一種板狀生活污泥的窯協同無害化處理系統及設備

婁 亮，洪 晨

（1.唐山冀東裝備工程股份有限公司，河北 唐山 063000；2.北京科技大學，北京 100083）

0 前言

目前，隨著日常用水量的逐漸增大，污水處理廠每天的污水處理量也逐漸增大，相應的在污水處理過程中將產生大量的污泥，而污泥的處理通常是直接丟棄在農田、河流、海洋等公共環境。我國污水處理廠產生的污泥有70%得不到妥善處置，污泥隨意堆放不僅影響環境美觀，而且會造成污染。因此，需要提供有效的污泥處理裝置及方法。

國內目前水泥窯協同處置生活有機污泥的主流技術是將含水率80%的污泥用污泥泵直接泵送入回轉窯窯尾焚燒裝置。但隨著污泥處置費用的上漲，污水處理廠實施污泥減量化出廠，脫水至含水率60%的板狀污泥產量越來越大。但污泥泵不適用于輸送板狀污泥，需要加水將污泥含水率增加至80%以上再進行泵送，如此造成能源浪費，成本提高，造成污泥減量化推廣和發展受到嚴重限制。另外，現有的污泥處理系統和裝置結構復雜、占地面積大，運行過程復雜、不容易控制，不利于推廣和使用。

因此，開發了一種結構簡單、占地面積小、處理成本低的板狀生活污泥的窯協同無害化處理系統及設備。

1 技術與工藝簡述

在強化污泥調理脫水的基礎上，運用流體力學和空氣動力學原理，使板狀生活污泥在強空氣湍流中超細化粉碎并完成固氣水分交換，形成強效“風干”效果，降低了污泥含水率（可降至25%以下）。

首先通過污泥改性脫水，即通過加入污泥改性脫水劑破壞污泥的膠態結構，改變有機膠體物質的親水性，減少泥水間的親和力，污泥中的胞內水、間隙水、毛細結合水與污泥顆粒分離，改善污泥的濃縮性能和脫水性能。經過擠壓脫水后，污泥的含水率降至60%左右，形成半干化的板狀污泥餅。該項措施已在污水處理廠得到廣泛應用，污泥改性、機械脫水過程見圖1。

然后對板狀污泥進行粉化干化，即板狀污泥餅進入粉化干化設備，通過高速對碰塑解成污泥微顆粒，大幅提高水分蒸發速率，在強空氣湍流中完成氣-水高效交換，實現污泥和水分的分離，最終形成含水率25%以下的穩定污泥干粉。板狀污泥進行粉化干化過程見圖2。

圖1 污泥改性、機械脫水過程

水泥窯協同處置板狀污泥預處置系統工藝流程見圖3。

首先脫水后的污泥（含水率約60%）經過粗破，由皮帶輸送機輸送至污泥干化系統進行后續處理，半干化污泥顆粒進入機械污泥干化機在高強度粉碎的同時引入大量高速高溫空氣。粉碎主軸速度高速運轉，在干化室中形成強擾動旋流，在強擾動旋流作用下粉碎的污泥顆粒由于粒徑、微裂隙、密度、粘度、硬度不同等因素，相互不規則碰撞形成粒徑50～200 μm的細粉體。污泥粉體在干化室中的速度為30～100 m/s，破壞了泥與水的結合狀態，改變了污泥與水的結合度和表面張力，從污泥中解離出大量間隙水、外表水，污泥粉體細小的粒徑和巨大比表面積使污泥中的水分分離出來與空氣介質結合被帶出，表面水分的剝離導致污泥粉表面濕度小于內部濕度，促使泥粉內部水分快速滲出并再次與空氣介質結合被帶出，進一步降低污泥含水率至25%以下。最后經氣粉分離系統，該系統設有三級旋風分離器和一級布袋除塵器，污泥干粉、濕空氣因密度差別而被逐級分離。污泥干粉經旋風分離器分離后，收集在分離器底部，由旋轉給料器連續排出后輸送至儲料倉。最后由皮帶機、螺旋輸送機輸送至窯內焚燒。系統配套有微負壓除臭系統，處置系統設備各處的污染性氣體。

圖2 板狀污泥進行粉化干化

圖3 協同處置板狀污泥預處置系統工藝流程

板狀污泥預處置系統設備包括螺旋輸送機、機械污泥干化機、氣固分離裝置、收塵輸送裝置；工藝采用高度集成智能化控制，操作簡單方便，采用管道式輸送，其布局緊湊，占地面積小。通過機械污泥干化機及集成其它簡單的設備來達到板狀污泥預處置的目的，可解決板狀污泥窯協同處置輸送的難題，節約成本。系統各部分組成簡介：

（1）板狀污泥預處置系統的進料輸送系統由皮帶機和螺旋輸送機組成，根據工藝布置需要，靈活配置，滿足系統輸送粗破物料的要求。

（2）板狀污泥預處置系統的干化粉化系統是機械污泥干化機。機械污泥干化機應用了流體力學和空氣動力學原理，通過組合式粉碎葉片高速旋轉拍打污泥顆粒，并引入窯尾熱風高速空氣干化及進一步擾動、粉碎污泥顆粒，破壞泥與水的結合狀態，改變泥水的結合度，使污泥的間隙水析出，從而烘干污泥中的表面水與間隙水。滿足系統烘干、粉化板狀污泥的要求。

（3）板狀污泥預處置系統的氣固分離系統由旋風收集器和防粘料的布袋收塵器組成。將由機械污泥干化機內出來的污泥粉與熱空氣分開，收集污泥干粉，并將熱空氣通過管道送入回轉窯焚燒分解。機械污泥干化機內可能會殘留少量干粉殘渣，通過排渣口用螺旋輸送機收集輸送。

（4）板狀污泥預處置系統的儲倉主要用于暫時存儲由氣固分離系統收集的污泥干粉。

（5）板狀污泥預處置系統的出料輸送系統同樣由皮帶機和螺旋輸送機組成，將污泥干粉從儲倉輸送至回轉窯內焚燒替代部分燃料。

2 項目應用

該工藝系統已獲取專利，專利號：ZL201920133334.4，在石家莊某制藥廠和保定某熱電廠的污泥處置項目中成功應用。石家莊某廠利用本系統對廠內含水率40%的廢棄菌渣進行干化粉化后回收處理再利用，日處置量40 t，處置后的菌渣含水率降至15%，超出預期效果。保定某廠利用本系統對含水率60%的板狀生活污泥進行干化粉化后作為部分替代燃料，處置后的板狀污泥含水率降至25%，日處置量20 t，達到了預期效果。

3 結語

本系統采用了高度集成智能化控制，操作簡單方便。通過機械污泥干化機及集成其它簡單的設備來達到板狀污泥預處置的目的，解決了板狀污泥窯協同處置輸送的難題，節約成本。同時利用該方法窯協同處置生活污泥大大降低了入窯水分，進一步減輕了水蒸氣對回轉窯運行的不利影響，增加了回轉窯在協同處置生活污泥時的處置產量和窯系統運轉穩定性。