利用烟气余热的污泥处理新技术

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1、利用烟气余热的污泥处理新技术翁焕新1*苏闽华2**马学文1（1浙江大学环境与生物地球化学研究所，杭州310027，*gswenghx@zju.edu.cn2杭州新源环境工程有限公司，**smh7v763@126.com）摘要：在研究了污泥热值与含水率关系及污泥低温干燥特性的的基础上，建立了利用烟气余热的二段式污泥低温干化工艺，同时分析了污泥干化过程的水汽、热量、物料平衡与环境效应，从而为确立我国城市污泥无害化、减量化、资源化处理的最佳途径提供理论依据和技术支撑。关键词：污泥，烟气余热，低温干化污水处理过程中会产生大量的污泥，根据国家环保“十一五”规划，至20

2、10年我国所有城市都要建设污水处理设施，城市污水处理率不低于70%，预计全国城市污水处理能力将超过1亿吨/日，同时可以预计伴随产生的污泥（含水率80%）将达到3000万吨/年。污水处理厂污泥（简称污泥）不仅由于含水率高而体积庞大，而且含有大量的有毒有害物质，因此是一类危害性极大的固体废弃物。同时，污泥又被称为生物固体（Biosolid）[1,2]，公认为是一种可以回收再利用的初级有机固体产品[3]，污泥所具有的较高热值是污泥有可能成为资源被利用的惟一有价值的部分。然而，污泥热值能被利用的前提是通过深度脱水去除污泥中高含量的水分，而去除污泥所含水分的过程是能量

3、净消耗的过程，如果按常压下1公斤水蒸发需要吸收热量2675.9kJ计，要将污泥的含水率从80%降至30%，每年将消耗相当于1.95×106万吨标准煤的热量，高能耗导致的高处理成本，成为污泥深度脱水的瓶颈。在我国，煤炭在能源生产及消费中的比例占70%以上，以煤炭为主体的能源结构和低效能源利用方式在今后的较长时间内，仍将占主导地位。火力发电和水泥生产所消耗的能源在我国化石能源中占有最大的比例，全年能耗达到1.178×109吨标准煤，成为我国二氧化碳的主要排放源。目前，我国能源利用率的水平还很低，仅为33%[4]，而在众多的能耗损失中，排烟损失是最大的。热电厂或水

4、泥厂排放的烟气量很大，排放的烟气温度一般在120～200℃之间，其中蕴藏着巨大的潜能，如果将这部分潜在能源用于污泥深度脱水，不仅能够彻底地克服污泥干化的能耗瓶颈，从而使污泥得到安全、经济地处理，而且能够使水泥生产和火力发电的能源利用率有所提高，从而为我国节能减排做出贡献。本文在研究了污泥热值与含水率的关系以及污泥低温干化特性的基础上，建立了利用烟气余热的二段式污泥低温干化工艺，同时阐述了利用烟气余热的污泥低温干化技术原理和工艺特点，并分析了物料热量平衡及其节能减排效果，从而为确立我国城市污泥无害化、减量化、资源化处理的最佳途径提供理论依据和技术支撑。1．污泥

5、热值与含水率的关系图1污泥热值与含水率之间的关系（初始含水率为80%）污泥中含有大量的有机物质，因而使污泥具有较高的热值。污泥的热值是污泥可资源化利用最有价值的部分，但是，污水处理厂经过机械脱水的污泥含水率通常在89%左右，由于污泥中含有大量的水分，而水分蒸发所需要耗用的热量远大于污泥本身所具有的热值，因此污泥热值的可利用价值决定于污泥的含水率，只有当污泥能够贡献的热量大于水分蒸发所需的热量时，即低位热值大于0（此时污泥的含水率称为平衡含水率），污泥的热值才具有利用价值。图1显示了污泥热值与含水率之间的关系，从图1中可以看出，污泥的低位热值随含水率的减小而增

6、大，同时可以看到，对于不同类型的污泥来说，绝干污泥的热值越低，该污泥的平衡含水率就越低，例如当绝干污泥的热值分别为500、1000、1500、2000kcal/kg时，其平衡含水率分别为44%、61%、71%和76%。由此可见，只有尽可能地降低污泥的含水率，才能使污泥的热值达到最大化，也就是说，污泥深度脱水是决定污泥热值资源能否被利用的关键。图2污泥中水的存在形式与脱水方法污泥中的水以间隙水、毛细水、吸附水和结合水等不同的形态存在[5]，不同形态水因与污泥结合的强度存在明显差异，从而使污泥脱水的方法有所不同。图2显示了污泥中不同形态水的去除方法，从图2中可以

7、看到，通过浓缩和消化可以使污泥的含水率降至90%左右，调质后的污泥经过机械脱水，含水率可以降至65%左右，但是机械脱水只能去除污泥中的间隙水和一小部分毛细水[6]，如果要进一步深度脱水，需要进行热干化，低温干化可以使污泥的含水率从65％一直降至10％左右。低温干化能够使全部毛细水和吸附水以及部分结合水从污泥中蒸发，是现有污泥脱水方法中能够使污泥降低含水率幅度最大的方法。2．利用烟气余热污泥低温干化的技术特点所谓污泥低温干化是指，在小于绝干污泥燃点温度下使污泥水分蒸发的过程，绝干污泥的燃点一般在250℃左右，热电厂或水泥厂（以及垃圾焚烧发电厂）排放的烟气温度一

8、般在120-200℃之间，正是污泥低温干化最理想的热