工業(yè)污泥處理技術(shù)研究

袁紅玲

(河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731)

化工行業(yè)污水處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大量固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)，就是工業(yè)水處理污泥。目前，作為污水處理的衍生品，污泥產(chǎn)量不斷攀升，如生化水處理、中水回用、濃水回收、濃水COD治理等都會有污泥產(chǎn)生。水中溶解的污泥在經(jīng)過重力沉降、藥劑絮凝初步濃縮后，進入疊螺機、帶式壓濾機、離心機等進行初步脫水，脫水后的污泥呈固體或半固體性狀，含水率一般為60%～90%。

目前，化工企業(yè)產(chǎn)生的一般污泥通過收集、儲存、晾曬后送到填埋場，這種處理過程伴隨的問題主要是異味對周邊大氣的影響，以及填埋后污泥對自然環(huán)境存在破壞。屬于危廢的污泥一般交給有資質(zhì)的廠家代為處理，而這種處理方式費用較高，噸處理費用在千元以上。隨著環(huán)保要求日益嚴格，化工企業(yè)亟需一種適宜的污泥處理一體化方案。

1 工業(yè)污泥處理現(xiàn)狀

污泥處理應遵循減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的“四化”原則[1]。目前，國內(nèi)污泥處理的主要途徑分為直接摻燒、填埋場填埋、堆肥綠化、脫水干化等。有相當部分污泥經(jīng)簡單絮凝、壓濾后直接外運丟棄?？傮w看，污泥處理普及程度低且方式單一，減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化程度不高，后續(xù)問題多。

污泥處理技術(shù)面臨的主要問題有：污泥深度脫水技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)研究處于初步階段；污泥消化技術(shù)需進一步優(yōu)化提高；堆肥技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)尚未成熟，堆肥后利用存在潛在環(huán)境風險；污泥干化焚燒技術(shù)與設(shè)備的集成開發(fā)初見成效。

總之，當前國內(nèi)污泥處理處于百家爭鳴、良莠不齊的階段，先進性與自動化程度存在兩極分化現(xiàn)象，沒有一種處理方法占據(jù)絕對優(yōu)勢。從污泥處理容納量及長遠角度來看，污泥干化可以有效解決穩(wěn)定化、減量化問題，為后續(xù)的無害化、資源化提供便利條件[2]。筆者主要對污泥脫水干化技術(shù)進行系統(tǒng)對比和選擇，為需求企業(yè)在污泥處理方面提供借鑒。

2 污泥處理技術(shù)研究

2.1 高壓板框污泥脫水技術(shù)

最先應用于工業(yè)污泥脫水的高壓板框污泥脫水技術(shù)，在國內(nèi)應用范圍十分廣泛。利用該技術(shù)對污水進行收集、沉淀、絮凝，加入藥劑后完成污泥脫水。一般脫水后的污泥含水率在40%以上。常見高壓板框污泥脫水工藝見圖1。

圖1 常見的高壓板框污泥脫水工藝

該工藝基建設(shè)備投資較大、過濾能力也較低，加之在污泥處理過程中需要添加大量藥劑，不符合污泥的“減量化”原則，目前只有一些小型污水處理廠家使用。

2.2 槳葉式污泥干化技術(shù)

槳葉式污泥干化技術(shù)較為傳統(tǒng)，一般采用蒸汽作為熱源，配套濕污泥和干污泥儲存、輸送系統(tǒng)，以及尾氣的處理系統(tǒng)。該技術(shù)可以將污泥含水率從80%降低至40%以下，設(shè)備制作簡單，應用范圍廣，曾經(jīng)在污泥處理領(lǐng)域占有率較大。

槳葉式污泥干化技術(shù)的核心設(shè)備是槳葉干燥機。常見的槳葉結(jié)構(gòu)見圖2，多為單軸或多軸形式，少見四軸形式，利用楔形結(jié)構(gòu)的槳葉推動干燥機中的污泥向末端推進。因槳葉換熱面積小，熱量利用率低，干化規(guī)模一般較小，多適用中小規(guī)模裝置。當日處理濕污泥質(zhì)量超過50 t時，需要2臺以上設(shè)備。

圖2 臥式空心槳葉干燥機

2.3 圓盤式污泥干化技術(shù)

圓盤式污泥干化技術(shù)是在槳葉式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前主要應用在市政污泥處理領(lǐng)域，其日處理規(guī)模大，裝置自動化程度高。裝置可建設(shè)于電廠，依托電廠現(xiàn)成的余熱蒸汽和公用工程，同時干化脫水后的污泥可直接與電廠燃料煤摻燒。

圓盤式污泥干化技術(shù)的核心設(shè)備是圓盤干燥機(見圖3)，由同軸排列的盤片組成，污泥的翻動和前進主要依靠盤片上的推進片和固定在殼體上的刮刀片。與槳葉干燥機相比，同尺寸的圓盤設(shè)備換熱面積要大得多，其干化能力是槳葉干燥機的2～3倍，熱量利用率高，整個裝置蒸汽消耗較低。但是圓盤干燥機設(shè)備投資金額相對較多。

圖3 圓盤干燥機

2.4 低溫帶式污泥脫水技術(shù)

低溫帶式污泥脫水技術(shù)是一種污泥靜止干化技術(shù)，裝置一般需配套管道式擠壓造粒。污泥經(jīng)過造粒后落入履帶上便靜止不動，污泥的干化全部依靠熱泵產(chǎn)生的熱量，在鼓風機作用下自下而上送至帶式干燥機中循環(huán)吹干，從而帶走污泥中的水分[3]。低溫帶式污泥脫水原理見圖4。

圖4 低溫帶式污泥脫水原理

該技術(shù)的特點是裝置獨立，可移動放置，采用除濕熱泵作為干化系統(tǒng)的熱源，以電能作為輸入能量，只消耗電能。低溫帶式污泥干燥機溫度較低，一般控制在45～80 ℃之間，物料基本處于靜止狀態(tài)，無粉塵、廢氣排出，干凈衛(wèi)生，設(shè)備投資成本高，更適合低含水率(<50%)物料的干燥，出料含水率可以控制在10%以下，更適用于較干凈、經(jīng)濟價值較高的物料。

2.5 污泥造粒干化技術(shù)

污泥造粒干化技術(shù)常與立式圓盤干燥機搭配使用(見圖5)。造粒以干污泥作為晶核，濕污泥薄薄地包裹在干粒外面。造粒后的污泥顆粒進入立式圓盤干燥機，濕污泥通過“浮動”耙臂和耙葉將污泥從上到下逐層刮至最下層的出料口，干污泥從底部排出進入分離料斗，一部分較細粉末作為晶核返回涂層系統(tǒng)，另一部分進入儲存?zhèn)}。

圖5 立式圓盤干燥機外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

由于干化系統(tǒng)的盤片僅上層直接與污泥顆粒接觸，熱量利用較低。處理規(guī)模一般也較小(不大于30 t/d)。該技術(shù)除了對造粒裝置的要求比較高以外，對立式盤式干燥機的耙臂要求也很高，要既能刮掉污泥又不能與盤片相接觸。采用可“浮動”的結(jié)構(gòu)，設(shè)計較為復雜，運行中出現(xiàn)問題的可能性較大，維修成本高。

2.6 薄層式污泥干化技術(shù)

薄層式污泥干化技術(shù)是對污泥減量化最徹底的技術(shù)。顧名思義，該技術(shù)主要是將污泥制成“煎餅”一樣的薄層，以此增加污泥中水分蒸發(fā)的表面積，實現(xiàn)污泥快速干化的目的。該技術(shù)的核心設(shè)備是薄層蒸發(fā)器，其主要組成包括加熱夾套、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子驅(qū)動裝置、軸密封裝置等(見圖6)。

圖6 薄層蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該技術(shù)理論上相當完美：污泥在薄層狀態(tài)下干化迅速、徹底，熱量消耗低，干污泥含水率可以輕松達到30%以下。但是由于薄層蒸發(fā)器設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)備檢修難度大，且不適用于雜質(zhì)顆粒大的濕污泥，導致該技術(shù)市場占有率并不高。

2.7 電滲析污泥脫水技術(shù)

電滲析污泥脫水技術(shù)是利用電泳和電滲析的雙重原理(見圖7)，實現(xiàn)污泥進一步脫水和體積減量，是一種新型的污泥深度脫水技術(shù)。電滲析脫水技術(shù)在不需要加藥劑的情況下，可以直接將污泥含水率從80%降低至60%以下，從而使污泥后續(xù)處理更加便捷。該技術(shù)較蒸汽加熱干化技術(shù)更加節(jié)能[4]。

圖7 電滲析污泥脫水原理

目前該技術(shù)正處于實驗研究階段，應用尚不成熟，少見工業(yè)化業(yè)績。

3 污泥處理技術(shù)對比

由于薄層式污泥干化技術(shù)、高壓板框污泥脫水技術(shù)、電滲析污泥脫水技術(shù)應用于實踐中的問題較多，筆者對槳葉式污泥干化技術(shù)、圓盤式污泥干化、低溫帶式污泥脫水技術(shù)、污泥造粒干化技術(shù)進行運行消耗和投資的對比，其結(jié)果見表1。

表1 污泥處理技術(shù)運行消耗及投資對比

對比分析結(jié)果，不建議選用低溫干燥機。原因有三:一是低溫干燥效率較低且處理量小，雖然有熱風循環(huán)、無廢氣排出等優(yōu)點，但熱風風量較大，能耗增加。根據(jù)多數(shù)電廠、水處理廠及工業(yè)企業(yè)實際情況，廢氣處理可以考慮依托現(xiàn)有的蒸汽、循環(huán)水等公用工程資源。二是低溫帶式、造粒盤式比較適用于半干物料、干凈物料以及經(jīng)濟價值較高的物料的干燥，如蔬菜、水果干等，對于黏性較大的污泥不太適用，整體投資性價比較差。三是目前國內(nèi)污泥干化采用低溫干燥的業(yè)績很少，各種問題和缺點尚未暴露，不利于系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

建議選用圓盤干燥機。原因有三:一是圓盤干燥機同尺寸葉片換熱面積大，蒸汽熱量利用率高，單機處理規(guī)模大，不需設(shè)置2臺機；二是蒸汽消耗和電耗都低于槳葉干燥機，運行費用低；三是業(yè)績較多，目前多數(shù)系統(tǒng)都實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行。

4 建議

相對較大的水處理廠、電廠及工業(yè)企業(yè)，建議采用圓盤式污泥干化工藝技術(shù)。該技術(shù)主要包括濕污泥接收儲存與輸送系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、蒸汽與冷凝液回用系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、干污泥輸送及儲存系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)等。某化工企業(yè)利用圓盤式污泥干化技術(shù)投入工業(yè)化運行，效果得到驗證：經(jīng)過該裝置處理的污泥，含水率由80%降低到35%以下，實現(xiàn)污泥的“減量化”目標；干化后的污泥與燃料煤一起送入鍋爐摻燒，實現(xiàn)污泥的“無害化”目標；摻燒后的污泥變成灰渣，與鍋爐灰渣一起作為建筑材料外售，實現(xiàn)了污泥的“資源化”目標。

5 結(jié)語

針對工業(yè)污水處理產(chǎn)生的高含水率污泥，對國內(nèi)不同的污泥處理技術(shù)進行對比、分析、研究，在遵循減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的“四化”原則基礎(chǔ)上，得出了可供參考的建議。