一种板状生活污泥的窑协同无害化处理系统及设备

娄 亮，洪 晨

（1.唐山冀东装备工程股份有限公司，河北 唐山 063000；2.北京科技大学，北京 100083）

0 前言

目前，随着日常用水量的逐渐增大，污水处理厂每天的污水处理量也逐渐增大，相应的在污水处理过程中将产生大量的污泥，而污泥的处理通常是直接丢弃在农田、河流、海洋等公共环境。我国污水处理厂产生的污泥有70%得不到妥善处置，污泥随意堆放不仅影响环境美观，而且会造成污染。因此，需要提供有效的污泥处理装置及方法。

国内目前水泥窑协同处置生活有机污泥的主流技术是将含水率80%的污泥用污泥泵直接泵送入回转窑窑尾焚烧装置。但随着污泥处置费用的上涨，污水处理厂实施污泥减量化出厂，脱水至含水率60%的板状污泥产量越来越大。但污泥泵不适用于输送板状污泥，需要加水将污泥含水率增加至80%以上再进行泵送，如此造成能源浪费，成本提高，造成污泥减量化推广和发展受到严重限制。另外，现有的污泥处理系统和装置结构复杂、占地面积大，运行过程复杂、不容易控制，不利于推广和使用。

因此，开发了一种结构简单、占地面积小、处理成本低的板状生活污泥的窑协同无害化处理系统及设备。

1 技术与工艺简述

在强化污泥调理脱水的基础上，运用流体力学和空气动力学原理，使板状生活污泥在强空气湍流中超细化粉碎并完成固气水分交换，形成强效“风干”效果，降低了污泥含水率（可降至25%以下）。

首先通过污泥改性脱水，即通过加入污泥改性脱水剂破坏污泥的胶态结构，改变有机胶体物质的亲水性，减少泥水间的亲和力，污泥中的胞内水、间隙水、毛细结合水与污泥颗粒分离，改善污泥的浓缩性能和脱水性能。经过挤压脱水后，污泥的含水率降至60%左右，形成半干化的板状污泥饼。该项措施已在污水处理厂得到广泛应用，污泥改性、机械脱水过程见图1。

然后对板状污泥进行粉化干化，即板状污泥饼进入粉化干化设备，通过高速对碰塑解成污泥微颗粒，大幅提高水分蒸发速率，在强空气湍流中完成气-水高效交换，实现污泥和水分的分离，最终形成含水率25%以下的稳定污泥干粉。板状污泥进行粉化干化过程见图2。

图1 污泥改性、机械脱水过程

水泥窑协同处置板状污泥预处置系统工艺流程见图3。

首先脱水后的污泥（含水率约60%）经过粗破，由皮带输送机输送至污泥干化系统进行后续处理，半干化污泥颗粒进入机械污泥干化机在高强度粉碎的同时引入大量高速高温空气。粉碎主轴速度高速运转，在干化室中形成强扰动旋流，在强扰动旋流作用下粉碎的污泥颗粒由于粒径、微裂隙、密度、粘度、硬度不同等因素，相互不规则碰撞形成粒径50～200 μm的细粉体。污泥粉体在干化室中的速度为30～100 m/s，破坏了泥与水的结合状态，改变了污泥与水的结合度和表面张力，从污泥中解离出大量间隙水、外表水，污泥粉体细小的粒径和巨大比表面积使污泥中的水分分离出来与空气介质结合被带出，表面水分的剥离导致污泥粉表面湿度小于内部湿度，促使泥粉内部水分快速渗出并再次与空气介质结合被带出，进一步降低污泥含水率至25%以下。最后经气粉分离系统，该系统设有三级旋风分离器和一级布袋除尘器，污泥干粉、湿空气因密度差别而被逐级分离。污泥干粉经旋风分离器分离后，收集在分离器底部，由旋转给料器连续排出后输送至储料仓。最后由皮带机、螺旋输送机输送至窑内焚烧。系统配套有微负压除臭系统，处置系统设备各处的污染性气体。

图2 板状污泥进行粉化干化

图3 协同处置板状污泥预处置系统工艺流程

板状污泥预处置系统设备包括螺旋输送机、机械污泥干化机、气固分离装置、收尘输送装置；工艺采用高度集成智能化控制，操作简单方便，采用管道式输送，其布局紧凑，占地面积小。通过机械污泥干化机及集成其它简单的设备来达到板状污泥预处置的目的，可解决板状污泥窑协同处置输送的难题，节约成本。系统各部分组成简介：

（1）板状污泥预处置系统的进料输送系统由皮带机和螺旋输送机组成，根据工艺布置需要，灵活配置，满足系统输送粗破物料的要求。

（2）板状污泥预处置系统的干化粉化系统是机械污泥干化机。机械污泥干化机应用了流体力学和空气动力学原理，通过组合式粉碎叶片高速旋转拍打污泥颗粒，并引入窑尾热风高速空气干化及进一步扰动、粉碎污泥颗粒，破坏泥与水的结合状态，改变泥水的结合度，使污泥的间隙水析出，从而烘干污泥中的表面水与间隙水。满足系统烘干、粉化板状污泥的要求。

（3）板状污泥预处置系统的气固分离系统由旋风收集器和防粘料的布袋收尘器组成。将由机械污泥干化机内出来的污泥粉与热空气分开，收集污泥干粉，并将热空气通过管道送入回转窑焚烧分解。机械污泥干化机内可能会残留少量干粉残渣，通过排渣口用螺旋输送机收集输送。

（4）板状污泥预处置系统的储仓主要用于暂时存储由气固分离系统收集的污泥干粉。

（5）板状污泥预处置系统的出料输送系统同样由皮带机和螺旋输送机组成，将污泥干粉从储仓输送至回转窑内焚烧替代部分燃料。

2 项目应用

该工艺系统已获取专利，专利号：ZL201920133334.4，在石家庄某制药厂和保定某热电厂的污泥处置项目中成功应用。石家庄某厂利用本系统对厂内含水率40%的废弃菌渣进行干化粉化后回收处理再利用，日处置量40 t，处置后的菌渣含水率降至15%，超出预期效果。保定某厂利用本系统对含水率60%的板状生活污泥进行干化粉化后作为部分替代燃料，处置后的板状污泥含水率降至25%，日处置量20 t，达到了预期效果。

3 结语

本系统采用了高度集成智能化控制，操作简单方便。通过机械污泥干化机及集成其它简单的设备来达到板状污泥预处置的目的，解决了板状污泥窑协同处置输送的难题，节约成本。同时利用该方法窑协同处置生活污泥大大降低了入窑水分，进一步减轻了水蒸气对回转窑运行的不利影响，增加了回转窑在协同处置生活污泥时的处置产量和窑系统运转稳定性。