城市污水處理廠污泥熱干化工程工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備介紹

馬楠

（中國通用機械工程有限公司 北京 100050）

城市污水處理廠污泥熱干化工程工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備介紹

馬楠

（中國通用機械工程有限公司 北京 100050）

城市污水處理廠脫水后污泥含水率一般在75%左右，生物污泥由于其成分復(fù)雜，污泥處置問題已成為解決現(xiàn)代城市污水處理廠產(chǎn)物的重難點問題。本文介紹了目前國內(nèi)外較為常見的污泥熱干化工藝設(shè)備，包括雙槳葉式干化工藝、帶式干化工藝、兩段式組合干化工藝、流化床干化工藝、立式圓盤式干化工藝、轉(zhuǎn)鼓式干化工藝、轉(zhuǎn)盤式干化工藝。

污泥處理；污泥熱干

隨著污水處理設(shè)施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水處理廠的污泥產(chǎn)生量也隨之較大增長。污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，有機物含量較高，且很不穩(wěn)定，易腐化，含有大量病菌及寄生蟲，因此如何合理地處理和處置污泥，已成為城市污水處理廠和相關(guān)環(huán)保部門必須引起重視的問題。

近年來，在眾多污泥處置出路中，污泥熱干化工藝由于能夠輕易使城市污水處理廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化，得到了各國的廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外較為常見的污泥熱干化工藝關(guān)鍵設(shè)備有如下七種：

1 雙槳葉式干化工藝設(shè)備

圖1 槳葉式干化工藝設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2 槳葉式干化工藝設(shè)備外部結(jié)構(gòu)圖

1.1 工作原理

雙槳葉式干化機的主要原理是利用高溫?zé)嵊烷g接的將活性污泥的水分蒸發(fā)掉，從而達到干燥的目的。雙槳葉干化機里面有兩個互相嚙合的反向旋轉(zhuǎn)的攪拌器，每個攪拌器都有很多槳葉片，攪拌軸和葉槳都是中空結(jié)構(gòu)。熱油在攪拌軸和葉槳中反復(fù)進出，把軸和槳葉加熱，濕污泥在攪拌軸和葉槳的外部通過，從而被間接加熱干燥。干燥之后的污泥被干化機輸送裝置送入到冷卻器中，被非飲用水間接冷卻至低于40℃然后根據(jù)客戶自己的要求適當(dāng)處理。

1.2 槳葉式干化機的特點

(1)單位體積設(shè)備傳熱面大，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。(2)由于無需空氣循環(huán)，設(shè)備內(nèi)部含氧量低，且工況較平和，工作溫度較低，裝置較為安全可靠。(3)尾氣溫度高，能量可部分回收。(4)可通過調(diào)整進泥量、污泥輸送速度、供熱量等，抵消進泥含水率的波動影響。(5)出泥較靈活，既可實現(xiàn)半干化，也可實現(xiàn)全干化。

1.3 槳葉式干化機的缺點

(1)干燥器本身幾乎沒有軸向推力，物料機械清空存在難度。(2)槳葉式干化機末端污泥干度可達到90%，國內(nèi)各城市污水處理廠污泥含砂量普遍高于國外，例如重慶地區(qū)甚至可高達40%，即污泥與槳葉及內(nèi)壁接觸的面積約五分之二都是砂粒，其磨損的風(fēng)險相當(dāng)大。(3)換熱面不具備機械強制更新（刮削），容易結(jié)垢。

2 帶式干化工藝設(shè)備

2.1 工作原理

脫水污泥鋪設(shè)在透氣的烘干帶上后，被緩慢輸入烘干裝置內(nèi)。通過多臺鼓風(fēng)裝置進行抽吸，使烘干氣體穿流烘干帶，并在各自的烘干模塊內(nèi)循環(huán)流動進行污泥烘干處理。污泥中的水分被蒸發(fā)，隨同烘干氣體一起被排出裝置。在烘干脫水污泥時，根據(jù)烘干溫度的不同可采用以下兩種帶式烘干裝置：

(1)低溫烘干裝置：主要利用自然風(fēng)的吸水能力對脫水污泥進行風(fēng)干處理。T=環(huán)境溫度至65℃。（2）中溫烘干裝置：若自然風(fēng)干能力不夠，必需額外注入熱能，T=110℃～130℃。

圖3 帶式干化工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.2 帶式干化機的特點

(1)烘干過程中，污泥相對靜止，粉塵含量低，無需防爆措施或防爆設(shè)備。（2)烘干裝置處于負(fù)壓狀態(tài)，基本不會產(chǎn)生臭味外溢。(3)裝置的機械結(jié)構(gòu)和操作方式簡單，保養(yǎng)工作量較少。(4)可通過調(diào)整輸入的污泥流量、烘干帶的輸送速度和輸入的熱能，自由設(shè)置出泥含固率。

2.3 帶式干化機的缺點

(1)單套設(shè)備處理能力小，設(shè)備占地面積較大。(2)單位蒸發(fā)水量的能耗較其他工藝設(shè)備高。(3)臭氣量較大，硫化氫等污染物及不凝性氣體的濃度較高，回收有一定難度。

3 兩段式組合型干化工藝設(shè)備

3.1 工作原理

兩段式組合型工藝包括兩級干化，分別利用薄層干化機和帶式干化機技術(shù)。一級處理階段多余的能量部分轉(zhuǎn)換成熱量，提供給二級處理階段。

兩段式組合型工藝示意圖見下圖：

圖4 污泥二級干化處理工藝流程示意圖

在第一階段，脫水污泥由螺桿泵連續(xù)地投入水平薄層蒸發(fā)器中。蒸發(fā)器的旋轉(zhuǎn)葉片將污泥涂成薄層緊貼在中空的殼體內(nèi)壁。熱介質(zhì)在中空殼體間循環(huán)流動，對附著在內(nèi)壁的污泥加熱。蒸發(fā)產(chǎn)生的熱蒸汽被抽出送到一個冷凝裝置或交換器中，為帶式干化機的蒸汽提供部分熱量。

圖6 污泥薄層干化機結(jié)構(gòu)圖

污泥從薄層干化機出來后直接落入切碎機上，通過一個帶有10mm直徑小孔的格柵進行擠壓，形成1mm～10mm直徑的“面條”。形成的污泥顆粒通過一個回轉(zhuǎn)輸送裝置將污泥在整個寬度范圍內(nèi)配送均勻，然后送到帶式輸送機的傳送帶上。傳送帶以一定的速度前進，保證污泥顆粒不會移動，也不產(chǎn)生摩擦，避免產(chǎn)生粉塵。3.2工藝特性

(1)采用創(chuàng)新性的兩級干化工藝（一級處理后污泥干度達到～55%，二級干化處理后污泥干度達到70%～90%），使得污泥在第一處理階段具有可塑性時已經(jīng)形成顆粒，第二階段確保了該工藝無塵，其設(shè)備本身更加安全可靠。(2)薄層蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽能量被回收，用于加熱帶式干燥機的空氣，和其他傳統(tǒng)處理系統(tǒng)相比可節(jié)省高達30%的能耗。(3)需要補充的新鮮空氣量很少，封閉空氣回路的使用也大大降低了廢氣排放量。(4)污泥顆粒一次性形成，無需返混，干化度范圍為70%～90%間可調(diào)。(5)兩段法干化工藝所需輔助設(shè)備量大，安裝、操作和維護較為復(fù)雜。

4 流化床干化工藝設(shè)備

4.1 工作原理

通過流化床下部風(fēng)箱，將循環(huán)氣體送入流化床內(nèi)。顆粒在床內(nèi)流態(tài)化并同時混合。通過循環(huán)氣體不斷地流過物料層，達到干化的目的。

流化床干化系統(tǒng)的密閉設(shè)計可避免系統(tǒng)內(nèi)的氣體泄漏到大氣中，同時可避免大氣進入干化系統(tǒng)。

圖7 流化床原理示意圖

4.2 工藝特性

(1)可直接將污泥加入流化床，而不需要返料造粒系統(tǒng)。（2）整個系統(tǒng)在一個低氧含量（0%～3%體積比）密閉的空氣回路中運行，安全可靠，氧含量大大低于燃點。（3）整個流化床干化機包括氣體回路系統(tǒng)均由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組成（如風(fēng)扇、氣鎖閥、螺旋輸送、容器罐等），運行和維護低成本。(3)熱量通過流化床的熱交換器非直接輸入，因此，產(chǎn)品和能量交換介質(zhì)之間沒有直接的接觸。

4.3 流化床工藝的缺點

(1)流化床出泥含固率不能靈活調(diào)整，一般為92%左右，故如需得到70%～90%含固率的干化污泥則需對污泥進行“返混”，增加設(shè)備投資。(2)流化床中污泥處于快速流動狀態(tài)，其不可避免的會與底部的金屬盤管發(fā)生劇烈摩擦，造成盤管的更換，如污泥含砂量高，其更換的周期將大大縮短，勢必增加設(shè)備投資，從而增加設(shè)備運行費。

5 立式圓盤式干化工藝設(shè)備

立式圓盤干化工藝，又稱珍珠工藝，在歐洲和北美利用廣泛。其核心設(shè)備是污泥涂層機和盤式干化機。再循環(huán)的干污泥顆粒返回涂層機與濕污泥混合，其過程中干粒起到“珍珠核”的作用。涂覆了濕污泥的顆粒被送入盤式硬顆粒造粒機。借助于旋轉(zhuǎn)耙臂的推動作用，污泥顆粒從造粒機的上部圓盤通過造粒機直至底部圓盤。在此過程中，造粒機的中空圓盤里循環(huán)的熱油將污泥中的水分蒸發(fā)，通過排氣風(fēng)機將水蒸氣從造粒機中抽出，從而使污泥干化。每個污泥顆粒平均循環(huán)5～7次，每次都有新的濕污泥涂覆到輸入的顆粒表面。顆粒的生長類似珍珠形成過程，在干化工藝最后形成一個堅硬容易處理的圓形顆粒。該工藝是一種獨具特色的回收能量和節(jié)省費用的污泥處理方案，但目前在國內(nèi)沒有工程實例。

6 轉(zhuǎn)鼓式直接加熱工藝設(shè)備

熱對流式轉(zhuǎn)鼓干燥工藝屬于污泥直接干化工藝，干化機內(nèi)部有三個同軸圓筒狀轉(zhuǎn)鼓，因此也稱為三通道轉(zhuǎn)鼓。污泥和熱空氣直接進行接觸，通過熱對流作用，不飽和的熱空氣（工藝氣體）分布在污泥表面，提供水蒸發(fā)所需的能量，迅速去除污泥中的水分。

轉(zhuǎn)鼓進口處的污泥是濕污泥與干污泥混合而成的，通過調(diào)節(jié)混合比例可以改變污泥的含水率，能適應(yīng)脫水污泥含水率的波動。在整個工藝過程中，轉(zhuǎn)鼓和其他所有的設(shè)備都是在微負(fù)壓狀態(tài)下工作，因此整個系統(tǒng)不會外泄粉塵和臭氣。最終的產(chǎn)品污泥是均質(zhì)的顆粒狀泥球，適合于大中型干化廠。

7 轉(zhuǎn)盤式干化工藝設(shè)備

轉(zhuǎn)盤式干化機的轉(zhuǎn)子為一組由中空軸貫穿連通的中空轉(zhuǎn)盤。干化器的轉(zhuǎn)盤夾套內(nèi)有充入高溫的質(zhì)（蒸汽、熱油或熱水等），均勻加熱干化器內(nèi)的所有轉(zhuǎn)盤壁。

脫水污泥從干化機的一端流入，流過轉(zhuǎn)盤與定子之間的空隙，達到另一端，經(jīng)底部的出料閥流出。經(jīng)過轉(zhuǎn)盤表面接觸傳熱，脫水污泥中所含的水分被蒸發(fā)。干化后的顆粒進入分離料斗，一部分顆粒被分離出再返回進口，另一部分粒徑合格的顆粒通過進一步冷卻后送入料倉儲存。

干化機中的刮泥刀和輪翼系統(tǒng)可防止物料粘在熱交換器表面，使污泥與熱表面保持連續(xù)接觸，而不被粘結(jié)在上面的導(dǎo)熱性能很差的干料阻隔，從而提高干化效率；備有真空吸氣裝置的定子可以降低干化過程的溫度；依據(jù)物料性質(zhì)設(shè)計的填料函可自動加注潤滑油。

圖8 轉(zhuǎn)盤式干化機原理示意圖