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热泵干燥新用途

浏览次数: 2018-09-19 16:23:48

                                                  热泵干燥新用途——热泵污泥除湿干化技术

一、污泥处理概论

 

1、污泥的危害 

 

       干净的水经使用后,因其中含有有机物、重金属、病毒、细菌等对人类和自然界存在危害的污染物,而称为污水。对工业废水和生活污水进行处理,会在水体中产生大量的固体悬浮物质,这些物质统称为污泥(sludge)。污泥一部分早已存在废水中,一部分是废水处理过程中形成的。前者一般来自于自然沉淀中截留的悬浮物质,后者主要是在生物处理和化学处理过程中,由原来的溶解性物质和胶体物质转化形成的悬浮物质。

 

       在废水净化过程中,废水中的污染物经生化降解,可将大部分有机污染物降解为水和气体(好氧处理产生CO2、O2;厌氧处理产生CH4为主的气体),金属污染物(包括重金属)则不能处理而沉积在污泥中。污泥是经各级污水处理后产生的固形物,是污水处理厂不可避免的副产品。相对于污水,污泥的污染成分近似而浓度则要高得多,在实际中有如下危害:   

1) 臭味大 众多易腐化的有机物在污泥的处理、运输、储存中会挥发发出各种恶臭的气味,影响环境。  

2)  2)危险性高 污泥中含有大量的病毒、细菌、原生动物及高浓度的锌、铜、铬、铅、镉等重金属、有毒的有机合成物等,对水资源和人体健康存在严重的潜在危胁。显然,机械脱水后的污泥如果处置不当,进入人类的食物链,必然会导致疾病的传播。



 

 

2、我国污泥处理行业发展状况分析 

   

      众所周知污泥是一种非常危险但又非常难处理的废弃物,污泥处理一直是世界难题。目前,世界主要污泥处理方式主要是填埋、焚烧、堆肥等方式近年来,我国污泥处理处置各项技术和专用设备有了较大进展。但与欧美、日本等发达国家相比,我国的污泥处理处置技术路线不明晰,相关的法律法规及标准规范还不够完善。目前,我国污泥处理处置总体状况以土地利用形式为主。仍有大部分的污泥没有得到合理的处置,将会对环境带来潜在的危害。

国内绝大多数城市的污泥并未得到有效的处理处置。一方面,大多数污水处理厂的污泥仅实现了初步减量化,未实现稳定化;另一方面,真正实现安全处置的污泥的比例不超过20%,导致污染纠纷和群众举报大量增加。污泥最终处置不同方式的比例分别是:土地填埋占60%~65%、污泥好氧发酵农用约占10%~15%、污泥自然干化综合利用占4%~6%、污泥焚烧占2%~3%、污泥露天堆放和外运占15%~20%。其中,土地填埋、露天堆放和外运的污泥在我国绝大部分属于随意处置。  

污泥得到妥善的处理处置是污水处理整个环节完全实现的保障。若污泥得不到有效处理处置,会使污染物再次进入水体。这样一来,在污水处理环节投入的资金,很可能因为污泥处理的不到位而打了水漂,付出巨大的经济和环境代价。 

 

 

二、低温除湿热泵污泥除湿干化技术原理

 

1.常规设备的污泥干化原理 以滚筒 热风炉烘干系统为例说明(图片来自网络):

1)燃烧转化的制热量在烘干过程中利用率低。烘干过程中热量通过尾气直接排放,尾气中的显然和潜热均不能循环利用。

2)尾气排放必须经过除尘、除臭处理。

3)高温干化产生大量有毒有害气体。同时粉尘更多。加大了处理难度。

 

 

2、低温除湿热泵污泥除湿干化系统的工作原理 

    

 

       污泥除湿干化机是利用除湿热泵对污泥采用热风循环冷凝除湿烘干的过程;除湿干化是回收排风中的潜热和显热,热量可以实现封闭循环利用,而水分通过冷凝水排出。除湿干化过程没有任何余热排放,传统污泥热干化系统供热90%转化成排风热损失(水蒸汽潜热及热空气显热);也没有尾气排放,不需要尾气除臭和粉尘处理的装置,系统简洁优化。 除湿热泵是利用制冷系统使湿热空气降温脱湿同时通过热泵原理回收空气水份凝结潜热加热空一种装置;除湿热泵烘干是利用制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿同时通过热泵原理回收水分凝结潜热加热空气达到干燥物料目的。除湿热泵是除湿(去湿干燥)加热泵(能量回收)结合,是干燥过程中能量循环利用。 除湿热泵烘干与传统热风干燥的区别在于空气循环方式不同,干燥室空气降湿的方式也不同。除湿热泵烘干时空气在干燥室与除湿干燥机间进行闭式循环(不排放任何废热);传统热风干燥是利用热源对空气进行加热同是将吸湿后空气排放的开式系统(排放废热),能源利用率低(20%-50%)。 



 

 

3、技术及性能特点

 

1)总体概述 

      可充分实现对污泥进行“减量化、稳定化、无害化和资源化”处理;最终污泥颗粒可做掺烧燃料、焚烧、建筑材料、生物燃料、堆肥等;80℃以下低温干化过程,可适合生活污泥、印染、造纸、电镀、化工、皮革、各类型污泥干化系统;既适合安装在各型污水厂,也适用于少量污泥产生的各型工厂。无复杂的土建结构和基础建设,节约土建成本。设备模块化设计,占地面积少。安装简单,安装、调试周期短。  

 

2)安全 

       系统运行安全,无爆炸隐患,无需冲氮运行;污泥干化过程氧气含量<12%;粉尘浓度<60g/m3;颗粒温度<70℃;干料为条粒状,无粉尘危险; 污泥静态摊放,与接触面无机械静电摩擦; 出料温度低(<50℃),无需冷却,直接储存。

 

3)高效 

       与前段机械脱水可以实现无缝对接。机械脱水后的污泥经过自动压条造粒   后,直接进入烘箱进行烘干,全程自动化,无缝对接。干化过程有机成分损失小,适合后期资源化利用;减容量达67%,减重量达80%,可节约大量后期运输成本。   

 

4)节能 环保       

       采用热泵热回收技术,密闭式干化模式无任何废热排放;采用封闭干化模式,不直接排放尾气,因此无需处理臭气和粉尘,减少了  复杂的尾气处理装置;采用低温干化过程,H2S、NH3析出量大大减少; 冷凝水(污泥水份)处置简单(或直排),节约干化过程冷凝水处理成本。 每1度电平均可除水3至4公斤水。

 

5)智能 

       全自动运行,节约大量人工成本;    

       出料含水率可任意调节(30%-50%)。     

 

6)耐用    

       采用不锈钢等耐腐材料、换热器采用电镀防腐处理,使用寿命长;   

运行过程无机械磨损,使用寿命10年以上;     

使用管理方便。

 

7)适用性强     

       单条干化线每日处理量可达50吨(80%含水率泥饼),可适合污泥分散或集中处理模式,节约污泥运输费用且减少运输途中对环境的污染;     

       适合城市生活污泥分散干化集中处置技术,可较好解决城镇污泥处置难问题;  

       

 

4、不受外界环境温度(冬季低温)、湿度(夏季潮湿)影响,适合各地区使用要求。

 

       创新技术突破热泵高温除湿烘干的技术瓶颈,高温性能下也可以保持较好的除湿能力。系统可以兼顾加热和除湿两个方面。解决传统除湿设备在

1)高温工况下高温高压报警无法运行;

2)高温低湿条件下的除湿性能差甚至不除湿的技术难题;

3)系统运行不受环境温度影响,解决空气源热泵烘干机冬季运行的难题;

4)采用全效换热梯次降温除湿及温度梯度利用技术。

5)综合除湿性能比(SMER)达2.8kg.H2o/kw.h。 根据不同含水率泥饼可采用不同成型技术,降低泥饼干燥时间和提供干化系统的综合能效。

       污泥处理处置的重要性和污泥处理的方法及优缺点分析

     
 
 
 

三、污泥处理处置的重要性

       

 

1、污水处理和污泥处理处置是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统。

 

       污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障,在经济发达国家,污泥处理处置是极其重要的环节,其投资约占污水处理厂总投资的50~70%。

       污泥处理方法大体有填海、填埋、焚烧和土地利用。其中填海由于出现了严重的污染问题,已经被国际海洋法所禁止,各国都基本上废止。余下的几种处置方式各有优劣。从技术难度比较,填埋的技术难度最低,其次是土地利用,难度最高的是焚烧。从投资成本来看,焚烧的投入成本最高,其次是填埋,土地利用成本最低。而从环境风险来比较,焚烧和填埋分别存在尾气和地下水污染的风险,而土地利用的风险也需要控制。

各国都把污泥处理处置作为污水处理系统的非常重要的环节,给予巨大投入,使污染治理能划上一个完整的句号,这是成熟的污水处理思路;二是不同国家和地区因地制宜地采取了适合各自国情的污泥处理处置技术路线。

 

2.几种污泥处理的方法及优缺点分析

 

①污泥的卫生填埋

       污泥卫生填埋始于20世纪60年代,是一项比较成熟的污泥处置技术。污泥既可单独填埋也可与生活垃圾和工业废物一起填埋。这种处置方法简单、易行、成本低,污泥又不需要高度脱水,适应性强。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。但是污泥填埋也存在一些问题,尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体,如果填埋场选址或运行不当,这种液体就会进入地下水层,污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷,若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。另外,适合污泥填埋的场所也因城市污泥的大量产出而越来越有限,这也限制了该法的进一步发展。

 

②污泥的直接土地利用

       污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点,被认为是最有发展潜力的一种处置方式,这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。科学合理的土地利用,可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地)的修复与重建,减少了污泥对人类生活的潜在威胁,既处置了污泥又恢复了生态环境。污泥农用正在成为世界各国主要的污泥处置方式,污泥农用的比例很大程度上取决于各国政府有关的法律、法规和污染控制情况,同时也与国家的领土的大小和农业发展情况有关。如英、美、法等许多国家城市污泥的农用率可达70%,有的高达 80%以上。

 

③污泥的焚烧

       湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍,没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难,而且在能耗上也是极不经济的。

以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法,它能使有机物全部碳化,杀死病原体,可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大,处理费用高。

 

④污泥的低温热解处理

       污泥热化学处理因其无害化和减量化彻底,地位已逐渐增强。但传统的热化学处理(焚烧法)通常需加入辅助燃料,费用较高。城市污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。它通过在催化剂作用下无氧加热干燥污泥至一定温度(&lt;500℃),由干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体和炭4种可燃产物,最大转化率取决于污泥组成和催化剂的种类,正常产率为200~300L(油)/吨(干泥),其性质与柴油相似。低温热解是能量净输出过程,成本低于直接焚烧。

 

3.小结

       从发达国家污泥处理处置的发展趋势分析,今后污泥处理处置的方向将会是土地利用和热能利用,污泥填埋的比例将大幅度降低。污泥土地利用将会向更安全、更经济的利用方向发展;污泥焚烧和热能利用将是污泥处理处置的发展方向之一,今后焚烧的比例将会进一步增加。另外,随着科学技术的发展,一些新的污泥处理处置技术(如污泥的低温热处理技术等)也在研究和试验中,该技术的应用前景十分看好。

可以看出,经济发达国家污泥处理处置技术的发展经历是卫生填埋、土地利用、焚烧(热能利用),并正向低温热解等高技术含量的处理方法发展,目前应用得最普遍和最成熟的处理处置方式是土地利用和焚烧。无论是传统的处理处置方法,还是新的处理处置方法,污泥的热干化处理技术皆因其操作灵活,可根据污泥的最终处置需求来调节干污泥的含固率等特点,愈来愈受到人们的重视,正发挥着越来越重要的作用。

 
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