低溫干化技術(shù)在工業(yè)污泥減量處理中的應用
摘要：工業(yè)污泥通常都含有有害或者有毒物質(zhì)，沒有經(jīng)過處理就直接填埋或者隨意堆放,，造成生態(tài)環(huán)境污染以及地下水污染,。工業(yè)污泥深度減量化，這對減少企業(yè)運營成本以及降低社會成本均具有重要作用,。該文以某汽車工廠的工業(yè)污泥減量處理為例,，探討了低溫污泥干化技術(shù)的原理、工藝流程,，論述了該項目的干化處理方案設(shè)計方法,，經(jīng)過實踐證實，低溫干化技術(shù)應用于工業(yè)污泥減量處理中,，可以明顯提高污泥處理效率,，減少企業(yè)運營成本，其具有重要的現(xiàn)實意義,。
當前很多工廠的重要環(huán)境目標之一就是危險廢物的減量化處理,，工業(yè)廢水污泥是危險廢物中構(gòu)成比較高的種類,，污泥減量化處理，這對減少危險廢棄物產(chǎn)生意義重大,。具有合法資質(zhì)處理工業(yè)污泥的單位較少,，因此其處理價格較高。為了減少污泥量,，不僅要對廢水處理藥劑進行調(diào)整以減少污泥產(chǎn)生量,，還要積極采取措施來降低污泥含水率。污泥減量化處理,，這對減少企業(yè)運營成本也具有非常重要的作用,。
一、項目概況
2018年11月-2019年3月,，某工廠廢水站廢水污泥低溫干化處理項目,。該工廠的污泥脫水技術(shù)為傳統(tǒng)的板框壓濾設(shè)備，污泥（即“濕污泥”）含水率較高,，因此考慮安裝污泥干化設(shè)備來進行污泥干化,，去除污泥中的水分，形成干污泥,，從而達到污泥減量化的目的,。
二、熱泵低溫污泥干化技術(shù)原理
這一工藝采用熱泵技術(shù)來回收利用污泥干化過程中產(chǎn)生的熱量,，其節(jié)能效果理想,。在污泥干燥過程中，采用除濕熱泵來加熱,、脫濕空氣，達到污泥干化的效果,，其屬于對流熱風干燥,。對流熱風干燥的干燥介質(zhì)為燥熱空氣，物料中的水分將空氣中的熱量吸收而汽化,，從而達到干燥的目的,。
與以往常用的熱風干化模式相比，熱泵低溫干化模式在空氣除濕以及空氣循環(huán)方式上都與傳統(tǒng)模式存在很大差異,。熱泵低溫干化過程中,，熱泵干化間與干化室的空氣是一個閉式循環(huán)的狀態(tài)，干化室內(nèi)原本濕熱的空氣在熱泵干化機的制冷系統(tǒng)的作用下被脫濕,、降溫,，濕熱空氣經(jīng)過熱泵蒸發(fā)器時，低壓制冷劑將空氣中的熱量吸收,，此時低壓制冷劑由原本的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài),，空氣降溫變?yōu)楦衫淇諝?，空氣中的水分凝結(jié)，以液態(tài)水的形式排出,。低壓制冷蒸汽由蒸發(fā)器提供,，經(jīng)壓縮機升壓送入冷凝器，干冷空氣進入冷凝器時,，高壓制冷劑冷凝釋放熱量,，空氣加熱，變?yōu)楦娠L,，進入干化室,。冷凝器流出高壓制冷劑，在膨脹閥作用下降壓,，進入蒸發(fā)器,，進入下一個循環(huán)，不斷循環(huán)直至污泥含水率達到相關(guān)要求,。這一工藝增加回熱循環(huán),，能盡可能回收加熱過程中產(chǎn)生的熱量，將熱量用于加熱干化,，使得這一工藝的脫水效率得到了明顯的提高,。
三、熱泵低溫污泥干化系統(tǒng)工藝流程
濃縮污泥的含水率在97%-98%,，采用進料螺桿泵將其送入密封腔室,，加入絮凝劑，首先利用進料泵的壓力來將絕大多數(shù)游離水擠壓,。待進料完畢后,，將壓濾水泵打開，充分利用其高壓力來對腔室內(nèi)的泥餅進行擠壓,，要保證濾餅足夠密實,，盡可能將水分擠出。
完成壓榨之后,，就可以將真空系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)啟動,。將蒸汽加入隔膜板與加熱板之間，利用空氣來對腔室中的污泥進行加熱,，與此同時將真空泵打開,，將腔室抽成真空形成負壓，使得水的沸點降低,。污泥中的水分沸騰汽化后,，采用真空泵將汽水混合物抽出，送至冷凝器,，對液態(tài)水進行定期排放,，尾氣則需要經(jīng)過凈化處理,，確認達標后才能進行排放。
對污泥進行過濾,、壓榨,、強氣流吹氣穿流、真空熱干化等處理后,，其中的水分已經(jīng)被最大程度地脫除,，污泥中的含水率明顯降低，污泥量也明顯減少,，能滿足污泥無害化與減量化處理的要求,。整個脫水干化迅速，歷時4h-4.5h,。
四,、干化處理方案設(shè)計
熱泵低溫污泥干化系統(tǒng)應用
①主機系統(tǒng)、污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng),、進料系統(tǒng)及壓濾系統(tǒng)
主機系統(tǒng)：帶有加熱功能的板框壓濾機就是主機系統(tǒng),，計算過濾面積時，根據(jù)每次脫水的污泥量（也就是進泥量）除以壓濾脫水負荷再除以每次脫水時間得到過濾面積,。壓濾脫水負荷取值為0.035m3/（m2·h）,，每日工作4個周期，每個周期不計算卸泥等準備時間,，工作時間為4h,。據(jù)此進行壓力面積的確定。
污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)：采用PAM與PAC這兩種藥劑來調(diào)理污泥,。合理確定藥劑的投加量,。PAM采取在線投加的方式，將投藥點設(shè)置于進料管路的管道混合器上,。PAC為溶解后泵投,。
進料系統(tǒng)：進料泵進料的過程進料頻率并不是固定的，進料壓力不斷增加,，進料量會越來越少，最終進料泵會停止工作,。合理確定進料時間,，設(shè)置為1h，最高進料壓力設(shè)置為0.9MPa,，進料螺桿泵的功率為22kW,，壓力1.2MPa，最大流量35m3/h,，為變頻控制的形式（圖1）,。
圖1. 進料口示意圖,，該進料口設(shè)置密封與廢氣接口
壓濾系統(tǒng)：進料完成后就要開始進行壓濾，確定壓濾時間為1.5h,，濾箱容積5m3,，壓濾水泵功率設(shè)置為15kW，壓力1.2MPa,，流量 25m3/h,，為多級離心泵。
②空氣壓縮系統(tǒng)
空氣壓縮系統(tǒng)可提供壓縮空氣,，是氣動閥門與污泥吹脫的氣源,。反吹是與進料方向相反，空氣吹向中心管道,，反吹能將進料管中殘留的污泥吹到污泥調(diào)質(zhì)池中,；正吹是進料段吹脫，能將泥餅剝離,。結(jié)合工程所需設(shè)計相關(guān)參數(shù),，確定壓力0.8MPa-1.0MPa，吹掃時間為1min左右,，風量是2m3/min,。
合理設(shè)計氣動閥門的用氣量，設(shè)置冷干機1臺,，容積為3m3的氣動閥空氣儲罐1臺,，容積為4m3 的吹脫空氣儲罐1臺，空氣壓縮機的最高壓力是1.3MPa,，產(chǎn)氣能力是 3.16m3/min,。
③加熱系統(tǒng)及冷凝系統(tǒng)
熱水泵、鍋爐等構(gòu)成了加熱系統(tǒng),，天然氣是染料,。熱水溫度90℃，熱水經(jīng)熱水泵送入主機濾板,，冷卻水回到鍋爐中加熱,，循環(huán)用水，對濾餅進行持續(xù)加熱,。熱干時間設(shè)置為1.5h,，熱水鍋爐的功率為350kW，鍋爐設(shè)計的裕度系數(shù)為1.2,，系統(tǒng)真空壓力設(shè)計為15kPa,。
冷凝系統(tǒng)：冷凝系統(tǒng)的功能是冷卻真空泵抽取的汽水混合物。計算冷凝器的換熱面積時,，需要結(jié)合平均對數(shù)溫差,、傳熱系數(shù)以及冷凝熱通量等,。該項目中，冷凝液儲存罐的容積設(shè)計為0.5m3,，緩沖罐的容積設(shè)計為0.8m3,，冷卻水循環(huán)泵的流量按照50m3/h 計算，換熱面積確定為60m3,。
④真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)的功能是將腔室中的空氣抽出,，形成真空。真空泵的功率設(shè)置為37kW,，流量23m3/min,，真空壓力為15kPa。
⑤控制系統(tǒng)
低溫干化系統(tǒng)設(shè)備集中,，數(shù)量眾多,，人為控制難度較大，因此需要借助控制系統(tǒng)來輔助控制,。在動力配電柜中布置一些電氣設(shè)備的控制接線,，一些電氣設(shè)備布置了獨立的控制箱，由主PLC控制柜來統(tǒng)一控制所有的設(shè)備,。PLC控制柜中包括操作終端,、PLC可編程控制器、控制柜以及其他附屬設(shè)備等,，其功能包括選擇工藝參數(shù),、設(shè)定運行參數(shù)、控制運行狀態(tài)等,。
PLC控制柜的主控制模塊與業(yè)主廠區(qū)的控制模塊相同,，進行網(wǎng)絡(luò)交換機的設(shè)置，預留以太網(wǎng)接口以便于傳輸數(shù)據(jù),，實現(xiàn)PLC控制柜與廠級監(jiān)控系統(tǒng)的雙向通信,。
⑥污泥傳輸系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計污泥傳輸系統(tǒng)，對原有的2個卸泥斗進行改造,，每個卸泥斗均配置出料螺旋輸送機一個,、傾斜刮板送料輸送機一個以及水平輸送機一個。將出料料場密封箱設(shè)置于出料螺旋輸送機出料口的下方,。2個螺旋輸送機均為物料開關(guān)信號控制,，當污泥料倉高位時，此時兩個螺旋輸送機同時停止,；當污泥料倉低位時，此時2個螺旋輸送機同時啟動,。
五,、調(diào)試方案制定與系統(tǒng)設(shè)計深化
安裝完成后,，由專業(yè)人員來進行調(diào)試。從處理物料（板框壓力機處理污泥）,、烘箱測試,、輸送機測試以及自動時間及變頻器頻率進行調(diào)試,。整個設(shè)備運行的過程中,，為了避免熱泵壓縮機高壓報警,，要保證風機連續(xù)工作,，不能關(guān)閉風機 ；在測試過程中,，要對各個運轉(zhuǎn)部位的潤滑情況進行檢查，及時補充潤滑油 ,；板框壓濾機卸泥時,，應對集料斗情況進行觀察，一次性卸泥量過多存在集料斗的風險,。
調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),，污泥有時存在卡在卸泥斗而無法進入進料輸送機的問題。污泥要在傳輸設(shè)備中進入烘干設(shè)備,，該項目采用帶傾斜刮板的進料輸送機,，但是偶爾會由于前端板框壓濾機的壓濾效果不穩(wěn)定而引起污泥卡住，無法進入進料輸送機,。針對這一問題,，進行多次現(xiàn)場模擬工況分析，發(fā)現(xiàn)板框壓濾機全部卸料后污泥積聚在泥斗中,，將卸料量控制為50%左右，泥斗中的污泥積聚情況改善明顯,。對板框壓濾機的卸料程序進行調(diào)整,，首先卸料50%,，再啟動污泥輸送機，之后卸載剩余的50%,，最后將污泥輸送機工作程序啟動,，最終卡料問題得到妥善解決。
污泥烘干后，其結(jié)構(gòu)松散,，很容易變?yōu)樯惩翣睿@就造成在污泥的存放以及運輸處置過程中很容易出現(xiàn)揚塵問題,，而污泥烘干后其危險性也沒有降低,，因此必須解決揚塵問題。首先要考慮對調(diào)整編織袋的密度,，但是多次測試發(fā)現(xiàn)均不能從根本上解決揚塵問題,。于是考慮調(diào)整污泥含水率,，經(jīng)多次測試,，最終確認污泥含水率在40%左右是最為理想的狀態(tài)，既能明顯減少污泥外運重量,，也不會產(chǎn)生揚塵問題,。污泥含水率40%左右時，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，不容易松散,，不容易出現(xiàn)揚塵。采用高密度編織袋包裝污泥,，后期的存儲以及運輸過程中均未見揚塵問題發(fā)生,。通過上述測試方法，有效保證了項目的順利進行,，后期順利通過業(yè)主考核驗收,。
六、運行效果
選取該企業(yè)機械脫水后含水率在85%以上的污泥1000kg,，采用低溫干化技術(shù)來進行污泥減量處理,，含水率低至40%甚至30%。當?shù)仉娰M0.9元/kWh,，污泥處理費用為4 元/kg,，假設(shè)理論干化效率為3kg/kWh。則污泥減重量高達785kg,。日消耗電能為 262kWh,。理論上每日節(jié)約技術(shù)可明顯降低企業(yè)的污泥處理成本,。
七、結(jié)論
該文基于工業(yè)化污泥減量處理的問題,，就低溫干化技術(shù)在工業(yè)化污泥減量處理中的應用進行分析，最終經(jīng)過低溫干化技術(shù)的應用，證實了低溫干化技術(shù)處理污泥的有效性,，結(jié)果顯示理論上該方案僅從電費上就可以每日節(jié)約成本約2900元，基于此證明低溫干化基礎(chǔ)在工業(yè)污泥減量處理中的應用價值,。綜上所述，該文撰寫證實低溫干化技術(shù)是工業(yè)污泥減量處理的理想方式,，具有重要的現(xiàn)實意義,。
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