城市污泥好氧发酵工艺能耗分析及其脱水研究

摘要

好氧发酵是城市污泥处理的主要工艺之一。城市污泥经过好氧发酵后土地利用，能够实现污泥的无害化、减量化、资源化目标，具有投资小、运行成本低、资源再利用等优点。能耗是污泥处理工艺选择的重要参数，在一定程度上反映了工艺本身节能减排程度；同时能耗成本又是污泥好氧发酵工程运行成本的重要组成部分，调查污泥好氧发酵工艺能耗对于污泥处理技术路线的选择具有重要意义。脱除水分是污泥好氧发酵工艺的重要目标，实现污泥减量化，便于运输与后续处置。 本文介绍了智能控制好氧发酵工艺（CTB工艺）在大型城市污泥处理工程中的应用，调查我国两座典型智能控制污泥好氧发酵工程的能耗水平，并对其主要能耗点进行了识别；同时识别污泥好氧发酵工程能耗的影响因素，运用层次分析法对调查的污泥好氧发酵工程的能耗进行了评价。研究了污泥好氧发酵工艺过程中的脱水过程及脱水能耗，气象因子对污泥好氧发酵工艺脱水效果的影响，对于优化污泥好氧发酵工艺、降低能源消耗水平提供理论依据和数据支撑，主要研究结论如下： （1）上海松江和青岛小涧西两座城市污泥好氧发酵工程的电耗分别为64.5 kWh/t湿污泥、36.8 kWh/t湿污泥，油耗分别为1.16L/t湿污泥、2.01L/t湿污泥。在物料混合、发酵、除臭等主要工艺环节中，除臭单元电耗占工程总电耗比例最大，上海松江工程和青岛小涧西工程中除臭单元电耗占整个污泥好氧发酵工程总电耗分别为69.1%和66.8%，其次是发酵单元，混料单元最小。从用电设备能耗情况来看，曝气鼓风机和除臭离心风机是城市污泥好氧发酵工程的主要能耗点，这应是未来进行节能降耗的重点。 （2）污泥好氧发酵工程能耗与设计处理规模、发酵周期、设计平面布置、智能控制化程度、处理设备能量转化效率、实际混合含水率、控制与管理水平、脱水率、臭气排放标准等因素关系密切。其中，设计处理规模、发酵周期、脱水率这三部分在污泥好氧发酵工程能耗评价体系中所占权重最大，分别为0.38、0.21、0.13，也是污泥好氧发酵工程能耗中应关注的重点。 （3）污泥生物干化工艺的各阶段中，高温期和二次升温期是水分脱除的主要阶段，升温期和高温期是脱水效率的峰值期。污泥生物干化工艺脱水的能耗约为178.21kJ/kg水，约是热干化工艺脱水能耗的5%~6%，是太阳能干化的1.7~2.0倍。 （4）全年城市污泥好氧发酵工程生产运营中，4~9月份是物料含水率减少量的高峰期，其中7月份含水率减少量达到最大值22.78%。气温、相对湿度与物料含水率减少量呈显著正相关，而气压与物料含水率减少量呈显著负相关。从气象因子对污泥好氧发酵工艺脱水效果影响权重看，相对湿度影响最大，其次是气压，气温影响最小。