鄭州市馬頭崗污水處理廠污泥熱干化工程將污泥厭氧消化處理產(chǎn)生的沼氣首先用于脫水污泥的熱干化處理，將熱干化尾氣中的熱量回收用于厭氧消化系統(tǒng)污泥的加熱及消化罐的保溫，通過能源的重復(fù)利用，在無需外加能源的情況下，實(shí)現(xiàn)了污泥厭氧消化+熱干化系統(tǒng)的能量自平衡。該工程的成功運(yùn)行對城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置工藝選擇具有示范意義。
鄭州市馬頭崗污水處理廠一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模30萬m3/d，于2007年9月建成通水。隨著城市的發(fā)展，馬頭崗污水處理廠系統(tǒng)服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大，收水量增長迅速，一期工程超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。2012年開始實(shí)施馬頭崗污水處理廠二期工程，二期工程內(nèi)容包括：新建30萬m3/d出水達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理系統(tǒng)，為60萬m3/d污水處理配套的污泥厭氧消化系統(tǒng)，以及200t/d(80%含水率)的污泥熱干化系統(tǒng)。
馬頭崗污水處理廠熱干化系統(tǒng)是二期工程的組成部分，利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行污泥熱干化，將熱干化尾氣中的能量進(jìn)行回收用于厭氧消化系統(tǒng)的污泥加熱及消化罐的保溫，干化后的污泥作為垃圾填埋場的覆蓋土和綠化介質(zhì)用土及用作土地改良。
1 污泥系統(tǒng)概述
1.1污泥系統(tǒng)工藝流程
馬頭崗污水處理廠污泥處理采用“中溫厭氧消化+干化”的組合工藝。剩余污泥經(jīng)過重力預(yù)濃縮池濃縮后，經(jīng)離心濃縮機(jī)濃縮與初沉污泥充分混合。混合后的污泥泵入污泥厭氧消化池進(jìn)行消化，消化后污泥進(jìn)行離心脫水，脫水后污泥進(jìn)入干化機(jī)干化，最后獲得含固率為70%的污泥產(chǎn)品。
圖1 馬頭崗污水處理廠污泥處理工藝流程圖
1.2污泥消化系統(tǒng)主要工藝參數(shù)
馬頭崗污水處理廠厭氧消化系統(tǒng)采用的是高濃度污泥厭氧消化，消化池進(jìn)泥濃度8%～10%，污泥厭氧消化罐為不銹鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)，共14座。其污泥加熱主要依靠罐體側(cè)立面外層纏繞伴熱管加熱和進(jìn)泥預(yù)加熱，同時(shí)伴熱管還有補(bǔ)充罐體散失熱量，起到維持罐內(nèi)物料溫度的作用。
污泥厭氧消化主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：污泥近期干固體量為115tDS/d，沼氣產(chǎn)量為22043m3/d，污泥消化溫度介于33~35℃，系統(tǒng)需熱量為1906kW(冬季)。
1.3污泥熱干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)
馬頭崗污水處理廠污泥熱干化系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
本工程近期干化規(guī)模為200 t/d污泥(20%含固率，折合干污泥40t/d)，污泥干化至含固率70%，近期土建按300t/d污泥規(guī)模一次性建成，并預(yù)留干化至90%含固率的可能性。
2 污泥熱干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1污泥熱干化系統(tǒng)工藝流程
圖2 干化系統(tǒng)流程圖
污泥干化車間和脫水車間合建，80%含水率脫水污泥進(jìn)入濕污泥料倉，由干化進(jìn)泥泵提升進(jìn)入超圓盤干燥機(jī)進(jìn)行干化處理。經(jīng)干化后的污泥含固率達(dá)到70%以上，再經(jīng)冷卻螺旋冷卻到40oC后，經(jīng)密閉的干泥輸送系統(tǒng)送至干污泥料倉暫存待外運(yùn)。
污泥干化系統(tǒng)由干化機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)、干化機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、干泥輸送系統(tǒng)、干泥貯存系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、熱量回收系統(tǒng)組成。
2.2主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)
1)干化機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)
干化機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)由濕污泥料倉和干化機(jī)進(jìn)泥泵組成。
濕污泥料倉共4座，每臺(tái)脫水機(jī)下方對應(yīng)一座鋼筋混凝土污泥料倉，單倉容積100m3，每個(gè)料倉底部均設(shè)有2個(gè)排放口，通過污泥液壓刀閘閥控制污泥的排放。其中一個(gè)排放口打開后可使污泥落入停放在下方的污泥運(yùn)輸車中;另一個(gè)排放口下部通過密封的管道與污泥螺桿泵進(jìn)料口連通。
2)干化主機(jī)系統(tǒng)
本工程干化機(jī)采用超圓盤干燥機(jī)，蒸汽間接換熱方式，該干燥機(jī)既適用于污泥半干化，又適用于污泥全干化。熱媒溫度<180℃，干燥機(jī)污泥側(cè)腔體內(nèi)溫度控制在100-130℃，干燥機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速0～8.9rpm，單臺(tái)干化機(jī)安裝功率90Kw，所需輔助空氣量較少，尾氣處理設(shè)備規(guī)模小。輔助設(shè)備少，系統(tǒng)簡單可靠。運(yùn)行中氧含量、溫度和粉塵量低，具有較高的安全性。
圖3 干化機(jī)系統(tǒng)模型圖
3)干泥輸送系統(tǒng)
本工程設(shè)置1套干泥輸送系統(tǒng)，輸送能力可以滿足遠(yuǎn)期300t/d污泥干化時(shí)干污泥量的要求。同時(shí)，輸送系統(tǒng)留有足夠的富余量，當(dāng)干化機(jī)達(dá)最大負(fù)荷出泥增多時(shí)，不能出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。設(shè)置干污泥冷卻機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)輸送能力1.2t/h，全密封輸送機(jī)2臺(tái)，雙向螺旋輸送機(jī)1 臺(tái)，單臺(tái)輸送能力3.6t/h。
4)干泥貯存系統(tǒng)
干污泥儲(chǔ)存?zhèn)}倉體設(shè)計(jì)為方形料倉，倉底為平底形式，整個(gè)料倉是密封結(jié)構(gòu)，防止臭氣泄漏。為防止物料板結(jié)，干料倉設(shè)計(jì)蒸汽盤管保溫系統(tǒng)。
5)鍋爐系統(tǒng)
污泥厭氧消化系統(tǒng)和熱干化系統(tǒng)共用鍋爐房，設(shè)濕背式三回程、臥式安裝鍋爐3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)蒸發(fā)量5t/h，鍋爐熱效率>94%。
鍋爐系統(tǒng)的氣源為沼氣或天然氣，人工切換天然氣和沼氣。
6)除臭系統(tǒng)
本工程主要對干化機(jī)尾氣、干泥輸送系統(tǒng)及干污泥料倉，干化車間及預(yù)濃縮池產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行收集處理，并安全達(dá)標(biāo)排放。干化尾氣經(jīng)過多級換熱后溫度降至30~40℃，臭氣被增壓風(fēng)機(jī)收集輸送至化學(xué)除臭裝置，化學(xué)除臭裝置的酸洗塔、堿洗塔和氧化塔分別噴淋酸、堿性及次氯酸鈉(或雙氧水)藥液，通過噴淋藥液與臭氣中的酸、堿性污染物及還原性物質(zhì)進(jìn)行中和、氧化反應(yīng)，降低臭氣中的污染物濃度。經(jīng)化學(xué)除臭后的尾氣與廠房內(nèi)臭氣匯總后被離心風(fēng)機(jī)輸送至生物除臭裝置完成凈化過程，凈化后尾氣經(jīng)過20m排氣筒達(dá)標(biāo)排放?；瘜W(xué)除臭風(fēng)量8000m3/h,生物除臭風(fēng)量48000 m3/h。
7)熱量回收系統(tǒng)
熱量回收系統(tǒng)時(shí)本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，熱干化系統(tǒng)尾氣處理工藝流程圖如下。
圖4 尾氣處理工藝流程圖
經(jīng)過余熱回收系統(tǒng)的尾氣進(jìn)入冷凝器進(jìn)一步冷卻至40 oC以下，進(jìn)入化學(xué)除臭體系統(tǒng)和生物除臭系統(tǒng)進(jìn)行除臭后達(dá)標(biāo)排放。
熱量回收系統(tǒng)包括余熱回收裝置和冷凝器各1臺(tái)。
余熱回收裝置為專用換熱器，換熱效率95%。將干化尾氣高溫段的熱量用于消化系統(tǒng)保溫水加熱，并設(shè)有防止堵塞和沖洗功能系統(tǒng)。配套設(shè)置進(jìn)出水溫度、壓力在線檢測儀。
冷凝器用于將干化尾氣降低至40℃左右，保證可以最終進(jìn)入生物除臭系統(tǒng)。冷凝器具有沖洗功能，防止結(jié)垢和堵塞。
3 消化干化系統(tǒng)的熱量平衡
按冬季最不利情況下，污泥消化干化系統(tǒng)的熱平衡如表1。
表1 污泥厭氧消化+干化系統(tǒng)能量平衡表
由表1可以看出，在沒有余熱回收系統(tǒng)回收能量時(shí)，消化系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣量為22043m3/d，而干化所需沼氣量為20680 m3/d，消化所需沼氣量為7160 m3/d，消化干化系統(tǒng)所需的總沼氣最為27840 m3/d，消化系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣量在冬季最冷月不能滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求。但是，將污泥干化系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收，用于污泥厭氧消化系統(tǒng)后，整個(gè)系統(tǒng)在冬季最冷月時(shí)尚有1363 m3/d富余的沼氣，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量的自平衡。
來源:中國給水排水 作者:范勇
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