【正文】 ............................................................................................ 25 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 研究背景與意義 隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平不斷提高，污水處理設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展 ,城市污水處理能力已迗到 億立方米，城鎮(zhèn)污水處理廠已達(dá) 2600 多座?！笆濉逼陂g還將增加處理能力 9000 萬(wàn)立方米 ,增建和在建污水廠達(dá) 1800 多座，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家減排目標(biāo)和污染控制，做出了巨大貢獻(xiàn)。但是污水廠的建設(shè)投運(yùn)伴隨產(chǎn)生大量的剩余污泥。以含水率80%計(jì) ，全國(guó)年污泥總產(chǎn)生量將很快突破 3000 萬(wàn)噸。按照預(yù)測(cè)，中國(guó)人口要在 2020年至 2025 年間達(dá)到頂峰，污水處理量也將達(dá)到高峰。屆時(shí)污水污泥產(chǎn)量也將突破年6000 萬(wàn)噸 [1]。 目前我國(guó)污水廠污泥 ,最終處置方式主要有土地利用、建材利用、衛(wèi)生填埋和干化焚燒。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的處置方式中，填埋占 60%65%、污泥露天誰(shuí)放和外運(yùn)占15%20%。事實(shí)上，填埋、露天堆放和外運(yùn)的污泥在我國(guó)絕大部分屬于隨意處置，真正實(shí)現(xiàn)安全處置的比例不超過 20%。不僅對(duì)水體和大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，而且直接危害到了人體健康 ,阻礙了經(jīng)濟(jì)的順 利發(fā)展。因此 ,尋求一種穩(wěn)定可靠的技術(shù)來(lái)進(jìn)行污泥處置迫在眉睫。干燥焚燒工藝能消滅病原體、固化重金屬、減少排量是最徹底的處理方法。經(jīng)過長(zhǎng)期大量的實(shí)際運(yùn)用和優(yōu)化，污泥焚燒已經(jīng)體現(xiàn)出了在污泥處置中的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方面的優(yōu)勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,土地資源的日益稀缺，焚燒必將成為國(guó)內(nèi)污泥處置中的主要手段之一，將是未來(lái)大型污水處理和土地緊缺的城市污泥處置的主要處理方法。 本文針對(duì)污泥干燥焚燒過程中通過充分利用污泥自身的熱值，提供干燥系統(tǒng)所需熱量，達(dá)到整個(gè)污泥處理系統(tǒng)能量的充分利用，通過污泥干燥焚燒一體化，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化 和無(wú)害化處理。重點(diǎn)研究干燥焚燒系統(tǒng)中質(zhì)量能量衡算，并建立污泥干燥焚燒系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。 污泥來(lái)源與危害 污泥主要有以下幾種來(lái)源 [2]：給水源在凈化 過程中產(chǎn)生的給水廠污泥；河道、湖泊、池塘等自然或人工的水體在疏浚過程中產(chǎn)生的城市水體疏浚 污泥；處理工業(yè)廢水(水、有機(jī)質(zhì)、油和化學(xué)污染物等的混合體 )時(shí)，沉淀分離出來(lái)的污油物質(zhì)為工業(yè)污泥。典型的工業(yè)污泥包括：造紙工業(yè)污泥、印染工業(yè)污泥、制革工業(yè)污泥等；城鎮(zhèn)污水處200 t/d 脫水污泥處理廠干燥焚燒一體化清潔生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 2 理廠處理污水產(chǎn)生的生活污水污泥 ,是污泥中數(shù)量最大的一類。 污泥含有大量病原菌、寄生蟲 (卵 ),銅、鋅、格、呆 等重金屬。污泥鹽分污染污泥含鹽量較高，會(huì)明顯提高土壤電導(dǎo)率、破壞植物養(yǎng)分平衡、抑制植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，甚至對(duì)植物根系造成直接的傷害。而且離子間的拮抗作用會(huì)加速有效養(yǎng)分的淋失。病原微生物 [35]污水中的病原體 (病原微生物和寄生蟲 )經(jīng)過處理還會(huì)進(jìn)入污泥。新鮮污泥中檢測(cè)得到的病原體多達(dá)千種，其中危害較大的是寄生蟲。污泥中病原體對(duì)人類或動(dòng)物的污染途徑大致有 4條：直接與污泥接觸；通過食物鏈與污泥直接接觸而感染；水源被病原體污染；病原體首先污染了土壤，然后污染水體。污泥農(nóng)用引起的潛在疾病的流行，被認(rèn)為主要與沙門氏菌和 絳 蟲有關(guān)。氮、磷 等養(yǎng)分的污染在降雨量較大地區(qū)的土質(zhì)疏松土地上大量施用富含 N、 P等的污泥之后，當(dāng)有機(jī)物分解速度大于植物對(duì) N、P的吸收速度時(shí)， N、 P等養(yǎng)分就有可能隨水流失而進(jìn)入地表水體造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化；進(jìn)入地下引起地下水的污染。所以 N、 P等養(yǎng)分遷移對(duì)環(huán)境影響是一個(gè)需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、研究的工作。重金屬污染在污水處理過程中， 70%90%的重金屬元素通過吸附或 沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中。一些重金屬元素主要來(lái)源于工業(yè)排放的廢水。如鎘 、鉻等一些重金屬來(lái)源于家庭生活的管道系統(tǒng)。如銅、鋅等重金屬。重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的重要因素 ，因?yàn)槲勰嗍┯糜谕寥篮?， 重金屬將積累于地表層。另外，重金屬一般溶解度很小，性質(zhì)較穩(wěn)定、難去除，所以其潛在毒性易于在作物和動(dòng)物積累。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)一步發(fā)展，污泥的產(chǎn)生量還會(huì)進(jìn)一步增加，這將成為社會(huì)發(fā)展中的棘手問題。因此亟需有妥善處置處理的解決方案。 污泥處置的技術(shù) 污泥土地利用 污泥的土地利用是指將經(jīng)過處理的污泥用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和園林綠化等方面。城市污泥中有豐富的有機(jī)質(zhì)和 N、 P、 K 等養(yǎng)分。施用適量污泥后 ,能明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量 ,有效改善土壤結(jié)構(gòu)、水力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì) ,對(duì)土壤的改善起到積極作用。但是污 泥中的重金屬屬于不能降解的污染成分。而且在土壤中遷移的速度極其緩慢，即使污泥經(jīng)過堆肥 ,其中的重金屬也會(huì)在土壤中不斷累積。因此各國(guó)政府先后頒布了農(nóng)用污泥重金屬濃度標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格的無(wú)害化要求。我國(guó)大部分污水廠的污泥存在重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象，所以污泥農(nóng)用受到一定的限制 [6]。 污泥的土地利用前須經(jīng)穩(wěn)定化和無(wú)害化處理。土地利用應(yīng)根據(jù)不同地域的土質(zhì)和土壤承載力、不同植物習(xí)性等確定合理的施用范圍、施用量、施用方法和時(shí)間，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 并應(yīng)采取措施防止污泥土地利用對(duì)環(huán)境造成的二次污染。污泥農(nóng)用須進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境影響評(píng)價(jià)，并經(jīng)相關(guān)環(huán)境保護(hù)行政主管部 門審批通過后方可執(zhí)行。 污泥建材利用 污泥建材化是指利用污泥中無(wú)機(jī)成分與建筑材料的成分相似的原理，將污泥通過一定無(wú)害化的工藝制作成建筑材料而對(duì)污泥再次利用。污泥制建材不但實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)和能源上的回收，而且還使污泥對(duì)環(huán)境的污染最小。但由于工藝體系不完善 ,污泥制建材還存在一些缺點(diǎn) ，如生態(tài)水泥含氯量大，腐蝕 鋼筋；板材成品有臭味、強(qiáng)度也有待提高等。目前 ， 我國(guó)已頒布了污泥制磚、制水泥熟料的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各地可參考該標(biāo)準(zhǔn)積極開展污泥的資源化利用。但是 ,在保證泥質(zhì)的前提下，還需要對(duì)相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，否則污泥制建材的處置方式很難 進(jìn)行下去 [7]。 污泥建材利用主要有兩種方式 ：污泥制磚和污泥制生化纖維板。污泥制磚主要有兩種方法。一種是用干 化污泥直接制轉(zhuǎn)：另一種是用污泥 焚燒灰制磚。用污泥制磚時(shí)，應(yīng)該在成分上作適當(dāng)調(diào)整，使其與制磚的粘 土成分相當(dāng)。 衛(wèi)生填埋 污泥的衛(wèi)生填理始于二十世紀(jì) 60 年代，是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上從保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，經(jīng)過科學(xué)選址和必要的場(chǎng)地防護(hù)處理，具有嚴(yán)格管理制度的科學(xué)的工程操作方法。到目前為止，已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的污泥處理技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是投資較少、容量大、見效快 [89]。然而，城市污泥衛(wèi)生填理也存在許多問題，如填坑 中含有各種有毒有害物經(jīng)雨水的浸蝕 和滲漏作用污染地下水環(huán)境，這對(duì)以地下水為生活水源的地區(qū)來(lái)說(shuō)是不安全衛(wèi)生的問題。此外 ,適宜污泥填理的場(chǎng)所，因城市污泥大量的產(chǎn)出而顯得越來(lái)越有限。污泥作作衛(wèi)生填理處理時(shí)，除了要考慮城市周圍是否有適合填埋的低地或 谷地之外，還應(yīng)考慮到環(huán)境衛(wèi)生問題。建設(shè)污泥衛(wèi)生填埋場(chǎng)如同生活垃圾 衛(wèi)生填理場(chǎng)一樣，地址須選擇在地基滲透系數(shù)低且地下水位不高的區(qū)域，填坑鋪設(shè)防滲性能好的材料，衛(wèi)生填埋中 ,都用高密度聚乙烯 為防滲層，避免了對(duì)地下水源及土壤的二次污染。填理場(chǎng)還應(yīng)配設(shè)滲濾液收集裝置及凈化設(shè)施。1992 年歐盟大約 40%的污泥采用了填理處置，由于污泥填理對(duì)污泥的土力學(xué)性質(zhì)要求較高，需要大面積的場(chǎng)地和大量的運(yùn)輸費(fèi)用，地基需作防滲處理以免污染地下水等。近年來(lái)污泥填埋處置所占比例越來(lái)越小。美國(guó)環(huán)保局估計(jì)，今后幾十年內(nèi)美國(guó) 6500 個(gè)填埋場(chǎng)將有 5000 個(gè)被關(guān)閉 [10]。 200 t/d 脫水污泥處理廠干燥焚燒一體化清潔生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 4 焚燒 焚燒是利用污泥的有機(jī)成分較高、具有一定熱值等特點(diǎn)來(lái)處置污泥。焚燒法因具有減量化、無(wú)害化和資源化的顯著優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用 [11]。污泥焚燒后剩余灰的體積只有機(jī)械脫水污泥 體積的 10%[12]，焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅 ,有毒有害的有機(jī) 物被徹底氧化分解 ， 重金屬的穩(wěn)定性大大提高 [13]，焚燒后的污泥灰經(jīng)適當(dāng)?shù)奈锢砗突瘜W(xué)方法處理后可作為建筑原材料、土地改良劑甚至吸附劑使用 [14]。 自 1962 年德國(guó)率先建議并開始運(yùn)行了歐洲第一座污泥焚燒廠以來(lái)的 40 多年中，焚燒的污泥量大幅度增加 [15]。在日本 ,污泥焚燒處理 已經(jīng) 占污泥處理總量的60%以上，歐盟也在 10%以上。發(fā)迖國(guó)家在研究焚燒法處理污泥的同時(shí)。也開發(fā)了多種污泥的焚燒設(shè)備 ,主要有多段爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、多室焚燒爐以及流化床焚燒爐等流化床鍋爐對(duì)燃料的適應(yīng)性好 ,能焚燒高水分、低熱值的燃料，燃燒溫度低，NOx 排放量小，可在床料中加入石灰石降低 SOx 排放量 ， 灰法易于綜合處理，從理論分析和國(guó)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這些優(yōu)點(diǎn)使它特別適宜焚燒污泥 [16] 。隨著污泥的預(yù)處理技術(shù)和高效的熱回收以及對(duì)排放的有效控制等先進(jìn)技術(shù)的采用，焚燒法已得到廣泛的應(yīng)用。 在污泥焚燒過程中，水分的蒸發(fā)需要大量的熱量；污泥焚燒是否需要添加輔助燃料，取決于污泥本身的熱值 (如有機(jī)物含量 )和污泥的含水率。含水率為 7080%的污泥進(jìn)行焚燒時(shí)一般需要添加輔助燃料 ， 含水率為 50%的污泥一般不需輔助燃料就可以焚燒。污泥焚燒是一種常見的污泥處置方法，它可破 壞全部有機(jī)質(zhì) ， 殺掉一切病原體，并最大限度減少污泥體積 ,污泥處置速度快，不需長(zhǎng)期儲(chǔ)存，污泥可就地焚燒，不需長(zhǎng)距離運(yùn)輸 [17]。 此法適用于所有城市污泥處置，具有良好的發(fā)展前景。 污泥處置的發(fā)展方向 《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》中明確提出“鼓勵(lì)垃圾 焚燒發(fā)電”。中國(guó)水網(wǎng)、國(guó)都證券研究所相關(guān)研究表明，預(yù)計(jì)到 2021 年需處理干污泥量約 48 萬(wàn)噸 /日。衛(wèi)生填埋法污泥綜合處理投資約為 160 億元，運(yùn)行費(fèi)用約 15 億元；污泥焚燒投資約為 350 億元，新增項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用約 250 億元。污泥焚燒將迎來(lái)一個(gè)新的快速發(fā)展的階段。 污泥 焚燒雖然能有效地對(duì)污泥進(jìn)行最終處置，最大程度地做到減量化，但該方法運(yùn)行過程中能耗高，存在安全隱患。因此，優(yōu)化污泥焚燒工藝，降低污泥焚燒的能耗，使污泥焚燒過程安全有效地進(jìn)行符合國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展要求，是污泥處理處沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 置的發(fā)展方向。 干燥焚燒處理工藝 污泥干化與焚燒技術(shù)成熟可靠。歐洲污泥干化焚燒廠的建設(shè)從 20 世紀(jì) 80 年代開始至今，工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備制造都在不斷改進(jìn)，處理規(guī)模也逐漸增大。污泥處理廠的自控水平，生產(chǎn)運(yùn)行與人員配置情況 ,顯示技術(shù)與設(shè)備都已達(dá)到較為成熟的水平，具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。值得學(xué)習(xí)、借鑒與推廣。以往的污泥 處理如機(jī)械脫水后的直接焚燒需加入助燃劑浪費(fèi)大量熱值，干燥焚燒體系在經(jīng)濟(jì)上收益可觀，循環(huán)利用高效，是主要污泥焚燒工藝的有點(diǎn)。 200 t/d 脫水污泥處理廠干燥焚燒一體化清潔生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 6 2 干燥焚燒工藝與設(shè)備 干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì) 干燥設(shè)備 污泥干燥機(jī)可按壓力、操作過程、加熱方式、物料運(yùn)動(dòng)方式及其結(jié)構(gòu)等不同特征分類。按操作壓力 ,包括常壓和真空兩種。真空干燥可降低機(jī)內(nèi)的水蒸汽分壓 ,提高干燥速率，且能降低水的沸點(diǎn)和干燥溫度 ,通常用于干燥熱敏性、易氧化、易爆及其有毒物料 ,但真空干燥投資較大，不適于污泥干化處理。因此 ,污泥干燥以常壓干燥器為主。 按操作過 程 ,包括間歇式和連續(xù)式兩類。按加熱方式，可分為對(duì)流式、傳導(dǎo)式、竊射式、介電式等類型。對(duì)流干燥是指物料與干燥介質(zhì) (如熱空氣、熱煙氣、過熱蒸汽等 )直接接觸，水蒸汽由熱介質(zhì)直接攜帶走的干燥方式。傳導(dǎo)干燥是指將物 料置于加熱面上進(jìn)行干燥，用于提高濕物料溫度及實(shí)現(xiàn)水分蒸發(fā)的能量來(lái) 自于熱傳導(dǎo)方式傳遞給加熱面的熱量，蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽由周圍介質(zhì)帶走。輻射干燥是指利用不同種類輻射器發(fā)射出一定波長(zhǎng)范圍電磁波，污泥表層選擇地性吸收電磁波后轉(zhuǎn)化為熱量進(jìn)行干燥。介電式干燥機(jī)是利用高頻電場(chǎng)作用，使污泥內(nèi)部產(chǎn)生熱效應(yīng)進(jìn)行干燥。污泥產(chǎn)生量大 ，含水率高，干燥過程中考慮到能量消耗及設(shè)備投資。很少采用輻射式和介電式干燥機(jī) ,加熱方式以對(duì)流干燥和傳導(dǎo)干燥為主。 計(jì)說(shuō)明書（論文）正文。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）正文格式為正文（首行縮進(jìn)兩字）。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）正文格式為正文（首行縮進(jìn)兩字）。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）正文格式為正文（首行縮進(jìn)兩字）。 表 干燥設(shè)備選型表 干 燥 設(shè) 備 物 料 類 型 干燥方式 物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 機(jī) 型 處理方式 干燥時(shí) 間 液態(tài)、泥態(tài) 膏糊狀 粉狀 顆粒狀 牛奶、鹽類溶液、洗滌劑、工業(yè)廢液 壓濾