淺表層地熱能污泥干化技術(shù)思考

朱華章　王慧

摘要：伴隨著全球能源與氣候問題的嚴峻化趨勢，地熱能作為一種清潔能源，具有無污染、可再生的優(yōu)勢，并且日益受到重視。各國政府積極開展地熱能的開發(fā)利用研究，目前地熱能主要用作發(fā)電和建筑物室內(nèi)供暖制冷。本文提出利用淺表層地熱能進行污泥干化，大大降低污泥含水率，便于污泥儲存、運輸以及處置利用。這一新型處理技術(shù)的提出，為污泥干化技術(shù)提供了新的處理思路，也為充分利用可再生能源進行固體廢棄物處置提供思考，具有顯著的環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：可再生能源；地熱能；污泥干化；地源熱泵

中圖分類號：X382 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0068-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.041

Abstract： With the global energy and climate issues becoming more and more seriously， geothermal energy， as a clean and renewable energy， has received more attention. The utilization of geothermal energy has been carried out by governments actively. Geothermal energy is mainly used for power generation and indoor heating and cooling presently. This article puts forward to using geothermal energy for sludge drying， reducing the moisture content of the sludge， which makes contribution to storage， transportation and disposal of sludge utilization. This new technologys putting forward， provides a new treatment idea for sludge drying and also provides thinking of making full use of renewable energy to dispose solid waste， which has significant environmental benefits and socio-economic benefits.

Keywords：Renewable energy；Geothermal energy；Sludge drying；Geoexchange system

能源就是向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，經(jīng)濟和社會的發(fā)展離不開能源。隨著人類對能源需求的不斷提高，全世界的能源已面臨著過量開發(fā)。過量能源開發(fā)及使用造成環(huán)境污染，使我們賴以生存的環(huán)境不斷惡化。為此，加強環(huán)境保護，降低能源開發(fā)及利用造成的環(huán)境污染已迫在眉睫?？稍偕茉刺娲鷤鹘y(tǒng)的不可再生能源為這一問題的解決提供了有效的方法。相對于風能、太陽能、地熱能、生物質(zhì)能等可再生能源，地熱能作為一種可再生能源，是唯一一種來自地球內(nèi)部的能量，越來越受到各國政府的重視。

1 地熱能

地熱能是一種天然的來自于地球內(nèi)部的熱資源，為清潔能源。與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，地熱能無污染、可再生，且具有穩(wěn)定可靠、成本低廉、清潔環(huán)保等優(yōu)點，是一種極其寶貴的綜合性液態(tài)礦產(chǎn)資源。研究表明，地球內(nèi)部儲存的熱量遠遠大于全球煤炭儲量，每年約有相當于1000億桶石油的熱量由地球內(nèi)部經(jīng)地表散失[1]。地熱能作為一種可再生能源，具有較高的能量利用率，在可再生能源領(lǐng)域當中脫穎而出，而目前淺表層地熱能開發(fā)利用應(yīng)用較多。

淺表層地熱能是指蘊藏在地表下一定深度（一般為200m）范圍內(nèi)的巖土體、地下水等中具有開發(fā)利用價值的熱能，其能量主要來源于太陽輻射和地球梯度增溫。參照國土資源部的評價結(jié)果，我國淺表層地熱能及水熱型地熱能資源量折合標準煤為95億t和8530億t，每年可利用量相當于3.5億t和6.4億t標準煤[2]。

2 淺表層地熱能的開發(fā)利用

淺表層地熱能是在當前技術(shù)經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利用價值的地熱能。隨著淺表層地熱能的開發(fā)利用，可有效降低煤炭等傳統(tǒng)能源利用造成的大氣污染，并減少大量的燃煤灰渣；對全球CO2減排作用效果明顯，在保護環(huán)境的同時實現(xiàn)了節(jié)能減排，有效緩解了日益增長的能源需求與環(huán)境惡化趨勢加重的矛盾。

根據(jù)相關(guān)資料，淺表層地熱能可開采量已高出全球年均一次能源消耗總量（500EJ/a）。隨著淺表層地熱能的地源熱泵技術(shù)的不斷成熟，淺表層地熱能得到了大量利用，實現(xiàn)了全球1.5億t/a的CO2減排量。目前，全球地熱直接利用總裝機容量為5058萬kW，年均增幅為12.3%；對應(yīng)產(chǎn)能及其年均增幅分別為4.38×1014kJ/年和9.9%[3]。

3 我國淺表層地熱能的開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國開采淺表層地熱能主要采用地源熱泵技術(shù)，以地表水、巖土體、地下水等為熱源，通過建設(shè)地熱能收集系統(tǒng)和熱泵機組站來提取利用淺表層地熱能。我國淺表層地熱能技術(shù)起步較晚，國內(nèi)科研單位及高校自20世紀80年代末才開始地源熱泵技術(shù)的相關(guān)研究，經(jīng)過幾十年的努力，發(fā)展迅速。2004年我國在世界33個淺表層地熱能應(yīng)用國家中排名靠后，2009年已在世界43個應(yīng)用國家中躍居第二。

目前我國地熱能開發(fā)的主要形式是地熱發(fā)電和地熱供暖。地熱供暖是指利用地熱能替代傳統(tǒng)的制冷機和鍋爐進行供熱制冷，冬季建筑物供暖由熱泵機組從地源中吸收熱量供給；夏季建筑物的空調(diào)制冷由熱泵機組從室內(nèi)吸收熱量后轉(zhuǎn)移釋放至熱源。20世紀90年代后期，北京、山東等開始出現(xiàn)地源熱泵應(yīng)用工程。2008年北京奧運會將地源熱泵技術(shù)成功應(yīng)用于鳥巢、水立方等運動場館。截至2015年，我國已大量開發(fā)利用淺表層地熱能，其規(guī)模已達到4.26×1011kWh，實現(xiàn)標準煤替代量5269萬t，占我國淺表層地熱能可利用資源總量的14.8%[4]。

4 污泥干化技術(shù)

污泥干化是通過滲濾或蒸發(fā)等作用，進一步降低污泥含水率的方法。干化處理后的污泥，含水率可大大降低（40%～70%）。目前國內(nèi)污泥干化技術(shù)主要有：新能源干化、設(shè)備干化及新技術(shù)干化等。新能源干化是利用生物質(zhì)能、太陽能等新能源進行污泥干化；設(shè)備干化是利用反應(yīng)器或干燥機等設(shè)備進行污泥干化；新技術(shù)干化主要為污泥干化新技術(shù)的研發(fā)，如：微波干化、水熱干化、污泥低溫射流干化等[5]。

本文探討用新能源進行污泥干化，目前采用的新能源污泥干化技術(shù)主要有太陽能干化、微波干化和熱液干化。太陽能干化技術(shù)是利用太陽能來蒸發(fā)污泥中水分，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)在我國的成熟應(yīng)用，該技術(shù)易于推廣；不足之處主要為干化效率不高，污泥易厭氧消化，伴有惡臭。

污泥微波干化是采用微波來去除污泥中過量水分。當微波到達污泥表面時，污泥中水分子等極性分子會隨著微波高頻電場的快速變化而急速旋轉(zhuǎn)，分子間相互摩擦產(chǎn)生熱能。這種熱能在污泥表面和內(nèi)部同時產(chǎn)生，因此微波可以使污泥溫度迅速升高[6]。微波干化技術(shù)的干化效率高，時間短，對重金屬有一定穩(wěn)定作用，但所用設(shè)備復(fù)雜，不能連續(xù)運行。

熱液干化技術(shù)是將高溫高壓的熱蒸汽與污泥接觸瞬間發(fā)生液化反應(yīng)，釋放出大量熱能，進而使污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使污泥菌團的細胞結(jié)構(gòu)變性，在進一步脫水過程中，使污泥脫水率大幅提高，污泥體積大幅下降的技術(shù)。污泥熱液干化技術(shù)的干化效率高，且脫水效果好。但對設(shè)備要求較高，同時對運行過程中的安全性有更高的要求。

5 利用地熱能進行污泥干化

本文提出利用淺表層地熱能進行污泥干化的技術(shù)發(fā)展方向。地表淺層具有較高的太陽能收集能力，通過太陽照射，約有47%的太陽能儲存于地表淺層，其每年收集的太陽能是人類年利用能量的500倍。

污泥地熱能干化，運用地源熱泵技術(shù)，采用垂直埋管，以地表水、地下水以及土壤作為熱量傳輸介質(zhì)，將地下深層土壤的熱量傳遞至地表用于污泥干化熱源。在地下50～150m深處安裝垂直埋管，實現(xiàn)單組或多組管與熱泵機組的連接，密封于塑料管內(nèi)的防凍液將熱能傳送給熱泵，然后由熱泵轉(zhuǎn)化為污泥干化所需的熱量，由地面熱量收集系統(tǒng)收集，通過地表下鋪設(shè)的熱水管道將熱泵收集的淺層地熱能順管道傳輸；通過物料機將污泥鋪設(shè)于污泥干化車間，將淺層地熱能用于污泥干化；運用污泥翻拋機對污泥進行翻拋，達到污泥干化效果。

地熱能污泥干化裝置如下圖所示：

該技術(shù)不受地域限制，運行成本低，而且充分利用淺表層地熱能的數(shù)量大、無污染、可再生的優(yōu)勢，為新型污泥干化處理技術(shù)，具有良好的市場發(fā)展前景。

6 結(jié)論

淺表層地熱能作為一種蘊藏于地球內(nèi)部的可再生能源，利用價值巨大。本文提出將淺表層地熱能運用于污泥干化，有效利用淺表層地熱能的同時，對市政污泥進行干化處理，發(fā)展前景良好，很具研究價值。目前運用的太陽能干化技術(shù)、微波干化技術(shù)及熱液干化技術(shù)，每種技術(shù)都有其優(yōu)勢和不足，今后也可考慮將不同污泥干化技術(shù)的聯(lián)合使用，淺表層地熱能與太陽能聯(lián)合用于污泥干化有很好的應(yīng)用前景，能夠更加節(jié)能高效地干化污泥，實現(xiàn)污泥的資源化利用。

參考文獻

[1]汪集暘. 地熱能開發(fā)利用與節(jié)能減排[M].北京：中國地質(zhì)學(xué)會，2010.

[2]龐忠和， 胡圣標， 汪集暘. 中國地熱能發(fā)展路線圖[J]. 科技導(dǎo)報， 2012， 30（32）： 18-24.

[3]夏正興， 何躍平， 朱燁昕， 顧持真， 姜晨光. 對地熱能開發(fā)利用問題的幾點思考[A].中國科協(xié)年會-地熱能開發(fā)利用與低碳經(jīng)濟研討會會議論文[C].2011.

[4]王秉忱. 我國城市淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀與趨勢[M].供熱制冷，2011年12期.

[5]何強， 吉芳英， 李家杰. 污泥處理處置及資源化途徑與新技術(shù)[J]. 給水排水， 2016，（42）： 1-3.

[6]張棟，王三反.新型污泥干化技術(shù)綜述[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013， 41（7）：337-339.

收稿日期：2018-04-10

作者簡介：朱華章（1982-），男，碩士研究生，工程師，2009年畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)。