无锡市芦村城北污水处理厂污泥处理方案091020.docx
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无锡市芦村城北污水处理厂污泥处理方案091020
无锡市芦村、城北污水处理厂污泥处理技术方案
一、工程背景
无锡芦村污水处理厂日处理污水20万吨，出水水质达到国家一级A类标准。
芦村污水处理厂污水处理采用A2/O工艺，其中二沉池剩余污泥经过浓缩脱水后，变成含水率为81%左右的污泥泥饼。
目前，芦村污水处理厂每天污泥泥饼的产量约为200吨。
无锡市城北污水处理厂氧化沟工艺，日处理污泥15万吨，每天产生含水率81%左右的污泥泥饼量约120吨。
近年来，随着经济的快速发展，无锡的土地资源愈加珍贵。
而无锡的污水处理厂也越来越多，污水处理量越来越大。
目前，无锡所有的污水处理厂每天产生含水率81%左右的污泥量已达近1000吨。
采用传统的卫生填埋处理方法已经无法满足无锡各污水处理厂处理污泥的要求，在此背景下，急需一种高效实用、无污染、低成本的污泥处理技术以实现污泥的减量化和无害化处理。
二、技术方案
无锡国联环保能源集团有限公司以高新技术为先导，以环境服务为己任，致力于城市生活垃圾、污泥的无害化处理和资料综合利用，经过与科研院校多年的探索和实践，取得了显著的成绩，已完全具备了城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化焚烧处理能力，目前公司所属无锡惠联、无锡益多垃圾发电厂已基本将无锡的生活垃圾处理完毕。
近年来，无锡国联环保能源集团有限公司与东南大学合作，针对无锡污泥的特点，多次深入到各污水处理厂调研，在无锡芦村和城北污水处理厂的大力支持和积极配合下，多次取样化验，反复进行了污泥深度脱水的试验研究，在取得初步科研成果的基础上，研究出一条适合无锡污泥处理的技术路线（图2）。
本技术融合了污泥深度脱水技术、半干化技术、焚烧技术和烟气净化处理的最新研究成果，对污泥进行彻底的减量化、无害化处理。
通过深度脱水、提高干化机和焚烧炉热效率，无需添加任何辅助燃料就可彻底焚烧处理掉污泥，大大降低了运行成本。
干化过程中的异味气体送至焚烧炉内高温分解，焚烧炉烟气净化系统采用我们引进的一种使用熟石灰和活性碳作为反应剂的干法吸附系统的Turbosorp烟气净化工艺，完全达到国家排放要求，污泥焚烧灰渣可进行资源化制砖利用，杜绝了污泥处理过程中的二次污染。
经多次取样检测表明，无锡芦村和城北污水处理厂产生的污泥的主要平均成分是：
含水率81.8%，含灰量57.87%，绝干污泥的发热值为8338kj/kg。
由于芦村和城北污水处理厂按目前生产工艺产生的污泥含水率高达81.8%，而其绝干发热值仅8338kj/kg，折算到污泥的收到基发热值为负数，根本无法燃烧，因此，必须进一步降低污泥的水分，使其能满足燃烧热平衡要求为止。
经分析研究，综合采用东南大学的半干化、焚烧技术科研成果，只要将污泥的含水率降低到69%以下，就可以实现污泥燃烧处理，并且达到热平衡，无需添加其它辅助燃料。
我们在东南大学的支持下，在脱水机生产厂家的密切配合下，通过试验，采用改进高分子型絮凝剂和助凝剂进行调质，采用先进的隔膜压滤机进行压滤脱水，在污泥脱水方面取得了显著成果，使污泥的含水率降低到65~69%。
采用隔膜压滤机对浓缩污泥进行深度脱水。
隔膜压滤机具有压榨压力高、膜片寿命长等优点。
控制可采用PLC及人机界面。
对于生活污水处理厂污泥，隔膜鼓膜30分钟之后，就可以完全发挥压榨脱水的作用。
相比较传统的压滤机，隔膜压滤机能够明显缩短过滤操作时间，使效率大为提高。
隔膜压滤机还能有效节省操作动力消耗，提升泥饼干度，降低泥饼含水率，提升压滤机的处理能力，增加压滤机的操作弹性。
隔膜压滤脱水机图片如下：
1.污泥脱水工艺技术介绍
污泥脱水处理工艺流程见图1所示
图1污泥脱水工艺流程图
浓缩池里的污泥水通过输送泵送到污泥贮池，絮凝剂也通过加药泵送到污泥贮池，污泥贮池的搅拌器进行充分搅拌，搅拌后使污泥和絮凝剂充分混合、絮凝。
在絮凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面电位差、电荷中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，使废水中的悬浮物、脱体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”。
经过混合的污泥通过污泥输送泵直接输送至隔膜压滤机进行脱水，污泥通过加压过滤和机械挤压处理后，排放到输送机上，通过输送带输送到排泥场，再外运焚烧。
隔膜压滤机安装有冲洗设备，可以冲洗过滤滤布，避免堵塞。
无锡芦村现每天产生81.8%含水率的污泥200吨，城北每天产生81.8%含水率的污泥120吨，这二家厂每天共产生污泥320吨。
由于芦村污泥处理厂和城北污水处理厂目前采用的是袋式压滤机和离心脱水机脱水，其脱水效果不能满足要求。
为了使得污泥的含水率降得更低，芦村和城北二家污水处理厂必须采用隔膜压滤机进行污泥深度脱水，使污泥的含水率低于69%。
采用隔膜压滤机脱水后，污泥的产量可以减少，按目前的污泥处理量计算，芦村每天产生含水率67%的污泥110.3吨，城北每天产生含水率67%的污泥66.2吨，共计176.5吨。
与目前污泥产量320吨/天相比，减量44.84%。
2.污泥半干化、焚烧工艺技术介绍
东南大学通过实验室研究了污泥导热干化特性，克服了普通干燥热效率低、异味气体不易处理、控制安全隐患复杂的缺点，研发设计出单台能干化处理200t/d污泥的以有机热载体（导热油）作为热源的旋转导热污泥干化机，半干化后污泥含水55%左右，以避免污泥粘滞区，干化热效率达到80%以上，此设备已正常投运。
无锡国联环保能源集团有限公司在锅炉、焚烧炉设计制造方面有丰富的经验和较多的业绩，通过与东南大学合作，对城市污泥焚烧机理进行了研究，并针对无锡芦村和城北污水处理厂的污泥，研发设计以有机热载体作为余热回收介质的200t/d污泥流化床焚烧炉，结合实验室研究和现场调试，对焚烧炉的运行参数进行优化试验研究。
对于含水约55%的入炉半干化污泥，污泥燃烧效率达到92％以上，焚烧炉的热效率不低于75％，污泥焚烧过程中产生的烟气和灰渣的排放指标全部达到国家规定的排放要求。
采用污泥深度脱水、半干化并焚烧处理的技术路线可实现污泥低成本、无害化处理，并满足处理过程中无二次污染的环保要求。
图2污泥焚烧处理技术路线图
根据图2所示，无锡芦村、城北污水处理厂污泥处理采取污泥深度脱水→半干化→焚烧处理技术，通过改进污泥处理厂的脱水设备，使用改进型阳离子絮凝剂，使脱水污泥含水率为67%，再送到焚烧厂，用焚烧污泥产生的热量通过导热油对污泥进行半干化，使污泥的含水率进一步降低到55%，再送入焚烧炉进行焚烧，产生的烟气经脱硫、净化处理达标后再排放。
2.1200t/d旋转导热污泥干化机技术路线
200t/d旋转导热污泥干化系统示意图如图3所示，包括外壳1、传动轴6、浆叶片7、导向板9和刮料片10，在外壳1的上部设有加料口8和排气口11，在外壳1的下部设有排料口2，传动轴6包括内管、外管，浆叶片与内、外管夹层之间以及内管间设有热媒介质联系通道，分别输送冷的和热的热媒介质。
浆叶片的两面侧板成对称的园台面，可方便地设置刮料片10，以及时清除浆叶片上的污泥，在浆叶片的顶圈设外部导向板9，与传动轴5成一夹角，旋转时将半干污泥输送至出泥口。
干化后尾气，降温除湿除去水蒸汽后，其中的异味气体，送入炉膛焚烧，避免了干化过程的二次污染。
干化后的半干污泥含水约55%，送入污泥焚烧炉焚烧，以利用其热能。
1外壳2排料口3热源进口4外夹套5热源出口6传动轴7浆叶片8加料口
9导向板10刮料片11排气口12风机13去焚烧炉14喷淋塔
图3旋转导热污泥干化系统示意图
在污泥半干化过程中，蒸发的水蒸汽用冷却塔冷凝，再返回污泥处理厂处理；不凝性气体、异味气体通过排风机送入焚烧炉高温分解，可以避免异味外逸。
半干化所需要的热量来自污泥焚烧产生的高温烟气，用导热油吸收热烟气中的热量用于污泥半干化，同时降低了烟气温度。
2.2200t/d流化床污泥焚烧炉工艺及污泥焚烧特性试验研究技术路线
图4所示为流化床污泥焚烧系统简图。
含水率为55％的干化污泥由螺旋给料机从焚烧炉的密相区加入炉内。
炉膛的炉墙采用重型炉墙结构，内侧为高铝质耐磨、耐火砖，可适应焚烧炉的热膨胀要求和焚烧炉内的气氛，保证焚烧炉的长期可靠运行；外侧为保温砖，炉膛外表温度小于60℃。
污泥及煤燃烧过程中产生的炉渣经振动排渣机由炉底排出，随烟气飞离焚烧炉的细灰则由烟气净化系统中的布袋除尘器分离、捕集。
图4200t/d流化床污泥焚烧系统简图
污泥流化床焚烧炉采用分级送风技术，一次风通过密相区底部的布风板送入床内，在保证床料良好流化的同时为污泥和煤的充分燃烧提供足够的空气；加旋二次风布置在流化床稀相区的下部，切向喷入炉内，在稀相区形成旋涡气流，加强了流化床稀相区的扰动，使得稀相区的气体与气体及气体与固体间混合十分充分，保证了稀相区挥发份的充分燃尽和飞离密相区的细灰的进一步燃烧。
加旋二次风对烟气中的细灰具有一定的分离作用，可降低炉膛出口处烟气的含尘浓度，以减轻对尾部受热面的磨损并降低烟气除尘装置的负担。
采用分级配风技术还可大大降低NOx的排放。
稀相区保持不低于5mmH2O的负压，以防止烟气外溢。
在稀相区、水平烟道和尾部烟道中分别布置有辐射式受热面和对流受热面以及空气预热器，用于回收污泥燃烧所产生的热量，用于加热导热油作为污泥干化系统的热源。
2.3烟气净化系统及工艺
烟气净化系统采用我们引进的奥地利能源与环境股份公司（AEE）的Turbosorp烟气净化工艺。
该烟气净化工艺是一种使用熟石灰和活性碳作为反应剂的干法吸附系统。
整套系统主要由烟气系统、吸收剂处理系统、Turboreactor和物料再循环系统、工艺用水系统、布袋除尘器、最终物料处理系统、辅助系统（压缩空气系统，氮气系统）、烟气分析系统以及电气系统和仪控系统等组成。
Turposorp烟气净化工艺去除HCl和SO2的效率最高可达95%。
该烟气净化系统能满足焚烧炉的负荷变化需要。
污泥焚烧炉排放的烟气经净化系统处理后的排放指标如表1所示。
表1Turbosorp烟气净化工艺烟气排放标准
烟气排放指标（折算至11%O2）
每天平均值
飞灰
mg/Nm³干
30
HCl
脱除率%
>90.0
HF
mg/Nm³干
5
SO2
脱除率%
>90.0
Hg+Cd
mg/Nm³干
＜0.1
Hg+Cd汞
mg/Nm³干
＜0.2
Pb铅
mg/Nm³干
＜0.5
二恶英呋喃
ng/Nm³干TEQ
＜0.1
Turbosorp烟气净化工艺采用熟石灰和活性炭作为烟气中有害成分的吸附介质。
吸附反应的最终产物为含湿量最大为2%的干态物质，由反应物、未反应的吸收剂及飞灰组成。
污泥焚烧产生的灰、渣等，可用于建材制砖或铺路等。
整个处理过程中，污泥着火焚烧所需热量与其焚烧产生的热量相等，实现热平衡，不再需要添加辅助燃料，也不需要外来热源进行污泥干化处理。
采用此方案的关键技术在于深度脱水，如果污泥处理厂配合采用改进型阳离子高分子絮凝剂替代普通的PAM，采用隔膜压滤机替代普通的袋滤机和离心机，按照操作规程运行则，可以确保产生的污泥含水率不超过67%。
三、
投资成本
1.污泥脱水部分
1.1芦村污水处理厂污泥脱水部分改造费用
a）表2芦村厂脱水设备改造主要设备投资估算表
序号
设备名称
规格型号
数量
单价（万元）
总价（万元）
备注
1
污泥输送泵Ａ
G135-1
2
13.5
27
2
污水流量计
2个
2.35
4.7
3
污泥贮池搅拌器
2
1
2
4
液位传感器
2
1.5
3
5
加药系统
2个
21
42
6
污泥输送泵B
G105-2
5
7
35
7
污泥输送泵B变频系统
5
3.5
17.5
8
污泥输送压力变送器
5
1.5
7.5
9
污泥脱水干化一体机
XTB800/150
5
95
475
10
清洗泵
3D5-20/6.3
1套
15
15
11
清洗罐
5M3
1
2.5
2.5
12
机械挤压泵
50DWG16-141/12
5
2.3
11.5
13
挤压罐
8M3
1
4.3
4.3
14
机械挤压泵变频系统
5
1.65
8.25
15
机械挤压压力变送器
5
1.45
7.25
16
空压机
SA50A
2
15
30
17
储气罐
C-10/0.8
2
3.5
7
18
皮带输送机
DT1200
5
11.45
57.25
19
管道阀门
1
25.9
25.9
20
自动控制系统
1
20
20
21
电气仪表
1
15
15
22
合计
817.65
b）表3芦村厂脱水设备配电表
序号
设备名称
规格型号
数量（台）
总装机容量（KW）
常用功率（KW）
1
污泥输送泵Ａ
G135-1
2
44
22
2
污泥输送泵B
G105-2
5
225
90
3
污泥贮池搅拌器
2
15
7.5
4
污泥脱水干化一体机
XTB800/150
5
83.75
17.5
5
皮带输送机
DT1200
3
27.5
5.5
6
螺杆式自动加药系统
2套
3
3
7
清洗泵
3D5-20/6.3
1套
45
4.5
8
机械挤压泵
50DWG16-141/12
5
55
7.4
空压机
SA30A
2
90
45
9
照明
10
6
10
合计
c）芦村厂脱水设备改造占地面积
污泥脱水部分共需占地面积：
25m×26m+12.5m×12m=800m2。
1.2城北污泥处理厂脱水设备改造费用
a）表4城北厂脱水设备改造主要设备投资估算表
序号
设备名称
规格型号
数量
单价（万元）
总价（万元）
备注
1
污泥输送泵Ａ
G135-1
2
13.5
27
2
污水流量计
2个
2.35
4.7
3
污泥贮池搅拌器
2
3
6
4
液位传感器
2
1.5
3
5
加药系统
2个
21
42
6
污泥输送泵B
G105-2
3
7
21
7
污泥输送泵B变频系统
3
3.5
10.5
8
污泥输送压力变送器
3
1.5
4.5
9
污泥脱水干化一体机
XTB800/150
3
95
285
10
清洗泵
3D5-20/6.3
1套
15
15
11
清洗罐
5M3
1
2.5
2.5
12
机械挤压泵
50DWG16-141/12
3
2.3
6.9
13
挤压罐
5M3
1
2.5
2.5
14
机械挤压泵变频系统
3
1.65
4.95
15
机械挤压压力变送器
3
1.45
4.35
16
空压机
SA30A
2
9.64
19.28
17
储气罐
C-5/0.8
2
2.45
4.9
18
皮带输送机
DT1200
3
11.45
34.35
19
管道阀门
1
15.5
15.5
20
自动控制系统
1
12
12
21
电气仪表
1
10
10
22
合计
535.93
b）表5城北厂脱水设备配电表
序号
设备名称
规格型号
数量（台）
总装机容量（KW）
常用功率（KW）
1
污泥输送泵Ａ
G135-1
2
44
22
2
污泥输送泵B
G105-2
3
135
54
3
污泥贮池搅拌器
2
11
5.5
4
污泥脱水干化一体机
XTB800/150
3
50.25
10.5
5
皮带输送机
DT1200
3
16.5
3.3
6
螺杆式自动加药系统
2套
3
3
7
清洗泵
3D5-20/6.3
1套
45
4.5
8
机械挤压泵
50DWG16-141/12
3
33
4.4
空压机
SA30A
2
60
30
9
照明
6
3
10
合计
c）城北厂脱水设备改造占地面积
污泥脱水部分共需占地面积：
16m×26m+10m×12m=536m2。
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