污泥熱干化技術(shù)綜述

周杰 吳敏 劉振 牛明星

摘要：城鎮(zhèn)污水廠的脫水污泥是城市污水處理過程的產(chǎn)物，降低污泥含水率是污泥處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，污泥熱干化技術(shù)是降低污泥含水率最有效的方法之一。介紹了污泥熱干化原理和干化工藝類型，分析了各個(gè)干化工藝技術(shù)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：污泥；含水率； 熱干化

隨著城市人口的不斷增加和城鎮(zhèn)污水處理率的提高，城鎮(zhèn)污水污泥的產(chǎn)出量也隨之不斷增加，污泥處理處置負(fù)擔(dān)顯著加重，目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠每年排放的污泥量（干重） 約為130×104t，年增長率大于10%。如果城鎮(zhèn)污水全部得到處理，則將產(chǎn)生污泥量（干重）為840×104t。在我國目前的污泥處置方式中，焚燒及建材利用約占15%，無害化、穩(wěn)定化土地利用約占10%，其余污泥未經(jīng)任何無害化、穩(wěn)定化處理直接進(jìn)入環(huán)境。由于污水處理廠排放的活性污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，可被土地利用，用以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。但同時(shí)污泥的環(huán)境污染已成為廣大市民關(guān)注的焦點(diǎn)。污泥處理處置方式除了衛(wèi)生填埋、土地利用及焚燒，還包括生物干化、好氧堆肥、濕式氧化、氣化和熱解等。而隨著對(duì)污泥“資源化”要求的提高，污泥水泥窯協(xié)同處置利用、污泥制肥等技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。而這些污泥處置技術(shù)全都對(duì)污泥含水率提出了明確的要求（見表1）。

表1 污泥處置方式對(duì)含水率的要求

污泥用途 含水率要求 國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/文獻(xiàn)

土地改良 ≤60% GB/T 24600-2009

園林綠化 <40% GB/T 23486-2009

填埋 混合填埋 <60% GB/T 23485-2009

作覆蓋材料 <45%

建材利用 制磚 ≤40% CJ/T289-2008

水泥熟料 ≤12% CJ/T314-2009

含水率為80%左右的城鎮(zhèn)污水處理廠的脫水污泥具有體積大，性質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，不僅不利于污泥的運(yùn)輸，而且不能滿足污泥后續(xù)處置對(duì)含水率的要求。作為污泥深度脫水的一種形式，也是最直接、有效的降低污泥含水率的方式之一，污泥熱干化具有減容效果顯著、干化后污泥性質(zhì)穩(wěn)定、便于運(yùn)輸與儲(chǔ)藏、無臭味及病原體、便于資源化利用等優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了污泥熱干化的原理和干化工藝類型，分析了各個(gè)干化工藝技術(shù)的特點(diǎn)。

1. 污泥干化原理

污泥干化工藝就是將污水處理廠脫水后的濕污泥（一般含水率在80%左右）采用適當(dāng)?shù)母苫に噷⑵浜式档偷揭欢ǖ某潭?，便于后續(xù)處理。污泥中所含水分主要有四種存在形式，即間隙水、毛細(xì)管結(jié)合水、表面吸附水以及內(nèi)部水。污泥干化過程其實(shí)就是水分蒸發(fā)的過程，即為去除水分，水分的去除主要經(jīng)歷兩個(gè)主要過程：（1）蒸發(fā)過程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸氣壓低于介質(zhì)（氣體）中的水蒸氣分壓，水分從物料表面移入介質(zhì)；（2）擴(kuò)散過程：是與汽化密切相關(guān)的傳質(zhì)過程，當(dāng)物料表面水分被蒸發(fā)掉，物料表面的濕度低于物料內(nèi)部濕度，此時(shí)，需要熱量的推動(dòng)力將水分從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面。這兩個(gè)過程在干化過程中持續(xù)、交替進(jìn)行。

2. 污泥干化類型

根據(jù)干化產(chǎn)品的含固率特點(diǎn)，污泥干化可分為半干化和全干化：半干化是指將污泥經(jīng)過一次性干化處理，直接獲得含固率80%以下的產(chǎn)品（35%-80%）的一系列工藝或處理過程；而全干化是指將污泥干化至含固率85-90%以上的一系列工藝或處理過程。兩者是相對(duì)的概念。

根據(jù)熱介質(zhì)與污泥的接觸方式又可分為： （1）直接加熱式：熱介質(zhì)（熱空氣、熱煙氣或熱灰等）與污泥直接進(jìn)行接觸混合，使污泥得以加熱，水分得以蒸發(fā)并最終得到干污泥產(chǎn)品。此技術(shù)熱傳輸效率和蒸發(fā)速率較高，但由于與污泥直接接觸，熱介質(zhì)將受到污染，排出的廢水和水蒸氣需經(jīng)過無害化處理后才能排放；同時(shí)，熱介質(zhì)與干污泥需加以分離，給操作和管理帶來一定的麻煩。（2）間接加熱式：將燃燒爐產(chǎn)生的熱氣通過蒸氣、熱油介質(zhì)傳遞，加熱器壁，從而使器壁另一側(cè)的濕污泥進(jìn)行干化。此技術(shù)熱傳輸效率和蒸發(fā)速率均不如直接加熱式，但熱介質(zhì)可循環(huán)利用，節(jié)約了能源。（3）“直接一間接”聯(lián)合式干化：即“對(duì)流-傳導(dǎo)”技術(shù)的結(jié)合。Vomm設(shè)計(jì)的高速薄膜干化器、Sulzer設(shè)計(jì)的新型流化床干化器以及Envirex推出的帶式干化器就屬于這樣類型。

3. 污泥熱干化工藝技術(shù)及特點(diǎn)

3.1轉(zhuǎn)鼓干化工藝

轉(zhuǎn)鼓式干化工藝分為直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化工藝和間接加熱轉(zhuǎn)鼓干化工藝。前者屬于熱對(duì)流干燥系統(tǒng)，將外部熱介質(zhì)（熱空氣、燃?xì)饣蛘羝龋┘訜岷笸ㄈ烁稍锲髋c污泥直接接觸，蒸發(fā)污泥中的水分并運(yùn)送污泥。熱介質(zhì)離開干燥器后與干污泥顆粒分離，經(jīng)除塵、熱氧化除臭后排放。直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化工藝的特點(diǎn)是在無氧環(huán)境中，不產(chǎn)生灰塵；干化污泥警顆粒狀，粒徑人小可控制；采用氣體循環(huán)回用設(shè)計(jì)，減少了尾氣的處理成本。后者工藝流程簡單，污泥的干度可控，干化器終端產(chǎn)物為粉末狀。

3.2 流化床干化工藝

流化床干化工藝屬于典型的熱對(duì)流干燥系統(tǒng)。污泥泵將污泥直接送入內(nèi)加熱流化床，在流化床內(nèi)落料口的正下方設(shè)有高速旋轉(zhuǎn)的打散裝置，對(duì)濕污泥進(jìn)行快速打散，增加換熱面積，促進(jìn)水份快速蒸發(fā)。熱源采用蒸汽，通過換熱器將熱量間接傳遞給污泥，從而蒸發(fā)水分，干化污泥。該工藝具有節(jié)能高效、占地面積小、投資小且環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，無返料系統(tǒng)，屬于間接加熱方式，干化機(jī)本身無動(dòng)部件，故不需維修。缺點(diǎn)是干化顆粒的粒徑無法控制。

3.3 槳葉干化工藝

物料在干化過程中，帶有中空葉片的空心軸在給物料加熱的同時(shí)又對(duì)物料進(jìn)行攪拌，從而進(jìn)行加熱面的更新。濕污泥由污泥泵打入一級(jí)干燥機(jī)，被預(yù)干燥成半干污泥后，進(jìn)入二級(jí)干燥機(jī)再次被干燥。由于采用二級(jí)干燥機(jī)的尾氣對(duì)濕污泥進(jìn)行預(yù)干燥，充分利用熱量，其熱效率極高。此外，干燥尾氣中的熱量被利用之后送去焚燒爐進(jìn)行燃燒，尾氣中的污染物被分解，使得該工藝具有零污染排放的優(yōu)點(diǎn)。

3.4 盤式干化工藝

盤式工藝屬于傳導(dǎo)型干化工藝。熱傳導(dǎo)干燥系統(tǒng)不存在大量工藝載氣的循環(huán)，系統(tǒng)僅抽取相當(dāng)于蒸發(fā)量的部分進(jìn)行冷凝，通常采用抽取微負(fù)壓方式。尾氣處理的負(fù)擔(dān)較輕，且載氣熱損失也較低。盤式干化工藝?yán)脽嵊蜖t加熱導(dǎo)熱油（250-280℃），然后通過導(dǎo)熱油在干燥器圓盤和熱油爐之間的循環(huán)，將熱量間接傳遞給污泥顆粒，以干燥污泥顆粒為內(nèi)核，采用濕泥對(duì)其進(jìn)行涂層包裹，達(dá)到平均含固率65-70%以上，進(jìn)入多層床的頂部，顆粒與圓盤表面進(jìn)行接觸換熱，以重力從層間縫隙逐層下落，經(jīng)過幾次循環(huán)，顆粒長大到一定粒徑，經(jīng)過冷卻成為硬造粒產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)污泥干化。

4. 總結(jié)

污泥處置的首要目的和難點(diǎn)是降低污泥含水率，而污泥熱干化是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的最關(guān)鍵和最重要的方法之一。目前國內(nèi)外污泥干燥工藝主要分為熱對(duì)流工藝和熱傳導(dǎo)工藝兩種類型，熱對(duì)流工藝更適合污泥的全干化，熱傳導(dǎo)則更適合污泥的半干化。熱對(duì)流工藝包括直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化工藝和流化床干化；熱傳導(dǎo)工藝包括盤式干化工藝和多層臺(tái)階式干化工藝。由于干化工藝具有一定的復(fù)雜性，具體干化工藝設(shè)備的選擇需根據(jù)具體的需求、干化規(guī)模、經(jīng)濟(jì)成本、安全因素以及污泥干化目標(biāo)作出考慮，很難對(duì)各個(gè)干化工藝及設(shè)備的優(yōu)劣作出判斷。而污泥熱干化技術(shù)今后的發(fā)展也具有廣闊的前景，將在工程應(yīng)用和實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善，其發(fā)展目標(biāo)將向環(huán)保性、節(jié)能性以及經(jīng)濟(jì)性等方面不斷進(jìn)步。

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