一种处置污泥的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种干化并处置污泥的方法及其装置,更具体地说,本发明涉及利用污泥焚烧处置系统的余热干化并处置污泥的方法及其装置。
背景技术
城市污水处理厂的污泥是污水厂将城市地区的污水收集处理、出水达标排放后剩余的残留物。这类污泥泛指含水率为80%左右的脱水污泥,主要含有低级的有机物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等。其中低级的有机物可以是氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物。此外,还含有无机物和汞、镉、铅等重金属物质。
我国长期以来一直存在“重水轻泥”的情况,因此污泥处置的技术水平远远落后于污水处理。目前,世界上的主要污泥处置方式有堆肥、填埋和干化焚烧等方法,各种处置方法的优缺点参见表1。
污泥堆肥是污泥在好氧微生物作用下进行好氧发酵的过程。将污泥与其它一些有机物按比例混合,在潮湿的条件下使有机物氧化分解并转化为腐殖质。虽然这种工艺简单,投资相对较少,但是堆肥场地占地面积巨大。由于污泥的氧化分解是在微生物的作用下进行的,所以对温度有一定要求,不适合在冬季使用。
我国处理城市污泥大多采取填埋的方法,城市污泥随产随运,送到郊区倾倒和掩埋。被填埋的城市污泥很容易变成二次污染源,对大气、水体、土壤造成污染和危害,其危害的程度和持久性远大于废水,如不进行适当处理及合理有效的再利用,将导致在处理污水的同时制造出新的更为严重的污染,使人们生存的环境进一步恶化,生态环境难以修复。
一般的干化焚烧处置污泥是利用煤、油、天然气等燃料燃烧作为热源,通过流化床、转鼓等干化设备将污泥干化到含水量10%左右,而后再运到专门的焚烧炉进行焚烧处理。这种方式处置污泥由于需要消耗大量的热量,因此成本较高。而且,干化过程中产生大量臭气,其主要成分包括:硫化氢、甲硫醇、二甲硫醇和二甲硫醚,如果将其直接排入大气,则易造成大气污染。另外,在焚烧污泥过程中,尤其是焚烧温度为400~500℃时,会产生含有剧毒物质二恶英等的废气。干污泥焚烧后还有残渣产生,并且,在低温焚烧的条件下,产生的残渣中的重金属含量较高,还需要继续处理,因此处置这些残渣和废气也需专门设备,成本也比较高。目前有研究表明,二恶英等有毒物质需要在1100℃以上才能被有效地降解。
表1.世界主要污泥处置方式优缺点
处置方式 |
优点 |
缺点 |
堆肥 |
投资小;技术相对成熟 |
占地大;受空间和时间限制;肥料中重金属对土壤危害较大 |
填埋 |
投资小;技术难度低 |
浪费土地资源;填埋场渗滤液处置难度大,会对环境造成巨大危害 |
干化焚烧 |
实现最大限度的减量化;污染小 |
投资大,技术复杂;废气处理难度大,成本高;废渣处理成本高 |
目前,我国政府已经将城市污泥无害化处理及有效利用工作列入重要议事日程,并纳入社会经济发展的总体规划之中。因此为城市污水处理厂的污泥寻求解决出路,对其进行减量化、稳定化、无害化和资源化是十分必要和迫切的。
发明内容
针对上述问题,为了克服现有技术中的污泥处理耗能大,成本高以及废气废渣等污染的问题,并减少后期废渣和废气处理的成本,本发明提供了一种改进的干化焚烧处置污泥的方法。
该方法利用污泥焚烧处置系统产生的余热烘干湿污泥,然后将烘干后的污泥在不添加辅助燃料的情况下,在污泥焚烧装置系统中直接进行焚烧处置;烘干过程中产生的废气使用废气处理系统处理达标后排放;焚烧处置后得到的残渣可以用于水泥生产中。
本发明提供一种改进的处置污泥的方法,该方法包括步骤:
(1)将湿污泥在污泥干化系统中,利用污泥焚烧处置系统工作过程中产生的余热烘干,得到干污泥;
(2)将得到的干污泥中的至少一部分送入污泥焚烧处置系统,在不添加任何辅助燃料的情况下,进行焚烧处置。
所述污泥焚烧处置系统可以是干法水泥回转窑,焚烧温度为1450~1800℃,焚烧时间为10~30分钟。
所述余热来自干法水泥回转窑的窑头、窑尾烟室、篦冷机和三次风。
本发明所述湿污泥为城市污水处理厂产生的污泥或河底污泥,含水率为70%~95%,除非特别说明,本文中所有含水率均以重量百分比表示。
污泥干化系统中得到的干污泥的含水率为2%~35%;其中,含水率为2%~10%的干污泥通过窑头喷煤嘴或窑尾预分解炉被焚烧处置,含水率为10%~35%的干污泥通过窑尾预分解炉焚烧处置。
在污泥干化系统中烘干后得到的干污泥,按照其得到的量,可以取其中的至少一部分直接送入污泥焚烧处置系统中焚烧,余下的干污泥输送到干污泥储存系统储存备用。
本发明提供的干化焚烧处置污泥的方法,进一步包括,将污泥干化系统中产生的废气导入到废气处理系统中进行处理:先将废气冷凝去掉冷凝水;而后将干燥的废气通过风机抽入污泥焚烧处置系统中焚烧,气体达标后排放;冷凝水输送污水处理站处置,达标后排放。
根据本发明处置污泥的方法,污泥在高温焚烧后去掉了大部分的有害物 质,焚烧后得到的残渣可以作为原料用于生产水泥。
本发明还提供一种如上所述的处置污泥方法中所用的装置,包括:湿污泥接收系统、污泥干化系统、干污泥存储系统、污泥焚烧处置系统、废气处理系统和换热系统。
该装置中的污泥焚烧处置系统可以是干法水泥回转窑。
其中湿污泥接收系统包括储存装置和输送装置,储存装置用于储存湿污泥,输送装置用于将接收到的湿污泥输送到污泥干化系统。污泥干化系统利用干法水泥回转窑生产过程中产生的余热作为热源,对湿污泥进行烘干。热量从干法水泥回转窑转移到污泥干化系统的整个过程是通过余热换热系统来实现的。所述余热换热系统先利用干法水泥回转窑生产过程中产生的余热加热干燥系统的换热介质,然后利用上述换热介质给干燥系统提供热量。烘干介质为导热油或水。
本发明的最大优点在于节约了污泥干化焚烧所需要的燃料,干化的热量由水泥生产过程中的余热提供。同时,干燥后的污泥入窑焚烧时不需辅助燃料,节省了燃料成本,污泥焚烧时可以向水泥窑中提供热量,又可以节约生产水泥所需要的原煤,最大限度地达到热能的综合利用。
干化过程中产生的废气(主要成分是:硫化氢、甲硫醇、二甲硫醇和二甲硫醚)经过废气处理系统处理后再排出,避免了对大气的二次污染。另外,本发明中采用高温焚烧的处置条件,促进了有毒物质的分解,并且由于干法水泥回转窑有完整的尾气处理系统,焚烧时排出的尾气也达到国家标准,因此在水泥窑中焚烧污泥不会造成大气污染。
另外,本发明中采用高温焚烧的污泥处置条件,促进了污泥中有毒物质的分解,并且焚烧过程中不会产生新的有毒物质,焚烧得到的废渣可以直接用于水泥生产,既避免了废渣对环境的污染,又节省了废渣处理的成本。我们的研究数据表明以北京地区污泥为例,日产水泥熟料3000吨的干法水泥回转窑每天可以安全处置含水80%的湿污泥300吨左右。如果不同地区的重金属含量不同,可以根据相关标准计算污泥的处置量,以使得所生产的水泥 符合相关环保标准。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式,用干法水泥回转窑处置污泥的流程图。
图2为干法水泥回转窑的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。
根据本发明所述干化焚烧污泥的方法可以包括如下步骤:将湿污泥通过污泥来料接收系统送入污泥干化系统;在污泥干化系统中,利用干法水泥回转窑工作过程中来自窑头、窑尾烟室、篦冷机的余热和三次风,通过气~水换热器或气~油换热器进行换热,将余热传送至污泥干化系统中来烘干污泥;烘干过程中产生的废气在废气处理系统中处理达标后再排出;按照得到的干污泥的量,一部分直接送入干法水泥回转窑中焚烧,余下的干污泥输送到干污泥储存系统,然后,根据需要再将污泥储存系统中的干污泥分批投入到干法水泥回转窑中进行焚烧处置,焚烧过程不需要添加辅助燃料。
具体来说,按照本发明的方法,首先,由污泥接收系统接收含水率大约70%~95%的来自污水处理厂的污泥或河底污泥。该污泥接收系统包括储存装置和输送装置,储存装置用于储存湿污泥,输送装置用于将接收到的湿污泥输送到污泥干化系统。
然后,在污泥干化系统中,使用余热换热系统将干法水泥回转窑生产过程中产生的余热作为热源导入污泥干化系统,对湿污泥进行烘干处理,得到含水率范围在2~35%的干污泥。在余热换热系统中,先利用干法水泥回转窑生产过程中在窑头、窑尾烟室、篦冷机等位置产生的余热和三次风加热干燥系统的换热介质,如导热油或水,再利用上述换热介质为所述污泥干化系统提供热量。
最后,将从污泥干化系统中得到的干污泥送入污泥焚烧处置系统中进行焚烧处置。如果得到的干污泥的量大于干法水泥回转窑的焚烧容量,则将过量的干污泥输送至干污泥存储系统中储存起来,留待后续分批投入干法水泥回转窑中焚烧。其中,含水率为2%~10%的干污泥通过干法水泥回转窑中的窑头喷煤嘴或窑尾预分解炉进行焚烧处置,含水率为10%~35%的干污泥通过干法水泥回转窑中的窑尾预分解炉进行焚烧处置。焚烧温度为1450~1800℃,焚烧时间为10~30分钟。在此高温下焚烧废气中的有害物质(如二恶英、呋喃等)可以被有效地分解,因此不会产生有害物质。
焚烧后的污泥残渣可以直接作为生产水泥的部分原料,在干法水泥回转窑系统中参与水泥生产,其加入的比例可以根据残渣中重金属含量来确定,以使生产出的水泥符合国家标准。首先,根据水泥厂的生产规模和每天污泥的具体成分确定污泥的处置量。即根据水泥回转窑产生的热量,确定可以干燥的湿污泥的量。再根据污泥中重金属的含量确定将这些污泥作为水泥生产原料时加入的比例,使生产出的水泥符合国家标准。
同时,在湿污泥的干化过程中产生的废气被送进废气处置系统中,先通过冷却装置将废气冷凝,去掉冷凝水;然后将干燥的废气通过风机抽入污泥焚烧处置系统中焚烧,气体达标后排放;冷凝水输送污水处理站处置达标后排放。在湿污泥干化过程中产生的废气的主要成分包括硫化氢、甲硫醇、二甲硫醇和二甲硫醚等,将其加入污泥焚烧处置系统中可经高温焚烧除去,此外由于干法水泥回转窑有完整的尾气处理系统,焚烧时排出的尾气也达到国家标准,因此在本发明中焚烧污泥不会造成大气污染。
下面结合实施例来说明本发明,以下实施例以北京市污水处理厂的污泥和河底污泥为原料进行焚烧处理,北京市污泥中的有害成分及其含量参见表2。
表2.北京市污泥有害成分及其含量
实施例1
将城市污水厂产生的含水率为83%的湿污泥300吨运至水泥厂(该水泥厂日产熟料3000吨),并存贮在湿污泥接收系统中。通过运输系统运送到污泥干化系统中。根据生产需要将含水率83%的湿污泥干燥到含水率为 2%~10%的干污泥。干燥后的污泥可以直接导入干法水泥回转窑焚烧处置,也可以先在干污泥存储系统中存储。干化后得到的含水率2%~10%的干污泥通过干法水泥回转窑的窑头喷煤嘴或窑尾预分解炉入窑焚烧处置。焚烧条件为1450~1800℃,10~30分钟。焚烧后的污泥残渣的成分和含量列于表3。湿污泥干燥过程中的热量由余热换热系统提供。该换热系统通过气~水或气~油换热,将来自干法水泥回转窑生产过程中在窑头、窑尾烟室、篦冷机等位置产生的余热和三次风的余热转换成干化湿污泥所需的热量,使湿污泥干化。污泥干化系统在干燥湿污泥过程中产生的废气进入废气处置系统,达标后气体排入大气。
实施例2
将城市污水厂产生的污泥如实施例1所述方法进行干化焚烧,只是将湿污泥在污泥干化系统中干化至含水率为10%~35%,并在干法水泥回转窑中的窑尾预分解炉进行焚烧处置。焚烧后的污泥残渣的成分和含量列于表3。
实施例3
将河底污泥机械脱水至含水率为70%~95%,并根据水泥厂的生产规模和每天污泥的具体成分确定污泥的处置量。即根据水泥厂产生的热量,确定可以干燥的湿污泥的量。再根据河底污泥中重金属的含量确定污泥处置量,计算将这些污泥作为水泥生产原料后生产的水泥是否符合国家标准,如果不符合标准则减少污泥处置量。
而后将河底污泥运至水泥厂,并存贮在湿污泥接收系统中。先通过运输系统运送到污泥干燥系统中,按照实施例1相同的方法将含水70%~95%的污泥干燥到2%~35%。然后将含水率2%~10%的干污泥通过干法水泥回转窑的窑头喷煤嘴或窑尾预分解炉入窑焚烧处置,含水率10%~35%的干污泥通过干法水泥回转窑中的窑尾预分解炉进行焚烧处置。焚烧后的污泥残渣的成分和含量列于表3。
表3.污泥残渣成分(%)
成分 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
SiO2 |
30.86 |
31.547 |
50.00-87.00 |
Al2O3 |
9.14 |
9.398 |
1.00-5.00 |
Fe2O3 |
8.05 |
8.576 |
2.50-11.00 |
CaO |
30.24 |
11.004 |
1.50-13.00 |
MgO |
2.81 |
4.566 |
1.20-7.00 |
Na2O |
0.77 |
0.812 |
1.00-2.50 |
K2O |
1.24 |
4.966 |
1.00-2.50 |
P2O5 |
8.12 |
21.445 |
- |
Cr2O3 |
- |
0.180 |
0.0088-0.0166 |
CuO |
0.13 |
0.149 |
0.0185-0.0434 |
ZnO |
0.33 |
0.433 |
0.0444-0.0789 |
由表3可见,焚烧后的污泥残渣中主要含有二氧化硅、氧化钙等常见元素的氧化物,其它有害成分被焚烧分解。焚烧后的残渣可用作生产水泥的原料。
虽然在此已经结合具体实施例描述了本发明,但应理解的是本发明并不限于这些公开的实施方式,相反,本发明所要求保护的范围涵盖包括在权利要求书的精神和范围内的各种改变和等同物。