of refinery sludge disposed by "electroosmosis - sludge carbonization" can be used as the power boiler raw material mixed auxiliary materials, and then the resource utilization can be realized.

Sludge; Electroosmosis; Carbonization; Sludge reclamation

2021-07-15

郭樹君（1965-），男，吉林省吉林市人，高級工程師，工程碩士，1987年畢業(yè)于吉林建筑工程學院。

邱延波（1975-），男，高級工程師，研究方向：污水處理專業(yè)技術(shù)管理。

TQ085

A

1004-0935（2022）01-0072-04