利用生活垃圾焚燒協同處理處置市政生活污水廠污泥研究


來源:《河南建材》   時間:2019-10-25 15:24:51


北極星水處理網訊:摘要:隨著工業水平和人民生活水平的不斷提高,污水處理量逐漸增加,導致污水廠污泥量也顯著增多。污泥中含有大量的微生物和有害成分,如果不能對其進行有效的處理和處置,容易對水體、大氣及土壤環境造成污染。因此,需要采取合適的技術對污水廠污泥進行有效處理和處置。利用生活垃圾焚燒廠來對污水廠污泥與生活垃圾進行協同處置,可有效解決污泥熱值低、投資及運行成本高等問題,實現污泥的減量化、無害化和資源化利用,具有重要的應用價值和前景。文章對污泥焚燒的原理和過程進行了闡述,并分析了影響污泥焚燒的主要因素,希望能為污泥焚燒的處置提供指導。

關鍵詞:污水廠;污泥;生活垃圾焚燒廠;處理處置;

0 引言

隨著工業水平和人民生活水平的不斷提高,產生了越來越多的工業廢水和生活污水,傳統的水處理工藝通常是采用活性污泥的生物處理技術,在處理過程中不可避免地產生大量的剩余污泥,并且隨著廢水量的不斷增大,污泥量也顯著增多。如果將生活垃圾焚燒廠應用于污泥的焚燒,可以有效地避免這些問題,及節約資源,具有很好的應用價值和前景。污泥的焚燒技術通常容易受到污泥自身性質和停留時間、焚燒溫度、空氣等工藝條件影響,需要設置合適的焚燒條件,實現污泥的處置。

1 污泥焚燒的基本原理

污泥焚燒是利用燃燒過程對污泥進行處理。燃燒過程指將可燃物和氧氣等氧化劑進行混合接觸,在特定溫度條件下發生的具有發光和發熱效應的劇烈氧化反應。這個過程伴隨著化學反應、流動、傳熱傳質等多個物理化學過程。下面從固體廢物焚燒過程和污泥焚燒過程對污泥焚燒的基本原理進行闡述。

1.1 固體廢物焚燒過程

一般固體燃燒通常由熱分解、熔融、蒸發化學反應等傳熱傳質過程所組成。可燃物質存在3種不同的燃燒方式。固體廢物的可燃成分復雜,因此,其燃燒也是蒸發燃燒、分解燃燒和表面燃燒的綜合過程。根據固體廢物在焚燒爐中的實際焚燒過程,可以劃分為干燥過程、熱解與燃燒過程和燃盡過程3個階段。

1)干燥過程。該過程是利用燃燒室的熱能,將固體廢物表面的附著水和固有水發生氣化而使得固體廢物脫水干燥。干燥時間隨著固體廢物的含水量增加而延長,消耗的熱能也就越多,造成焚燒爐溫度的下降,對整個焚燒過程產生的影響越大。

2)熱解及燃燒過程。固體廢物中的可燃部分在焚燒爐中高溫作用下會發生熱解,生成各種烴類等氣態可燃物和碳等固態可燃物。這些熱解生成的氣態和固態可燃物在高溫條件下與氧氣接觸,如果達到著火點就會發生燃燒。固體廢物的焚燒是氣相燃燒和非均相燃燒的混合過程,過程較為復雜。

3)燃盡階段。指生成的可燃物在焚燒階段進行了強烈的發熱、發光燃燒過程以后,參與反應的可燃物質濃度減少,逐漸反應生成惰性物質如二氧化碳、水及固態灰渣的過程。

1.2 污泥焚燒的基本過程

污泥的焚燒主要是污泥中的有機成分被燃燒氧化的過程。污泥與生活垃圾協同處置在850~950℃的高溫條件下,與氧氣接觸發生熱解過程和燃燒過程。在這個過程中,污泥中的C、H、S等元素發生氧化反應,釋放出大量的熱能,并實現了污泥的減量化、無害化和資源化。與固體垃圾燃燒過程類似,污泥的焚燒過程主要分為污泥干燥、焚燒過程和燃盡過程三個階段。污泥焚燒是一個傳質、傳熱的復雜過程,因此,污泥燃燒的三個階段存在著交互和穿插。如將污泥送入生活垃圾焚燒爐的過程中,有些污泥在燃盡階段,有些污泥在燃燒階段,而有些污泥剛剛處于干燥階段。此外,同一個污泥顆粒也會出現內部和外部燃燒程度的差異,如顆粒外部燃盡而內部才發生干燥或焚燒過程。下面對污泥焚燒的3個階段進行分析和闡述。

1)干燥階段。污水廠污泥經過機械脫水后仍然含有較高的水分,將污泥和生活垃圾混合加入到焚燒爐中,利用生活垃圾燃燒產生的熱能,對污泥進行脫水干燥。從污泥投入到焚燒爐到污泥開始燃燒的階段均屬于干燥階段。水分在高溫作用下,發生氣化并以蒸汽的形式排出,氣化過程吸收很多的熱能,會導致爐內溫度下降。干燥時間隨著固體廢物的含水量增加而延長,消耗的熱能也就越多,也會造成生活垃圾焚燒爐的溫度下降越多,對整個焚燒過程的影響也就越大。如果污泥的含水率過高,在干燥過程中就會導致焚燒爐爐溫顯著下降,可能會導致燃燒過程難以發生。因此,需要對污泥的含水率進行控制。

2)焚燒階段。污泥完成了干燥之后,與氧氣接觸,且爐內溫度高于其著火點時,就會開始燃燒,進入焚燒階段。首先,在有氧氣條件下,污泥中的有機成分發生強氧化還原反應,主要是碳、氫、硫等元素發生燃燒氧化反應。在完全燃燒的情況下,碳與氧氣發生反應轉化為二氧化碳,氫元素與氧氣發生反應轉化為水,硫元素與氧氣發生反應轉化為二氧化硫。碳可與水反應生成一氧化碳和氫氣,此外,一氧化碳與水反應也會生成二氧化碳和氫氣。其次,在氧氣缺乏的條件下,有機物可以在高溫條件下發生熱解反應,出現化學鍵的斷裂,分解成一氧化碳、甲烷及氫氣等可燃性氣體和單質碳等可燃性固體。污泥干燥后其中含有大部分含碳化合物會在高溫條件下先發生熱解反應,生成一氧化碳、甲烷及氫氣等可燃性氣體和單質碳等可燃性固體,這些氣體再發生焚燒反應。

3)燃盡階段。污泥在焚燒過程中,可燃成分會逐漸減少,當可燃成分消耗殆盡時,就會到達燃盡階段,污泥中可燃成分最終轉化為惰性的二氧化碳、水和灰渣。實現了污泥的減量化、無害化和資源化。

2 污泥焚燒的影響因素

污泥焚燒過程主要受到兩方面條件的影響,一個是污泥自身的性質,另一個是焚燒條件,包括停留時間、爐內溫度、空氣含量等工藝條件。

2.1 污泥自身性質對其焚燒的影響

2.1.1 污泥水分對焚燒的影響

污泥的含水量對其焚燒影響較大,污泥中的水分越高,污泥的熱值越低,氣化過程消耗的熱能越多,污泥干燥所需的時間越長,生活垃圾焚燒爐的熱效率顯著降低,對生活垃圾焚燒發電效益的影響就越大。近年來隨著人們生活水平的提高,生活垃圾熱值不斷升高,原來基于低熱值生活垃圾設計的焚燒爐越來越不能適應高熱值生活垃圾的處理,恰好可以通過污泥含水量來調節入爐生活垃圾的熱值,使其控制在一定范圍內,從而保證生產的平穩運行。但如果污泥的含水率過高,在干燥過程中又會導致焚燒爐爐溫顯著下降,甚至可能會導致燃燒過程難以發生。因此,合理控制污水含水量,同時又兼顧經濟性,需要采取合適的污泥脫水技術將污泥的含水率控制在適合與生活垃圾協同處理的范圍內。

2.1.2 污泥熱值對焚燒的影響

污泥的熱值也對焚燒效果起到一定的決定作用。污泥中可燃成分主要是指有機物和揮發性氣體,當污泥中有機物和揮發性成分的含量增加時,污泥的熱值就會隨之增加。污泥中有機物及揮發性物質等可燃成分含量較大時,會獲得較高的熱值,焚燒越容易進行,焚燒過程進行的也越徹底,焚燒效果就越好。當污泥中的可燃成分一定時,污泥的含水率越高,單位污泥的熱值越低。

2.2 焚燒工藝條件的影響

2.2.1 停留時間

污泥的焚燒過程主要包括污泥干燥、焚燒過程和燃盡過程三個階段,污泥的停留時間理論上要長于這三個階段花費的總時間,同時還要滿足固體廢物在燃燒室中有足夠的停留時間,以保證達到完全焚燒。總體上來說,停留時間越長,污泥的焚燒越徹底,但是考慮到經濟性的問題,需要測定污泥合適的焚燒停留時間,以便能在完全焚燒的前提下盡可能減少停留時間。

2.2.2 溫度

燃料只有達到著火溫度(又稱起燃點),才能與氧反應而燃燒。著火溫度是在氧氣存在下可燃物開始燃燒所必須達到的最低溫度,因此,燃燒室溫度必須保持在燃料起燃溫度以上。污泥與生活垃圾協同處置的焚燒溫度一般控制在850℃~950℃。

2.2.3 空氣的混合程度

焚燒爐中氧氣的含量越高,與污泥的混合程度越均勻,污泥的燃燒速度越快,燃燒效果越好。在實際焚燒中,常用實際空氣量與理論空氣量的比值過剩空氣系數來表示燃燒固體與空氣的混合程度。為了使污泥燃燒完全,在實際焚燒過程中,往往采用二次送風,送入比理論空氣量更多的助燃空氣量,以提高焚燒爐中的流場湍流度,改善傳質與傳熱效果。但如果助燃空氣過剩系數太高,會導致爐溫降低,影響生活垃圾與污泥協同焚燒的效果。

3 結語

污泥焚燒技術可以實現對污泥的減量化、穩定化、無害化和資源化,在污水廠污泥處理方面具有較好的應用前景。但是污泥的熱值較低,如果單獨進行焚燒會耗費大量的燃料,建設用于污泥焚燒的焚燒廠需要較大的投資和運行成本。如果將生活垃圾焚燒與污泥協同處置,可以有效地避免這些問題,同時又有利于調節生活垃圾的入爐熱值,有效地利用和節約了資源,具有很好的應用價值和前景。


原標題:利用生活垃圾焚燒協同處理處置市政生活污水廠污泥研究

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