固廢課設(shè)說(shuō)明書-50萬(wàn)m3-d城市污水廠污泥脫水及干化處理工藝設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)50萬(wàn)m3/d城市污水廠污泥脫水及干化處理工藝設(shè)計(jì)課程名稱固體廢物處理與處置學(xué)生學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院目錄前言 01設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 11.2設(shè)計(jì)原則 11.3設(shè)計(jì)依據(jù) 12工藝流程及說(shuō)明2.1工藝方案分析 22.2工藝流程 23污水污泥產(chǎn)生量與特性分析3.1污水污泥的產(chǎn)生量計(jì)算 33.2污泥的特性分析 34污水污泥壓濾脫水與熱干化處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 55污水污泥壓濾脫水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1板框式壓濾機(jī)的概述 55.2板框式壓濾機(jī)的工作流程 65.3板框式壓濾機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 85.3.1相關(guān)參數(shù)說(shuō)明 85.3.2板框壓濾機(jī)的選型計(jì)算 86污水污泥熱干化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1污泥熱干化概述 106.1.1熱干化的含義 106.1.2熱干化的意義 106.2污泥熱干化的計(jì)算 106.2.1物料衡算 106.2.2污泥干燥耗熱量計(jì)算 116.3熱干化設(shè)備選型 116.4熱干化相關(guān)數(shù)據(jù)匯總表 137熱源供給和回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1供給熱源的選擇 147.2熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14參考文獻(xiàn) 16附錄 16前言污水處理廠的污泥處理處置是我國(guó)環(huán)境治理面臨的非常迫切的問(wèn)題，城市污水廠污泥(以下簡(jiǎn)稱污泥)由于含有各種病原體、重金屬等有毒有害物質(zhì),必須要進(jìn)行處理處置。同時(shí),隨著我國(guó)城市污水處理率的不斷增加,污泥的產(chǎn)量呈急劇上升趨勢(shì),污泥的處理處置已成為制約許多城市發(fā)展的主要因素。污泥處理處置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化，盡量回收和利用污泥中的能源和資源。在安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的前提下合理實(shí)現(xiàn)污泥的處理處置以及綜合利用，達(dá)到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。本設(shè)計(jì)要求處理某污水處理廠的污泥，污水廠規(guī)模為50萬(wàn)立方米/日，配套建設(shè)污泥處理系統(tǒng)，折合干基污泥約75噸/日。將在廠內(nèi)新建污泥脫水干化車間，配套物料分選系統(tǒng)、板框壓濾系統(tǒng)、熱干化系統(tǒng)、熱源供給和回收系統(tǒng)、廢氣凈化除濕系統(tǒng)，生物除臭系統(tǒng)，以及濃縮、調(diào)理、出料等相關(guān)輔助設(shè)備。污泥在廠內(nèi)進(jìn)行處理后，含水率從原來(lái)的80%以上，降低到30%~40%。本設(shè)計(jì)主要對(duì)污泥的壓濾脫水與熱干化處理系統(tǒng)作詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)概述 1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成某城市污水廠的污泥脫水及干化處理工藝設(shè)計(jì)，處理水量為50萬(wàn)m3/d，折合成干基污泥重量為75噸/d。工程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：細(xì)化工藝流程選定參數(shù)計(jì)算繪制符合規(guī)范的工程圖編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書1.2設(shè)計(jì)原則嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)法規(guī)。采用先進(jìn)、成熟、合理、可靠、節(jié)能的工藝，確保處理量及水質(zhì)排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。符合固體廢物處理處置三化原則“減量化”、“無(wú)害化”、“資源化”流程布局合理，整體感強(qiáng)，外觀裝飾美觀大方，環(huán)境綠化優(yōu)美。在上述前提下，做到投資少，運(yùn)行費(fèi)用低的效果1.3設(shè)計(jì)依據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》；《中華人民共和國(guó)固體廢物環(huán)境污染防治法》（205.04.01）；《廣東省固體廢物污染環(huán)境防治條例》（2004.05.01）；《中華人民共和國(guó)固體廢物環(huán)境污染防治法》（205.04.01）；《總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50103－2001）；《建筑制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50104－2001）；《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50105－2001）；《給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50106－2001）。2工藝流程及說(shuō)明 2.1工藝方案分析 本設(shè)計(jì)的城市污泥干化處理主要由污泥壓濾脫水及熱干化處理組成。城市污泥處理量大，含水率高，有機(jī)物含量高，有害物質(zhì)、重金屬等較少，因此可以采用干化手段把污泥的含水率從90%以上減少為30—40%，大大減少污泥重量及體積量，方便運(yùn)輸處置。2.2工藝流程臭味剩余污泥初沉污泥集泥池污泥脫水污泥熱干化堆放間外運(yùn)上清液上清液3污水污泥產(chǎn)生量與特性分析3.1污水污泥的產(chǎn)生量計(jì)算污泥量的計(jì)算，可根據(jù)有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，或根據(jù)處理工藝流程進(jìn)行泥料平衡推算，最好是對(duì)類似處理廠進(jìn)行實(shí)際測(cè)定。污泥的數(shù)量是處理構(gòu)筑物工藝尺寸計(jì)算的重要數(shù)據(jù)。由于污泥性能參數(shù)未知，故本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。表3-1是計(jì)算城市污水廠的污泥量時(shí)常采用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。[1]表3-1城市污水廠的污泥量污泥來(lái)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本設(shè)計(jì)計(jì)算的污泥來(lái)源分為初沉污泥和活性污泥剩余污泥。初沉污泥量：取污泥量標(biāo)準(zhǔn)為14L·m-3，含水率為97%，密度為1.015kg·L-1。/d剩余污泥量：取污泥量為10L·m-3，含水率為99.5%，密度為1.005kg·L-1。/d總污泥量：/d3.2污泥的特性分析污泥的性質(zhì)主要包括：污泥的含水率與含固量，污泥的脫水性能，揮發(fā)性固體和固定碳，污泥的可消化程度，濕污泥的密度與干污泥的密度，污泥的肥分，污泥的燃燒價(jià)值等。作為污泥濃縮和脫水的重要參數(shù)，以下主要介紹污泥的含水率與含固率、污泥密度、污泥比阻與污泥壓縮系數(shù)等。（1）含水率與含固率污泥含水量用含水率表示，即單位質(zhì)量的污泥所含水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。固體物質(zhì)在單位質(zhì)量污泥中所含的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱為含固率。通常污泥的含水率很高而含固率很低，其狀態(tài)表現(xiàn)為柔軟的半固態(tài)狀。在污泥的濃縮和脫水過(guò)程中，體積、質(zhì)量及其中干固體含量之間的關(guān)系，可用下式換算：式中，p為污泥含水率，w、W、C分別為污泥體積、質(zhì)量及固體物濃度。該式適用于含水率在65%以上的污泥。當(dāng)污泥的含水率降低到污泥顆粒之間的空隙不再被水填滿時(shí)，就形成了泥餅。除了有些固結(jié)外，泥餅的體積大體保持不變。泥餅的體積可用下式計(jì)算：式中，w為泥餅體積，L；Ws為污泥中干固體質(zhì)量，kg；ρw為水的密度，kg/L；γs為干固體相對(duì)密度；ε為污泥空隙率，一般為40%-50%。密度污泥的密度指的是單位體積污泥的質(zhì)量，其數(shù)值也常用相對(duì)密度，即污泥與水（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的密度之比來(lái)表達(dá)。污泥相對(duì)密度與污泥干固體密度的關(guān)系如下：式中，γ為污泥的相對(duì)密度；p為污泥含水率；γs為污泥中干固體相對(duì)密度。（3）比阻和壓縮系數(shù)根據(jù)污泥中所含水分與污泥結(jié)合的情況，污泥中所含水分可分為自由水和結(jié)合水兩大類。污泥的脫水性能一般用污泥的比阻來(lái)衡量，比阻越大的污泥越難脫水。比阻為單位過(guò)濾面積上，濾餅上單位固體質(zhì)量所受到的阻力，其單位為m/kg。壓縮系數(shù)s用來(lái)反映污泥的滲濾性質(zhì)，壓縮系數(shù)大的污泥，其比阻隨過(guò)濾壓力的升高而上升較快。[2]4污水污泥壓濾脫水與熱干化處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用板框壓濾系統(tǒng)及熱干化系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行濃縮。污泥經(jīng)板框壓濾處理后含水率要從98%降到65%-70%，隨后進(jìn)行熱干化處理，使污泥最終含水率降到30%-40%，處理后堆放在污泥堆放間存儲(chǔ)，等待后續(xù)的運(yùn)輸及污泥處置。5污水污泥壓濾脫水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1板框式壓濾機(jī)的概述本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)板框壓濾機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理。圖5-1板框式壓濾機(jī)板框式壓濾機(jī)是通過(guò)板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過(guò)濾布排出，達(dá)到脫水的目的。它主要由凹入式鋁板、框架、自動(dòng)-氣動(dòng)閉合系統(tǒng)測(cè)板懸掛系統(tǒng)、濾板震動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機(jī)身一側(cè)光電保護(hù)裝置構(gòu)成。設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮一下幾個(gè)方面。對(duì)泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機(jī)與其他類型脫水機(jī)相比，泥餅含固率最高，可達(dá)35%，如果從減少污泥堆置占地因素考慮，板框式壓濾機(jī)應(yīng)該是首選方案?？蚣艿牟馁|(zhì)。濾板及濾布的材質(zhì)。要求耐腐蝕，濾布要具有一定的抗拉強(qiáng)度。濾板的移動(dòng)方式。要求可以通過(guò)液壓-氣動(dòng)裝置全自動(dòng)或半自動(dòng)完成，以減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。與其他形式脫水機(jī)相比，板框式壓濾機(jī)最大的缺點(diǎn)是占地面積較大。[3]圖5-2板框式壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5.2板框式壓濾機(jī)的工作流程壓濾機(jī)的出液方式有明流和暗流兩種形式。濾液從每塊濾板的出液孔直接排除機(jī)外，此種形式稱為明流式；若各塊濾板的濾液匯合后由出液孔道排除機(jī)外，則稱為暗流式。壓濾機(jī)根據(jù)是否需要洗滌濾餅又可分為可洗和不可洗兩種形式。本設(shè)計(jì)的壓濾機(jī)為暗流可洗。下面分析暗流可洗壓濾機(jī)的流程：圖5-3圖5-4圖5-55.3板框式壓濾機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算5.3.1相關(guān)參數(shù)說(shuō)明總污泥處理量為1.2萬(wàn)m3/d，含水率為98%，要求泥餅含水率達(dá)65%。5.3.2污泥經(jīng)過(guò)板框壓濾機(jī)后體積V2—壓濾后體積V1—壓濾前體積5.3.2板框壓濾機(jī)的選型計(jì)算已知設(shè)備需要工作16小時(shí)，板框壓濾機(jī)每次工作周期為70min，即一天內(nèi)板框壓濾機(jī)工作13個(gè)周期。過(guò)濾面積標(biāo)準(zhǔn)：按國(guó)標(biāo)生產(chǎn)制造的壓濾機(jī)的過(guò)濾面積每平方等價(jià)于15L的固體容積，則板框式壓濾機(jī)過(guò)濾室總?cè)莘e為：圖5-6為部分板框壓濾機(jī)型號(hào)參數(shù)。根據(jù)計(jì)算，選擇YZ15-200型號(hào)的板框式壓濾機(jī)，過(guò)濾面積為200m2，循環(huán)周期為70min。圖5-6板框式壓濾機(jī)型號(hào)參數(shù)表6污水污泥熱干化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1污泥熱干化概述6.1.1熱干化的含義污泥熱干化技術(shù)是指利用熱介質(zhì)（高溫?zé)煔?、蒸汽或?qū)嵊偷龋?，通過(guò)專門的工藝和設(shè)備，直接或間接加熱污泥，使污泥中全部或部分水分蒸發(fā)的一種工藝。6.1.2熱干化的意義污泥干化可以降低污泥含水率，穩(wěn)定污泥剩余物質(zhì)，極大的去除惡臭味和病原生物，減少污泥體積，同時(shí)提高熱值，保留營(yíng)養(yǎng)成分；可作為顆粒肥料，也可進(jìn)一步焚燒及土地改良，其熱值可以代替部分能源。因此，污泥干化是污泥處理處置技術(shù)的前提和關(guān)鍵所在。6.2污泥熱干化計(jì)算6.2.1物料衡算污泥在干燥器中被蒸發(fā)的水分質(zhì)量等于干燥前濕污泥質(zhì)量W1、后濕污泥質(zhì)量W2之差，即[4]Ww—干燥器中被蒸發(fā)的水分質(zhì)量，kg；W—污泥中干固體的質(zhì)量，kg，；C1—干燥前的干基含水率，%，；C2—干燥后的干基含水率，%，。則干燥器中被蒸發(fā)的水分質(zhì)量為：6.2.2污泥干燥耗熱量計(jì)算壓濾后污泥的體積為684m3（約為684kg），含水率為65%，需經(jīng)干燥至含水率為30%。由表6-1可得污泥耗熱總量為：表6-1污泥干燥耗能量表污泥種類耗熱量/（kcal/kg）污泥種類耗熱量/（kcal/kg）初次沉淀污泥2221初次沉淀污泥與腐殖污泥混合2780初次沉淀污泥與活性污泥混合3890新鮮活性污泥43906.3熱干化設(shè)備選型污泥干燥設(shè)備有多種類型。按干燥戒指與污泥接觸的方式可分為直接加熱式、間接加熱式和直-間接聯(lián)合式干燥。按干燥介質(zhì)和污泥的流動(dòng)方向可分為并流、逆流和錯(cuò)流式三種。按設(shè)備形式分為轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、帶式、離心干化機(jī)、流化床等多種形式。按干化設(shè)備進(jìn)料方式和產(chǎn)品形態(tài)分為兩類：一類是干料返混系統(tǒng)，即濕污泥在進(jìn)料前先與一定比例的干泥混合，產(chǎn)品為球狀顆粒；另一類是濕污泥直接進(jìn)料，產(chǎn)品多為粉末。圖6-1常用污泥熱干化技術(shù)適應(yīng)性比較本設(shè)計(jì)采用帶返料、直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有生產(chǎn)能力大，干燥時(shí)間短，出料含濕量低的優(yōu)點(diǎn)，由于物料在氣流中高度分賽，顆粒的全部表面積為干燥的有效面積。但是能耗大，熱風(fēng)量大，冷凝水處理量大，投資運(yùn)行成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積較大。圖6-2轉(zhuǎn)筒干燥器簡(jiǎn)圖圖6-3帶返料、直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥系統(tǒng)流程該系統(tǒng)的特點(diǎn)是在無(wú)氧環(huán)境中操作，干化污泥顆粒粒徑可以控制，氣體循環(huán)利用，減少了尾氣的處理成本。6.4熱干化相關(guān)數(shù)據(jù)匯總表一、設(shè)計(jì)條件收集表序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)1物料名稱城市污水廠污泥2初水分約65%3終水分30%4處理量1T/h5熱源燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐導(dǎo)熱油6蒸汽溫度按180-220℃7污泥排出溫度70℃以下8材質(zhì)要求碳鋼二、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)1初水分p1約65%2終水分p2約30%3水分蒸發(fā)量W水=1072.5kg/d4設(shè)計(jì)處理量G處理=1000kg/h5熱媒（導(dǎo)熱油）溫度按t1=200℃6出風(fēng)溫度t2=90℃7環(huán)境溫度按t0=20℃計(jì)算8環(huán)境空氣含濕量按d=0.015kg水/kg干空氣計(jì)算9進(jìn)料溫度按θ1=t0=20℃10產(chǎn)品溫度θ2=85-20=60℃11絕干產(chǎn)品的比熱可查Cs=0.4kcal/kg.℃7熱源供給和回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1供給熱源的選擇無(wú)論是對(duì)流加熱還是傳導(dǎo)加熱，污泥干化的原動(dòng)力始終是熱能的輸入，而熱能的成本占到污泥干化的60%-75%，甚至更高，因此設(shè)計(jì)中干化熱源的選擇十分重要。選擇熱源方案需符合國(guó)家政策、并遵循因地制宜、循環(huán)利用、穩(wěn)定供應(yīng)、滿足環(huán)保、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的原則。經(jīng)比較，由于本設(shè)計(jì)處理量較大，選用高溫?zé)煔庵茻嶙鳛闊嵩?，制熱成本大約為92.55元/t。7.2熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于熱能利用率并不能百分百的利用，所以會(huì)產(chǎn)生部分余熱。余熱是指受歷史、技術(shù)、理念等因素的局限性，在耗能裝置中，在已投運(yùn)的工業(yè)企業(yè)耗能裝置中，原始設(shè)計(jì)未被合理利用的顯熱和潛熱。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。本設(shè)計(jì)采用壓縮式多級(jí)熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工藝流程如圖7-1所示。原理簡(jiǎn)述：從膨脹閥來(lái)的低壓液態(tài)工作介質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收（回收）循環(huán)的濕熱空氣熱能，蒸發(fā)為低溫低壓工作介質(zhì)蒸汽（同時(shí)，濕熱空氣被冷卻為低溫飽和空氣，濕熱空氣中的大部分水蒸氣冷凝為水排放）；該工質(zhì)蒸汽在熱泵壓縮機(jī)作用下，將低溫工作介質(zhì)蒸汽壓縮為高溫高壓工作介質(zhì)蒸汽；高溫工質(zhì)蒸汽在冷凝器中與低溫飽和空氣換熱凝結(jié)為高壓液態(tài)工作介質(zhì)（同時(shí)，低溫飽和空氣被加熱為高溫干燥空氣）；高溫干燥空氣對(duì)污泥進(jìn)行干燥，形成濕熱空氣，進(jìn)入蒸發(fā)器，完成干燥媒介空氣的循環(huán)（同時(shí)，高壓液態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)過(guò)膨脹閥，成為低壓液態(tài)工作介質(zhì)，完成工作介質(zhì)的循環(huán)）；在本污泥壓縮式多級(jí)氣源熱泵干化系統(tǒng)中，為了盡可能回收濕熱空氣中的熱能，裝置巧妙的增加了兩只串聯(lián)的回?zé)崞?，回?zé)崞魇節(jié)駸峥諝忸A(yù)降溫脫出水分的放出熱能用于飽