日污泥资源化处理设计方案文档格式.docx

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2、天津石化污泥制肥工程

3、秦皇岛泥制肥工程

三、工艺路线及设计。

1、工艺路线：

好氧堆肥工艺流程

　　污泥制肥工艺分为好氧发酵和厌氧发酵两种工艺过程。

厌氧发酵由于产生甲烷等代谢物会产生恶臭，同时设备投资高，运行管理复杂，要求严格，适合于大型污水厂液态污泥的处理，由于我国一般采用中温厌氧发酵处理，污泥温度在30-40℃，虽然达到减容目的，但仍不能直接还田。

对机械脱水后污泥，主要采用好氧发酵制取，好氧发酵过程通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化为富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢物是C02、H20和热量，大量热量使物料维持持续高温，降低物料的含水率，有效的去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。

经比较，好氧发酵的设备投资及运行能耗均比厌氧发酵降低1／3，是节能高效的堆肥工艺。

同时，由于其设备少，运行管理简单，特别适合于污泥处理。

因此，本工程采用污泥好氧发酵工艺，由于中国农村需要速效肥料，生物有机肥在广大农村尚不好推广，因而从堆肥仓产出的肥料，可以直接投放市场，也可以进一步深加工，制备有机无机复合肥。

本项目采用高温好氧堆肥技术，高温好氧堆肥技

术是利用生物能，将污泥彻底熟化降解的高效生化反应过程。

机械化好氧堆肥的主要技术特点有：

（1）充分利用生物能，节约能耗，化害为利，无二次污染。

污泥中有机物在氧化作用下与好氧菌充分反应，放出热量，使堆肥物料自然产生高温，无论室外温度如何，均能保持60℃以上的高温。

这种生化反应过程不需施加任何燃料。

生物能使小分子有机物分解，大分子有机物降解稳定化，生成有机肥料还能脱水使物料干燥。

好氧发酵过程不产生甲烷等厌氧气体，产生较小的臭味，由于持续高温，杀死病原体和杂草种子，彻底使污泥无害化。

采用特殊添加物使污泥中重金属在碱性介质作用下稳定化、无害化。

（2）高温发酵生物过程可以生产出高品质的有机肥料，由于污泥中富含N、P、K等营养物质，在好氧菌作用下稳定熟化，易于植物和作物吸收。

　　（3）高温好氧发酵过程所产生的生物有机肥料，易于深加工，有益于微生物的繁殖，可加工成菌肥，也可与营养素混合制成复混肥及各种土壤改良剂。

　　本技术采用粉煤灰作为添加剂。

粉煤灰属于固体废弃物，不仅价格低廉而且合理使用可以变废为宝，经多年的研究发现适当的施加粉煤灰对土壤理化性质有良好的用：

（1）降低粘土中粘粒含量，改良土质；

（2）减少粘土堆积密度；

　　（3）增加土壤的孔隙度；

　　（4）提高土壤15cm深度土层内温度；

　　（5）提高土壤含水量和田间持水量；

　　（6）调节土壤的三相比；

　　（7）减少土壤的膨胀率；

　　（8）增加土壤中硅、铜、钼、锌、锰、硼等营养元素含量；

　　（9）调整土壤的PH值。

　　好氧堆肥工艺流程图如图1，年产有机复混肥27000吨。

2、工艺设计：

　　该污泥制肥工厂主要包括堆肥车间一座（A1），制肥车间一座（A2），生物除臭滤池一座（A3），成品仓库一座（A4）。

（1）发酵车间（A1）占地为2000平米，长50米，宽36米。

其中混料部分为占地200平米，长20米，宽10米，高10米，为轻钢棚结构。

　　该建筑堆肥车间（A1）面积为长50米X宽36米：

1800平米，可为轻钢结构，梁下高5米。

发酵池为地下1．3米，钢筋混凝土结构。

内设卧式快速发酵仓8座，仓体尺寸为长X宽X高：

30X5．2X2米，仓底铺设平面列管式二级曝气。

仓顶为封闭厂房，下面为地下水泥构筑物，并设翻堆机运行轨道及轨道移动装置。

脱水污泥、回填物、粉煤灰一起进入初混机，在初混机中分散成小颗粒，通过布料机进入发酵仓进行好氧发酵。

在发酵仓中进行10天左右的好氧发酵，完成污泥的无害化。

翻堆机定期将物料翻堆并使其从发酵仓入口向出口移动，完成发酵后的堆肥移至堆肥仓出口经装载机运出。

（2）制肥车间（A2）占地720平米，长36米，宽20米。

　　厂房可为轻钢结构，地面为水泥构筑物，由发酵仓出来的堆肥进入制肥生产线，与化肥通过精混机混合以后，进入造粒机造粒，造好的肥料进入气流干燥机干燥、干燥好的物料通过装袋机装袋，即为成品肥料。

采用平模高压造粒机制粒，肥料强度高，粒度均匀。

按复合肥标准要求，造粒后的颗粒肥进入气流干燥机中进一步脱出水分，达到商品肥要求。

（3）生物除臭滤池（A3）占地为400平米，长20米，宽20米，为钢筋混凝土滤池。

（可根据用户需要采用）

（4）成品仓库（A4）占地为1080平米，长36米，宽30米。

为简易棚结构。

污泥动态发酵器

本研究开发的污泥动态发酵器很好地解决了传统堆肥方式堆肥时间长、占地面积大、污泥发酵不完全等缺点。

与一般机械堆放装置相比也具有占地面积小、操作灵活、能耗低等优势。

适合于城市污水厂污泥的无害化处埋。

具有良好的推广应用前景。

污泥无害化处理后复配制成有机复合肥的污泥处置新工艺既有效地解决了弃置污泥的最终处置问题，又可以为农业生产提供优质的有机肥源。

是一项有广泛推广价值的综合利用技术。

本研究根据污泥产量的不同，应用土壤条件的不同，试制了几个配方的有机复合肥和污泥颗粒肥。

经过冬小麦的农田试验和油菜及玉米的生长期盆栽试验，掌握了各种配方肥料的增产效果。

其中有机复合肥A的增产效果显著超过了优质化肥（磷酸二铵）和商品复合肥，是一种营养齐全配比合理、肥效持久的多元肥料。

污泥颗粒肥的增产效果也较为明显，长期的农田定位试验研究表明，富含有机质的污泥肥在对当茬作物有增产效果的同时，对二茬、三茬作物依然发挥着促产效果。

污泥――晾晒――混合――堆肥发酵――复配――粉碎――造粒――干燥――筛分――包装――成品

污泥有机复合肥生产工艺流程图

污泥高温堆肥技术本世纪初就在欧洲研究成功，我国于六十年开始进行污泥的好氧发酵技术研究工作。

机械化堆肥技术则是近年来发展的结果，堆肥过程的机械化涉及到堆肥装置、搅拌、通风等多种固素的影响，研制开发高效，节能的机械堆肥装置仍然是关键问题。

本项目研究开发的污泥动态发酵器在传统滚筒式发酵器的基础上加以改进，并对内部结构和转动、通风方式做了完善，摸索出最佳的工艺条件，使得污泥动态发酵器可以高效地实现污泥的无害化处理，并同时脱除水分，能耗仅为通常好氧堆肥设备的1／10。

本研究针对不同规模的污水厂污泥产量，设计了污泥农业利用的两类模式；

小型污水厂污泥经无害化处理后复配制成有机复合肥；

大型污水厂污泥经无害化处理后制成颗粒污泥肥。

为污水厂污泥的最终处置提出了切实可行的实施方案。

这是过去同类研究所不曾提出过的。

农业生产迫切需要大量的有机肥，本项研究提出的污泥农业利用模式较好地解决污泥污染与有机肥缺乏的矛盾，有利于生态农业的建设和发展。

该项目获得了有关专家的好评：

1、该研究以城市污水污泥的处理和处置为目的，以实现最终农业利用为目标，解决北京市和全国城市污水处理厂的污泥问题，选题正确，开展研究是十分迫切和必要的。

2、该研究在承担单位“六•五”和“八•五”科技攻关和国内同行业研究的基础上，设计、研制了城市污泥动态发酵器，该装置效率高。

能耗低，便于操作管理。

具有独创性。

3、提出的以城市污泥动态发酵器为核心的污泥制复合肥新工艺路线，并以此建立了国内第一条生产性复合肥装置。

设备稳定可靠，社会效益。

环境效益和经济效益明显。

示范工程成果适用于城市污水污泥的综合利用。

4、城市污泥有机复合肥和颗粒复合肥配方合理，肥效良好，增产效果明显。

5、污泥动态发酵器的研制和污泥颗粒肥的研制工艺等方面的研究，达到国际先进水平。

6、建议在本项研究的基础上，继续实现动态发酵装置的标准化、系列化，为成果转化和产业化发展打下良好基础。

同时，应对污泥有机复合肥的实际使用效果进行跟踪调查。

热泵技术干化污泥的设备

1前言

　　将热泵作为热源进行干燥、干化和脱水等作业，是上世纪八十年代发展起来的新型干燥技术。

目前，该技术已应用于各个领域，如在木材、化工产品、食品干燥、蔬菜脱水和污泥粪便干化等方面，都取得了良好的效果。

针对污泥和粪便干化问题，热泵干化技术具有运行费用低和对环境无任何污染的两大优势。

早在上个世纪八十年代初日本已取得成功的运用。

2　热泵干燥原理

　　热泵干燥设备由热泵的热力循环系统和热风干燥循环系统组成。

热泵循环系统为热风干燥系统提供热源和降低热风湿度。

热风干燥系统，通过循环热风与物料直接接触，提供蒸发水份热量，带走物料中的水份。

　　所谓“热泵”，是耗用一定的机械功，吸取环境或废弃物中低品位热能，将其提高成为可利用的热能的一种节能装置。

正如“水泵”一样，耗用一定机械功，将水从低水位提高到所需的水位。

　　热泵系统由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成，如图一所示。

系统内运行的工质，在蒸发器中吸取干燥室排出湿热空气中的热量，从低压液态工质蒸发成低压蒸汽，经压缩机增压成为高温高压的蒸汽；

在冷凝器中，高温高压的工质蒸汽放出热量加热进入干燥室的空气，而工质本身则从气体冷凝成高压液体；

通过节流装置，液体工质产生阻塞效应，降低了压力和温度，成为低压低温液体，再度进入蒸发器中吸收湿热气体的热量，如此反复循环将低温热量输送到高温介质中去，形成热泵循环。

　　从热风干燥循环系统来看，其热风流程如图二所示。

干燥室排出气体，是含水份较高的湿热气体，其状态如图三h-d图上的点a，其相对湿度在ψ＝70～80%左右，通过热泵的蒸发器时，由于蒸发器表面温度低于空气露点温度，不仅降低了空气的温度并且在蒸发器表面将水汽冷凝下来，以液体水的状态排出系统外。

气体离开蒸发器变成低温而湿润，如图三上点b其相对湿度一般在ψ=95-97%。

脱湿后的气体在热泵冷凝器中得到等湿加热，提高了气体温度，同时也降低了相对湿度，如图三C点成为干热气体进入干燥室。

在干燥室中，干热气体与被干燥物料直接接触，提供物料干化的热量，同时也带走了水份。

空气在干燥室内为等焓增湿降温过程，在离开干燥室时又回复到图三的a点。

从图三上可见每公斤气体通过一个循环可以脱除水份△d＝da－dc。

　　从上述热泵干燥原理来看，与一般干燥工艺差别是没有湿热气体排放，通过二个密闭循环系统，物料中的水份最终以液态水排除。

采用该原理干化污泥有二大优点：

（1）节约能源：

在热泵干燥中。

不排放湿热气体而将其显热和潜热全部进行了回收，只耗用了一定的机械功。

一般衡量热泵热回收能力常用热泵性能系数来表征，即

　　　　　　　　　　　COP=冷凝器提供热量／压缩机的功耗＝QC/W0

　　在污泥设备干燥中COP＝4.0～5.0，既热泵提供的热量是电耗热量的4～5倍。

　　衡量干燥设备耗能另一重要指标热泵比脱水率WPE

　　　　　　　　　　　WPE=脱水量/热泵能耗=kg（水）/kw.H（电）

　　在目前设备中热泵WPE＝5.0～6.0。

即每度电可脱水5～6公斤。

（2）不污染环境：

由于热泵干化污泥在封闭的环境中进行，在干化过程中产生的一切有臭有害气体可以做到不外泄，对周围环境可以减少到最低的污染，有利在居民点附近进行干化操作。

3　热泵干化污泥装置简介

　　我所科技人员自八十年代以来，对热泵干燥技术进行了系统的研究与开发。

采用了高温热力性能良好的工质R142b和独特的热风循环系统（专利号：

ZL 

97222358.4）开发了系列的高温热泵除湿机。

该机组的干化温度在50～85℃范围内均可工作，至今已有500～600台（套）设备投入运行，尤其在木材干燥方面取得了优异成效；

如上海的优质木制品一半以上，均用我所设备进行干燥处理。

出口名牌木制品，几乎悉数采用我所设备进行干燥加工。

2000年获得了《国家重点新产品》称号，自1997年以来我所被评为《上海市高新技术企业》。

　　而与热泵干燥机组相匹配的干燥室有连续干燥和间歇干燥两种方式。

一般物料比较粗大，干燥周期较长或物料不形成批量的多用间歇干燥，即物料是采用间歇载入和卸出的。

如木材、农副产品、药材、工艺品多用此方式。

　　对于污泥干化周期相对短，批量又较大，成型后物料细小而颗粒度又较均一故宜采用连续进料和出料的连续式干燥方式。

我所研制的一台污泥干化连续式热泵干燥装置的样机，工作原理如图四所示，其外形参见照片1。

热泵干燥机仍沿用我所卓有成效，成熟的机组。

干燥室内装有传送速度可调的不锈钢网带的传送带组。

为了干化工艺过程全部在封闭环境中进行，在干燥室内配置了两套成型机。

　　经过发酵后含水量为60～65%的粉状污泥通过封闭输送筒，进入干燥室内，为了易于干化，防止干化后污泥飞扬，经过初步成型，倾在传送带上，传送带按设定速度带着物料转运，经数层传送带来回运送使污泥干化到含水率40%左右再进行第二次成型成颗粒肥料，再经数次传送带来回运送干化，最后达到含水率20%成品的颗粒肥料（参见照片2）送出干燥室，再通过封闭传送机构送到包装车间，盛袋装出。

　　从热泵干燥机组送出的热风，经循环风机向传送带垂向送风，穿过数层盛载污泥不锈钢网带时，吸收物料水份返回到热泵中除湿，这种干燥方式亦称热泵穿流干燥。

采用这种方式也曾对未经发酵含水率80%的排水污泥，成功地干化到60%含水率。

当然在干化过程中成型比较困难，但这也为进一步扩大处理污泥的范围创造了条件。

4　热泵技术干化污泥的特点

　　经过热泵干燥装置的研制试验与分析，热泵干燥污泥具有以下优点：

（1）能耗费用低

　　热泵干化污泥装置在运行中能回收湿热空气的显热和潜热，能量得到充分而合理利用，是一种公认的高效节能设备。

按目前上海地区的能源价格计算，热泵运行的能源费用，是用煤气和燃油作热源进行供热干燥的一半左右（详见经济分析）。

（2）不污染环境

　　由于热泵干化污泥的全过程是在封闭系统中进行，不需向周围环境排湿，同时也会排出有害、有臭味的气体。

若将进出料系统全部封闭在管道中，会使整个操作保持清洁环境。

干化后的污泥已成为无臭颗粒肥料。

干燥污泥后打开干燥室清理时，也无明显臭味溢出。

这与其他干燥方法相比，是一个独特的优点。

　　（3）污泥干化质量好

　　热泵干燥装置中的干燥介质是在封闭的空间循环；

不受外界气候条件的影响，一年四季均在同一条件下平稳运行，所以干燥质量稳定。

污泥是城市排水经过絮凝剂沉淀出来的胶状固体微团，成分结构复杂，亲水力较强。

热泵干化温度不仅可在50～85℃调节，而且可以控制干燥室的湿度，满足有机污泥干化的理想条件，不会造成污泥微团外壁结壳，造成难以脱水的现象。

试验证明，干燥成品的含水率均匀，又能保持颗粒肥料中的有机成分。

另外，由于循环是在封闭的空间内进行，不受外界气候条件的影响，一年四季均在同一条件下运行，干燥质量很稳定。

　　（4）易形成现代化的产业

　　目前研制的日处理一吨污泥热泵干化装置的样机，在宽1.5米、高2.3米、长3.5米的封闭空间内已含了热源、干燥室、鼓风设备和控制等设备，非常紧凑。

若扩大到日处理五吨污泥的设备，其体积不会超过B×

H×

L=2米×

3米×

5米。

其占地面积非常有限。

此外，本装置可以组合式运行。

如需日处理20吨污泥量，则可以使4台机组紧密并列运行，总的占地面积很小，当然，在日处理量有波动时还可以调整运行台数。

由于热泵干燥操作为单一的电能，自动化程度高，非常适宜配套在现代化城市应用。

5　热泵干燥能耗的经济性

　　热泵是用电力驱动的装置，一般误认为耗电成本高，不易被接受。

现分别就采用煤、燃油、煤气和热泵作为供热源的干燥装置，进行经济性比较，对各种热源的热值和价格作如下设定：

（1）煤热值：

6700大卡／公斤，价格：

0.35元／公斤。

（2）煤气热值：

3500大卡／M3，价格：

0.8元／M3。

　　（3）燃油热值：

10800大卡／kg，价格：

2.4元／kg。

　　（4）电热值：

860大卡／kWh，平均电价：

0.45元／kWh。

　　（白天0.6元／kWh，夜间0.3元／kWh）

　　若以处理一吨含水率60%污泥干化成含水率20％的颗粒肥料为例，提供相等的干化热量，其能耗成本计算结果如下表所示：

干燥热源

能源转换效率

干燥效率

处理一吨污泥成本

煤

ηT＝0.7

η干＝0.9

25元

煤气

ηT＝0.85

89元

燃油

ηT＝0.8

93元

热泵

Cop＝4.0

η干＝0.96

41元

　　由上表可见，各种热源的干燥装置，除煤外，采用热泵干燥，比燃油、煤气成本均低。

但使用煤的实际成本，比上表所列要高，因为除干燥设备外，还需要投资庞大的锅炉房、锅炉设备和支付繁杂的管理费用，如增加环保设施、管理操作人员、煤的堆场，煤和渣的运输等。

6　小结

　　将污泥干化成颗粒肥料，采用热泵除湿干燥装置与其他供热方式的干燥装置比较，其优缺点如下表所示：

不同热源干燥

能耗成本比例

操作简易性

环境污染

干燥质量控制

1

易

无

好

0.61

较复杂

较重

不易稳定

2.17

一般

较轻

较好

2.27

　　因此，随着环保要求提高，特别是人口密度较高的城市里，采用热泵来干化污泥具有独特的优势。