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项目案例

上海市石洞口污水处理厂

设计规模 : 40万T/D

处理工艺 : 一体化生物反应池

建设地点 : 华东地区 » 上海市

上海市石洞口污水处理厂

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学社博客 发表于 2019-7-16 14:59 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
项目规模:40万T/D 投运时间:2002年底 设计数据:COD410mg/L,BOD210mg/L,SS290mg/L,TKN55mg/L,氨氮38mg/L 执行标准:城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标 处理工艺:一体化生物反应池 项目地址:华东地区 » 上海市

项目信息

上海市石洞口污水处理厂于1999年底动工,2002年底调试运行,建设规模为40万 m3/d。污水厂采用一体化活性污泥法工艺。
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) y* `% g; C2 R% b2 \建成至今,该厂为片区水环境改善作出了重大贡献,然而在后期运行中存在几点问题:
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7 L& ^7 U' H1 M( Q8 _; @①新建污水总管新西干线输送能力增加,污水厂旱季存在污水溢流;# ]4 f2 p( K. P6 J9 N$ O2tech.cn
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②一体化生物反应池运行中间歇排放的浑水降低了预处理段的运行效率;
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③污水厂出水TN,TP,SS等已不能满足日趋严格的排放标准。故需进行提标改造。
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设计水质及工艺流程

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提标改造工程措施:溢流污水通过新建调蓄池及综合池中的C池进行调蓄处理;一体化生物反应池(以下简称“生反池”)浑水通过新建综合池中的B池(双层沉淀池)进行沉淀处理;出水TP,TN,SS等通过新增“高效沉淀池+反硝化深床滤池”深度处理组合工艺实现达标。1 n' u3 q6 q! o6 E) Y# Q9 N2tech.cn
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提标改造工艺流程见图.8 f) F8 Y( R/ F& w3 s) q2tech.cn
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精彩评论6

 楼主| 学社博客 发表于 2019-7-16 15:17 | 显示全部楼层
综合池工艺设计

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# K. H/ @7 y2 n. {# `$ p+ C: L综合池采用集约化布置形式,节省占地,主要由A,B,C三池组合而成,其中:7 w7 i) a% b" d3 T" K6 `6 F; Z2tech.cn
, q3 @! L7 X9 _  T1 r2tech.cn
A池为浑水泵房,存储和提升生反池浑水;
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( ]. h9 Z2 M& uB池为双层沉淀池,净化生反池浑水;- d9 l5 p& s/ P8 N2tech.cn

8 B6 W& H) o0 A' q5 f% AC池为调蓄池,进行旱季溢流污水调蓄。" u* s2 y% D0 t9 c2tech.cn

1 I. _/ p3 Y5 r/ H8 E$ g8 l
A池设计

1 w+ b1 M( P; F- Q
& y4 b- v% _" }; u$ N, \本项目一体化生反池共设4组,每组分3条,每条由3格方形水池(I池、II池、III池)组成(见图),三格水池通过池底设置的DN1 000钢管水力连通。. b" E- b1 q0 v& I2tech.cn

3 `- Y, P' h4 C生反池周期运行,每周期运行过程主要包含两个主运行段和两个过渡段。污水首先进人I池,从连通管至中间曝气池,再经连通管到右侧沉淀池,处理水由固定堰排出;经短暂的中间过渡段后,进水改由III池进人,经中间曝气池后至左侧I池,原本进水的I池改为沉淀池,处理水由固定堰排出,如此周而复始,完成污水净化功能。
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. b, s8 ?& E* f- A4 p8 G. O" C 环境学社1.jpg   G2 R9 A6 F* O* s2tech.cn

2 I; C7 z- d7 x. L5 X由于水池之间通过底部钢管连通,运行过程中沿水流方向存在一定的水位差,其中进水边池水位最高,并淹没了出水固定堰,出水槽中集聚一定量的泥水混合液。, r; C! a2 V% r2tech.cn

; H, J. ^) w9 H: w5 s3 E3 S当该边池由曝气池过渡到沉淀池时,残留在出水槽中的混合液需先排除后方可排放清水,清水排放前的该部分混合液称为浑水。6 H3 N0 b3 @' d$ t9 z2tech.cn

1 z4 `, ^8 n6 z0 K本项目一体化生反池运行周期为6h,由运行模式可知,每周期排浑水2次,即每隔3h排浑水一次,每次排浑水时l司约20 min
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# K; Z4 F) m/ s2 g* Y提标改造将一体化生反池浑水经A池存储提升后至B池进行沉淀处理。
  Q- a+ M% v" O, v6 A! T. d: B% g3 [3 r, P- @3 W2tech.cn
正常情况下一组生反池排放浑水,极端情况两组同时排放,A池进水按极端两组生反池同时排放浑水考虑,设计进水流量为3.0 m3/s.) ?8 z3 C* J8 j2tech.cn

2 \' G$ o  U- M0 R! X4 b( ~A池出水按3h内轮番排完4组生反池浑水考虑,即每组生反池浑水在0. 75 h内排完,A池出水流量为0. 67 m3/s,设计取值为0.70 m3/s。- v- R. U( J* W. |6 r! S" }2tech.cn

3 r7 ~2 H7 \3 N/ y; _最不利情况下,两组生反池同时排浑水期间,A池进出水流量之间存在较大差值,A池具有足够的容积缓冲水量差值。: _/ r, O7 P1 a2tech.cn

+ _9 [; S5 y, p5 L% H+ Q/ f设计A池有效容积约4 233m3,大于两组池子单批次(20 min)同时排浑水总量(3 600m3)。
* L4 B3 ?! X, V( v! X1 I+ J
6 X4 C' S9 M% Z/ B2 L  M池内配备4台变频潜水泵,每台口=350 L/s,H=54-159 kPa,2用2备。
: {* q3 h6 _+ R
9 `: [7 m; e+ D- l
B池设计

$ @& K8 o" T5 v6 o+ Z; v$ x7 n9 Y1 l1 ]+ b2tech.cn
《室外排水设计规范》( GB 50014-2006 , 2016年版)规定: 平流式沉淀池设计每格长度与宽度之比不宜小于4,长度与有效水深之比不宜小于8,池长不宜大于60 m。  m: K! U8 J. A% \: I( H2tech.cn
& f0 D0 [# t0 E2tech.cn
为了在有限的用地范围内实现生反池浑水水质净化目标,同时考虑综合池整体布置,B池设计采用双层平流式沉淀池。
3 x' {: z. k$ P, b" r3 I
5 I" T$ y) F: I7 C3 L将平流式沉淀池上下叠加,中间隔板既是上层沉淀池的底板也是下层沉淀池的顶板。
( i; o* z( ?. j4 N4 G: m' P+ y6 p* |; o: g+ h4 y/ Q2tech.cn
此工艺在国内应用实例不多,从仅建成运营的几座污水厂来看,双层平流式沉淀池具有处理效率高、占地面积少、布置紧凑等优点,且沉淀池运行状况良好,出水水质稳定。1 I* l8 N4 ^+ g# o. R' D. s2tech.cn

$ H1 s6 U# a0 X4 L) b! p% oB池设计流量为0. 70 m;/s,分三组,每组上下两层,共6格,每格沉淀池设计流量约0.12 m3/s.
1 X+ S- f! F1 l% V" R
$ `8 P$ H4 L4 Z! Y: m. v6 q上层沉淀池每格有效池长为57 m,宽为6. 6 m,有效面积为376. 2 m2,实际水力负荷为1.15 m3/( m2·h);
1 g1 X: L, C0 M+ k
/ o( w6 y% [+ y* {8 H下层沉淀池每格有效池长为52. 6 m,宽为7. 5m,有效面积为394. 5 m2,实际水力负荷为1.06 m3/(m2·h),均满足规范要求。& h+ ]2 M% O6 M. E5 Z3 Z3 z& s2tech.cn

; P6 Y/ W+ Q" X/ X7 j9 I上层沉淀池有效水深为4. 2 m,下层沉淀池有效水深为3.75 m,沉淀时间分别为3.7 h和3.4 h。
# u% s6 A& v: |% M: }+ t$ t, w( M% F
/ V. w/ x: W( @/ u沉淀池出水采用三角形出口堰,上层池体的上清液通过池体两侧出口堰流人出水槽;下层池体的上清液通过池体两边的预留孔洞流向出口堰,然后进人出水槽。
  K( ^3 M6 i9 t, N" w$ Q0 t: a6 H5 X: B6 i  `2tech.cn
单格沉淀池上层出口堰负荷为1. 67L/ ( ms);单格沉淀池下层池体出口堰负荷为1 .71 L/( m·s)。0 i5 F# \" i: x% S# v6 `# ]2tech.cn
' P1 B7 ^) i; R3 a2tech.cn
沉淀池采用机械排泥,每格沉淀池均设置一套链板式刮泥机,上下层共用驱动装置。
  `( ?; P3 m  P) w5 p% p$ Q0 d6 c  u& d. z8 ?% d2tech.cn
排渣采用电动撇渣管,共设3套,每组上下格沉淀池共用一套,浮渣经撇渣管去除。
; D4 l% q7 E+ N" |# s4 b/ G% i5 j2 H' A9 e- n: M2tech.cn
每组沉淀池设一个污泥斗,接纳上下层沉淀池底泥。池内设有污泥回流及剩余污泥排放系统。; e' f7 ]( B! b$ r) S) h2tech.cn
, c' |8 h  r  x& }+ b) z# j5 H2tech.cn
设计配置4台回流污泥泵(3用1备),每台Q= 80 L/s , H = 40 kPa。配置2台剩余污泥泵(1用1备),每台Q=20 L/s,H=50 kPa。
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C池设计
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& E& M# h4 u( u/ R" X; a9 P新建污水总管新西干线输送能力在原老西干线基础上增加了20%旱季平均污水量,存在污水厂旱季污水溢流问题。
4 r% d, d/ W7 w% X& n( \/ R
1 a2 i; ^1 e* o# g提标改造考虑该部分增加量,经现状水力旋流沉砂池分配后进人C池调蓄,C池进水流量为1.2 m3/s。经调蓄后的污水泵送至后续污水处理构筑物进行全流程处理。+ j' v. K) e0 R- p  H' u2tech.cn
* ]9 P4 a% X7 k/ T/ k2tech.cn
调蓄区共分4组,并行运行,每组设计流量为0. 3 m3/s。每组调蓄池沿水流方向分3格,用墙体分隔,水流从墙体下部设置的过水孔通过。0 ]2 x& H9 j  T& s/ O  B: k- M2tech.cn

, z) j  c: {. b+ U7 w1 l每个调蓄区格沿对角线配置2套潜水搅拌器,调蓄池池底按1%坡度坡向出水端,出水最终汇至溢流水提升区。提升区设4台潜水泵,采用高低扬程泵组合。- ~' Q5 H8 S# c' p. `& T6 u2tech.cn
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-7-16 15:38 | 显示全部楼层
深度处理单元工艺设计

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( V. C2 G; [/ u, @因一体化生反池工艺本身的特殊性,出水分浑水和清水,提标改造对浑水进行沉淀处理后与清水汇合进人深度处理单元,深度处理段设计中若仅考虑生反池清水出水,将造成各单体设计尺寸偏小,实际水力负荷及污染物负荷均大于设计值,出水水质存在不达标风险。6 Q0 n9 h6 K+ L+ T; t7 {- S4 P2tech.cn
  @/ W3 l7 P# h! P; Z/ k0 |2tech.cn
环境学社1.jpg
  n9 M3 ]* S8 e  [+ J& B5 Y  L: J( b  q& {2tech.cn
具体流量关系见图,其中,一体化生反池进水高峰流量为6. 0 m3/s,综合池B池出水流量为0. 70 m3/s,两者汇合后进人后续深度处理单元,深度处理单元设计高峰流量为6. 7 m3/s,平均流量为4.63 m3/s,实际高峰系数为1.45。
6 V9 {5 a" m0 P0 Y( |
. g4 e/ Y# a# C$ J+ T1 高效沉淀池工艺设计
; P( U$ `! m) X# ~0 D4 C8 ^, o; _& N& |4 w! X2tech.cn
高效沉淀池工艺集多种功能为一体,通过投加水处理药剂,使药剂与污水充分混合、反应后,沉淀去除水体中COD ,SS,TP等污染物。
3 O$ n* z1 F; A1 k% b' c! w. |4 W! L& e% s4 O( R8 \' \* Q  |2tech.cn
设高效沉淀池两组,每组4格,并行运行,单格池设计流量为0. 84m3/s。每组沉淀池由中间配水井配水后,依次进人后续混合、絮凝和沉淀单元。
0 d- A# a- y0 _# c& Y1 U" F, w1 u7 f, j2tech.cn
①快速混合单元: 单池混合池设计混合时间为1. 4 min。/ [2 l/ ~' |' c9 D" L! h2tech.cn

9 i3 e0 C0 s0 q" I" y! K4 R为了保证混合效果,在快速混合池内安装一个混合搅拌器对原水与混凝剂(PAC)进行快速混合搅拌。混合池速度梯度G设计取值为279/s,搅拌器功率为5.5 kW,变频调速运行。
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+ O3 B" c1 n) J3 N②絮凝单元: 絮凝区设计停留时间为12. 6min。由于絮凝区呈狭长形,沿池长方向布置两个导流筒和搅拌器。3 f" H9 T+ N5 w3 n2tech.cn

$ ^+ Y9 ]$ h6 F0 s' H! ^+ r6 N絮凝回流比设计取6,每个导流筒设计流量为2.94 m3/s,导流筒直径为2. 7 m,筒内流速为0. 51 m/s. 1 _. z' V' n* K, A4 c( U$ O; \2tech.cn

/ Y8 g+ k! h$ L0 N絮凝搅拌器桨叶直径为2. 4 m,功率为2. 2 kW ,絮凝池速度梯度G值为83/s。1 ~$ Q6 @- i) ~% Y6 w2tech.cn

7 s- D2 f+ l% p絮凝池出水采用孔口淹没出流,出水端沿池长方向设4个过水孔,出水过孔流速为0. 035 m3/s.
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③沉淀单元: 采用异向流斜板沉淀池,斜板尺寸为1.5 x1.3 m,安装角度为60度。
4 {/ `5 o3 M+ P4 M9 j( ?
9 l5 n: v# w- C( Q) y" M设计清水区平面尺寸为14. 5 m x 13. 7 m,斜板面积利用系数取0. 91,设计表面水力负荷为16.7 m3/( m2·h)。
7 D  |6 d3 {, W0 T2 p' A' P# A* R5 N: G: p' M9 a  E2tech.cn
斜管区上方清水区高度设计取1.0 m,下方布水区高度为1.5 m,污泥浓缩区高度为3. 8 m,池底按0.067坡度坡向中心泥斗。' Z2 a6 |  ?* u! m4 h! E2tech.cn

6 K3 O, k! D( y* S$ \  s3 z每格沉淀池底部预埋一根DN200回流污泥管和一根DN200化学污泥管,回流污泥(回流量2-5%)由污泥泵抽吸回流至絮凝池,化学污泥由污泥泵压送至污泥处理段。" m( m  R" B  I. S/ i2tech.cn
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2 反硝化深床滤池工艺设计
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本工程设两组反硝化深床滤池,镜像对称布置,并行运行。反硝化滤池主要由进水混合池、过滤单元及管廊间三部分组成。
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高效沉淀池出水进人滤池前端混合池,混合池内设搅拌机1台,功率为11kW,并设碳源(乙酸钠)投加点,混合池平面尺寸为4. 45 x 3. 86 m,有效水深为6.54 m。7 N% y, X1 Q; J4 |, W  i2tech.cn

% D" T5 l* b9 I) Y( R& F混合池出水经配水渠进人过滤单元,滤池计算按NO3-一N去除负荷进行,设计限制条件为冬天,此时水温低,反硝化菌活性较差。- x2 u0 Y) ~+ `5 k# a& V2tech.cn

# X1 ?& k2 m0 |! J  S* o/ G# e本工程反硝化深床滤池设计NO3-一N去除负荷为0.73 kgNO3-一N/(m3·d),计算得滤料总容积为5 445 . 9m3,设计单格滤池尺寸为30. 48 x 3. 56 m,滤层厚度取2. 29m,共计22格滤池,每组11格。
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本工程设计平均滤速为6. 98 m/h,最大滤速为10. 12 m/h,考虑一格反冲洗,设计平均水量时强制滤速为7. 68 m/h,最大水量时强制滤速为11. 14 m/h。
  f' s6 F) a% o' M$ U( {' t4 I; p$ ]: U2tech.cn
深床滤池采用气水反冲洗模式,具体反冲洗过程:, S, d7 T, E9 |6 i$ w2tech.cn
气洗3-5 min;
- `( @0 X" H" _0 V# J2 P: ~3 ?气水联合冲洗15-20 min;
( e5 p. ^* z" }& b  r7 a水漂洗5  min;2 y9 T* _2 j; @9 u% E- E2tech.cn
设计反冲洗水强度为14.7 m3/(mz·h);9 r9 x7 k8 g' R; P2tech.cn

$ ^+ N0 l: m- O1 H+ e反冲洗水流量为1 592 m3/h,设置5台反冲洗水泵(4用1备),每组滤池配备2台,单台流量为796 m3/h。
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反冲洗气体强度为110 m3/(m2·h),反冲洗风量为11 936 m3/h,采用5台罗茨鼓风机(4用1备),每组滤池配备2台,每台风量为5 968 m3/h.滤池反冲洗水排至废水池调蓄,由废水泵提升至污水厂预处理区,设计配置4台废水提升泵(2用2备),每台口= 300 m3/h , H = 95 kPa.
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污泥杂质分离工艺设计

& H0 F, _/ k' B; P" s+ `: T7 n0 b$ b2 p1 C2tech.cn
石洞口污水厂进水杂质及砂含量较大,现有预处理工艺除渣、除砂作用有限,一定量的浮渣和细砂进人剩余污泥中,给后续污泥处理带来了较大影响,不仅引起污泥管道堵塞,还减小了设备使用寿命。
4 h( L: t+ \; k! m% Q4 c7 D$ K+ |. m
- o  @; B0 C0 }; G本次提标改造针对剩余污泥杂质含量较高的问题,通过设置污泥杂质分离设备去除剩余污泥杂质,设计采用3套(2用1备)微网杂质分离设备,单套处理能力为3 500m3泥/d,出泥浓度为18 g/L." T1 x! a/ n$ h2tech.cn
! c0 h5 v$ z$ j- _  U) n  ~2tech.cn
污泥杂质分离流程见图。5 g5 \2 k9 K5 p2tech.cn
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环境学社3.jpg
1 q+ i! K" W; s' n: ~1 ?% ^/ m/ Q
; U9 ~6 R1 l/ u  I) ^杂质分离设备处理对象为一体化生物反应池剩余污泥和综合池B池沉淀污泥。
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为克服排泥浓度不均给杂质分离设备带来的不利影响,设计利用现状储泥池4格中的一格用作均质调节池,两份污泥均泵送至均质调节池,由池内设置的两台提升泵送至剩余污泥杂质分离设备。
1 j  |% S( f' r6 o* F- u- `, H
& S+ e6 ]$ B8 `' O剩余污泥杂质分离设备出泥接至4格储泥池中的其余3格,然后进人后续污泥处理设施。
3 g: A% X! I1 X0 r+ R# L# k; `' N- a4 q% }8 }; G; u2tech.cn
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-7-16 15:45 | 显示全部楼层
不停水施工方案工艺设计

# j7 [4 n9 @; c) p, d3 T+ j- n3 a5 R/ R: Y; U* z2tech.cn
污水厂原一体化生反池出水经出水箱涵至加氯接触池消毒后排放,提标改造工程在现状出水箱涵边新建切换闸门井,将生反池出水引至深度处理段。
4 x2 G3 I% ?7 k* ^# ~
' B/ U% u* i0 e提标改造深度处理段水流路径见图。
+ |) r4 Q; h! N. ^' h: G9 g* `! O/ d& {2tech.cn
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* e0 c5 [8 R5 s9 y2 T切换闸门井分为进水井室和出水井室,通过现状箱涵侧边开孔,实现污水至进水井室,经新建箱涵输送至深度处理区; 深度处理区出水通过新建箱涵进出水井室后排人现状出水箱涵。" M( ?$ @  p9 B; N; o2tech.cn
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这种改造方案工程量最小,除对现状箱涵进行开孔引水外,其余现状设施均保留利用。% v, m" R  D* x# M; e+ R2tech.cn
# @' {, o, B0 Z9 W' e2tech.cn
但由于现状出水箱涵处于连续有水状态,要进行现状箱涵侧边开孔,必须使箱涵处于排空状态,同时要实现深度处理区进水和出水的分隔,必须对现状出水箱涵进行停水封堵。# @- j; r! j/ N& x; B6 x2 B- Y2tech.cn
( v# Z( u% j8 ]' p9 l# {2tech.cn
这些都带来了污水厂停水问题。经比选,提出了不停水施工方案(见图)。0 L, j. T& @' B2tech.cn
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环境学社3.jpg
. G+ U: s) V2 S1 _4 h4 M1 f# n
; d# \# ^  ^' U' A3 d4 F+ E方案主要包含如下技术措施:
) L. f% h. V; s
! K% n( N, I8 g% N. h* i5 E/ j/ k0 ?①切换闸门井设计优化:改现状箱涵侧边开孔为顶部开孔,通过打开现状出水箱涵超越闸门1,使箱涵处于非满流状态,可实现不停水开孔作业; 在出水井室增设电动闸门阻断深度处理段来水。
5 Z# o, C! s* B5 U) G
% Q6 k7 o: r. ]4 M②现状加氯消毒池改造:通过新建进水箱涵,将深度处理出水直接引人加氯消毒池,消毒池新建四处进水闸门控制人流,出水利用原设施排走。
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( {4 y/ a5 E/ x0 ~如此,关闭现状超越闸门1,关闭现状加氯接触池进水闸门2-5,阻断现状出水箱涵出水,一体化生反池出水经切换闸门井引人进深度处理段后直接进加氯消毒池消毒后排放,整个过程不停水作业,实现了提标改造不停水施工。
# X* d4 R9 x, W8 z. L4 v' Z6 Q# [
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 楼主| 学社博客 发表于 2019-7-29 12:44 | 显示全部楼层
石洞口污水处理厂污泥处理工程的历史沿革
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石洞口污水处理厂污泥处理工程发展历史如图2所示。2003年7月,全国第一座污水污泥干化焚烧项目——石洞口污水处理厂污泥处理工程(一期工程)动工兴建,并于2004年11月建成投运。工程采用“机械浓缩+脱水+干化+焚烧”处理工艺,焚烧后灰渣外运至老港综合填埋场填埋,处理对象为石洞口污水处理厂本厂污泥,设计处理规模64tDS/d。0 J$ [  M* I& h7 @( c; U! ^2tech.cn
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一期工程在国内首先采用干化焚烧工艺处理污水处理厂污泥,具有一定的先进性和前瞻性,通过引进、消化、吸收国外先进技术和设备,逐步掌握了污泥干化焚烧的运行技术,同时积累了宝贵的经验,并形成一套技术规程——《城镇污水污泥流化床干化焚烧技术规程》,可指导全国类似工程的设计、建设和运行。! }6 |6 A8 k0 c8 R8 Z( }; {2tech.cn
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* p" W$ N) B. N$ r3 ~" w& ?% ?# g! L一期干化焚烧工程在后期运行的过程中遇到了诸多问题,根据工程的后评估结论,主要有以下两点:其一,由于污泥泥质特性及设备实际运行性能偏差的因素,造成实际脱水污泥含水率远大于设计值,导致后端干化焚烧装置的规格偏小,部分污泥得不到处理而需外运填埋;其次,因干化系统导热油盘管磨损等原因造成设备故障,项目起初,系统运行的连续性、稳定性较差。* |/ @, W8 l& N# B5 @8 M2tech.cn
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为解决一期工程中面临的问题,同时按照《上海市城镇排水污泥处理处置规划》的要求,石洞口污水处理厂的污泥处理设施除满足本厂污泥处理需求外,还需处理片区内其他污水处理厂(吴淞、桃浦)的污泥,在此背景下,组织实施了石洞口污水处理厂污泥处理完善工程。
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/ |" `' ^9 @& K5 R! I* ]7 K6 H" z完善工程主要针对一期工程干化系统和相关配套设施存在的问题进行改进,同时通过新建污泥处理线消纳片区吴淞、桃浦两座污水处理厂污泥。工程采用“机械浓缩+机械脱水+干化+焚烧”处理工艺,设计规模72tDS/d。项目于2010年6月立项,2016年8月开工建设,其中新建污泥处理线已经投入运行,现状污泥处理线改造线预计于2019年投入运行。, Y' R/ K5 d- J/ Q8 H6 B) y2 y/ T) _2tech.cn
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按照上海市关于城镇污水处理厂提标改造工作的相关要求,2014年6月,石洞口污水处理厂提标改造工程立项建设,并于2017年底成功实现出水水质一级A提标。与此同时,泰和污水处理厂已经开工建设,石洞口片区污泥量将显著增加。% Q7 [, q; ~3 I% G" I; X9 ]% B2tech.cn
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为解决片区增量污泥的出路问题,石洞口污水处理厂污泥处理二期工程应运而生。二期工程处理对象为石洞口污水处理厂提标增量污泥和泰和污水处理厂污泥,处理规模128tDs/d。石洞口本厂的提标增量污泥从现状污泥调蓄池泵送至新建储泥池,经脱水后至干化焚烧单元处理;" U$ ?+ h6 e' w; A* W2tech.cn
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泰和污水处理厂污泥在其厂内进行浓缩脱水干化处理,含水率降至约40%后车运至二期工程半干污泥接收坑,通过半干污泥输送设备输送至焚烧单元处理。焚烧产生的高温烟气进入余热锅炉,将热能转移到蒸汽中用于污泥的干化,烟气经处理后达标排放。% K0 S6 [% v$ z' M2tech.cn
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石洞口片区污泥处理工程的建设体现了污泥处理系统布局上的集约化,工艺上的减量化、无害化、稳定化和最终处置上的资源化特点,解决了石洞口片区污水处理厂污泥的消纳出路,实现了片区污泥的“全规划、全泥量、全系统、全过程和全循环”的处理,是具有较高水准的污泥综合处理中心。' g; {  e' u3 c0 y- |! c! @" x2tech.cn
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对于提高上海市污泥处理率,优化污泥处理设施布局,完善污泥处理处置体系有着十分重要的意义。同样,石洞口片区污泥的集中式干化焚烧处理模式也为全国其他城市污泥的处理处置提供了借鉴参考。+ N$ ]  o5 i6 c& x% J' w2tech.cn

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 楼主| 学社博客 发表于 2019-7-29 13:05 | 显示全部楼层
污泥处理处置工艺路线选择

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1污泥处置
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6 o' K* @, ?! A* o7 y* Y应用于工程层面的污泥处理工艺必须具有稳定化的特点,包括两个方面:一是污泥处理产物有稳定的最终处置出路;二是污泥处理工艺能稳定运行。这就要求首先因地制宜地选择确定污泥的最终出路,其次根据确定的出路选择当前业界公认的、且有工程实例的成熟工艺。目前可大规模工程化应用的污泥处置出路有三条:一是填埋,二是土地利用,三是制成建材后利用。
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; t& q  S: U; p- |(1)填埋:目前,上海市污水处理厂污泥处理处置仍以脱水后填埋为主,污泥直接填埋会给填埋场造成种种危害,包括缩短填埋场使用年限、填埋作业困难、堵塞渗滤液收集管道以及造成安全隐患等。
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: i" S" m0 l0 s5 ~(2)土地利用:污泥经稳定化和无害化处理后,可作为农田、森林及园艺等介质土,因为污泥富含大量的N、P、K等营养元素和有机质,一方面可提供作物生长所需的营养元素,另一方面可作为土壤结构改良剂。然而,制约污泥土地利用的两大因素是病原菌和重金属含量。根据对上海市中心城区污水处理厂污泥特性的相关研究显示,上海中心城区污水处理厂污泥中8项重金属(分别是镍、铜、锌、铬、镉、铅、汞、砷)含量平均值基本符合各类土地利用标准,仅汞含量超过污泥农用标准A级。但从最高值来看,除了铬、铅两项指标含量符合各标准要求以外,其余各项重金属指标普遍难以达到各类标准。
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4 ]8 q0 q" B1 y(3)建材利用:污泥的建材利用是将污泥作为制作建筑材料部分原料进行处置,这是污泥资源化利用较好的方式,体现了循环可持续的理念。但建材利用的首要条件是对污泥进行无机稳定化处理,且须以建材生产安全、环保、节能为前提。
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2污泥处理8 X9 C( y! `( x" [9 M& j1 ?7 {, }2tech.cn

2 W$ ^; ?9 d! T0 d2 r) K实际中污泥处置方式的选择,需要根据地区污泥的性质、成分、污泥处理的技术水平等多种因素决定。处置决定处理,处理满足处置。但无论何种处置方式,减量、稳定和无害是满足任何处置要求的最基本要求。在众多的污泥处理工艺中,焚烧技术展现出独特的优点:
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可破坏全部有机质,杀死一切病原体,并最大限度地减少污泥体积,焚烧后污泥体积可缩小至原来的10%左右,迅速和较大程度地实现污泥减量化和无害化。污泥焚烧本身就是直接的利用污泥有机热值的方式,利用自身热值对自身进行处理,体现了能源的循环利用和可持续的发展理念,燃烧后放出的热量可以以尾气显热的形式被锅炉回收利用。同时,由于焚烧残渣在性质上发生了根本改变,其最终处置也相对容易,例如,用于制作建材,以实现污泥资源化利用的目的。9 H1 o. \) y  e% R8 H: _% q2tech.cn
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污泥焚烧有单独焚烧和掺烧两个方向,根据相关研究结果和实际运行的经验,污泥电厂掺烧处置方案存在诸多弊端,不能稳定保证污泥的全量处置,污泥的含水率和掺混率对焚烧锅炉的安全可靠运行造成了一定的影响,也不利于电厂粉煤灰的利用和烟气处理的稳定达标;
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同样,利用水泥窑协同处置污泥作为跨行业的协同处置方式,存在诸多的前提条件,有较大风险。而单独干化焚烧不存在上述弊端,一次性投资,效益永久,通过选择合适的焚烧炉炉型、污泥干化预处理工艺和烟气净化处理工艺,污泥单独焚烧工艺能够彻底地实现污泥的减量化、无害化、稳定化处理。3 ]; C0 ~7 k  r, E; E: Q$ V2tech.cn
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综合考虑石洞口片区污水处理厂污泥泥质特点,同时按照上海市污泥处理处置规划对上海市污泥处理系统的整体布局要求,石洞口片区的污泥处理处置技术路线为“浓缩脱水+干化+焚烧+建材利用”,在建材利用形成稳定的出路之前,污泥焚烧后的灰渣可外运至老港填埋场填埋。; e9 K+ U6 u) u" M; A8 }: @2tech.cn

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集约化污泥处理厂平布置
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* Z# R! m6 ?5 O+ Z: ?* f' U5 J/ |石洞口片区污泥处理工程选址于石洞口污水处理厂内,污水及污泥处理工程总平面布置详见图。' p# J, |$ v8 @+ T- s. f. Z9 ~2tech.cn

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总结石洞口片区污泥处理厂址选择与厂平布置,体现如下几方面的优势:- n; z. g3 R* i2tech.cn
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(1)集约化污水、污泥厂区的布置方式真正体现了“泥水同步”的理念,方便污水、污泥处理系统的集中调度管理,实现污水、污泥处理的整体协同,值得大力推广。将片区污泥处理工程集中设置于污水处理厂内,一方面污泥的运输距离短,污泥处理系统产生的大量废水能就近得到及时处理;其次,污水、污泥处理系统的集中布置可以形成规模效应,降低占地面积,节约土地。另一方面,采用集约化处理,便于对噪音、臭气等进行更集中、有效的处理,最大程度地减少对环境的负面影响。
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# L9 r1 K* v5 A; Z6 e: z(2)整个污水、污泥处理工程用地范围内具有良好的交通、运输、供水、供电条件。
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(3)污泥干化焚烧工程厂址选择的另一个重要考量因素是外加热源供给,当工程本身焚烧余热不能满足干化系统能量需求时,从循环经济、节约能源和低碳的角度出发,利用其他行业提供的余热是理想的选择。石洞口污水处理厂紧邻石洞口发电厂,污泥处理工程干化系统的补充热源可就近利用电厂提供的蒸汽,蒸汽管道敷设方便,材料省、成本低。
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污泥干化焚烧工程设计中的一些注意点
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1 污泥量与工程规模

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' \- Q9 B* E% T9 K( L. C对于片区集中式的污泥处理工程,应在统一规划布局的基础上,结合区域污泥量增长和分期建设情况,分步实现区域污泥处理处置的目标。污泥量的确定要结合片区现状污水处理厂产泥量,同时考虑污水处理厂进水水质变化、污水处理工艺特点及污水处理厂提标改造等因素。
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; S: i( ~4 ?, N  R& d' K3 p1.1污泥量的波动
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现状污泥产量可根据污水处理厂规模按工艺设计进行理论计算得出,同时必须考虑污水处理厂实际运行数据统计结果,对于建成运行的的污水处理厂而言,至少应有几年的统计数据。污泥量统计必须考虑进水水质的季节性变化,这种变化有时候非常显著。- L$ m" l9 x5 G, {- H8 m2tech.cn

* O# k4 j/ K# q; G/ P2 c例如,北京高碑店污水处理厂2007年和2008年脱水污泥(含水率80%)月平均产量分别为381~679t/d和395~960t/d,最高月是最低月的两倍多,污泥产量呈现大幅度波动。同样,根据石洞口污水处理厂污泥处理工程5年期间实际运行数据显示,石洞口污水处理厂产生的剩余污泥量约为37.4~53.2tDS/d,泥量波动也较大。. A* C) N* u, _4 ]  k+ ?- i  k, j/ w2tech.cn
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污泥干化焚烧工程设计,必须考虑进泥量波动,否则将导致实际进泥量与设备额定处理能力存在较大差异,影响设备的稳定运行。总结石洞口片区污泥干化焚烧工程设计,针对进泥量的波动,采取的具体措施主要有三点:第一,在工艺系统设计时按平均、高峰和低峰泥量进行物料、能量平衡的计算。
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! ]7 o6 Q" e1 s' z* b. |9 ], v) U以平均污泥量为基准,考虑设备检修因素,按设备年实际运行天数(约300天,7200h)计算出的日处理污泥量作为额定运行工况,并以额定运行负荷75%、100%等多种工况对污泥干化、焚烧、烟气处理工艺段进行了计算,保证污泥量在较大范围内变化时整个系统的正常运转。第二,采用的干化焚烧设备应注意具有一定的抗泥量波动能力。8 s& f) a2 h  w2tech.cn

% \) U8 y2 P0 Y7 k% T$ p例如,常见的流化床焚烧炉,其腔体内始终保持有数十倍于燃料的高温炉料,热容量大,能够适应污泥含水率和污泥量的变化,并保持较稳定的燃烧工况。第三,通过设置污泥储存设施缓冲泥量的波动。常见的污泥缓冲设施包括污泥料仓、污泥储存坑等。; u. p$ i2 `) D4 ?, L' L4 l6 l2tech.cn
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1.2污水处理厂提标改造增量污泥
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! _% {9 g" {, i, K, d随着各大城市纷纷开展污水处理厂出水的提标改造,随之而来的污泥量也必然增加。污泥处理工程规模的确定必须将污水处理厂提标改造增量污泥考虑进去。当然,由于项目建设时序性原因,新建污泥工程也难以兼顾片区所有污水处理厂的提标改造,但对于整个区域的污泥处理,应统一规划,结合污泥工程的近远期建设消纳提标改造增量污泥。
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就石洞口片区而言,污泥完善工程将石洞口本厂和吴淞、桃浦三座污水处理厂现状污泥量全部纳入其中。但在完善工程建设的同时,石洞口污水处理厂完成了出水一级A提标,污泥量有增加,这部分提标增量污泥的出路将是十分棘手的问题。基于片区污泥处理的统一规划布局,污泥完善工程设计时未将石洞口污水处理厂提标改造增量污泥纳入其中。. K+ g$ ?2 }6 J. u2tech.cn
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一方面,在完善工程设计阶段,石洞口污水处理厂提标项目处于前期预可审批阶段,工程出水水质标准、工艺流程等尚未完全确定,因而提标改造污泥量也不能准确预估;另一方面,结合拟建设的泰和污水处理厂,可通过扩建污泥处理设施将片区增量污泥一并进行集中处理。污泥处理二期工程作为片区污泥处理的托底工程,着眼整个片区,在消纳片区增量污泥的同时,考虑了各种不利情况下区域污泥的整体协同处理。
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' v! S  V2 x4 e1.3面源污染治理引起的增量污泥
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- F2 Q& _# n. W+ i  {随着面源污染治理的加强,因初期雨水截流,导致污水处理厂雨季产泥量增加,在污泥量计算时必须考虑初期雨水截流处理引起的增量污泥。石洞口片区泰和污水处理厂针对雨污混接问题及雨季的溢流调蓄,新建15万m3调蓄池,在近期40万m3/d污水处理规模污泥量计算时,除考虑污水处理厂80tDs/d(按干基污泥计)旱季污泥外,还考虑了16tDs/d因面源污染引起的增量污泥。
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污泥处理二期工程设计中,将泰和污水处理厂16tDs/d的面源污染增量污泥纳入处理规模中。
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2 污泥杂质
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污水中呈现各种形态的有机、无机杂质,其中砂粒等小颗粒杂质难以通过传统的预处理段得到有效去除而进入后续污泥处理系统,给污泥处理设备运行带来了非常不利的影响。例如,在上海市白龙港污泥厌氧消化工程中,进入消化系统的污泥中含有大量浮渣,严重干扰了消化系统的正常运行,在对其处理的过程中又伴随有严重的安全隐患,污泥中的高含渣量对污泥管道、污泥处理设备的正常运行产生了严重威胁。
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8 y( o; M' K+ ~+ |同样,石洞口污水处理厂进水杂质及砂含量较大,而现有预处理工艺为常规机械粗、细格栅和水力旋流沉砂池,除渣、除砂作用有限,导致剩余污泥中含砂量较大。这对后续干化焚烧设备的运行造成了很大的负面影响。一期工程自2006年10月起,因含砂量多致磨损严重,干化系统换热器导热油管出现了多次泄漏,系统各部件因磨损致停机修理较频繁,影响系统初期运行的连续性、稳定性和安全性。5 `4 o# p$ o1 c0 g4 U1 |: A+ }7 e2tech.cn
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污泥处理段进泥含砂量的高低取决于污水处理系统中砂粒的去除率。首先,在污水处理中必须兼顾后端污泥处理的需求,采取必要的工程措施降低污泥杂质的含量。在石洞口污水处理厂提标改造工程中,针对剩余污泥杂质含量较高的问题,通过在现状污泥调蓄池前增设污泥杂质分离设备,对剩余污泥进行杂质分离,降低进入后续污泥完善工程和污泥二期工程干化焚烧设备的污泥杂质含量。
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另一方面,在污泥处理段,应注重对干化设备、螺杆泵、螺旋输送机、输送管道等进行专门的防磨设计,降低砂粒对设备的磨损破坏。: k  y3 J6 ?8 d4 H2tech.cn
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3 污泥含水率及热值

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干化焚烧工程设计常用的污泥泥质指标主要有含水率、有机质含量、热值、重金属含量等,其中污泥含水率和热值是干化焚烧工艺设计最主要的参数。
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$ A; O" J1 b& p7 z) Z; H, _: A3.1脱水污泥含水率5 Q2 s$ `! f$ A/ T' s- X2tech.cn

* w# I8 W5 }  }  X& E- v蒸发水量是衡量干化设备处理能力的一个主要指标,也是干化设备选型的主要参数。进入干化设备的脱水污泥含水率越低,在相同蒸发量的情况下,处理的污泥量就越高。反之,当进入干化设备的脱水污泥含水率高于原设计值,污泥干化焚烧设备实际处理能力将达不到设计处理量。
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3 D# q+ D6 c$ E. G" T, R; r" X/ Z另一方面,脱水污泥含水率增高时,其体积也将大大增加,造成污泥输送、处理设备的处理能力偏小。石洞口污水处理厂污泥处理一期工程多年的运营经验表明,因石洞口污水处理厂的污泥中含有较难去除的毛细管结合水、表面附着水及微生物细胞内部水,在实际运行中板框压滤机及后继增设的带式压滤机和离心脱水机均无法达到原设计的70%含水率。% T7 }$ Q, o) U6 U2tech.cn

4 R8 h: h3 Z/ d/ H( R, v/ p$ h由于进入干化焚烧装置的脱水污泥含水率远大于原设计值,造成干化焚烧装置的规格偏小,部分剩余污泥只能经浓缩、脱水后直接外运填埋处置。可见,脱水污泥含水率是干化焚烧工程设计中相当重要的参数,必须高度重视脱水污泥含水率的可达性。
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3.2入炉污泥含水率及污泥热值: w. L7 ^) V0 Q% a2tech.cn
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如果污泥过度干化,即入炉污泥含水率较低,干化系统能耗大,高干度污泥在焚烧炉中燃烧生成高温烟气,经余热利用系统将余热回用于污泥的干化,干化过程不足能量还需要补充大量外加辅助能量。同时,由于高干度污泥的热值高,造成焚烧炉超温,对设备材质、系统安装、运行管理等都提出了更高的要求。
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如果污泥干化不足,焚烧炉的稳定运行需通过增加大量辅助燃料才能保证,供热越多损失也越多,总能耗较高。因此,污泥干化焚烧设计追求的核心目标是以最少的能量消耗实现污泥的彻底减量化和无害化处理。换句话说,在工艺设计时,应通过能量平衡计算,确定最佳入炉污泥含水率,以求在污泥焚烧产生的余热蒸汽量的基础上,补充最少的外来热量来满足污泥干化所需的能量,同时保证焚烧炉的稳定运行。
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实际工程中,污泥热值一般会呈现较大的季节性变化,2016年1月~2017年8月石洞口污水处理厂脱水污泥干燥基热值统计数据显示,污泥干基高峰热值为19.9MJ/kg,谷值为10.8MJ/kg,峰谷值相差近一倍.
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4 N0 A! W$ {( x/ f( ~为应对污泥干基热值的波动,一方面,应对高、低热值的不同工况进行科学的物料、能量平衡计算,保证系统在不同工况下的稳定运行。另一方面,应采取相应的技术措施缓冲热值的波动。当污泥干基热值较低时,可以通过降低干化段出泥含水率来提高焚烧炉进泥热值;
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当污泥干基热值较高时,可通过提高干化出泥含水率来降低焚烧炉进泥热值。因此,在选择污泥干化设备时,一方面要能够抵御前端脱水设备运行波动造成的进料污泥含水率的变化;另一方面要能根据污泥干基热值的波动进行出泥含水率的调节。. Y# }. f6 H# U) o: v2tech.cn
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但是,当污泥热值变化范围较大时,干化设备出泥含水率的调节作用是有限的,另一种行之有效的措施是调配焚烧炉进泥种类及比例。当焚烧炉进泥热值较高时,将部分脱水污泥在焚烧炉进料螺旋输送机前段压入,与半干污泥混合送入焚烧炉,通过调控脱水污泥与半干污泥的比例,可起到调节焚烧炉进泥热值的目的;! @6 E/ K. g" t3 [3 g! W8 o; F2tech.cn
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当焚烧炉进泥出现短时高峰极热值时,可将稀污泥通过焚烧炉的温控喷嘴直接喷入焚烧炉内,当然,对于湿污泥直接入炉的形式,应根据具体的设计工况和焚烧炉炉型进行科学的方案论证;当进泥热值较低时,采用干化污泥直接入炉。另外,在焚烧炉选择时应注意设备能够适应污泥量和污泥热值的变化,保持较稳定的燃烧工况。" a+ D4 k# B) \/ |2tech.cn

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4 污泥的均质调节

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9 l2 J$ I: R" i+ W4 D此外,对于集中式污泥处理工程,污泥来自于片区不同的污水处理厂,因各厂进出水水质及处理工艺的不同,会使污泥泥质有较大的差别。对于进入干化焚烧设备的不同污水处理厂污泥应进行均质调节,避免污泥泥质不均对干化焚烧设备运行产生的不利影响。
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目前最主要的污泥均质调节手段主要是储坑或料仓混合和螺旋输送机在线混合。同时,对于片区规划新建的污水处理厂,应进行科学合理的泥质预测,较为准确可靠的方法是取同片区临近污水厂进水水样进行中试研究,检测产泥泥质。
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学社编辑 发表于 2019-9-3 11:21 | 显示全部楼层
上海石洞口项目是国内第一个实施并运行的进口污泥干化+焚烧项目,为业内人所广泛熟知。但是有关这个项目的真实运行成本、运行效果和处理能力,存在不同的说法。有说这个项目成功的,有说是失败的;有说运行成本很低,有说运行成本很高。总之是众说纷纭、莫衷一是。' {6 I8 S( a# V& u9 |2tech.cn

6 z% A+ T* q7 h2 C造成这种情况的,其实是环保界的一个通病:大家都不想承担责任,对外只能拣好听的说。业主因为花了国家的钱,如果选择的东西不行,或实际效果不佳,属于严重失职,因此不能承认选型错误;设计方因为在这个项目上也是“股东”,所以说话非常谨慎,决不承认设计与实际情况有严重偏离,结果造成了一大堆问题;总包商因为还要卖设备,不能承认其设备有严重质量缺陷,以及任何在工艺组合方面存在的缺点等。  v4 N3 _1 Z4 Y% |: j1 q. j: M3 e2tech.cn

( P; f) ^2 V" H5 Y本人长期关注这个项目,因此积累了很多资料。现在把这些资料串起来总结一下,或能给业内人一个闲聊的谈资。
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一、各种版本的投资、运行数据
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/ q% B  E6 V0 S- v8 A对此项目第一次做出完整介绍的是刊载在《给水排水》杂志2003年第9期上杨新海、张辰的文章“上海市石洞口城市污水处理厂污泥干化焚烧工程”。文章给出的两个实现污泥热能供给自平衡的条件是:1)脱水污泥含固率25%干基热值大于3000 kcal/kg;2)脱水污泥含固率30%干基热值大于2450 kcal/kg。关于投资和运行费的提法是:预计投资8000万元(含干化和焚烧设备、土建、自控及辅助设施),运行费用160元/吨湿污泥(含水率70%)。, Y  h: I/ v# Z* Y! I& ]" ~2tech.cn
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【点评】作者特意采用了“预计投资”的说法,以示对最终投资不做限定;对热能自平衡的说法,也给出的是两组理论值,对最终湿泥是什么性质不承担任何责任,但美好的前景——“热量自平衡”还是给勾画出来了;对运行费用的勾勒也很“艺术”,特别标注是在含水率70%的条件下,如果达不到这个含固率和热值,运行费用当然无法保证。
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; F9 l, w- @2 V! C# i根据中国水网2005年9月14日转述的报道(这标志着该项目终于开始运行,承包商开始做广告了),“以北京金州工程有限公司为牵头人的联合总承包方中标,并于2003年3月25日签约。项目于2003年7月4日开工,2004年9月27日点火成功,12月4日通过96小时试运行,12月22日通过上海市环保局测试,进入生产阶段。项目引进了国外流化床污泥干化技术,而且结合项目的实际情况,采用了北京金州工程有限公司的子公司--上海金州环境工程技术有限公司开发的污泥干化焚烧处理工艺,日处理脱水污泥(含水率约75%)213吨/日。! B% f. \4 _1 T4 k$ M1 o$ N9 }2tech.cn
污泥干化所需热量由干化后的污泥焚烧余热提供,不用辅助燃料,系统可实现热量自平衡。北京金州工程有限公司及其子公司拥有上述系统污泥干化焚烧系统的全部专有技术,并具有丰富的实施经验”。
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【点评】项目从签约到完成调试,用于21个月的时间。但从金州和瓦巴格(现为安德里茨)做市场宣传的时间看,此后又经过了8~9个月的改造。实际运行大概可以从2005年9月算起。0 a5 T, J6 e" O; V; p3 X2tech.cn

' Q3 ^7 `' m% J( J: V( p3 C% T金州版本的宣传已将含水率简化为75%,且不加限定地宣称“不用辅助燃料,系统可实现热量自平衡”。这是“干化+焚烧”设备供应商们开始忽悠整个业界的开始。+ O; L- t) l- A- o+ Q/ h* u) l2tech.cn
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发表在2005年第12期《中国给水排水》杂志上的许洲的文章“上海石洞口污水厂污泥处置系统的调试”第一次以业主身份,给出了“目前处理系统运行正常,运行费用低于设计值”的评价。这篇文章很难说是一篇科技文献,倒像是小学生考试交卷,纯粹是为了给个说法。至于这个“设计值”是哪个,完全没有提,读者自然会联想一定是上海院那篇文章给出的160元/吨,因为市场上也没有其它版本的说法。/ W3 ~' q0 S3 c% W5 M4 J* V2tech.cn

/ ]4 r: ^" _; u$ G9 P韩晓强和陈晓平在《锅炉技术》2006年第1期上的文章“上海石洞口干化污泥焚烧炉的调试”则提出了一个颇为值得玩味的问题:“焚烧炉的一个特点就是增加了喷水枪,100 %MCR 下,用水量为400 kg/ h。燃料中适量掺水可以促进燃烧,它们的高效、低污染燃烧机理已得到理论和实践证明”。
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【点评】在锅炉最大连续蒸发量(MCR)下,每小时需要向炉内(单炉)喷入400公斤水。我们知道,污泥先干化后焚烧,为的就是降低入炉燃料的水分,达到必要的炉温。支付了大量热能和电能、好不容易获得的干化污泥,怎么进入焚烧炉还要额外加水?
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2005年8月金州对该项目的公开介绍材料中提到,“本污泥干化系统的最大蒸发量是5980kg/h(125%负荷、输出功率4980KW),在满负荷下蒸发量是4775 kg/h(100%负荷、输出功率4045KW)”。! l2 I5 y& }: _$ e2tech.cn
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我们由此可推算出,干燥机的升水蒸发量净热耗实际大约在728.5 kcal左右,按照干化设计值入口含固率30%、出口92%,则满负荷时的污泥干基量为2129公斤,焚烧炉喷雾水加400公斤,实际入炉含固率从92%降到了78.2%。
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3 g, f9 U9 B0 H/ [9 g3 G: k在2010年9月10日上海中国水网主办的水业热点会议上,上海城投污水处理有限公司周丕仁高级工程师发言,对全干化和半干化焚烧做了特别对比说明,力挺全干化焚烧。不知道周先生如果看了他的焚烧炉设计师们的这篇文章会作何感想。
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& C1 M4 I0 ^2 X& @$ R. M2006年12月26日上海石洞口33605吨污泥非法倾倒河塘案发生,该案案情在2007年8月才见诸网络媒体。石洞口干化焚烧项目既然已经投产,为什么还要向河塘倾倒污泥?对石洞口运行情况的种种猜疑看来并非空穴来风。. f1 H2 }! _# O, z2 o" R; _3 Y2tech.cn
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根据内部消息,我们知道这是因为石洞口项目的干化机内置换热器出现了严重磨蚀。这一问题在公开场合被谈起已经是2009年9月的事情了,早在2008年年初该换热器就已经被换掉。从运行的有效时间上看,该换热器的实际运行寿命仅为1年半左右,远低于合同保证值的8年。
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2009年9月17日中国水网对上海污泥论坛进行了报道:
  w/ p6 N! K! D“在前段时间的某国际污泥会议上,来自上海城环水务运营有限公司的许洲常务副总经理介绍了上海石洞口污水处理厂污泥处置系统的运行成本以及运行以来遇到的磨损问题。
3 p+ b0 U7 T) F3 M. @! d( j  脱水污泥在干化系统中被干化的过程就是水分逐渐蒸发的过程。由于脱水污泥始终在流化状态下进行热交换和分离收集,所以设备的磨损问题就凸现出来了,石洞口污泥经测定,其干基的含砂率达到了22.4%,而在欧洲这个数值仅为6~8%左右。
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高含砂量的污泥在高速流化状态下使设备受到很大程度上的磨损。在现场具体反映在对于干化器中管式流化床热交换器的管壁产生的磨损、螺旋分离器的内壁及高速旋转的给料分配器的上部内壁磨损的影响最大。07年8月开始由于磨损加剧,多次发生导热油泄漏事故,干化系统多次被迫停运,08年2月更换了新热交换器(新热交换器优化了排列结构,并采用了耐磨性能更强的材料),对干化系统运行参数进行了调整优化,同时也正在着手提高脱水污泥前道工序沉砂池的效率,在源头减少污泥的含砂量。2 S0 D# U5 L8 K8 M4 O2tech.cn
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据悉目前上海石洞口污水处理厂污泥干化焚烧工艺中,吨泥处置成本238.8元/吨,其中人工成本为57.9元/吨、原料成本为52.45元/吨、动力成本为70元/吨、修理成本为25.64元/吨、大修成本为32.8元/吨”。
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【点评】这是业主方首次在公开场合确认流传多年的干燥器磨蚀的传闻。将全部责任推给污泥,决策者和承包商无任何责任的逻辑早就在公众的意料之中,自不必评说。
5 r* Q$ i8 A' [关于建设投资,业主仍沿用8000万元投资、处理能力213吨/天(设计值为含水率70%)的官方说法。并坚称“该项目 2004年10月开始进入调试试运行,2004年12月份通过环保验收,目前由上海城环水务运营有限公司负责运营管理,系统运行情况良好”。这也是首次公开发布该项目的新版运行成本数据。; o: A" ^  P8 g2tech.cn

8 _# `2 A% d# U8 O; e) ?8 l其实,早此一年有余的时间,2008年7月21日在国家环保局标准司委托中国水网在北京召开标准的评审会上,上海市政工程设计研究总院研发中心副主任王国华的发言中,就已经对有关石洞口运行成本的传闻进行了澄清,披露运行成本为280元,构成如下(原数据仅给出了比例):
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项目
比例
元/吨
人工
30%
84.0
水电
35%
98.0
材料
20%
56.0
维护
15%
42.0
总运行成本
 
280.0

0 h4 Q. g2 d9 E3 ?" c2 }其中,材料项下,标注每吨湿泥的含固率为18%,需要补充大约15~30公斤燃煤。
; b, q6 R# }7 }7 a4 _    拿2009年上海污泥会议的公开数据对照,发现除了增加一项大修成本外,其它各项均明显减少。
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项目
元/吨
百分比
人工
57.9
24%
原材料
52.45
22%
动力
70
29%
大修
32.8
14%
修理
25.64
11%
总运行成本
238.8
 

) Z: m& d8 J+ P' I' D$ M我们得到了一份该项目2003年9月的《施工图设计说明》,发现了一个很关键的信息:“污泥干基低位发热量由招标书的14880 kJ/kg 调整为11600kJ/kg(2770kcal/kg),本次设计焚烧炉及系统据此进行核算”。0 X8 P7 _  A) p  F9 d2tech.cn

. H0 @* {# I' z# U5 f9 j这就是说,项目投标时采用的3554 kcal的污泥干基热值,实际执行则改为2770 kcal,下降了22%。这一变更很有意思。如果说招标阶段设计院是随便写了一个数,大家按照这个数投标,中标后中标方自行检测污泥数据,然后调整设计,这听起来似乎没什么不妥。但奇怪的是,出问题最大的不是假想的热值负偏离,而是污泥含固率负偏离。! J- O) [: j: \5 }/ ^2tech.cn

% `3 |5 m9 c* z, H9 U8 E+ \  Y, m以实际湿泥含固率20%与设计值30%对比,同样的干泥量将导致湿泥量增加50%!如果有污泥可检验,为什么不也检验一下含固率?脱水污泥的含固率检测不比热值检测容易的多?何况任何热值检测的同时都必检含固率这一项!
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唯一的解释是,金州公司可能是低价中标,在实施的过程中发现,焚烧炉的采购成本太高。要降低成本,可以通过降低热值的办法把焚烧炉处理能力降下来。但如果同时也降低含固率将会加大干燥器的成本,因此对含固率负偏离可能引发的后果采取了匿而不报的政策。
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这应该就是为什么这个项目的一切都是按照下限设计的原因。其干燥单元的额定蒸发量其实是4775公斤而非5980公斤,降幅20%,焚烧炉给热的额定负荷(100%)2200 kW,仅够满足额定条件的干燥需要。这就难怪在韩晓强和陈晓平的文章中为什么有一句“产生的污泥量为64 t/ d 干泥,经脱水后含水率为70 %左右。但由于干化焚烧炉容量的限制,只有27. 9 t/ d 焚烧”这样莫名其妙的解释了。
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这句话的真实含义应该是:由于湿泥含固率降低,干化焚烧能力有限,实际只能完成相当于27.9t/d干基污泥的处置,即折合含固率20%的脱水污泥139.5吨/日。以设计最大值64干吨/日考虑的湿泥可能达每天320吨,则其中的180吨需要外运填埋。7 i" c3 V$ S4 ~' L- o$ L2tech.cn
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从河塘倾倒案的发生来看,可以进一步印证,由于处理能力不足(不包括不正常运行造成的实际能力降低),导致了石洞口污泥必须大量外运。查实的33605吨可能大部分是未干化污泥,如果按照每天320吨的最高产生量来算,湿泥至少要倾倒100天,干泥则会在1年半以上。而实际非法弃置发生在2006年6~12月之间,恰好是半年时间。" d! O6 w# s$ n2tech.cn
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关于投资的第二个版本终于在7年之后浮出水面。2010年4月《中国给水排水》杂志刊登了石洞口污水处理厂陈忠秋的一篇文章,“石洞口干化焚烧系统中脱水计量装置的改进”,首次披露该项目的投资其实是1.3亿。
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5 L8 M% S# z) R) G) O2 p  c奇妙的是,2010年9月10日在上海召开的污泥热点论坛上,上海城投污水处理有限公司的周丕仁高级工程师又抛出了投资的第三个版本,“投资7500万元,湿泥含固率80%,实际处理量180吨/日,干化热耗700 kcal/kg,干燥器蒸发量5.9吨,污泥热值2700 kcal/kg。焚烧炉输出热量4400kW,热效率69%,每日补充燃煤8吨”。他所公布的运行成本细目与2009年上海污泥会议上的完全相同。: {- h& e# ^6 T8 P6 W2 _$ [6 V" j4 a2tech.cn
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将所有数据汇集在一起比较,读者一定是越来越糊涂了,如果不对该项目进行逆向工程,无法知道哪个更接近事实些。不能不说,石洞口项目多年来的对外保密工作还是做的非常好的,公众要想从有关单位那里了解项目的真实数据、真实运行状况的真相,看来是遥遥无期的。5 S. f4 k+ e! v5 g  T; y2tech.cn

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二、干化工艺参数的解析

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基于我对安德里茨流化床干化系统的了解,对上海石洞口项目做一个所谓“逆向工程”并非难事。还在没有更换换热器的时候我就去考察过,抄下了几个必要的运行值,现在可以凭借这些值恢复它的全貌了。
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4 h: t! r/ U5 |! {这些关键工艺值如下:
$ e' \" L' a9 V7 e干燥器前导热油温度                                                    183°C
1 R- j, I6 O5 u5 @$ w' U; \干燥器后导热油温度                                                    169.3°C  / u, l6 i+ S. p% f0 i7 w2tech.cn
导热油流量                                                            238 m3/h: l5 [3 W1 N) ?/ Q8 \% E2tech.cn
干燥器出口湿气体流量                                                 28462 m3/h) Z) Q' H) _) Z8 `2tech.cn
冷凝后其它温度                                                        47 °C
9 }: ~* J- A9 e干燥器出口温度                                                        86.1°C
& M( C3 i" H) {* V5 d0 E干泥出口温度                                                          88°C      ) i! r( h+ |( M3 D3 @1 X2tech.cn
回料入口温度                                                          59°C( N- }7 N8 z5 d2 J0 r' E+ V) A: X2tech.cn
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简单解释一下我的计算过程:
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选择一种参考油品,可根据导热油的参数计算得到导热油的质量流量,最终得到导热油给热量;  i& V4 B' q1 Q! O$ l" M' O3 y2tech.cn
4 n, T2 M5 P) D1 G2tech.cn
已知给热量的情况下,可以将干燥器视为一个封闭系来考虑,对干燥器的入口和出口分别做热平衡和湿平衡。由于干燥过程是热平衡和湿平衡同时存在,这样建立一个二元一次方程组,求出两个关键的未知参量:干空气量和出口含湿量。+ p0 C& u. k& \2tech.cn
+ s; E( w( b& N- m# w/ H) d2tech.cn
其它取值:湿泥含固率20%,干泥含固率94%,系统散热2%,湿泥和环境温度15度。
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计算结果如下:
3 {/ M( N9 P% W' |导热油给热量                                                   1828298 kcal/h
+ P$ p) G  ^" Z2 [升水蒸发量的净热耗                                             724.3 kcal/kg
& |+ x- T0 H0 k1 s8 [实际蒸发量                                                     2524 kg/h4 T# {( y% `5 @, i! F$ s! M2tech.cn
折合湿泥处理量                                                 77吨/日
8 e' `% a- j$ ?* T: t- p- {干燥器出口的气体相对湿度                                       54.4%' \9 h/ O3 i  }  m# Z( h- ?- y" }- \2tech.cn

  `4 F: v) k' D1 O& ^我对这一结果并不感到诧异,因为看到导热油温度仅为180度,就可猜到其产能会大幅度降低,尽管运行方极力想掩饰这一点。原设计是250度,由于不断磨蚀导致漏油事故频仍的缘故,为安全起见,不得不以牺牲产量为代价,大幅度降低运行温度。这种带病运行工况下以蒸发量计的产能仅相当于设计值的42%!
( E0 {' l' \! f3 Q. R7 o9 ~8 t该项目显示器上的干燥器气体量量程最高为40000 Bm3/h,如果全负荷运行,情况会大不同。
3 Y% `! d9 C' D4 w/ q0 _! @7 P6 @6 ^" W" H! B2tech.cn
采用以下数值重新计算:. Q; |# g2 R4 f2 J) ^1 `2tech.cn
干燥器前导热油温度                                             250°C
+ r0 W6 z+ c6 p干燥器后导热油温度                                             221.25°C     ' ?7 Z7 q9 m9 p. z0 O$ U2 k2tech.cn
导热油流量                                                     238 m3/h
* c. Q3 ^, _! h3 F干燥器出口湿气体流量                                           39000 m3/h
. ]0 \6 a7 d7 K7 P- D$ |冷凝后其它温度                                                 47 °C4 E* R2 W; r/ l: H+ K! m' A2tech.cn
干燥器出口温度                                                 86.1°C
3 _$ ^6 R6 C& @9 r) }干泥出口温度                                                   88°C    ! I4 @8 U( q4 j! Q4 K$ R6 h% L2tech.cn
回料入口温度                                                   59°C3 f8 u$ R5 N3 T+ b9 l2tech.cn
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结果如下:
# G  c3 b- T1 V& ?* Q导热油给热量                                                   4064750 kcal/h% p3 R& D7 h9 D* |2tech.cn
升水蒸发量的净热耗                                             679.6 kcal/kg5 t3 A7 P8 q# b- q2tech.cn
实际蒸发量                                                     5981 kg/h; @3 ~' _( H9 m9 u8 g2tech.cn
折合湿泥处理量                                                 182.3吨/日
  {; f- F! J- R( S干燥器出口的气体相对湿度                                       55.5%
/ ^2 r4 z% ]' i" a我相信,这些数据应该是该工艺的理想值了。干燥器出口气体的相对湿度比实际值高了1个百分点(对干燥而言是很大的差别),实际上两者应该一样。& M5 a, N8 K( l+ @/ S2tech.cn
, {" Z, P& f; u4 r8 _5 g) H2tech.cn
根据上述计算,我相信修复后的干燥器如果采用额定设计条件,理论上具有最高处理湿泥180吨/日的能力(含固率20%)。
: o  u& e1 j4 \0 f" s按照182.3吨湿泥处理量考虑,焚烧炉的供热量应为4725 kW,相当于额定输出负荷的107.5%。由于没有石洞口焚烧炉的运行数据,我无法推测该焚烧炉是否真的能够按照125%的焚烧炉设计值或107.5%干燥设计值长期超负荷运行。( F9 }; T* A; `! E/ ]( B2tech.cn

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三、焚烧炉的“秘密”

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" P$ d. V+ w0 K! C讨论到此,我觉得一个比较有意义的话题是,到底石洞口项目焚烧炉的设计值变更带来了什么结果。+ I$ j9 v. z. \8 c% i% b2tech.cn

0 U0 v; U7 ~4 L' b) ^( v+ |5 L在《施工图设计说明书》中,焚烧炉的设计规格如下:8 P9 S9 ]% Q1 @2tech.cn
污泥额定处理量:                                  28.4t/d
" @: d& Q) {: ]) }4 T6 p波动范围(额定负荷65%~125%):     18.64~35.5t/d
( E/ }/ u+ z5 j$ P0 V- K4 |干基低位发热量                                     2770 kcal/kg
4 Q: a5 g* h3 n7 C, \一二次风温度:                                     140℃) S( ]2 y8 I, O5 y" b. K- e2tech.cn
排烟温度:                                            206℃
' d+ o6 w3 M& v* X; c, S+ P焚烧炉输出热量(额定负荷 100%):   2200 kw
5 o! E1 X2 Z. z/ S, @# P数量:                                                  3 台(2 用1 备)
5 d  d% \# D, T5 o0 L* t+ g- y: d" l  q+ s$ B' E2tech.cn
原本招标要求、投标响应为64干吨的焚烧项目,在施工图阶段焚烧炉的处理能力就一下子变成了35.5吨(2台,相当于最大32干吨),正好少了一半。这话从何说起?!业主和设计院居然都欣然同意,并为之隐瞒多年?3 Y( b+ m/ @7 [* K; Y& D2tech.cn

+ U6 {& O5 w7 w6 [  ^我想这其实就是石洞口项目的真正秘密吧。
8 C  e* y% V! o$ c' ^
' h$ F  w5 d3 z; W原招标要求可满足每天64干吨污泥的干化焚烧处置,而实际由于脱水含固率严重负偏离(50%),造成今天项目的最大理论值仅为180吨/日,剩余140吨需另行处置。  U7 Y4 F4 ^- w7 W+ R3 Z0 \8 ~7 K2tech.cn
9 C1 g3 H% v* k/ y) N8 w2tech.cn
实际若以焚烧炉给热的额定设计值、包括实际运行值来看(另有焚烧炉设计者的陈述作为佐证),真实的实际处理量恐怕仅为140吨/日,剩余180吨需另行处理。' L" q' l( W# |( j2tech.cn

* c( S: K% ~) Q3 @  o5 @5 a: d干化部分理论上维持了原设计5980 kg/h的蒸发能力,实际上焚烧炉的配套给热额定值仅能满足蒸发量4775 kg/h,减少了20%。9 n  p, Z( ]6 D  F: E2tech.cn

% M2 u& h; Q9 V$ H* A6 c! \焚烧部分如果按照投标方案来考虑,应允许单炉入炉热量
$ t+ g- u) r. M" i5 p2 l8 i3554 * 2667 /2 = 4738703 kcal/h
" G  m4 @  ]3 k5 K- k3 g9 G
+ O- q. E; M2 t; h  Y1 L) C/ K而实际执行时因调整污泥热值的结果,承包商只需提供单炉入炉热量
5 P% B' p1 W7 o5 \$ p: V0 E2770 * 2667 /2 = 3694150 kcal/h
+ x7 |  Q0 G# v# o% j% q! t/ G的焚烧炉,比投标承诺减少22%。  B8 e# b& p; O7 }) z2tech.cn

( n9 o4 v) Z" ?& f此后,由于实际含固率仅为20%,如果理论上保持干化蒸发量,那么入炉热量需要, O" u2 j' C9 p, o  W2tech.cn
2770 * 1616 /2 = 2238841 kcal/h
0 `1 d' a; l: E2 k- e3 |现阶段焚烧炉的理论负荷实际比投标承诺减少了52.8%;
0 @1 W* D; I* u7 y6 B# e+ r- Q5 A6 b  M9 Y, O  G: B. H' V8 o2tech.cn
而按照焚烧炉的额定设计给热量或实际情况,实际入炉热值仅为
: G3 m+ @3 B  b  v# s$ Z- g2770 * 1163 /2 = 1610418 kcal/h
( ]" D; [/ t; h5 r" X0 B7 ?实际运行情况下,焚烧炉的实际负荷比投标承诺减少66.0%!
3 d, m. w, o/ T' S: P1 [- b+ N4 p# M" l2tech.cn
无论从哪个角度来分析,一个项目的焚烧能力变成原项目立项、招标、投标标的的一半或三分之一,也未免太离谱了一点吧?. M8 [4 V" g6 [- p2tech.cn
事实上,如果不是在一开始设计阶段将焚烧炉规模大幅缩减,按照今日市场对干化焚烧的认识(如深圳项目),该项目是可以采用半干化焚烧的形式丝毫不打折扣地完成64干吨污泥处置任务的。9 s- t( F5 ]- r: M% a: j1 b2tech.cn

$ E3 ~6 h4 ~8 V/ s* p) Z3 G这一点仅需如下证明:" M1 f. d" J! i& i+ m2tech.cn
干基热值2770 kcal的污泥其实只需干化到平均含固率34.2%,即可实现自持燃烧。而将64干吨20%的污泥干化到34.2%,只需实现蒸发量5533kg/h,石洞口项目5980公斤的干化蒸发能力完全够用。+ @; a0 A% n# U2 d# S9 O. d) u2tech.cn
$ x1 ]! M) `) C  ]/ S1 W2tech.cn
分析到此,石洞口的真相已不言自明。
+ V( a" c5 m3 D, y3 ]  [4 @+ t
* v8 r4 ]" q$ ^: m  ]变更设计的唯一受益方应该就是金州工程和瓦巴格(安德里茨)公司,他们使出一个小小的手腕,就使一个原本应该处理处置64干吨污泥的项目变成了实际处理处置一半或三分之一,从而可以轻而易举的低价中标获得了中国第一个标志性的污泥处理处置工程。其它未能中标的厂商恐怕连做梦也想不到真正的猫腻是在这里吧?9 @% W  L; y  W3 V/ ?6 |  `# Y5 B% F2tech.cn
( z( x: Q$ ^1 e% @8 v: F/ Q. H- x, _2tech.cn
就投资而言,无论是7500万、8000万还是1亿3000万,如果这个项目实际只能处理180吨甚至140吨湿泥,日吨单位投资都会远远超过同类,难道这就是堂堂上海市公共工程公正招标的结果?难道这就是上海市政院这种国内一流设计单位的把关水平?
( O0 I+ Q, Z" M5 \: l# M/ V* B" t# O0 ^8 K. L2tech.cn
其实,石洞口的运行费是多少并不是建设方、设计方、承包方所真正想保守或能保守的秘密,160元也好,238.8元也好,280元甚至更高,只要上海市政府何时愿意,随时可以澄清这些纷争。有关方面刻意回避的,其实是这个项目为什么远远偏离设计指标的事实。
+ v, z1 `* H) r9 s% L
2 i8 m+ C+ o, G- r$ r6 q9 V: s1 U: r6 _6 ~) K2tech.cn

( ^8 g: S: A/ x# @
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