双碳背景下“同济牌高压带机”藕合“低温干化”低碳创新工艺在污泥高干减量提质增效中的应用探讨
发布时间:2025-03-10 17:14:25 来源:中国给水排水 作者:本站编辑 浏览次数:

双碳背景下同济牌高压带机藕合低温干化低碳创新工艺在污泥高干减量提质增效中的应用探讨
杨文文1,阮燕霞1,魏宏斌2唐秀华1,刘立文1,黄健1
(1.上海中耀环保实业有限公司上海 2000922.同济大学环境科学与工程学院上海 200092


摘要:结合当前直接使用低温干化设备进行污泥减量干化能耗高、占地面积大等缺点,高压带式TJSD连续污泥深度脱水设备能耗低,占地面积小等特点,开发了同济牌高压带机+低温干化联用工艺。通过实际工程案例现场数据,对比研究了联用工艺和直接低温干化(进泥含水率为80%左右)的运行费用、单位功率去水量(SMER)、设备初投资和污泥处理量。结果表明,相比于直接采用低温干化工艺,联用工艺最多可节约运行费用33.4%以上,设备投资最高可降低30.3%以上,且随着低温干化设备出泥含水率的提高,节约效用更加显著。另外对于现有直接低温干化项目,通过增设高压带式连续污泥深度脱水设备最高可提升200%的污泥处理量。故同济牌高压带机+低温干化联用工艺从设备运行效率、运行费用、设备初投资和污泥处理量四个方面相比于直接低温干化均有较大优势,具备明显推广价值。

一、引言

20209月我国明确提出碳达峰 碳中和双碳)目标后,双碳成为环保领域又一目标。在此背景下,污泥脱水领域如何采用低碳创新技术实现污泥减量亦成为污泥脱水领域的重点任务。
 
目前,污泥的最终处置方式对污泥的含水率和pH值等指标均有严格的要求。国内污泥处置要求一般含水率在40~60%之间,且要求pH值在5~10之间。且近年来随着污泥焚烧或掺烧处置工艺运用推广,对前段处理后污泥热值均有一定要求,一方面不允许新增非热源绝干物质,另一方面又进一步降低含水率要求。在机械脱水工艺手段对降低污泥含水率存在其极限性的条件下,污泥干化工艺得到广泛应用,其中低温干化工艺应用较为广泛。低温干化工艺可在不使用任何化学药剂的前提下,将污泥含水率一次性降低到20%以下,但是其能源消耗高、烘干时间长、占地面积大
 
众所周知,机械脱水是污泥减量技术中代价小的脱水技术,高压带式TJSD连续污泥深度脱水采用最经济的机械脱水技术,基本不增加污泥的绝干量,满足污泥pH值达到处置的中性要求,可将含水率95%~99%污泥(新建项目)或80%左右(改造项目)的污泥降低至70%以下。同时,高压带式TJSD连续污泥深度脱水工艺连续自动运行、设备占地小、装机功率低等优点,决定其在提标改造项目当中尤为适用。
 
为克服直接使用低温干化技术时的上述缺点,本文通过项目现场实验和运营数据分析探究高压带式TJSD连续污泥深度脱水+低温干化联用工艺的技术和经济优势,为污泥减量处理提供一条新型可推广的低碳工艺路线。该工艺路线即可应用于新建项目,亦可在低温干化技术直接处理80%含水率污泥的项目中进行工艺技术改造。
 

二、“同济牌高压带机+低温干化”联用工艺简介

同济牌高压带式连续污泥深度脱水技术为同济大学专家学者针对国内污泥处理处置现状及需求开发的新型污泥减量、稳定化技术。对于改造项目,该技术先将固化剂与含水率为80%~85%的污泥混合,对污泥进行调理,再采用同济牌高压带机进行压滤处理,根据需要,处理后污泥的含水率可从80~85%降至55~70%(取决于污泥性质、药剂种类、药剂投加量,具体工艺流程详见图1)。高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术可以不添加任何生石灰或者铁盐前提下,将污泥从含水率80%~85%的污泥减量至含水率70%以下,处理后污泥的pH保持中性,且对污泥绝干量影响非常小。低温干化技术则是利用逆卡诺循环原理,将该循环产生的热量加热空气,加热后的高温低湿空气用于污泥烘干,该循环产生的冷量则用于冷凝空气中的水蒸气,在实现空气冷热闭式循环的同时也实现了污泥干化(见图2)。
 

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热泵低温干化原理图

为了进一步降低污泥含水率并降低污泥低温干化设备的投资和运行成本,同济大学专家学者及中耀环保再次创造性地将高压带式TJSD连续污泥深度脱水与低温干化技术联用。高压带式TJSD深度脱水+低温干化联用工艺在不添加生石灰等改性剂前提下,可将含水率从95%~99%污泥(新建项目)或80%左右(改造项目)的污泥降低至70%左右后再进入低温干化设备,最终将出泥含水率降低到10~60%(可调),污泥绝干量基本不增加,污泥干基热值高,pH呈中性,最终污泥的处置路径广。
 

三、联用工艺和直接采用低温干化两种工艺的技术经济对比分析

上节通过实验研究发现,同济牌高压带机+低温干化联用工艺相对于直接采用低温干化能够提高低温干化阶段的干化效率。本节仍以上文市政污水厂作为研究对象,首先对比采用联用工艺路线和直接采用低温干化两种工艺路线的整体运行费用及能效,再对两种工艺路线之间的设备初投资进行比较,全面讨论两种方案的技术经济性。
 
因为污泥最终处置方式不同,对污泥含水率要求不尽相同,故本节将讨论不同出泥含水率要求(系统进泥含水率均为80%,最终出泥含水率分别为60%50%40%30%)情况下,两种工艺路线的运行费用、SMER、设备初投资和污泥处理量。
 
联用工艺的运行费用包含高压带式TJSD连续污泥深度脱水系统电费、固化剂费、耗材费用,低温干化系统电费、耗材费用以及联用工艺人工费用;直接低温干化工艺运行费用则包含低温干化系统电费、耗材费用以及人工费用。联用工艺的SMER是包含高压带式连续污泥深度脱水及低温干化整体工艺的单位功率除湿量。
 

3.1 联用工艺和直接采用低温干化运行费用和能源利用效率比较

3给出了不同出泥含水率情况下单位80%污泥的运行费用。总体而言,联用工艺运行费用在不同出泥含水率要求下,相比于直接低温干化均有不同程度的降低,最高可降低35.3%,最低也可降低26.6%。且联用工艺年运行费用降低百分比总体上随着最终出泥含水提高而提高。因为在联用工艺中,随着最终出泥含水率的提高,运行费用相对高的低温干化阶段去水量比重逐步降低(见图8),从而降低了整体工艺的运行费用。另外,随着出泥含水率的降低,无论是联用工艺还是直接干化工艺运行费用绝对量都在逐步增加,但是直接干化工艺运行费用增加的绝对量显著大于联用工艺。
 

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不同出泥含水率条件下联用工艺中高压带式深度脱水机去水量和低温干化去水量

 

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不同出泥含水率时联用工艺和直接低温干化设备初投资当量

 

3.3 联用工艺对于现有直接使用低温干化项目改造的潜力分析

不同出泥含水率情况下,在现有低温干化机前端增设同济牌高压带机后,系统的污泥处理量变化见图7所示。增设高压带式TJSD连续污泥深度脱水设备后,污泥处理量提升显著,当出泥含水率分别为60%50%40%30%时,污泥处理量分别提升200%124%100%88%(见图7)。这对于直接采用低温干化工艺的现有项目污泥处理量提升和改造将有非常显著的效果。
 

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在现有低温干化机前端增设同济牌高压带机前后不同出泥含水率时污泥处理当量对比

 
根据我国建设部每年统计年鉴,我国年污水量均在不断增加,污泥的产生量也在不断增加,故提高污泥处理能力非常关键,而高压带式TJSD连续污泥深度脱水因占地面积小,在基本无需扩建原有厂房条件下即可完成污泥处理量的成倍提升,故高压带式TJSD连续污泥深度脱水+低温干化联用工艺是一条可推广的新型工艺路线。
 

四、结论

本文通过现场运行数据分析研究了单独低温干化工艺与同济牌高压带机+低温干化联用工艺的设备运行费用差别,同时从设备初投资、污泥处理量等角度分析了联用工艺的技术经济优势,主要得出如下结论:
a)相比于直接采用低温干化工艺,联用工艺最高可将整体工艺的SMER提高161.9%,运行费用最高可节约33.4%
b)相比于直接采用低温干化工艺,联用工艺的设备初投资最高可降低30.3%
c)对于直接采用低温干化的现有项目,通过增设同济牌高压带机,使整个工艺污泥处理量相比于直接低温干化最高可提升200%左右。




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