固废课设说明书-50万m3-d城市污水厂污泥脱水及干化处理工艺设计

课程设计50万m3/d城市污水厂污泥脱水及干化处理工艺设计课程名称固体废物处理与处置学生学院环境科学与工程学院目录前言 01设计概述1.1设计任务 11.2设计原则 11.3设计依据 12工艺流程及说明2.1工艺方案分析 22.2工艺流程 23污水污泥产生量与特性分析3.1污水污泥的产生量计算 33.2污泥的特性分析 34污水污泥压滤脱水与热干化处理系统总体设计 55污水污泥压滤脱水处理系统设计5.1板框式压滤机的概述 55.2板框式压滤机的工作流程 65.3板框式压滤机设计计算 85.3.1相关参数说明 85.3.2板框压滤机的选型计算 86污水污泥热干化处理系统设计6.1污泥热干化概述 106.1.1热干化的含义 106.1.2热干化的意义 106.2污泥热干化的计算 106.2.1物料衡算 106.2.2污泥干燥耗热量计算 116.3热干化设备选型 116.4热干化相关数据汇总表 137热源供给和回收系统设计7.1供给热源的选择 147.2热回收系统设计 14参考文献 16附录 16前言污水处理厂的污泥处理处置是我国环境治理面临的非常迫切的问题，城市污水厂污泥(以下简称污泥)由于含有各种病原体、重金属等有毒有害物质,必须要进行处理处置。同时,随着我国城市污水处理率的不断增加,污泥的产量呈急剧上升趋势,污泥的处理处置已成为制约许多城市发展的主要因素。污泥处理处置的目标是实现减量化、稳定化和无害化，尽量回收和利用污泥中的能源和资源。在安全、环保和经济的前提下合理实现污泥的处理处置以及综合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的。本设计要求处理某污水处理厂的污泥，污水厂规模为50万立方米/日，配套建设污泥处理系统，折合干基污泥约75吨/日。将在厂内新建污泥脱水干化车间，配套物料分选系统、板框压滤系统、热干化系统、热源供给和回收系统、废气净化除湿系统，生物除臭系统，以及浓缩、调理、出料等相关辅助设备。污泥在厂内进行处理后，含水率从原来的80%以上，降低到30%~40%。本设计主要对污泥的压滤脱水与热干化处理系统作详细设计计算。设计概述 1.1设计任务 本次课程设计的主要任务是完成某城市污水厂的污泥脱水及干化处理工艺设计，处理水量为50万m3/d，折合成干基污泥重量为75吨/d。工程设计内容包括：细化工艺流程选定参数计算绘制符合规范的工程图编制设计说明书1.2设计原则严格执行国家有关环境保护的各项法规。采用先进、成熟、合理、可靠、节能的工艺，确保处理量及水质排放达到标准。符合固体废物处理处置三化原则“减量化”、“无害化”、“资源化”流程布局合理，整体感强，外观装饰美观大方，环境绿化优美。在上述前提下，做到投资少，运行费用低的效果1.3设计依据《中华人民共和国环境保护法》；《中华人民共和国固体废物环境污染防治法》（205.04.01）；《广东省固体废物污染环境防治条例》（2004.05.01）；《中华人民共和国固体废物环境污染防治法》（205.04.01）；《总图制图标准》（GB/T50103－2001）；《建筑制图标准》（GB/T50104－2001）；《建筑结构制图标准》（GB/T50105－2001）；《给水排水制图标准》（GB/T50106－2001）。2工艺流程及说明 2.1工艺方案分析 本设计的城市污泥干化处理主要由污泥压滤脱水及热干化处理组成。城市污泥处理量大，含水率高，有机物含量高，有害物质、重金属等较少，因此可以采用干化手段把污泥的含水率从90%以上减少为30—40%，大大减少污泥重量及体积量，方便运输处置。2.2工艺流程臭味剩余污泥初沉污泥集泥池污泥脱水污泥热干化堆放间外运上清液上清液3污水污泥产生量与特性分析3.1污水污泥的产生量计算污泥量的计算，可根据有关的设计手册，或根据处理工艺流程进行泥料平衡推算，最好是对类似处理厂进行实际测定。污泥的数量是处理构筑物工艺尺寸计算的重要数据。由于污泥性能参数未知，故本设计采用经验数据进行计算。表3-1是计算城市污水厂的污泥量时常采用的经验数据。[1]表3-1城市污水厂的污泥量污泥来源污泥量/（L·m-3）含水率/%密度/（kg·L-1）沉砂池的沉砂0.03601.5初沉池14-2595-97.51.015-1.02生物膜法7-1996-981.02活性污泥法10-2199.2-99.61.005-1.008本设计计算的污泥来源分为初沉污泥和活性污泥剩余污泥。初沉污泥量：取污泥量标准为14L·m-3，含水率为97%，密度为1.015kg·L-1。/d剩余污泥量：取污泥量为10L·m-3，含水率为99.5%，密度为1.005kg·L-1。/d总污泥量：/d3.2污泥的特性分析污泥的性质主要包括：污泥的含水率与含固量，污泥的脱水性能，挥发性固体和固定碳，污泥的可消化程度，湿污泥的密度与干污泥的密度，污泥的肥分，污泥的燃烧价值等。作为污泥浓缩和脱水的重要参数，以下主要介绍污泥的含水率与含固率、污泥密度、污泥比阻与污泥压缩系数等。（1）含水率与含固率污泥含水量用含水率表示，即单位质量的污泥所含水分的质量分数。固体物质在单位质量污泥中所含的质量分数，称为含固率。通常污泥的含水率很高而含固率很低，其状态表现为柔软的半固态状。在污泥的浓缩和脱水过程中，体积、质量及其中干固体含量之间的关系，可用下式换算：式中，p为污泥含水率，w、W、C分别为污泥体积、质量及固体物浓度。该式适用于含水率在65%以上的污泥。当污泥的含水率降低到污泥颗粒之间的空隙不再被水填满时，就形成了泥饼。除了有些固结外，泥饼的体积大体保持不变。泥饼的体积可用下式计算：式中，w为泥饼体积，L；Ws为污泥中干固体质量，kg；ρw为水的密度，kg/L；γs为干固体相对密度；ε为污泥空隙率，一般为40%-50%。密度污泥的密度指的是单位体积污泥的质量，其数值也常用相对密度，即污泥与水（标准状态）的密度之比来表达。污泥相对密度与污泥干固体密度的关系如下：式中，γ为污泥的相对密度；p为污泥含水率；γs为污泥中干固体相对密度。（3）比阻和压缩系数根据污泥中所含水分与污泥结合的情况，污泥中所含水分可分为自由水和结合水两大类。污泥的脱水性能一般用污泥的比阻来衡量，比阻越大的污泥越难脱水。比阻为单位过滤面积上，滤饼上单位固体质量所受到的阻力，其单位为m/kg。压缩系数s用来反映污泥的渗滤性质，压缩系数大的污泥，其比阻随过滤压力的升高而上升较快。[2]4污水污泥压滤脱水与热干化处理系统总体设计本设计采用板框压滤系统及热干化系统对污泥进行浓缩。污泥经板框压滤处理后含水率要从98%降到65%-70%，随后进行热干化处理，使污泥最终含水率降到30%-40%，处理后堆放在污泥堆放间存储，等待后续的运输及污泥处置。5污水污泥压滤脱水处理系统设计5.1板框式压滤机的概述本设计采用自动板框压滤机对污泥进行脱水处理。图5-1板框式压滤机板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水的目的。它主要由凹入式铝板、框架、自动-气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置构成。设备选型时，应考虑一下几个方面。对泥饼含固率的要求。一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达35%，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。框架的材质。滤板及滤布的材质。要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。滤板的移动方式。要求可以通过液压-气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。与其他形式脱水机相比，板框式压滤机最大的缺点是占地面积较大。[3]图5-2板框式压滤机结构示意图5.2板框式压滤机的工作流程压滤机的出液方式有明流和暗流两种形式。滤液从每块滤板的出液孔直接排除机外，此种形式称为明流式；若各块滤板的滤液汇合后由出液孔道排除机外，则称为暗流式。压滤机根据是否需要洗涤滤饼又可分为可洗和不可洗两种形式。本设计的压滤机为暗流可洗。下面分析暗流可洗压滤机的流程：图5-3图5-4图5-55.3板框式压滤机设计计算5.3.1相关参数说明总污泥处理量为1.2万m3/d，含水率为98%，要求泥饼含水率达65%。5.3.2污泥经过板框压滤机后体积V2—压滤后体积V1—压滤前体积5.3.2板框压滤机的选型计算已知设备需要工作16小时，板框压滤机每次工作周期为70min，即一天内板框压滤机工作13个周期。过滤面积标准：按国标生产制造的压滤机的过滤面积每平方等价于15L的固体容积，则板框式压滤机过滤室总容积为：图5-6为部分板框压滤机型号参数。根据计算，选择YZ15-200型号的板框式压滤机，过滤面积为200m2，循环周期为70min。图5-6板框式压滤机型号参数表6污水污泥热干化处理系统设计6.1污泥热干化概述6.1.1热干化的含义污泥热干化技术是指利用热介质（高温烟气、蒸汽或导热油等），通过专门的工艺和设备，直接或间接加热污泥，使污泥中全部或部分水分蒸发的一种工艺。6.1.2热干化的意义污泥干化可以降低污泥含水率，稳定污泥剩余物质，极大的去除恶臭味和病原生物，减少污泥体积，同时提高热值，保留营养成分；可作为颗粒肥料，也可进一步焚烧及土地改良，其热值可以代替部分能源。因此，污泥干化是污泥处理处置技术的前提和关键所在。6.2污泥热干化计算6.2.1物料衡算污泥在干燥器中被蒸发的水分质量等于干燥前湿污泥质量W1、后湿污泥质量W2之差，即[4]Ww—干燥器中被蒸发的水分质量，kg；W—污泥中干固体的质量，kg，；C1—干燥前的干基含水率，%，；C2—干燥后的干基含水率，%，。则干燥器中被蒸发的水分质量为：6.2.2污泥干燥耗热量计算压滤后污泥的体积为684m3（约为684kg），含水率为65%，需经干燥至含水率为30%。由表6-1可得污泥耗热总量为：表6-1污泥干燥耗能量表污泥种类耗热量/（kcal/kg）污泥种类耗热量/（kcal/kg）初次沉淀污泥2221初次沉淀污泥与腐殖污泥混合2780初次沉淀污泥与活性污泥混合3890新鲜活性污泥43906.3热干化设备选型污泥干燥设备有多种类型。按干燥戒指与污泥接触的方式可分为直接加热式、间接加热式和直-间接联合式干燥。按干燥介质和污泥的流动方向可分为并流、逆流和错流式三种。按设备形式分为转鼓式、转盘式、带式、离心干化机、流化床等多种形式。按干化设备进料方式和产品形态分为两类：一类是干料返混系统，即湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合，产品为球状颗粒；另一类是湿污泥直接进料，产品多为粉末。图6-1常用污泥热干化技术适应性比较本设计采用带返料、直接加热转鼓式干燥系统。该系统具有生产能力大，干燥时间短，出料含湿量低的优点，由于物料在气流中高度分赛，颗粒的全部表面积为干燥的有效面积。但是能耗大，热风量大，冷凝水处理量大，投资运行成本高，结构复杂，占地面积较大。图6-2转筒干燥器简图图6-3带返料、直接加热转鼓式干燥系统流程该系统的特点是在无氧环境中操作，干化污泥颗粒粒径可以控制，气体循环利用，减少了尾气的处理成本。6.4热干化相关数据汇总表一、设计条件收集表序号项目参数1物料名称城市污水厂污泥2初水分约65%3终水分30%4处理量1T/h5热源燃气导热油炉导热油6蒸汽温度按180-220℃7污泥排出温度70℃以下8材质要求碳钢二、设计参数的确定序号项目参数1初水分p1约65%2终水分p2约30%3水分蒸发量W水=1072.5kg/d4设计处理量G处理=1000kg/h5热媒（导热油）温度按t1=200℃6出风温度t2=90℃7环境温度按t0=20℃计算8环境空气含湿量按d=0.015kg水/kg干空气计算9进料温度按θ1=t0=20℃10产品温度θ2=85-20=60℃11绝干产品的比热可查Cs=0.4kcal/kg.℃7热源供给和回收系统设计7.1供给热源的选择无论是对流加热还是传导加热，污泥干化的原动力始终是热能的输入，而热能的成本占到污泥干化的60%-75%，甚至更高，因此设计中干化热源的选择十分重要。选择热源方案需符合国家政策、并遵循因地制宜、循环利用、稳定供应、满足环保、运行经济的原则。经比较，由于本设计处理量较大，选用高温烟气制热作为热源，制热成本大约为92.55元/t。7.2热回收系统设计由于热能利用率并不能百分百的利用，所以会产生部分余热。余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在耗能装置中，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。本设计采用压缩式多级热回收系统，该系统的工艺流程如图7-1所示。原理简述：从膨胀阀来的低压液态工作介质在蒸发器中吸收（回收）循环的湿热空气热能，蒸发为低温低压工作介质蒸汽（同时，湿热空气被冷却为低温饱和空气，湿热空气中的大部分水蒸气冷凝为水排放）；该工质蒸汽在热泵压缩机作用下，将低温工作介质蒸汽压缩为高温高压工作介质蒸汽；高温工质蒸汽在冷凝器中与低温饱和空气换热凝结为高压液态工作介质（同时，低温饱和空气被加热为高温干燥空气）；高温干燥空气对污泥进行干燥，形成湿热空气，进入蒸发器，完成干燥媒介空气的循环（同时，高压液态工作介质经过膨胀阀，成为低压液态工作介质，完成工作介质的循环）；在本污泥压缩式多级气源热泵干化系统中，为了尽可能回收湿热空气中的热能，装置巧妙的增加了两只串联的回热器，回热器使湿热空气预降温脱出水分的放出热能用于饱