【新环境论文选集】圆盘式污泥热干化项目环境影响分析

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摘要:圆盘干化工艺技术作为一种高效、可靠、节能的污泥热干化技术,对解决“污泥围城”有重要意义。本文着重介绍了污泥圆盘干化项目中产生的水、气、声、渣等污染物情况,并提出了相应环保措施。尾气污染及废渣最终处置是项目环境影响的关注的问题,通过试验对氨气、有机酸、甲烷、丙烷不凝结气体进行在线成分和浓度分析。干污泥颗粒可作为低有机质燃料在热电厂、垃圾电厂、水泥窑最终处置,本文重点介绍了嘉兴干化污泥在热电厂焚烧烟尘、SO2NOxHCl的排放浓度,并与不掺烧锅炉形成对照。最后对污泥圆盘干化后焚烧可能产生的二噁英进行综合分析,污泥单独焚烧或掺烧二噁英对环境影响微小

AbstractDisc dryer technology designed to be an efficient, reliable, energy-efficient sludge thermal drying technology, to solve the "mud walled cities" was significant. This article focused on disc dry the sludge generated in the project of contaminants such as water, air, noise, Standard Chartered, and the corresponding environmental protection measures. Exhaust gas pollution and waste disposal were issues of concern to the environmental impact of the project through testing of organic acids, ammonia, methane, propane incondensable gas line composition and concentration analysis. Dried sludge can be used as fuel in thermal power plants, low organic matter final disposal of refuse incineration power plant, cement kiln, this paper focuses on the dried sludge in jiaxing power plant burning dust, SO2, NOx, HCl emission concentration, and with no combustion boiler contrasted.Finally, disc dry the sludge incineration may produce dioxins and Summary analysis, separate sewage sludge incineration or combustion dioxin minimal impact on the environment.

关键词污泥热干化圆盘干化机环境影响

Keywordssewage sludge, thermal drying, disc dryer, environmental impaction

前言:污泥热干化工艺作为一种工业化大规模处理处置污泥方法,当前对于解决“污泥围城”发挥重要作用。污泥的热干化可以分为热风及烟气直接干化、蒸汽或导热油间接干化。不同类型的工艺技术对建设项目的环境影响大。例如热风、热烟气直接干化技术因热风、烟气的热值低,250℃-160℃可利用热量小于167KJ/Nm3,相当于每吨蒸汽放热量的1/10000-1/15000,干化后产生大量的热臭气难以处理,而导致项目的运营对厂区内员工的职业健康及周边区域环境产生影响。圆盘式污泥干化技术近年来在我国苏州、嘉兴、金华等城市均有应用,本文从圆盘干化工程应用的产污环节分析、污染物源强,水、气、声、渣最终处置或利用的环境影响角度对污泥圆盘干化工艺分析,以期能为圆盘式污泥干化项目或其他同类型建设项目的环境影响评价以及项目立项决策提供参考。

1.圆盘干化工艺技术介绍

圆盘干燥机(如图1)所示,主体由一个圆筒形的外壳和一组中心贯穿的圆盘组成。圆盘组内部是中空的,热介质从这里流过,把热量通过圆盘间接传输给污泥。污泥在圆盘与外壳之间通过,接受圆盘传递的热,蒸发水分。盘片组垂直于中空轴,污泥的推进和搅拌是通过羽根来实现。污泥水分形成的水蒸气聚集在圆盘上方的穹顶里,被少量的载气风带出干燥机。

图1.圆盘式干化装备示意图 1.盘片2.中空轴3.羽根

圆盘式污泥干化系统工艺流程(如图2)所示,污泥通过给料系统将污泥输送至干燥机入口,污泥在干燥机内一次干化成型,污泥干化过程产生的蒸汽通过引风机排出干燥机,维持干化机内部微负压运行。工艺系统配套预除尘器,去除粉尘,经过预除尘后尾气进入到一个间接式水冷换热器进行冷凝,其中蒸汽冷凝下的水排入污水管网,不凝气体(主要是一些恶臭气体)进入生物除臭系统,达标后直接排放。

图2圆盘式干化工艺流程图

2.工艺系统物料平衡和产物环节分析

以单条线100t/d污泥干化为例,系统物料平衡图见下表。

表1.100t/d污泥干化系统物料平衡表

名称

湿污泥量

kg/h

进料水分

%

出料水分

%

蒸发水量

kg/h

耗蒸汽量

kg/h

载气量

kg/h

干污泥量

kg/h

数量

4167

80

40

2778

3472

2778

1389

在干化系统单元中,湿污泥一般通过螺杆泵或螺旋输送机输送,在圆盘式干燥机内通过1-2小时的干化成型后,形成3-5mm(60%DS)的颗粒,干化的污泥通过螺旋输送机输送至末端处置(热电厂、垃圾电厂、水泥厂等)。100t/d的湿污泥经过干化后(60%DS),产生~33.3t的干污泥颗粒,体积减少,同时将产生~66.7t/d废水。

干燥机在蒸发水分的同时将污泥中的甲烷、乙烷、氨气、硫化氢等恶臭及有机废气释放出来,同时夹带少量粉尘。工艺系统中配套了与除尘器和冷凝系统,最终不凝结废气通过生物除臭装置后排放,在此过程中将产生一定量废水、废气。

3.废水

尾气的冷凝废水~66.7t的废水,通过对嘉兴污泥圆盘式热干化项目(热媒:水蒸气,0.5Mpa,153℃,)冷凝废水取样检测,检测结果如下表2。

表2 废水浓度检测

项目

pH

CODcr

BOD5

SS

NH3-N

TP

mg/L

mg/L

mg/L

mg/

mg/L

7.5

368

115

49

113

1.38

检测结果表明,干化冷凝废水的生化性较好,但氨氮指标偏高。废水中污染物浓度来源除与污泥来源相关,还与干化热媒的温度有关。改变工况条件,对嘉兴市政污泥的两个污泥样本的热干化实验表明,在160℃条件下,冷凝废水的COD在410.0-710.4mg/l,pH在6.84-7.63。

干化冷凝废水水量少,在污水厂建设干化项目可直接接入污水处理系统,其他项目地需要增加污水处理设施。例如,在热电厂或水泥厂,冷凝废水处理工艺流程为:废水→调节池→泵→热交换器→A/O池→反应沉淀过滤池→消毒池→再生水利用,产生的污泥通过板框压滤机压滤后返至干燥机处理,由于废水可生化性好,达到工业再生水标准,处理成本~3元/吨废水。

4.废气

圆盘干化项目废气来源干化车间厂房换气和干化工艺尾气。干化厂房换气倍数一般在8-10,收集后经过生物除臭处置达到《恶臭污染物排放标准》二级排放标准。工艺废气是建设项目主要污染源。

干化工艺尾气的主要成分为水蒸气,少量粉尘、硫化氢、氨气、甲烷等有机废气及恶臭气体。污泥干化过程粉尘量与干化程度密切相关,通过对嘉兴项目、苏州项目的调试经验,当干化至60%DS时,粉尘含量几乎不产生,当干化至70%Ds时,粉尘量开始增加,干化至90%DS时,粉尘量较大,可达到30.5g/Nm3。一般认为,污泥粉尘浓度在60g/Nm3以内,工艺系统是安全的,当然这一指标还需与可燃性气体浓度、温度、压力、氧含量、点燃能量等条件相关。除尘器效率一般可达到95%以上,除尘器收灰与干污泥颗粒混合最终处置。不凝结气体通过GASMET-DX4000烟气分析仪进行在线成分和浓度分析,氨气、有机酸、甲烷和丙烷的浓度均在仪器最低检测限附近,检测结果如下表3。

表3 嘉兴污泥干燥气体排放测定

污泥种类

干燥温度/℃

氨气 (mg/m3)

有机酸 (mg/m3)

甲烷 (mg/m3)

丙烷 (mg/m3)

冷凝前

冷凝后

冷凝前

冷凝后

冷凝前

冷凝后

冷凝前

冷凝后

污泥样本1

160

1.5

0.5

15.1

7.2

5.2

3.5

1.5

1.5

污泥样本2

160

6.5

2.5

17.3

5.6

6.2

3.6

0.7

0.7

由上表可以看出,部分污染物通过冷凝后进入冷凝废水,废气的污染物浓度降低,污染物冷凝进入废水与气体的性质相关。最终,工艺不凝结气体最终进入生物除臭装置。生物除臭装置一般采用内部气体逆向(由下而上)穿过洗涤塔,循环水泵将循环液从底部循环水箱打到填料塔的填充层上部,利用螺旋喷嘴均匀的将循环液喷洒在塔的填充层,以填料塔后段风机为动力,穿过填充层时被循环液吸收掉可溶于循环液的废气部分;不凝结穿过除雾层及联通管到达风机后经排放烟囱排放。

5.废渣

圆盘干化工艺产生的废渣主要为干污泥颗粒,具有一定热值,其与污泥来源直接相关。干化污泥颗粒可以作为低有机质能源在热电厂、垃圾电厂、水泥窑最终处置,也可以作为碳土利用。

干污泥最终在热电厂焚烧将产生一定的气体污染物,污染物浓度需结合污泥成分特性分析。以嘉兴为例,嘉兴联合污水厂污泥的元素分析参照国标GB/T 476-2001 煤的元素分析方法进行检测,该标准规定了煤中碳、氢、氮、硫、氧的分析和计算方法;污泥中氯含量的检测方法采用离子色谱法进行检测,所得结果见表4。

表4 嘉兴污泥元素分析

样品名称

元素分析

C / %

H / %

N / %

St / %

O / %

Cl/(mg/kg)

#1污泥(空气干燥基)

17.76

3.39

1.83

1.77

15.25

37.50

#1污泥(收到基)

5.85

1.12

0.60

0.58

5.03

12.67

#2污泥(空气干燥基)

26.77

4.34

2.96

2.49

12.54

15.00

#2污泥(收到基)

4.02

0.65

0.44

0.37

1.88

2.04

通过上表可计算,以硫为例,100t/d污泥干化后掺入燃煤锅炉焚烧,混合燃料硫含量中增加0.35-0.47t/d二氧化硫。嘉兴项目燃煤锅炉烟气处理工艺采用炉内脱硫+静电除尘器+活性炭粉+布袋除尘+双碱法烟气净化,对焚烧炉烟气、未掺入污泥焚烧炉烟气检测结果显示见下表5。

表5 污泥焚烧炉及未掺入污泥焚烧炉污染物排放量

锅炉

烟尘kg/h

SO2 kg/h

Nox kg/h

HCL kg/h

1#锅炉(未掺干污泥)

7.39

33.7

18.4

-

2#锅炉(未掺干污泥)

3.78

37.2

20.5

-

3#锅炉(未掺干污泥)

4.93

36.0

14.5

-

4#锅炉(掺干污泥4:1)

4.95

38.5

28.6

1.73

浙江省环境监测中心监测结果表明,在正常工况下,污泥焚烧炉烟气处理系统正常运行时,嘉兴项目(4#焚烧炉)废气出口污染物排放浓度在2个周期的监测结果分别为烟尘13.3mg/m3、12.4 mg/m3,二氧化硫102 mg/m3、98 mg/m3,氯化氢3.37 mg/m3、5.62 mg/m3,氮氧化物80 mg/m3、69 mg/m3,镉<0.007 mg/m3、0.005 mg/m3,汞、铅未检出,以上各污染物排放浓度均低于GB18485-2005《生活垃圾污染物控制标准》的相应极限要求。焚烧飞灰浸出毒性试验,结果值均低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》(GB50853-2007)。

干化后污泥如进入水泥窑处置,首先回转窑内物料温度1450~1550℃,而气体温度更高,达到1700~1800℃,在此高温下,污泥中的有机物彻底分解。其次,大规模的水泥生产系统具有很大规模的热容量,允许进入物料在数量上和质量上的适度波动,100吨污泥的灰分仅10吨左右,对于日产5000-10000吨水泥熟料而言,仅0.1~1%之微,所以在固废的利用规模上可以远远大于现有专业设备的处理能力。再次,没有废渣排出,水泥窑投入的是生料、煤粉和干化污泥、产出的是水泥熟料。污泥的资源得以回收,真正实现固废零排放,其经济性和环保效益更好。

干化后污泥如最终进入垃圾焚烧炉系统处置。污泥对垃圾焚烧系统的污染物贡献率小,对环境的影响较小。

干化后污泥如作为碳土利用,经圆盘干化后,污泥中水分被蒸发,同时100-120℃环境能起到灭菌杀毒的作用,避免病原菌微生物进入土壤环境。此外,圆盘热干化过程并不改变污泥中的固有成分,不增加污泥中S、Cl、重金属含量,避免了对土壤、地下水环境的二次污染。

6噪声

圆盘干化系统中主要设备包括圆盘干燥机、湿污泥料仓、污泥输送泵等,其噪声均达到《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-90)Ⅱ类标准,噪音的环境影响小。

7其他

污泥干化焚烧产生的二噁英是建设项目环境影响关注的敏感问题。根据国内外研究情况,Stieglitz[1]等人在煤和垃圾的混烧试验中发现,S/Cl=1~5能大大降低二噁英的排放,Lutho[2]等人的焚烧试验明,当燃料中S/Cl=10时,可以抑制的90%二噁英生成。污泥中氯含量远低于城市生活垃圾,表4中污泥样本S/Cl为47~166;浙江大学热能工程研究所[3]试验也表明污泥单独焚烧(60%DS)时,二噁英浓度低于0.1 ng TEQ /m3;污泥与掺烧后二噁英浓度低于0.02 ng TEQ /m3;浙江环境监测中心[4]对嘉兴项目中二噁英浓度检测结果为0.001-0.01 ng TEQ /m3。综上可见,污泥单独焚烧或掺烧二噁英对环境影响微小。

参考文献

  1. Stieglitz LVogg HZwick Get al .On formation conditions of organhalogen compounds from particulate carbon of fly ash. Chemosphere ,1991,23(8-10):1255-1264;

  2. Lutho C,strang A ,uloth V ,et al.sulfur addition to control dioxins formation in salt-laden power boiler.Pulp-paper Canada ,1998,99(11):391-398;

  3. 王飞、朱小玲、李博等,污泥干化焚烧过程中污染物排放的研究,浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,给水排水,Vol.37 No.5 2011

  4. 丁惠勇等,嘉兴嘉爱斯有限公司污泥综合利用热电联产技改工程竣工验收监测报告,浙环监业字(2011)第147号;


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