沼氣及回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)在污泥烘干中的應(yīng)用
前言
世界上最早將熱干燥技術(shù)用于污泥處理的是英國的Bradford公司。1910年，該公司首次開發(fā)了轉(zhuǎn)窯式污泥干化機(jī)并將其應(yīng)用于污泥干化實(shí)踐，進(jìn)入80年代末期，污泥干化技術(shù)逐漸為人們所重視，污泥熱干燥技術(shù)的應(yīng)用和推廣，促進(jìn)了污泥處理處置手段的改變，這種改變主要體現(xiàn)在：污泥填埋處置前，要將污泥進(jìn)行干燥處理；污泥焚燒處置比例得到了較大提高；干污泥產(chǎn)品作為土地回用的肥源出售，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大等[2]。如今，污泥干化處理也得到了越來越多包括發(fā)展中國家環(huán)境工程界的重視。
在我國，隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，國民環(huán)保意識(shí)的提高，城市污水處理行業(yè)得到迅速發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)量與日俱增，污泥的處置和開發(fā)利用問題日益為人們所關(guān)注。污泥的干化處理，使污泥農(nóng)用、作為燃料使用、焚燒乃至為減少填埋場(chǎng)地等處理方法成為可能。污泥干燥技術(shù)的完善與革新，直接推動(dòng)了污泥處置手段的發(fā)展，拓展了污泥處置手段的選擇范圍，使之在安全性、可靠性、可持續(xù)性等方面得到越來越可靠的保證。但污泥的干化處理需要消耗大量的熱源，提高了污泥的處置成本。因此，尋求一套技術(shù)成熟的設(shè)備和價(jià)格低廉的熱源，是城市污泥進(jìn)行綜合處置和利用的關(guān)鍵。
青島市海泊河污水處理廠在污泥的綜合利用研究中，制定了一套污泥烘干工藝，并與有關(guān)專家一起以日本的烘干技術(shù)為基礎(chǔ)，成功試制了一臺(tái)國產(chǎn)污泥高效回轉(zhuǎn)烘干機(jī)。為國內(nèi)污泥干燥技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供了參考依據(jù)。
1 工藝流程
該工藝充分考慮了海泊河污水廠沼氣資源豐富的特點(diǎn)，將沼氣用于污泥烘干，使沼氣得以充分利用。
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2 烘干機(jī)工作原理
該烘干機(jī)采用直接干化技術(shù)，將沼氣燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接進(jìn)行接觸混合，使污泥中的水分得以蒸發(fā)并最終得到干污泥產(chǎn)品。
該機(jī)的主體部分為：沼氣燃燒室和與水平線略呈傾斜的旋轉(zhuǎn)圓筒，烘干方式采用順流式烘干。物料經(jīng)供料裝置從回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)筒的上端送入，在轉(zhuǎn)筒內(nèi)抄板的翻動(dòng)下（5～8r/min）與同一端進(jìn)入的流速為1.2～1.3m/s、溫度為649℃的熱氣流接觸混合，滾筒中部設(shè)旋轉(zhuǎn)的破碎攪拌翼，能使進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)的物料迅速被打碎，特別是有一定粘性的大塊物料，可碎成小塊，以便和熱風(fēng)充分接觸，提高干燥效率，小塊物料進(jìn)一步碎成粒狀，經(jīng)20～60min的處理，干污泥經(jīng)出料口輸送出來。最終得到含水率低于14％的干污泥產(chǎn)品。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如下。
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3 該套設(shè)備的主要特點(diǎn)
。1）熱容量系數(shù)大，熱效率高。
通過破碎攪拌裝置和圓筒回轉(zhuǎn)的復(fù)合效果，使總傳熱系數(shù)提高至普通回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的2～3倍，可達(dá)300～500Kcal／m3.n.℃。破碎攪拌裝置破碎物料，物料和熱風(fēng)的接觸面積增大，同時(shí)亦防止了熱風(fēng)的短路，使熱風(fēng)的熱量得到充分利用。
（2）產(chǎn)品粒徑均一
由于城市污水廠的污泥在脫水的過程中投加了絮凝劑，使污泥粘性增大，在烘干過程中容易結(jié)塊，既影響了烘干的效果，又增加了利用的難度（需上一套泥塊破碎設(shè)備）。在本干燥設(shè)備中，通過攪拌破碎裝置和筒內(nèi)的窯式活動(dòng)板作用，使泥塊結(jié)硬之前就被破碎，最終的出料為粒徑均一的顆粒（約2mm左右），使污泥的后續(xù)處理或利用工序更加簡便。
。3）運(yùn)轉(zhuǎn)、操作容易
該設(shè)備配備了自動(dòng)控制系統(tǒng)，沼氣燃燒器具有大、小火頭燃燒方式。烘干轉(zhuǎn)筒末端設(shè)有溫度傳感器，通過溫度傳感器控制燃燒器火頭的大小轉(zhuǎn)換，從而控制烘干滾筒內(nèi)部的溫度，防止溫度過高造成污泥的焦化。轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速可通過控制柜進(jìn)行調(diào)節(jié)。
（4）環(huán)保、節(jié)能
采用污泥消化處理中產(chǎn)生的沼氣為加熱能源，大大降低了污泥干燥的成本，為沼氣的綜合利用又開創(chuàng)了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)地。
4 生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)效果
4.1 原始參數(shù)的設(shè)定
海泊河污水處理廠消化污泥脫水后泥餅含水率約75%，將其自然晾曬后，含水濾可降至60%和50%。有機(jī)復(fù)混肥含水率的國家標(biāo)準(zhǔn)為14%，根據(jù)前期大量的肥料生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)可知，污泥肥料造粒生產(chǎn)時(shí)，污泥含水率為20%時(shí)產(chǎn)量及質(zhì)量最佳。因此，設(shè)定烘干進(jìn)料污泥含水率如下：
初始污泥含水量設(shè)定為：75%、60%、50%；
終含水量設(shè)定為： 14%、20%。
4.2 海泊河污水廠沼氣情況
海泊河污水廠沼氣成分監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4－1：
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經(jīng)計(jì)算沼氣熱值為6543千卡/標(biāo)立方米，沼氣產(chǎn)量約7000立方米/天。
4.3 烘干脫水及能耗分析
設(shè)備安裝完畢后，進(jìn)行了大量的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)將設(shè)備運(yùn)行的平均情況總結(jié)如下，見表4－2。
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表中所示的產(chǎn)量及耗熱量是以濕料處理量1噸/小時(shí)，按設(shè)定的參數(shù)計(jì)算的，其中：
QH2O＝960 Kcal/KgH2O，此值是根據(jù)生產(chǎn)綜合經(jīng)驗(yàn)數(shù)值推算出來的；
WH2O＝GD×（75－14）%/（100－75）%
WH2O+GD＝1000 Kg
式中：QH2O――去除單位水份所消耗的熱量，Kcal/KgH2O；
WH2O――脫水量，Kg/hr；
GD―――產(chǎn)品量，Kg/hr。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，無論對(duì)終含水量14%，還是20%的處理，初始含水量由75%降低到50%時(shí)，產(chǎn)品產(chǎn)量均上升100%，而能耗僅為原來的59%和54.5%，所以，從生產(chǎn)工藝上盡可能的降低投入料的含水率，降低污泥烘干的成本。該設(shè)備的烘干料為均勻的顆粒狀，粒徑約2mm左右。
降低投入料含水率最有效最簡便的辦法就是對(duì)濕污泥進(jìn)行自然風(fēng)干、晾曬，在含水率較高的情況下（75%），可較快的初步降低污泥中的含水率。
5 結(jié)論
。1）將污水處理廠的副產(chǎn)品-沼氣用于污泥烘干是可行的，一方面可有效的降低污泥干化的處理成本，另一方面避免了沼氣能源的浪費(fèi)，使該套設(shè)備兼具環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。
。2）該套設(shè)備用于城市污水處理廠的污泥烘干，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都具有一定的優(yōu)勢(shì)。
。3）該套設(shè)備存在的問題是沒有對(duì)污泥烘干過程中產(chǎn)生的異味氣體進(jìn)行處理，有關(guān)這部分異味氣體的處理方法下一步將繼續(xù)探討、研究。
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