造纸污泥太阳能干化处理工艺设计.pdf

造纸污泥太阳能干化处理工艺设计 解清杰 1 钱学略 2 1. 江苏大学环境学院，江苏 镇江 212013;2. 康柯斯贸易 上海 有限公司，上海 201204 摘要太阳能作为一种清洁能源， 将其应用在造纸污泥干化中， 与传统干化工艺相比具有能耗低、 无污染、 运行费用低 廉、 操作简单、 运行安全稳定、 干化后的污泥仍保留原有的价值等特点。以某造纸污泥的干化为例， 介绍了该工艺的工 作原理及流程、 工艺单元设计等。 关键词 造纸污泥; 太阳能干化; 工艺设计 TREATMENT PROCESS DESIGN OF SOLAR DRYING OF PAPER MAKING SLUDGE Xie Qingjie1Qian Xuelue2 1. School of Environmental Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013， China; 2. Connflex Trade Shanghai Co. ，Ltd，Shanghai 201204， China AbstractSolar energy as a clean energy was used for paper making sludge drying. As compared with the traditional drying technology，it has advantages such as low energy demand，no pollution，and operation in low temperature，low operation cost， simple and safe operation，etc. This paper introduces its working principle，process，unit technological design. Keywordspaper making sludge;solar drying;process design 0引言 随着造纸工业的发展， 造纸废水产量逐年加大， 废水处理过程中污泥产量亦日益增加。而造纸污泥 造成的环境问题日益显露出来， 如易腐烂、 有恶臭、 不 便于运输、 处置难度大等， 因此必须对污泥进行减量 化、 稳定化、 无害化和资源化等处理。目前造纸废水 处理站一般对污泥进行了浓缩脱水处理， 但往往达不 到后续利用或深度处理的要求， 污泥的含水率仍较 高、 体积较大， 不仅增加了运输难度， 而且给后续的污 泥处置带来极大的不便。这些日益突出的问题， 使实 现污泥干化 /减量化变得更加迫切。 太阳能是一种清洁、 安全、 廉价、 可再生的绿色能 源， 取之不尽用之不竭。我国有丰富的太阳能资源， 大约 2 /3 国土的太阳能年辐射量接近或超过 5 000 MJ/m2， 相当于目前全年的煤、 石油、 天然气和各种柴 草等全部常规能源所提供能量的 2 000 多倍 ［ 1］。利 用太阳能对污泥进行干化处理具有节能降耗和减碳 的现实意义。本文基于海南省某纸浆企业的造纸污 泥资源化处置过程中的减量化要求， 参照太阳能干化 技术在其他行业的应用， 详细介绍了该企业造纸污泥 处置过程中的温室型太阳能干化工艺。 1造纸污泥特性 1. 1造纸污泥的来源 本工程涉及污泥主要来源于两部分 其一为该企 业废水处理单元产生的初沉污泥、 生化污泥及化学污 泥。其二为在建的文化纸生产线预计产生的污泥。 1. 2造纸污泥的处理规模与干化目标 根据业主提供的资料， 产自废水处理单元的初沉 污泥和生物污泥共计为355 m3/d， 含水率为 80 ; 来 自文化纸生产线的污泥为 260 m3/d， 含水率约 70 。 综上， 本设 计 处 理 规模按照700 m3/d 含水率 80 考虑。 本设计要求干化处理后污泥含水率降至 50 。 2温室型太阳能污泥干化新工艺介绍 2. 1温室型太阳能干化工艺原理 将机械脱水后 含水率约为 80 的污泥放置于 温室中， 利用太阳能蒸发污泥中的水分， 即可获得 40 ～ 50 的干化污泥， 脱水后的污泥在温室中主要 存在两种干化工艺 1 辐射干化。太阳能污泥干化系统以干燥的空 67 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 气作为热载体， 直接将太阳能转化为热能， 储存在空 气中使空气温度升高， 用热空气使污泥温度升高， 使 其内部水分得以向周围空气加速蒸发， 从而增加了污 泥表面的空气湿度， 甚至达到饱和。 2 通过自然循环和热风冲刷， 将温度内的湿空 气排出， 使污泥表面的湿度由原来的饱和状态进入非 饱和状态， 从而促使污泥内部水分进一步向周围空气 蒸发。为了增强集热效率和温室的保温隔热能力， 运 行中利用搅拌轮将污泥翻转平铺在地板上或增加强 制通风以提高蒸发效率。 2. 2太阳能干化的优势 1 太阳能干化与自然晾晒 大气干燥 相比其主 要优势是能较大幅度地缩短干燥时间， 同时温室型太 阳能污泥干化系统内污泥干化过程中产生的臭气易 于有效收集进行集中处理。 2 太阳能干化装置与采用常规能源的干化装置 相比具有以下优势 a. 节省燃料 因为该干化工艺基 本不消耗矿物燃料。b. 减少对环境的污染 我国大气 污染严重， 这主要源于煤， 石油等燃烧后的废气和烟 尘的排放， 采用太阳能干化， 在节约矿物燃料的同时， 又可以缓解环境压力。c. 运行费用低 就初投资而 言， 太阳能与常规能源干化二者相差不大。但是在系 统运行时， 采用常规能源的干化设备其燃料的费用是 很高的。若采用太阳能干燥， 设备投资 初投资 二 者相差不大， 但太阳能干化除风机消耗少量电能外， 太阳能是免费的。即使太阳能干化不能完全取代采 用常规能源的干化手段， 通过设计使二者有机结合， 使太阳能提供的能量占到总能量消耗的较大比例， 同 样可节约大量运行费用。 3 太阳能干化装置各部分工作温度属中低温， 操作简单、 安全可靠。 3造纸污泥太阳能干化工艺设计 3. 1干化工艺流程 卧螺离心机或带式过滤机形成的脱水污泥经过 自身的传动系统， 输送到皮带输送机上， 皮带输送机 把污泥输送到运输车上， 运输车运送污泥至污泥制肥 厂的温室型太阳能干化车间的污泥自动布料机的料 斗内， 污泥自动布料机把污泥均匀的布置在污泥太阳 能温室内。污泥自动布料机在温室大棚内自动完成 污泥的自动布料、 自动搅拌和干污泥的聚集。在温室 内， 热空气与污泥直接接触， 并以一定速度流过污泥 层， 在此过程中吸收污泥中的水分， 并将湿废气排出， 排出的湿废气经无害化后排放。最后由自动收料装 置把干污泥收集在一起。为加快污泥的干燥， 增加了 太阳能集热器和辅助地暖系统， 集热器产生的热风通 过风机或水泵输送到温室中。污泥太阳能干化系统 工艺流程如图 1 所示。 → → → → 脱水污泥运输车布料机太阳能干化温室干化污泥转运至制肥车间 ↓  集热器 ↑  地暖 图 1太阳能污泥干化系统流程 3. 2干化系统技术指标 1温室的温度。温室内的温度根据污泥干化要 求来决定， 本设计温室内气温常年不低于 30 ～ 50℃ 。 2 通风率。为了加快温室内的通风排湿能力， 降低干化时间。通风率保持在 80 ～ 100 。 3 透光率。为充分利用太阳辐射能， 透光率应 ≥70。 4 抗风载荷。海南地区应考虑台风的影响， 因 此系统设计可抗高达120 km/h的强风。 5 污泥指标。进泥含固率平均为 15 ～ 25 ; 出泥含固率根据要求的不同， 平均为 50 ～ 60 ; 干 化前污泥床高度为 10 ～ 30 mm; 干化后污泥床高度为 5 ～ 15 mm。 6 太阳能保障率。根据该纸浆厂所在地区气象 资料 区太阳辐射总量约为 87 103MJ/ m2a ， 总日 照时间为 3 328. 8 h/a， 平均每天日照为 9. 12 h， 太阳 辐射的利用系数为 0. 85。 3. 3干化系统设计 3. 3. 1干化温室设计 温室内按照污泥铺设厚度每层平均为 20 mm 设 计。则每日处理 700 t 污泥则需要温室面积为 700 0. 02 350 000 m2。 在满足强度、 刚度和使用寿命的前提下， 整个温 室的骨架采用轻型钢结构， 屋顶粱采用热镀锌钢管， 顶窗框架采用轻型铝合金， 立柱间距为 9. 6 m， 高为 6 m， 立柱材料选 100 mm 50 mm 2. 5 mm 方管， 在 77 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期 立柱顶端装有高 0. 45 m， 长 9. 6 m 的格沟梁， 格沟梁 由上下弧 50 mm 30 mm 2. 5 mm 方管 和斜撑 20 mm 20 mm 1. 2 mm 方管 焊接而成， 格沟梁 焊接后整体热镀锌。格沟梁每间隔 3. 2 m 安装有专 用的大流量的排水槽， 该水槽采用厚 2 ～ 5 mm 钢板 滚压而成， 它除了用于排水外， 还可供人行走， 以便 检修。 3. 3. 2太阳能集热器设计 1 污泥干燥所需热量的计算。处理每立方米原 脱水污泥蒸发水分 含水率由 80 降为 50 0. 3 t。 相当于将 0. 3t 水由室温 20℃ 加热成 100℃ 的水 蒸气需耗费的热能为 ［ 80 显热 619 潜热 ］ 300 876. 546 kJ。 2 太阳能单元集热器所产热量的计算。地球大 气外层的太阳光能量密度约为 1 kW /m2， 经大气吸 收、 散射、 折射、 反射， 到达地面后的阳光能量密度约 为 630 W /m2［ 2］。 单元集热器接收阳光的实际透光面积为 1m2 ， 本 装置的理论功率为 P 0. 63 1 0. 63 kW 单元集热器效率以 40 ～55 计， 则得热功率为 P得热 P 40 ～ P 55 0. 252 ～ 0. 3465 kW 在透明顶板的温室效应下， 集热器的效率会显著 提高， 实际得热功率 P得热’ P得热。假设该集热器每 天工作 8 h， 则该集热器一天内可转化有效热能为 Q日 P得热 60 60 8 7257. 6 ～ 9979. 2 kJ。 3 太阳能集热器面积的计算。该厂日处理污泥 量为 700 t， 需耗费的热量为 Q 700 876. 546 kJ 613582. 2 kJ 设该太阳能集热器实际透光面积为 A， 则 A Q/Q日 613 582.2/9 979.2 ～ 613 582.2/7 257.6 ≈ 61.49 ～ 84.54 m2 考虑最大值， A 实际 84. 5402 m2， 即需要 85 块 单元集热器。考虑一定的保障率， 设计采用 90 块单 元集热器。 3. 3. 3通风除湿系统设计 如前所述， 温室面积为 35 000 m2， 高度为 6 m， 按 照通风率为 80 ～ 100 计算， 则换气量为 180 000 m3/h。 3. 4其他 1 温室顶、 侧面全部采用厚 5 mm， 透光率在 85 以上的平板玻璃覆盖， 并设置有自动开窗装置， 窗户 开度的大小及方向由连接室内温度、 湿度、 风向、 风速 传感器的单片机来控制。在温室的顶部设有自动开 闭的透光率较小的外遮阳装置。 2 温室内铺设散热管进行地暖加温， 地暖热源 采用该纸浆企业锅炉余热或高温烟气。设计地表温 度大于 25℃ 。在夜晚或太阳能不足时根据需要启动 地暖系统。 3 集热器背面设有储热室可以暂存污泥， 通过 集热器底部的孔板将多余的热量传到储热室， 对脱水 后的污泥进行预热， 可以充分利用太阳能。 4 污泥传输方向与热空气形成逆流， 这样保证 了出口处干化污泥不受上方湿热空气的影响， 同时进 料口安装有污泥均布器， 以便使污泥均匀铺平， 受热 均匀。 5 干化时应将不同新鲜度的污泥分开， 只对新 鲜的污泥局部引风除臭。此外， 加入一定量的石灰可 以减弱臭气。 参考文献 ［1 ］ 顾忠民， 杨殿海. 太阳能污泥干化在欧洲的应用［J］ . 四川环 境， 2008， 27 6 93- 96. ［2 ］ Ulrich Luboschik. Solar sludge drying － based on the IST process ［J］. Renewable Energy， 1999， 16 4 785- 788. 作者通信处解清杰212013江苏省镇江市江苏大学环境学院 E- mailxieqingjie73 163. com 2010 － 04 － 07 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 30 页 ［8 ］ 李兴， 李畅游， 李卫平， 等. 内蒙古乌梁素海不同形态氮的时空 分布［J］ . 湖泊科学， 2009， 21 6 885- 890. ［9 ］ 周群英， 高延耀. 环境工程微生物学［M］ . 2 版. 北京 高等教育 出版社， 2002. ［ 10］ 胡川， 康升云. 蓝藻发生与控制方法初探［J］ . 江西水产科技， 2001， 88 35- 37. 作者通信处李兴010022呼和浩特市内蒙古师范大学 E- maillixingmm yahoo. com. cn 2010 － 05 － 07 收稿 87 环境工程 2010 年 12 月第 28 卷第 6 期