秦更生

(上海賽科石油化工有限責任公司，上海 201507)

長期以來，我國環(huán)保處理工藝中“重水輕泥”現(xiàn)象較為嚴重，污泥產(chǎn)量增加迅速，對污泥減量處置的研究和應用有較大的空間。在化工企業(yè)污水處理過程中，部分有機物會轉(zhuǎn)移到污泥中，含有這些有機物的這部分非穩(wěn)定狀態(tài)的污泥在儲存和轉(zhuǎn)運過程中很容易再次引起生物反應或化學反應，對環(huán)境造成污染。

某石油化工企業(yè)每年產(chǎn)生的生化污泥總量超過2 kt，原先對這些污泥的處置方式為全部委托第三方廢料處理公司處理，處置工藝為全部外運焚燒，由此導致該企業(yè)每年在污泥外運處置上的花費較大。為了滿足日益嚴格的安全環(huán)保法律法規(guī)的要求并改善企業(yè)污水處理場的運行環(huán)境、減少委外處理費用等需求，加上污泥減量和污泥焚燒等技術(shù)也已漸趨成熟，企業(yè)自身有必要也有條件實施合適的污泥減量方案。文章結(jié)合該石化企業(yè)污水廠污泥介質(zhì)的特性，分析常見污泥減量化工藝方案，對選用的真空圓盤污泥干化減量工藝方案及成套設備進行介紹，并對新建項目開車調(diào)試過程中碰到的問題進行分析總結(jié)，探索可行的解決方案，為石化企業(yè)污泥減量方案比選、設備選型、開車調(diào)試提供參考和借鑒。

1 污泥減量工藝技術(shù)及成套設備選用

1.1 常用污泥干化(減量)工藝技術(shù)介紹

1.1.1 渦輪薄層干化(減量)技術(shù)

該技術(shù)對污泥的干燥基于渦輪技術(shù)，污泥通過單螺桿泵被送到臥式圓柱體渦輪干燥器的進料倉，再由預壓雙螺旋定量送入渦輪干燥器。干燥器的污泥入口同時也是工藝氣體的入口，即工藝氣體與污泥在干燥器內(nèi)同向運動。污泥進入干化機后，由于渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心作用，被高速離心到內(nèi)壁上，并在緊貼著圓柱形的內(nèi)部形成一個薄層。在干燥器內(nèi)強渦流作用下，污泥緊貼著圓柱形的內(nèi)壁進行連續(xù)的移動和很好的混合。干燥器的熱交換主要依靠污泥與圓柱形容器同軸的夾套中的蒸汽熱傳導實現(xiàn)，經(jīng)過預熱的循環(huán)氣體進入干燥器后對污泥起到輸送和輔助加熱的作用。預熱氣體在干燥器內(nèi)與污泥的接觸和并流運動，不會引起污泥的化學分解。

進入臥式薄層干化機的含固率20%左右的污泥在轉(zhuǎn)子的帶動下分布于熱壁表面，轉(zhuǎn)子上的槳葉在對熱壁表面的污泥反復翻混的同時，將污泥輸送到出泥口。在此過程中，污泥中的水分被蒸發(fā)。污泥在干化機內(nèi)的停留時間在幾分鐘之內(nèi)，可實現(xiàn)設備的快速啟停和排空，對工藝控制反應迅速。污泥在干化機出口的含固率為70%左右。

1.1.2 真空圓盤槳葉干化(減量)技術(shù)

真空圓盤槳葉干化系統(tǒng)基于真空圓盤污泥干化機構(gòu)件的成套污泥干化設備系統(tǒng)，通過測溫、控壓、控氧的方式實現(xiàn)運行的安全控制，對于含油等有機溶劑的污泥有較高的適用性和工藝安全性。真空圓盤干化機是一種在設備內(nèi)部設置圓盤形換熱推流槳，濕物料在圓盤的攪動下與熱表面充分接觸，從而使?jié)裎勰喔稍锏牡退贁嚢韪稍锲?。該機型屬于間接傳導加熱型，熱量均來自加熱物料(一般為低壓蒸汽)。熱量損失僅為通過設備保溫層和排濕向環(huán)境散熱，所以熱能利用率較高。真空圓盤干化機由圓盤轉(zhuǎn)子、帶有夾套的殼體、機座以及傳動部分組成。物料的整個干燥過程在負壓狀態(tài)下進行，有機揮發(fā)氣體以及異味氣體在密閉條件下送至下游尾氣處理裝置，避免污染環(huán)境。同時，系統(tǒng)還具有等級較高的密封，有效控制了干化機內(nèi)部的氧含量，保證了系統(tǒng)的安全性。

1.1.3 低溫射流干化(減量)技術(shù)

低溫射流干化工藝利用音障原理，采用高速風機產(chǎn)生的超高速氣流沖擊波對污泥進行破碎，使污泥和水在粉碎的過程中分離，然后再通過氣、液、固三相分離裝置進行脫水和固體顆粒的回收。該工藝能夠在常溫常壓條件下將物料中的水分分離，達到干化的目的，是一種高效的利用非熱傳遞原理的干化方法。這種工藝的優(yōu)點是不需要添加劑，不需要外加熱源，安全性好。缺點是產(chǎn)生的臭氣量較大，需配套較大規(guī)模的臭氣處理設施；噪聲較大，需配套完善的防噪聲措施。

1.1.4 帶式干化(減量)技術(shù)

帶式干化(減量)技術(shù)使用的干燥機其基本部件是輸送帶，螺旋給料機連續(xù)、均勻地將污泥攤平在輸送帶上。熱空氣穿過輸送帶和污泥，將污泥加熱，使水分從污泥中蒸發(fā)出來，被空氣帶走。為保證干化效果，循環(huán)進入干化機。在該工序結(jié)束后，污泥變成顆粒狀物質(zhì)，干化效果較差。干化作用主要通過120 ℃的熱空氣實現(xiàn)，大部分氣體在干化機內(nèi)循環(huán)使用，只有小部分氣體進入凈化處理系統(tǒng)。該工藝主要通過輸入的污泥量、烘干帶的輸送速度、輸入的熱能這3個參數(shù)進行過程控制。

1.2 污泥干化(減量)方案選擇

1.2.1 4種污泥干化(減量)工藝對比

以10 t/d的設計處理量計算，各處理方案的對比見表1。

表1 4種方案對比

1.2.2 方案選擇

該石化企業(yè)兩座污水處理廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)疊螺式污泥脫水機脫水后，出泥的含水質(zhì)量分數(shù)為80%～85%，含油質(zhì)量分數(shù)為0.2%(不含重油)，還含有少量的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙苯、硫化氫、氮(濃縮的)等物質(zhì)，工藝組分復雜。每天濕污泥的產(chǎn)量為6～10 t。結(jié)合介質(zhì)特性和現(xiàn)有裝置人員配備情況，設計的處理規(guī)模、進出料規(guī)格見表2。

表2 污泥干化單元處理規(guī)模、進出料規(guī)格

實施方案除需滿足表2設計方案要求外,還需要在設備方面能夠滿足現(xiàn)場實地布置情況且具有維修經(jīng)濟、方便操作的特點，在安全方面滿足含油和揮發(fā)性有機物(VOCs)處理過程的防爆要求，在環(huán)保方面將產(chǎn)生的廢氣收集送下游處理。通過市場調(diào)研，結(jié)合項目投資回報情況，選用符合各方面要求的真空圓盤污泥干化(減量)工藝技術(shù)，并采用優(yōu)異的成套設備系統(tǒng)。

2 真空圓盤污泥干化(減量)工藝及成套設備介紹

2.1 工藝方案介紹

2.1.1 方案內(nèi)容

(1)增加污泥料斗和大口徑螺桿泵，將上游脫水污泥通過管道輸送至污泥干化系統(tǒng)配套的濕污泥料倉(新增)。污泥料斗和原有脫水機支架采取密封措施。

(2)于現(xiàn)有脫水機腔室、絮凝槽和污泥料斗的上部空間增加排氣管道，將廢氣抽送至廢氣處理系統(tǒng)。新增成套設備包括濕污泥料倉、污泥干化機、污泥輸送設備和尾氣處理設施等。

(3)污泥干化系統(tǒng)的廢氣含有粉塵，溫度較高(60 ℃以上)，采用除塵、冷凝工藝進行預處理，然后并入混合廢氣管網(wǎng)。

2.1.2 工藝流程及介紹

(1)污泥進料。經(jīng)疊螺脫水后逐步固化的污泥采用密閉滑槽輸送至濕污泥料倉，脫水污泥由污泥泵定量輸送至干化機進口。物料被中空軸葉片及葉片上的刮片推送至另一端并從干化機底部出口排出，熱介質(zhì)從中流過，將熱量傳輸給污泥，水分得到蒸發(fā)。干化后的污泥經(jīng)夾套冷卻水冷卻后由螺桿泵輸送至料斗，裝袋后委外處理。

(2)廢氣處理。對濕污泥中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣及不可凝氣體組成的尾氣，采用“除塵+冷凝”方法，直接進入旋風分離器分離掉部分粉塵，然后由系統(tǒng)中的文丘里射水器帶出，進入水箱中，水箱內(nèi)設置換熱器，對循環(huán)水不斷進行降溫。冷卻后的廢氣接入污水預處理場的尾氣處理系統(tǒng)，由下游裝置單元的引風機帶出，最終并入去鍋爐的管線進行焚燒處理，然后高空排放。

(3)除塵。作為一級除塵，收集尾氣中的大部分粉塵。由于尾氣中有粉塵，直接進后面冷凝段容易造成堵塞，因此該段采用旋風除塵器，整體盤管后保溫。底部設置小型料斗，定期對料斗進行除灰。

(4)蒸汽凝液。干化機夾套及空心軸和圓盤內(nèi)的低壓蒸汽經(jīng)與濕污泥換熱后冷凝，產(chǎn)生的凝液就地排入清凈廢水池，也可就地排放。

(5)污泥出料。污泥經(jīng)過干化減量后排出，經(jīng)過夾套式水冷降溫后由出料螺旋輸送機送至集裝袋，進行后續(xù)處理。

該方案的工藝流程見圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 真空圓盤污泥干化(減量)成套設備介紹

該套設備由密封進料系統(tǒng)、干化主機、密封出料系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)等組成。主要設備包括濕污泥料倉、雙軸破拱機、進料螺桿泵、真空圓盤干化機、冷卻螺旋輸送機、旋風除塵器、水箱、換熱器、文丘里噴射器、循環(huán)泵等。

2.2.1 進料系統(tǒng)

進料系統(tǒng)由濕污泥料倉、雙軸破拱機、進料污泥螺桿泵以及相應的管線、儀表組成。自上游疊螺機出來的含水污泥經(jīng)螺桿泵輸送至濕污泥料倉暫存。為避免設備被嚴重腐蝕，料倉均采用不銹鋼材質(zhì)。暫存的污泥通過雙軸破拱機破除“結(jié)塊”物后，輸送進入進料螺桿泵。進料螺桿泵選用變頻、單螺桿類型，將濕污泥輸送至干化主機進口。螺桿泵軸封采用填料密封外加冷卻沖洗水。

2.2.2 干化主機

真空圓盤槳葉干化機是一種在內(nèi)部設置圓盤形換熱推流槳的設備。由電機驅(qū)動減速箱，通過鏈條將減速箱的輸出軸扭矩傳遞給干化機傳動軸。減速箱內(nèi)設置高負荷齒輪油對傳動部件進行潤滑，鏈條與鏈輪之間定期添加潤滑油脂，以增強扭矩傳送效果。干化機傳動軸與干化倉體的前、后間隙間采用雙端面機械密封方案。

濕污泥由進料口送入干燥機后，在圓盤干化機的外殼和空心軸及槳葉(盤片)之間的空間內(nèi)在槳葉的帶動下做緩慢的螺旋運動，通入的蒸汽通過夾套、空心軸及軸上焊接的空心圓盤傳遞熱量，濕污泥被間接加熱干化。經(jīng)加熱后產(chǎn)生的有機揮發(fā)物和水蒸氣聚集在干化機的頂部，由負壓帶出干化機。物料經(jīng)過干化形成的顆粒經(jīng)端部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出。干化機空心盤片與軸成一定的角度，以利于濕污泥的干化和輸送推進。干化機前段筒體上設有剪切螺釘，于兩相鄰盤片的空間內(nèi)對干化過程中的污泥形成“擾流”的作用，起到破碎污泥、破壞“架橋”的作用，且在旋轉(zhuǎn)過程中不斷更新干燥面，提高了干化效果。干化機前后端設置的機械密封，參考API 682選用合適的機械密封方案，保證系統(tǒng)的密封性和真空度。

2.2.3 出料系統(tǒng)

出料系統(tǒng)由真空進料閥、真空卸料閥、冷卻螺旋輸送機等組成。真空進料閥、卸料閥以及各處動、靜密封在保證物料進出的同時不破壞干化機內(nèi)部建立的負壓環(huán)境。冷卻螺旋輸送機為普通的雙螺桿輸送設備，物料進出口分別由低向高布置，夾套內(nèi)通入冷卻水，適當冷卻干化后的粉料，并將粉料提升到一定的高度后依靠重力排入集裝袋。

2.2.4 尾氣處理系統(tǒng)

循環(huán)水泵出口管線上設置5路文丘里射水器，水流經(jīng)此形成負壓環(huán)境，將干化過程中產(chǎn)生的廢氣和部分水汽吸入旋風分離器。在旋風分離器中，去除掉固體粉塵顆粒后的氣流于射水器側(cè)面進入管路并與循環(huán)水流一同返回水箱。水箱內(nèi)設置換熱器，起到對系統(tǒng)降溫的作用。冷卻后的廢氣由下游尾氣風機引出。尾氣處理過程利用離心泵及其管路和射水器的工作，形成真空環(huán)境，將上游廢氣吸出并隨同水流回流至水箱。在水箱內(nèi)設置溢流管控制水箱水位，確保氣相存于水箱上部并被下游風機抽出，同時確保水泵進口液位高度。在水箱底部內(nèi)置列管式換熱器，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)水流溫度。

3 開車調(diào)試中存在的問題及解決方案

3.1 設備存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象

由于對雙軸破拱機、單螺桿泵、干化主機軸承位置的密封考慮不足，這些設備的軸封大多使用填料密封，且密封層級較低，因此在試車過程中發(fā)現(xiàn)有少量濕污泥、潤滑油脂等從設備密封點漏出。經(jīng)局部改進設備密封結(jié)構(gòu)，增加填料函、骨架油封，對軸承增設自動加脂器等，使問題得以解決。

3.2 系統(tǒng)真空度不足

項目建成初期，破拱機及單螺桿進料泵能夠?qū)⑽勰噍斔椭粮苫鳈C，干化主機也能將污泥干化處理，但干化機內(nèi)的廢氣無法被有效抽出。影響廢氣抽出的原因有以下幾點。

(1)系統(tǒng)存在泄漏

可能的原因為干化機的制造質(zhì)量、干化機機械密封的安裝質(zhì)量等問題以及系統(tǒng)和其他各處靜密封的泄漏，對真空度造成了破壞。按照設計圖紙要求對系統(tǒng)蒸汽管線進行壓力試驗，對真空形成管路系統(tǒng)進行真空度試驗，消除了部分漏點，滿足了系統(tǒng)要求。

(2)系統(tǒng)產(chǎn)生真空度的能力不足

3.3 影響離心泵平穩(wěn)運行的其他因素

離心泵選用了有效汽蝕余量滿足系統(tǒng)要求的泵，但實際工作中，液體仍可能夾帶少量氣相進入泵入口，或可考慮增設導葉輪等措施提高泵抗氣蝕能力。此外，泵的方位布置未考慮泵進口直管段長度與直徑關(guān)系的問題，以及泵機械密封背部設計沖洗方案的問題。經(jīng)修改設計使問題得以解決，提高了影響真空度形成的關(guān)鍵設備離心泵的運行平穩(wěn)性。

4 結(jié)語

方案的成功實施解決了先前污泥處置過程中存在的異味、費用高的問題，并在較短年限內(nèi)收回了項目投資。工藝操作實現(xiàn)了半自動化，大大降低了一線工人的勞動強度。然而，系統(tǒng)中真空度的產(chǎn)生并非僅此唯一方案可行，或可有更為簡潔的方法。該方案在含有一定VOCs的大型石化企業(yè)生化污泥減量處置中具有較好的推廣性。