低溫干化技術(shù)在市政及工業(yè)污泥處理中的應(yīng)用

呼曉明

（南京索益盟環(huán)保科技有限公司，江蘇 南京 210000）

關(guān)鍵字：市政污泥；工業(yè)污泥；低溫干化；工程應(yīng)用

0 引言

根據(jù)我國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2020年我國的污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到8.382×107噸[1]。一方面，污泥中含有大量重金屬以及各種病原菌等有毒有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)土壤和水環(huán)境造成污染。另一方面，污泥的成分比較復(fù)雜，除了這些有毒有害物質(zhì)，污泥中還存在著一些營養(yǎng)物質(zhì)和對(duì)農(nóng)業(yè)有用的有機(jī)質(zhì)。因此，如果污泥處理不當(dāng)，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良的影響，而且也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。目前，我國污泥處理技術(shù)和設(shè)備相對(duì)落后，污泥實(shí)現(xiàn)無害化和資源化的比例也不高。因此，有必要提高對(duì)污泥處理工作的重視程度。

1 污泥干化技術(shù)

目前，污泥的處理方法主要有以下幾種：衛(wèi)生填埋、土地利用、建材利用和干化焚燒等[2]，如圖1所示。而土地利用、衛(wèi)生填埋和建材利用都需要污泥達(dá)到無害化的狀態(tài)，這就使得這些處理方法在實(shí)際應(yīng)用過程中受到諸多限制。污泥干化焚燒可以顯著降低污泥中的含水率和體積，并且干化過程中還能殺死一些病原體等有毒物質(zhì)，為污泥資源的后期利用提供了前提條件，目前該技術(shù)正在國內(nèi)外被廣泛研究。在2015年，國家正式提出“水十條”[3]：污水處理措施產(chǎn)生的污泥應(yīng)該進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理，標(biāo)志著我國對(duì)污泥處置的重視上了一個(gè)新臺(tái)階，因此應(yīng)該加快污泥減量化、無害化、資源化的研究步伐，對(duì)污泥干化技術(shù)的研究需求已經(jīng)刻不容緩。

圖1 污泥處置方式

污泥干化處理按照溫度的不同一般可以分成兩種類型：低溫干化（溫度<150℃）和高溫干化（溫度＞150℃），按照熱傳遞的方式又可以分為直接熱干化和間接熱干化，如圖2所示。直接高溫干化效率最高，因?yàn)闊崦浇橹苯优c污泥接觸，使干化效率達(dá)到最高。但是在實(shí)際過程中，高溫會(huì)增加尾氣處理量，且能源損耗較大。間接高溫干化是指熱媒介不與污泥直接接觸，而是熱源通過蒸汽、熱油等介質(zhì)將熱量傳遞至一個(gè)加熱器壁，使污泥與加熱器壁接觸導(dǎo)致污泥受熱，最終實(shí)現(xiàn)水分的蒸發(fā)。與直接高溫干化相比，間接高溫干化效率不高，但相比之下，其熱能回收比較容易，不易損耗。間接低溫干化在實(shí)際工程應(yīng)用中，因占地面積大、干化效率低等缺點(diǎn)，很少應(yīng)用在污泥處理領(lǐng)域。直接低溫干化是將熱風(fēng)作用于污泥表面，干化效率較高。下文介紹的工程實(shí)例就采用了直接低溫干化法，該方法具有干化效率較高，且經(jīng)濟(jì)效益最大化的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 污泥干化處理類型

2 工程背景及概況

隨著城市污水處理的不斷深入，污泥產(chǎn)生量日益增加，如何實(shí)現(xiàn)污泥的無害化處理已成為亟待解決的問題。近年來，污泥干化因?yàn)榭梢杂行Ы档臀勰嗪屎腕w積而被廣泛使用。本工程采用低溫除濕干化機(jī)處理市政污泥，通過低溫干化技術(shù)的系統(tǒng)工藝流程處理，污泥含水率從80%降低到30%，該工程處理量為20 000m3/d，主要是利用低溫除濕干化機(jī)直接干化污泥，整套設(shè)備采用熱泵回收技術(shù)，密閉干化模式不會(huì)導(dǎo)致任何廢熱的排放，電耗較小且運(yùn)行安全、環(huán)保、高效，能有效殺菌，最終達(dá)到污泥處置的無害化、穩(wěn)定化目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益較高。

3 工程介紹

3.1 工藝流程

低溫除濕干化機(jī)的工藝流程主要包括除濕、網(wǎng)帶式干燥、電氣自控等系統(tǒng)。污泥濃縮池中的污泥通過污泥管道，加入聚丙烯酰胺，經(jīng)疊螺機(jī)脫水至80%左右，然后進(jìn)入低溫除濕干化機(jī)的濕泥料倉，通過干化機(jī)自帶的濾餅切條技術(shù)，將污泥切成“面條”形狀，之后依靠重力進(jìn)入行走的網(wǎng)帶上，除濕熱泵在網(wǎng)帶的下部提供干燥熱空氣，快速上升，在與污泥直接接觸的過程中將污泥干化，之后濕熱空氣則進(jìn)入除濕熱泵系統(tǒng)，通入冷凝水降溫使溫度低于露點(diǎn)，冷凝后的水汽經(jīng)排出系統(tǒng)進(jìn)入污水管道，而脫水后的空氣通過加熱變成熱空氣繼續(xù)用來干化污泥，全過程空氣循環(huán)使用，不會(huì)有尾氣產(chǎn)生。經(jīng)該系統(tǒng)干化的污泥，含水率可從80%降至30%以下，整個(gè)過程能耗低，穩(wěn)定性好，效率高。

3.2 低溫節(jié)能干化機(jī)的干化過程

本工藝的關(guān)鍵在于除濕熱泵的穩(wěn)定運(yùn)行。除濕熱泵是利用冷凝水制冷系統(tǒng)，在對(duì)濕熱空氣降溫脫濕的同時(shí)，利用熱泵原理回收空氣中的凝結(jié)潛熱，再利用潛熱來加熱空氣的一種裝置。干燥的空氣把污泥中的水分帶走，含有飽和水分的空氣經(jīng)冷凝過程，水分排入污水管道，凝結(jié)水分排出的熱量將空氣重新加熱，在干化污泥過程中循環(huán)使用。除濕干化就是回收水蒸氣的潛熱和空氣中的顯熱，來干化污泥的一個(gè)過程。在整個(gè)干化過程中，沒有任何廢氣的排放，所有的空氣均在干化過程中循環(huán)使用。相比傳統(tǒng)物料的熱干化系統(tǒng)，本系統(tǒng)能避免約90%的熱損失，將污泥除濕干燥和加熱泵的能量回收相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過程中的能量循環(huán)利用。

污泥除濕干化機(jī)的原理就是利用除濕熱泵，進(jìn)行熱風(fēng)循環(huán)，將污泥干化烘干。污泥中水分汽化部分的潛熱就等于除濕熱泵水蒸氣冷凝部分的潛熱，整個(gè)過程能量守恒，不需要外部提供熱源，過程中的能源消耗主要是壓縮機(jī)所需要的電能。除濕熱泵就是利用制冷系統(tǒng)將濕熱的空氣降溫降濕，同時(shí)利用熱泵原理回收空氣水分凝結(jié)的潛熱，又用潛熱來加熱空氣。網(wǎng)帶式干燥設(shè)計(jì)，透氣性良好，可以增加熱空氣與污泥的接觸面積，提高熱效率。除此之外，污泥靜置于網(wǎng)帶上，不僅減少粉塵產(chǎn)生量，還能延長網(wǎng)帶的使用壽命。因?yàn)檎麄€(gè)過程是網(wǎng)帶式靜態(tài)干化，干化過程無粉塵，因此能夠防止干化過程中的粉塵爆炸事故。

3.3 經(jīng)濟(jì)性能分析

我們將工藝涉及到的能耗及運(yùn)行費(fèi)用做了一個(gè)簡單的計(jì)算，結(jié)果為：在一個(gè)規(guī)模為20 000m3/d的污水處理廠，通過低溫干化技術(shù)系統(tǒng)工藝流程的處理，將污泥含水率由80%降低到30%，在產(chǎn)生的污泥為固廢時(shí)，每年可以節(jié)約近百萬元治污成本，當(dāng)產(chǎn)生的污泥為危廢時(shí)，每年可以節(jié)約治污成本近千萬元。在污泥填埋趨于飽和、污泥處理難度日益加大的今天，該設(shè)備在經(jīng)濟(jì)效益方面具有突出優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)一步加強(qiáng)其在污泥干化領(lǐng)域的應(yīng)用。

4 結(jié)論

本工程利用低溫干化技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行減量化、無害化處理。污泥經(jīng)干化后含水率可降至30%以下，整個(gè)過程沒有廢氣排放，不需要額外的熱源，整個(gè)工藝能耗低，效率高，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，適合進(jìn)一步在污泥干化工程上加以應(yīng)用。

在污水處理廠普遍只重視水不重視污泥的情況下，我國的污泥處理技術(shù)發(fā)展緩慢。國家對(duì)污染治理的重視，以及采取的種種措施[4]，使這種切實(shí)有效、穩(wěn)妥可行且具備良好經(jīng)濟(jì)效益的污泥處理技術(shù)可以在全國范圍內(nèi)推廣，實(shí)現(xiàn)污泥的綠色處理。通過使用低溫干化技術(shù)為污泥干化工程同時(shí)帶來經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是完全可行的。