城市污泥磁化低溫?zé)峤饧夹g(shù)

黃家瑤，林秀梅

（福建莊訊環(huán)保科技有限公司，福州 350005）

1 前言

隨著人口數(shù)量的日益增加和全球社會(huì)的日益城鎮(zhèn)化，城市污水的產(chǎn)生量越來(lái)越大，作為城市污水處理副產(chǎn)品的污泥的數(shù)量也在急劇增加。污水處理廠每天會(huì)排放大量污泥。污泥中含有大量的有機(jī)物和豐富的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，任意排入水體，將會(huì)大量消耗水體中的氧，導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響水生生物的生存；污泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)又會(huì)使水體富氧化，藻類大量繁殖，從而使水質(zhì)惡化；除此以外，污泥中還有多種有毒物質(zhì)、重金屬和致病菌、寄生蟲卵等有害物質(zhì)，如果處理處置不當(dāng)，就會(huì)傳染疾病，污染土壤和作物，并通過(guò)生物鏈轉(zhuǎn)嫁給人類。因此，污水處理廠每天產(chǎn)生的含水率在80%左右的污泥，如果不經(jīng)妥善處理處置而任意排放和堆置，必將對(duì)水源、土壤和周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，使已建成的污水處理廠不能充分發(fā)揮其消除環(huán)境污染的作用。2013年9月18日國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議提出“促進(jìn)污泥資源化利用”的要求，解決污水污泥的出路迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的“城市污泥磁化熱解處理處置技術(shù)”，探索出了一條實(shí)現(xiàn)污泥處理處置減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化的有效途徑。該污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)于2011年應(yīng)用于福州市閩候荊溪污水處理廠建設(shè)的污泥處理處置項(xiàng)目，2013年8月正式投入運(yùn)營(yíng)。本文著重介紹了城市污泥磁化低溫?zé)峤饧夹g(shù)的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)和系統(tǒng)工藝流程、檢測(cè)等情況。

2 污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)工作原理

污泥熱解是利用污泥中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在缺氧的條件下，利用熱能使污泥中有機(jī)化合物的化合鍵斷裂，由大分子的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子的可燃?xì)怏w和固體殘?jiān)倪^(guò)程。根據(jù)熱解過(guò)程操作溫度的高低可分為低溫、中溫和高溫?zé)峤猓?00℃以內(nèi)的為低溫?zé)峤猓?00℃～800℃為中溫?zé)峤猓?00℃以上的為高溫?zé)峤?，該污泥磁化熱解是低溫?zé)峤狻?/p>

污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)利用了磁能、陶瓷輻射能及生物質(zhì)能等使污泥中的有機(jī)物分解的原理，使污泥中所有的有機(jī)物分解成為氣體、水分及無(wú)機(jī)灰渣等物質(zhì)，使污泥大幅度減量并呈穩(wěn)定性狀。

該技術(shù)除了使污泥在缺氧空間進(jìn)行有機(jī)物的熱分解反應(yīng)外，更特別的是，通過(guò)的微量空氣經(jīng)磁化器所營(yíng)造的磁場(chǎng)，空氣中氧氣的活化能大大提高，促使熱解機(jī)內(nèi)的污泥有機(jī)物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下加速被分解為氣、水、無(wú)機(jī)灰渣，所產(chǎn)生的分解熱同時(shí)使其它分子發(fā)生分解反應(yīng)，污泥逐漸被分解減量至含水率極低的無(wú)機(jī)灰渣（為含水率80%脫水污泥體積的5%～10%）。

該低溫?zé)峤鈾C(jī)以有機(jī)物分子缺氧磁力分解原理（300℃～400℃）替代了傳統(tǒng)型的強(qiáng)熱氧化燃燒（700℃～1000℃），可節(jié)省能耗，熱解過(guò)程由于是在還原氣氛下進(jìn)行，能有效抑制二英的合成，大大減少了二噁英等有害氣體的產(chǎn)生。

2.2 污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)構(gòu)造

污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)是污泥處理處置系統(tǒng)的核心設(shè)備（磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)見圖1，構(gòu)造見圖2，筒內(nèi)溫度分布見圖3）。

圖1 污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)實(shí)物外形圖

圖2 回轉(zhuǎn)式磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)構(gòu)造示意圖

圖3 污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)筒內(nèi)溫度分布圖

污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)采用回轉(zhuǎn)窯式，轉(zhuǎn)速和傾斜度可調(diào)，設(shè)定適當(dāng)轉(zhuǎn)速和傾斜度，可有效控制干化和熱解的時(shí)間，以適應(yīng)不同污泥的處理。熱風(fēng)與污泥進(jìn)料方向逆向配置，調(diào)控進(jìn)料使熱風(fēng)與污泥有效接觸。熱解機(jī)滾筒內(nèi)壁除了抄板外，鋪滿陶瓷球。熱解機(jī)滾筒內(nèi)區(qū)分為干燥段、分解段和成灰段，污泥自進(jìn)料口進(jìn)入圓筒內(nèi)后，因滾筒旋轉(zhuǎn)和抄板作用，翻滾向前，先經(jīng)干燥段（溫度50℃～300℃），停留40～50分鐘，熱解段（溫度300℃～400℃），停留25～35分鐘，污泥熱解炭化、氣化，最后經(jīng)成灰段，溫度從300℃降至80℃，停留約25分鐘，被冷卻形成顆粒狀無(wú)機(jī)粉砂，熱解后煙氣進(jìn)入系統(tǒng)后端設(shè)備處理。熱解機(jī)熱解段經(jīng)磁化器通入磁化空氣，由生物質(zhì)燃燒機(jī)補(bǔ)充污泥熱解所需熱量，采用缺氧熱解方式，因空氣供給量較低，后續(xù)排放煙氣量也較污泥高溫焚燒少，可減少尾氣凈化系統(tǒng)的投資。反應(yīng)溫度在300℃～450℃，不僅可節(jié)省燃料，同時(shí)降低了二英等污染物的產(chǎn)生和排放。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)特點(diǎn)

2.3.1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）在回轉(zhuǎn)式污泥磁化熱解機(jī)上同時(shí)采用強(qiáng)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)大小約4000高斯，B≈0.4T）、陶瓷球和生物質(zhì)燃料棒新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污泥磁化低溫?zé)峤狻?/p>

（2）可使含水率為80%的污泥磁化熱解，減量到90%以上，形成含水率5%以下無(wú)機(jī)粉砂（灰渣），該技術(shù)實(shí)測(cè)含水率僅為0.42%，熱灼減率為1.36% 。

污泥磁化熱解機(jī)整合了量化空氣磁化、回轉(zhuǎn)筒內(nèi)配置陶瓷球、生物質(zhì)燃燒等技術(shù)，配套余熱利用和尾氣凈化等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污泥磁化熱解的工業(yè)應(yīng)用，可使污泥在較低的溫度下被快速熱解，降低了尾氣處理難度，殘?jiān)少Y源化利用。

2.3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）磁化熱解：物質(zhì)由原子組成，原子是由帶正電荷的原子核和包圍在原子核周圍的電子云所組成。磁力通過(guò)磁場(chǎng)傳遞，而“磁場(chǎng)”也是一種特殊物質(zhì)，具有能量，可以使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該項(xiàng)目將微量空氣經(jīng)多層次、多通道強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)入回轉(zhuǎn)式磁化熱解機(jī)內(nèi)，磁化了的空氣中的氧氣的活化能大大提高，采用磁場(chǎng)能與熱能共同體產(chǎn)生熱流磁效應(yīng)，提高了污泥熱解效率，加速了污泥中有機(jī)物裂解成氣體、水分和無(wú)機(jī)物粉砂。

在磁力作用下，降低了熱解溫度和用氣量，可進(jìn)行低溫缺氧熱解（300℃～500℃），比傳統(tǒng)型高溫氧化燃燒（700℃～1000℃）節(jié)省能耗。該項(xiàng)目是低溫?zé)峤?，基本上消除或顯著減少了二英的生成。

（2）陶瓷輻射：陶瓷中的原子是以其共價(jià)結(jié)合及離子結(jié)合方式構(gòu)成的。該技術(shù)在筒體內(nèi)壁上裝置有1000多粒可單獨(dú)回轉(zhuǎn)的特種陶瓷球，陶瓷球能儲(chǔ)蓄熱量，并輻射熱量。通過(guò)陶瓷輻射能摩擦生電產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，在熱能與陶瓷能的共同作用下，整個(gè)熱解過(guò)程促使有機(jī)物連續(xù)裂解反應(yīng)，使污泥徹底熱解成可再生利用的無(wú)機(jī)粉砂。

（3）生物質(zhì)燃料：常規(guī)熱解機(jī)輔助燃料用柴油或重油。該技術(shù)采用木屑、竹屑及棕櫚纖維等制成生物質(zhì)燃料，并引進(jìn)了馬來(lái)西亞棕櫚樹果煉油后的渣纖維自制成生物質(zhì)燃料棒（熱值在4200kcal/kg左右）作輔助燃料，不僅減輕了污染排放，還節(jié)省輔助燃料費(fèi)40%以上。

3 污泥磁化熱解處理處置系統(tǒng)工藝流程

污泥處理處置系統(tǒng)主要由污泥磁化低溫?zé)峤舛际曳贌到y(tǒng)、余熱利用污泥烘干系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成。工藝流程見圖4。

圖4 污泥磁化熱解處理處置系統(tǒng)工藝流程

從污水處理廠收集的污泥輸送至污泥處置廠內(nèi)，經(jīng)地磅稱量后卸入污泥儲(chǔ)存間暫存。儲(chǔ)存間內(nèi)的污泥通過(guò)螺旋送料機(jī)送入污泥烘干機(jī)進(jìn)行烘干，使?jié)裎勰嗖糠菟终舭l(fā)汽化，烘干熱源是利用系統(tǒng)煙氣余熱回收產(chǎn)生的高溫空氣，由于濕污泥進(jìn)行了預(yù)烘干，降低了污泥的含水率，有效減少了污泥熱解所需燃料。

污泥磁化低溫?zé)峤舛际曳贌到y(tǒng)，由污泥熱解磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)和二燃室構(gòu)成。污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)采用熱解原理，通過(guò)少量經(jīng)磁化的空氣，由于磁化空氣可降低熱解反應(yīng)能量，提高熱解效率，因此熱解氣化能在400℃左右的低溫下實(shí)現(xiàn)，從而降低了能源消耗。污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)產(chǎn)生的含有可燃?xì)怏w的煙氣進(jìn)入二燃室繼續(xù)充分燃燒。二燃室由內(nèi)襯耐火層和絕熱層的鋼構(gòu)筒體構(gòu)成，二燃室的一端裝有生物質(zhì)燃燒機(jī)。二燃室內(nèi)溫度一般保持在850℃以上，停留2s以上，使煙氣中有毒有害氣體（包括二英）得到徹底分解。二燃室在設(shè)計(jì)上要使煙氣在二燃室內(nèi)激烈湍流，以提高燃燒效率，使之符合燃燒的“三T”（停留時(shí)間、溫度、湍流）原則。污泥熱解反應(yīng)完全后，形成的副產(chǎn)品無(wú)機(jī)粉砂（灰渣）通過(guò)卸料閥排放至爐渣輸送系統(tǒng)。

污泥低溫?zé)峤馇皩⑽勰噙M(jìn)行烘干處理，可降低污泥的含水量，提高污泥的熱值，使污泥易于熱解并節(jié)省輔助燃料。減少污泥熱解產(chǎn)生的水蒸汽，也使熱解氣的濃度不會(huì)被過(guò)分稀釋，熱解氣易于在二燃室的燃燒。污泥熱解若產(chǎn)生大量的水蒸汽，勢(shì)必會(huì)增加煙氣量，給煙氣的后續(xù)處理增加難度，同時(shí)含有水蒸汽的煙氣在從煙囪排出時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象。因此污泥熱解前的烘干處理在污泥磁化低溫?zé)峤庀到y(tǒng)中是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能減排、減少設(shè)備投資具有重要作用。余熱利用污泥烘干系統(tǒng)采用熱交換器進(jìn)行熱能回收利用，850℃以上的高溫?zé)煔庥啥际疫M(jìn)入低溫和高溫?zé)峤粨Q器后，與烘干用空氣換熱，被加熱的高溫空氣進(jìn)入污泥烘干機(jī)烘干污泥，換熱后的低溫空氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)再進(jìn)入低溫?zé)峤粨Q器、高溫?zé)峤粨Q器，如此循環(huán)。

烘干機(jī)內(nèi)污泥水分受熱蒸發(fā)汽化產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)旋風(fēng)除塵器、蒸汽風(fēng)機(jī)、水洗冷凝塔、除霧器、二燃室燃燒機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入二燃室。

污泥熱解后進(jìn)入二燃室燃燒后產(chǎn)生的煙氣中帶有一定量的煙塵和有害氣體，必須經(jīng)過(guò)尾氣凈化系統(tǒng)處理，該尾氣凈化系統(tǒng)由干式除酸裝置和布袋除塵器組成。消石灰粉/活性炭噴粉裝置是作為煙氣凈化系統(tǒng)去除煙氣中二英類物質(zhì)和酸性物質(zhì)的專門設(shè)備，方法為利用系統(tǒng)負(fù)壓向管道內(nèi)噴入一定量的活性炭粉和消石灰粉，利用文丘里管使活性炭粉和消石灰粉在煙氣中均勻混合以吸附廢氣中的殘留二英類物質(zhì)，并中和煙氣中的酸性氣體。系統(tǒng)后段的煙氣凈化系統(tǒng)使用布袋除塵器，吸附有二英類物質(zhì)的活性炭粉和殘留的煙塵在濾袋的表面被截留。除塵器布袋的表面是活性炭和石灰粉的良好載體，增大了活性炭和消石灰粉與煙氣的接觸表面積，延長(zhǎng)了吸附和中和反應(yīng)的時(shí)間，提高了吸附二英和除酸的效率。經(jīng)布袋除塵器后，使煙氣達(dá)到國(guó)家規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

污泥低溫?zé)峤夂笮纬傻母碑a(chǎn)品無(wú)機(jī)粉砂（灰渣）見圖5。

圖5 無(wú)機(jī)粉砂（灰渣）

1噸80%含水率的污泥經(jīng)磁化低溫?zé)峤饧夹g(shù)磁化熱解后，產(chǎn)生的無(wú)機(jī)粉砂約為72kg，該無(wú)機(jī)粉砂可資源化再利用，如制作成透水磚、園林綠化、花卉用肥、污水處理過(guò)濾材料等環(huán)保用品，綜合利用效益明顯。目前，已有用戶使用磁化熱解后副產(chǎn)品粉砂用于花卉種植，反饋效果良好。

4 應(yīng)用效果

城市污泥磁化低溫?zé)峤饧夹g(shù)于2013年10月通過(guò)了科技成果鑒定。有關(guān)部門依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)投產(chǎn)運(yùn)行的回轉(zhuǎn)式污泥磁化低溫?zé)峤鈾C(jī)（型號(hào)：ZXHCR-16W）進(jìn)行了煙氣排放和熱解殘?jiān)鼨z測(cè)。測(cè)定結(jié)果見表1和表2。

目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)同時(shí)將強(qiáng)磁場(chǎng)、陶瓷球及生物質(zhì)燃料棒技術(shù)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)式磁化熱解機(jī)上的報(bào)道。該項(xiàng)目整合生物質(zhì)燃燒、量化空氣磁化、回轉(zhuǎn)筒內(nèi)配置陶瓷球等技術(shù)，配套余熱利用和尾氣凈化等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污泥磁化熱解的工業(yè)應(yīng)用，可使污泥在較低的溫度下快速熱解，降低了尾氣處理難度，殘?jiān)少Y源化利用，并且已在福建省閩侯縣污水處理廠污泥處理項(xiàng)目中應(yīng)用。

表1 磁化低溫?zé)峤獯髿馕廴九欧偶皻堅(jiān)鼨z測(cè)和限值

表2 污泥低溫?zé)峤鈿堅(jiān)鼨z測(cè)值

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥“二次污染”現(xiàn)象嚴(yán)重。污泥處理處置問(wèn)題已經(jīng)成為整個(gè)污水處理行業(yè)健康發(fā)展必須解決的問(wèn)題。

污泥磁化低溫?zé)峤饧夹g(shù)，可最大程度實(shí)現(xiàn)污泥處置的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化，處理后的無(wú)機(jī)粉砂可作為綠化肥料或用于制作透水磚及用作污水處理過(guò)濾材料等，因而該技術(shù)是目前較為理想的污泥處置技術(shù)之一。