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超低能耗无臭气产生干化新技术—污泥无热干化技术

时间:2019-06-19 09:47:08 来源:国际环保在线 作者:刘世伟 [] 浏览量:6506

  

  

  报告人:秦皇岛尼科环境科技有限公司张晓春教授

  张晓春:说到我们学校可能大家不太熟悉,我们的学校所在的城市大家可能非常熟悉,在秦皇岛市,我们这个论坛第一届就在秦皇岛市召开的。我是从2010年开始关注污泥处理处置问题,秦皇岛市给我们做这个研究,提供了很好的条件和样本,秦皇岛市在环境保护领域做的比较到位,建立了中国第一个城市综合垃圾处理厂,另外还有污泥的堆肥处理厂,还有厌氧消化处理厂,还有垃圾焚烧发电厂。

  这么多年,我在对污泥处理的观察和研究过程一直在思考一些问题,也做了一些工作,今天把我的思考和大家交流一下,把我所做的工作向大家汇报一下,下面我所说的观点都是基于我对实际的案例的观察,还有总结大家的一些观点上形成我自己的一些看法,如果有说得不当之处请大家指正。

  污泥处理处置如果从用户的角度出发,用户关心的问题是什么?也就是说从用户角度来说,需要解决的根本问题是什么?这四化是我们对污泥处理的要求,但是从用户角度,据我的了解,实际上用户不关心你具体采用什么技术,对用户来讲就一个要求,你怎么把污泥给处理没了,就是如何把污泥彻底消灭,也就是要解决污泥的出路问题,如何把它彻底消纳。

  如果从这个角度出发,我们来看一下目前污泥处理处置技术,现在规模化应用的,也就是两大类,一个是堆肥处理,一个厌氧制沼气。第一届研讨会在秦皇岛召开,就是因为2009年秦皇岛建设了一个堆肥处理厂,遇到的实际问题就是堆肥产品农用问题,这个目前没有解决,伴随问题是臭气的产生问题。厌氧制沼气,从理论上讲能产生能源,也存在出路问题,消化后的沼气渣更难处理。另外厌氧需要保温,从我们调查秦皇岛的情况来看,夏季还好,除了夏季以外,其他季节所产生的沼气根本不够用的,还要再补充能源。焚烧,得到了大家越来越多的关注,焚烧从解决污泥出路这一条来看,是能够最彻底的解决污泥出路。焚烧是减量化最好的,而且还做到无害化、资源化。焚烧也有问题,目前来看入炉前必须解决脱水干燥的问题,现在的目标是要使污泥能够做到自持燃烧。

  从我个人的观点和很多专家近些年的发言来看,我们认为目前能够解决污泥出路的最好处置方式就是“脱水干化+焚烧”,如果规模比较大的话,再加发电,这就产生了经济效应。焚烧的优势,首先是有机物完全燃尽,转化为热能。无机物成为灰渣,可以建材利用。另外灰渣中可以提取磷。焚烧的方式,目前所受到的局限就是干化问题,污泥入炉前必须干化至含水率40%以下,这个耗能是非常大的。

  下面我们来看一下焚烧产能与脱水干化耗能的分析,我这里引用了北京建筑大学郝晓地教授在这个会议上往届发言提供的数据。如果在污水处理厂将污泥的含水率从99%降低到含水率80%,一般都采用机械脱水的方式。按照郝教授的分析,使用带式压滤,这个能耗是60kW·h/tDS,如果80%降到40%,就只能用热媒干化的方式,用电3031千瓦时。能量分析来看,能量赤字624千瓦时。

  我们如果推广“脱水干化+焚烧(发电)”技术关键是低能耗、高效脱水干化。希望达到的基本目标是焚烧产能与干化耗能的能量平衡。如果做到更高目标,就是有净的能量输出。目前应用的热干化方式,一个是利用生产企业的余热(热水、蒸汽、烟气),再有在天然气和煤炭丰富的地区也可以,再有是利用太阳能。上述这三种方式场景应用受限,另外使用电能,具有普遍适用性,但存在高能耗的问题,现在大家很多在研发低温干化技术。所有的热干化技术都会产生臭气。

  如果我们想把脱水干化能耗降下来,从哪方面入手?从机械脱水方面来看,它的能耗是60千瓦时,热媒干化是3000多,所以还是从热媒干化入手,或者说从含水率80%到40%这个区间入手,因此我们针对含水率80%的污泥看看能做哪些工作。如果还是沿着热干化技术技术路线,热干化技术的改进提升,提高了能源利用效率,但是不能改变能量基本需求。我们扩展一下视野,看一下机械脱水,机械脱水与加热干化比较,机械脱水属于能耗低、效率高,虽然不能达到热干化的程度,但是我们考虑是不是可以采用机械的方式脱除尽可能多的水分,这样会把大部分的能耗降下来。为了达到这个目的,我们必须解决两个问题,第一个是提高污泥自身的脱水性能的问题,我们知道污泥本身是非常难以进行脱水的。第二看看在脱水设备上我们能做些什么工作,提高脱水设备的性能。

  为此,我们确定了研究总目标,采用不加热方式对污泥进行干化处理,将污泥的含水率从80%以上降到40%以下。将这个总目标进行分解,第一要改善污泥的脱水性能,第二提高脱水设备效率,研制新的脱水设备,第三看看是否能采用机械通风的方式进行深度脱水,不加热。

  我们从2010-2012年在实验室中进行试验研究,取得了两个成果,第一个是复合型脱水剂,可以非常高效率地提高污泥自身的脱水性能,这种脱水剂是对环境友好的。另外新型机械加压脱水设备原理机,在试验中也获得成功。在2013-2018年我们进行了一系列的产业化研究,重点是设备,历经5代试验研制,第6代工业用高效污泥压榨机研制成功。这个压榨机的压力并不高,我们不采用高压路线,因为高压就意味着高能耗,我们是1.5到2兆帕,另外机械通风深度干化试验也取得成功。因为是采用不加热的方式进行干化,我们命名为“污泥无热干化技术”。

  先说所取得的成果,这个图是刚刚分析的能量分析图。如果采用我们的技术,污泥无热干化技术处理的话,我们针对含水率80%的污泥进行处理,加入我们的脱水药剂,然后再进行压榨。含水率如果到60%,这个能耗是250千瓦时/tDS,继续进行通风干化,将含水率降到40%,这个能耗是27千瓦时/tDS,两个加一起是277千瓦时,这个是按照我们的生产线装机容量提出来的,实际的能耗还要低。压榨机长期处于保压状态,它的功率不到装机功率20%,我们不仅仅解决了脱水干化和产能平衡的问题,而且做到了能源盈余,能源盈余的效果还是非常显著的,达到了2130千瓦时/tDS。

  

  如何做到的?按照我们确定的第一个目标,是改善污泥脱水性能。我们知道污泥脱水最难脱出的是内部结合水,特别是细胞内水。我们自主研发的复合型脱水剂,可以高效将细胞内的水分释放出来,呈现类破壁的效果。我们通过考察污泥调理前后滤液成分的变化说明这个,经过类破壁处理以后,滤液中的蛋白质、糖类、COD等都有成倍的增加,说明确实实现了类破壁效果。

  第二研究脱水设备,机械脱水也就是加压脱水,分析加压脱水过程中污泥的受力状态。污泥属于两相体系,加压过程中脱水,只有施加到水分上的压力才是有效的,这就是有效应力原理。我们按照分析结果,设计了试验机,在试验的过程中,发现泥饼断面呈现分层结构,和其他的压榨机压出的泥饼不太一样,压榨过程中污泥是逐渐固化的,这样它就实现了分层,层与层之间表面粗糙,水分可以通过,我们把它总结为“层间通道效应”,我们设计了全新概念的压榨机。效果就是经过加药再加压榨10分钟,含水率就到60%,这是泥饼,泥饼将近100毫米厚。这是它的断面结构,非常粗糙。用扫描电镜分析,泥饼断面呈现多孔结构。这就为实现第三个研究目标,采用通风方式深度干化提供了可能,试验结果,72小时可将泥饼的含水率降到40%以下。我们总结污泥无热干化处理工艺路线,确定为三个工艺段,污泥调理、脱水改性、通风干化。通风干化后的泥饼后续处理可以是焚烧,进行堆肥,或热解,都为它们创造了良好的条件。如果焚烧的话,干化泥饼制成生物质燃料,送到检测中心检测,热值为3800大卡,高于褐煤。每吨含水率80%以上的污泥可以制成生物制燃料0.31吨,如果处理量比较大的话,效益非常明显。用于焚烧发电,每千克污泥生物质燃料可发电1.45度,每吨含水率80%以上的污泥制成生物质燃料可发电450度。

  再说说臭气的问题。产生臭气的原因,一是微生物分解有机物,二是有机质受热热解。污泥无热干化技术处理过程无臭气产生,一是对微生物细胞进行了类破壁处理,相当于灭活,微生物不再分解有机物,二是通风干化不加热,有机质不再受热发生热解。另外污泥生物质燃料燃烧也是没有味的。

  我们已经完成了全套的设计,已经形成了生产线,现在我们看一下视频。(播放视频),这是反应仓,加药以后到反应仓反应,再到搅拌机,到压榨机,从压榨机出来以后进行破碎,因为泥饼比较大,为了更好地通风干化,我们进行破碎,重新造块,这是风干仓。

  

  何光亚:佩服,对污泥处置肯定要调制的,实际我跟你说,你看看论文集,国外的污泥都经过蒸煮工艺。下面我将要给你出主意,但是不是一句话,我们交换名片。

  许国仁:我还没有特别理解,就是你的内部细节,如果真是能达到这个效果,下面找机会再探讨一下,我觉得还很有意思。

  张晓春:效果是实实在在的,我们有专业机构检测的,大家会后交流。谢谢大家!

  陈凡阵:介绍了比较节能的新技术,非常有前途。

  中国给水排水 第十届中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会在上海成功召开900多名污泥行业代表齐聚上海 共商发展之道 -- 鼎力打造中国污泥处理处置核心品牌生态圈

  

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