造紙污泥太陽(yáng)能干化處理工藝設(shè)計(jì)
摘 要: 太陽(yáng)能作為一種清潔能源，將其應(yīng)用在造紙污泥干化中，與傳統(tǒng)干化工藝相比具有能耗低、無(wú)污染、運(yùn)行費(fèi)用低廉、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全穩(wěn)定、干化后的污泥仍保留原有的價(jià)值等特點(diǎn)。本文以某造紙污泥的干化為例，介紹了該工藝的工作原理及流程，工藝單元設(shè)計(jì)等。
0 引言
隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，造紙廢水產(chǎn)量逐年加大，廢水處理過(guò)程中污泥產(chǎn)量亦日益增加。而造紙污泥造成的環(huán)境問(wèn)題日益顯露出來(lái)，如易腐爛、有惡臭、不便于運(yùn)輸、處置難度大等，因此必須對(duì)污泥進(jìn)行減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化等處理。目前造紙廢水處理站一般對(duì)污泥進(jìn)行了濃縮脫水處理，但往往達(dá)不到后續(xù)利用或深度處理的要求，污泥的含水率仍較高、體積較大，不僅增加了運(yùn)輸難度，而且給后續(xù)的污泥處置帶來(lái)*的不便。這些日益突出的問(wèn)題，使實(shí)現(xiàn)污泥干化/減量化變得更加迫切。
太陽(yáng)能是一種清潔、安全、廉價(jià)、可再生的綠色能源，取之不盡用之不竭。我國(guó)有豐富的太陽(yáng)能資源，大約2/3國(guó)土的太陽(yáng)能年輻射量接近或超過(guò)5000MJ/m2，相當(dāng)于目前全年的煤、石油、天然氣和各種柴草等全部常規(guī)能源所提供能量的2000多倍。利用太陽(yáng)能對(duì)污泥進(jìn)行干化處理具有節(jié)能降耗和減碳的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于海南省某紙漿企業(yè)的造紙污泥資源化處置過(guò)程中的減量化要求，參照太陽(yáng)能干化技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了該企業(yè)造紙污泥處置過(guò)程中的溫室型太陽(yáng)能干化工藝。
1 造紙污泥特性
1.1 造紙污泥的來(lái)源
本工程涉及污泥主要來(lái)源于兩部分：其一為該企業(yè)廢水處理單元產(chǎn)生的初沉污泥、生化污泥及化學(xué)污泥。其二為在建的文化紙生產(chǎn)線預(yù)計(jì)產(chǎn)生的污泥。
1.2 造紙污泥的處理規(guī)模與干化目標(biāo)
根據(jù)業(yè)主提供的資料，產(chǎn)自廢水處理單元的初沉污泥和生物污泥共計(jì)為355噸/天，含水率80%；來(lái)自文化紙生產(chǎn)線的污泥約為 260噸/天，含水率約70%。
綜上，本設(shè)計(jì)處理規(guī)模按照700噸/天（含水率80%）考慮。
本設(shè)計(jì)要求干化處理后污泥含水率降至50%。
2 溫室型太陽(yáng)能污泥干化新工藝介紹
2.1 溫室型太陽(yáng)能干化工作原理
將機(jī)械脫水后（含水率約為80%）的污泥放置于溫室中，利用太陽(yáng)能蒸發(fā)污泥中的水份,即可獲得40-50%的干化污泥，脫水后的污泥在溫室中主要存在兩種干化工藝：（1）輻射干化。太陽(yáng)能污泥干化系統(tǒng)以干燥的空氣作為熱載體，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，儲(chǔ)存在空氣中使空氣溫度升高，用熱空氣使污泥溫度升高，使其內(nèi)部水分得以向周圍空氣加速蒸發(fā)，從而增加了污泥表面的空氣濕度，甚至達(dá)到飽和；（2）通過(guò)自然循環(huán)和熱風(fēng)沖刷，將溫度內(nèi)的濕空氣排出，使污泥表面的濕度由原來(lái)的飽和狀態(tài)進(jìn)入非飽和狀態(tài)，從而促使污泥內(nèi)部水分進(jìn)一步向周圍空氣蒸發(fā)。為了增強(qiáng)集熱效率和溫室的保溫隔熱能力，運(yùn)行中利用攪拌輪將污泥翻轉(zhuǎn)平鋪在地板上或增加強(qiáng)制通風(fēng)以提高蒸發(fā)效率。
2.2太陽(yáng)能干化的優(yōu)勢(shì)
（1）太陽(yáng)能干化與自然晾曬（大氣干燥）相比其主要優(yōu)勢(shì)是能較大幅度的縮短干燥時(shí)間，同時(shí)溫室型太陽(yáng)能污泥干化系統(tǒng)內(nèi)污泥干化過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣易于有效收集進(jìn)行集中處理。
（2）太陽(yáng)能干化裝置與采用常規(guī)能源的干化裝置相比具有以下優(yōu)勢(shì)：①節(jié)省燃料：因?yàn)樵摳苫に嚮静幌牡V物燃料。②減少對(duì)環(huán)境的污染：我國(guó)大氣污染嚴(yán)重，這主要源于煤，石油等燃燒后的廢氣和煙塵的排放，采用太陽(yáng)能干化，在節(jié)約礦物燃料的同時(shí)，又可以緩解環(huán)境壓力。③運(yùn)行費(fèi)用低就初投資而言，太陽(yáng)能與常規(guī)能源干化二者相差不大。但是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采用常規(guī)能源的干化設(shè)備其燃料的費(fèi)用是很高的。若采用太陽(yáng)能干燥，設(shè)備投資（初投資）二者相差不大，但太陽(yáng)能干化除風(fēng)機(jī)消耗少量電能外，太陽(yáng)能是免費(fèi)的。即使太陽(yáng)能干化不能*取代采用常規(guī)能源的干化手段，通過(guò)設(shè)計(jì)使二者有機(jī)結(jié)合，使太陽(yáng)能提供的能量占到總能量消耗的較大比例，同樣可節(jié)約大量運(yùn)行費(fèi)用。
（3）太陽(yáng)能干化裝置各部分工作溫度屬中低溫，操作簡(jiǎn)單、安全可靠。
3 造紙污泥太陽(yáng)能干化工藝設(shè)計(jì)
3.1 干化工藝流程
臥螺離心機(jī)或帶式過(guò)濾機(jī)形成的脫水污泥經(jīng)過(guò)自身的傳動(dòng)系統(tǒng)，輸送到皮帶輸送機(jī)上，皮帶輸送機(jī)把污泥輸送到運(yùn)輸車上,運(yùn)輸車運(yùn)送污泥至污泥制肥廠的溫室型太陽(yáng)能干化車間的污泥自動(dòng)布料機(jī)的料斗內(nèi)，污泥自動(dòng)布料機(jī)把污泥均勻的布置在污泥太陽(yáng)能溫室內(nèi)。污泥自動(dòng)布料機(jī)在溫室大棚內(nèi)自動(dòng)完成污泥的自動(dòng)布料、自動(dòng)攪拌和干污泥的聚集。在溫室內(nèi)，熱空氣與污泥直接接觸，并以一定速度流過(guò)污泥層，在此過(guò)程中吸收污泥中的水分，并將濕氣排出，排出的濕廢氣經(jīng)無(wú)害化后排放。zui后由自動(dòng)收料裝置把干污泥收集在一起。為加快污泥的干燥，增加了太陽(yáng)能集熱器和輔助地暖系統(tǒng)，集熱器產(chǎn)生的熱風(fēng)通過(guò)風(fēng)機(jī)或水泵輸送到溫室中。污泥太陽(yáng)能干化系統(tǒng)工藝流程如圖1所示：
集熱器
脫水污泥→運(yùn)輸車→布料機(jī)→太陽(yáng)能干化溫室→干化污泥轉(zhuǎn)運(yùn)至制肥車間
地暖
圖1 太陽(yáng)能污泥干化系統(tǒng)流程圖
3.2 干化系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
（1） 溫室的溫度
溫室內(nèi)的溫度根據(jù)污泥干化要求來(lái)決定，本設(shè)計(jì)溫室內(nèi)氣溫常年不低于30-50℃。
（2）通風(fēng)率
為了加快溫室內(nèi)的通風(fēng)排濕能力，降低干化時(shí)間。通風(fēng)率保持在80%～*。
（3）透光率
為充分利用太陽(yáng)輻射能，透光率應(yīng)≥70。
（4）抗風(fēng)載荷
海南地區(qū)應(yīng)考慮臺(tái)風(fēng)的影響，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)可抗高達(dá)120km/h的強(qiáng)風(fēng)。
（5）污泥指標(biāo)
進(jìn)泥含固率：平均15-25%；出泥含固率：根據(jù)要求的不同，平均50-60%；干化前污泥床高度：10-30mm；干化后污泥床高度：5-15mm。
（6）太陽(yáng)能保障率
根據(jù)該紙漿廠所在地區(qū)氣象資料：區(qū)太陽(yáng)輻射總量約為87 x 103MJ/（m·a），總?cè)照諘r(shí)間約為3328.8 h/a，平均每天日照為9.12h，太陽(yáng)輻射的利用系數(shù)為0.85。
（7）自動(dòng)化程度
自動(dòng)測(cè)量溫度、風(fēng)力，自動(dòng)控制天窗開啟和遮陽(yáng)裝置。
3.3干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.3.1干化溫室設(shè)計(jì)
溫室內(nèi)按照污泥鋪設(shè)厚度平均為20mm/層設(shè)計(jì)。則每日處理700噸污泥則需要溫室面積為：700÷0.02=350000㎡。
在滿足強(qiáng)度、剛度和使用壽命的前提下，整個(gè)溫室的骨架采用輕型鋼結(jié)構(gòu)，屋頂粱采用熱鍍鋅鋼管，頂窗框架采用輕型鋁合金，立柱間距9.6 m，高6m，立柱材料選100 mm×50 mm×2.5 mm 方管，在立柱頂端裝有高0．45m，長(zhǎng)9.6m的格溝梁，格溝梁由上下弧（50 mm×30 mm×2.5 mm方管）和斜撐（20 mm×20 mm×1.2 mm 方管）焊接麗成，格溝梁焊接后整體熱鍍鋅。格溝梁每間隔3.2 m 安裝有的大流量的排水槽，該水槽采用厚2-5 mm 鋼板滾壓而成，它除了用于排水外，還可供人行走，以便檢修。
3.3.2太陽(yáng)能集熱器設(shè)計(jì)
（1）污泥干燥所需熱量的計(jì)算
處理每噸原脫水污泥蒸發(fā)水分（含水率有80%降為50%）0.3t。
相當(dāng)于將0.3t水由室溫20℃加熱成100℃的水蒸氣需耗費(fèi)的熱能為：
[80（顯熱）+619（潛熱）]×300=209700kcal=876.546KJ（1kcal=4.18J下同）。
（2）太陽(yáng)能單元集熱器所產(chǎn)熱量的計(jì)算
地球大氣外層的太陽(yáng)光能量密度約為1kw/㎡，經(jīng)大氣吸收、散射、折射、反射，到達(dá)地面后的陽(yáng)光能量密度約為630w/㎡[2]。
單元集熱器接收陽(yáng)光的實(shí)際透光面積為1㎡，本裝置的理論功率為：
P= 0.63×1=0.63kw
單元集熱器效率以40%～55%計(jì)，則得熱功率為：
P得熱=P×40%～P×55%=0.252～0.3465kw
在透明頂板的溫室效應(yīng)下，集熱器的效率會(huì)顯著提高，實(shí)際得熱功率P得熱’>P得熱。假設(shè)該集熱器每天工作8h，則該集熱器一天內(nèi)可轉(zhuǎn)化有效熱能為：
Q日=P得熱×60×60×8=7257.6～9979.2KJ。
（3）太陽(yáng)能集熱器面積的計(jì)算
該廠日處理污泥量為700噸，需耗費(fèi)的熱量為：
Q=700×876.546KJ=613582.2KJ
設(shè)該太陽(yáng)能集熱器實(shí)際透光面積為A，則：
A=Q/Q日=613582.2/9979.2～613582.2/7257.6≈61.49～84.54㎡
考慮zui大值，A實(shí)際=84.54.02㎡，即需要85塊單元集熱器?？紤]一定的保障率，設(shè)計(jì)采用90塊單元集熱器。
3.3.3通風(fēng)除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如前所述，溫室面積35000㎡，高度6m，按照通風(fēng)率80%～*計(jì)算，則換氣量180000立方米/h，除濕風(fēng)機(jī)需要
3.4其他
（1）溫室頂、側(cè)面全部采用厚5 mm，透光率在85 以上的平板玻璃覆蓋，并設(shè)置有自動(dòng)開窗裝置，窗戶開度的大小及方向由連接室內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的單板機(jī)來(lái)控制。在溫室的頂部設(shè)有自動(dòng)開閉的透光率較小的外遮陽(yáng)裝置。
（2）溫室內(nèi)鋪設(shè)散熱管進(jìn)行地暖加溫，地暖熱源采用該紙漿企業(yè)鍋爐余熱或高溫?zé)煔?。設(shè)計(jì)地表溫度大于25℃。在夜晚或太陽(yáng)能不足時(shí)根據(jù)需要啟動(dòng)地暖系統(tǒng)。
（3）集熱器背面設(shè)有儲(chǔ)熱室可以暫存污泥，通過(guò)集熱器底部的孔板將多余的熱量傳到儲(chǔ)熱室，對(duì)脫水后的污泥進(jìn)行預(yù)熱，可以充分利用太陽(yáng)能。
（4）污泥傳輸方向與熱空氣形成逆流，這樣保證了出口處干化污泥不受上方濕熱空氣的影響，同時(shí)進(jìn)料口安裝有污泥均布器，以便使污泥均勻鋪平，受熱均勻。
（5）干化時(shí)應(yīng)將不同新鮮度的污泥分開，只對(duì)新鮮的污泥局部引風(fēng)除臭。此外，加入一定量的石灰可以減弱臭氣。
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