污泥低溫干化系統(tǒng)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

鄭龍行，黃乾澤，姚 璐，謝慶文

（廣州市新之地環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣東 廣州 510380）

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)污水處理廠不斷增加，污泥成為了國(guó)家在環(huán)保方面的一項(xiàng)關(guān)注重點(diǎn)。污泥是在污水處理過(guò)程中通過(guò)生物、化學(xué)、物理方式產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)的泥狀物質(zhì)，內(nèi)部含有大量的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、膠體、病原體、細(xì)菌、寄生蟲等復(fù)雜成分。污泥本身容易腐爛且散發(fā)出強(qiáng)烈的臭味，如果處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，極易造成環(huán)保事故。目前我國(guó)對(duì)污泥處置主要分為四種，即填埋、堆肥、焚燒、建材利用。其中，焚燒是污泥最徹底的處置方式，可以最大限度實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化，這適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地資源緊缺的地區(qū)。

濃縮污泥的含水率高達(dá)98%左右，直接燃燒的話需要消耗大量的熱能，且產(chǎn)生大量水汽，對(duì)設(shè)備的腐蝕比較嚴(yán)重。盧駿營(yíng)通過(guò)分析，建議污泥在進(jìn)行焚燒前含水率應(yīng)控制在40%左右。因此濃縮后的污泥首先需要先進(jìn)行機(jī)械脫水，將含水率降至80%～60%左右。此時(shí)產(chǎn)生的泥餅仍然具有很高的含水率，不但會(huì)增加污泥運(yùn)輸過(guò)程的費(fèi)用，同時(shí)對(duì)于后續(xù)的處理處置也會(huì)帶來(lái)很大的困擾，如含水率過(guò)高，對(duì)污泥焚燒首先需要消耗大量的熱量對(duì)污泥內(nèi)部水分進(jìn)行蒸發(fā)，同時(shí)也導(dǎo)致大量尾氣產(chǎn)生，增加了尾氣的處理處置費(fèi)用，對(duì)污泥處理的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性都是不利的。因此，從污泥運(yùn)輸、燃燒效果和對(duì)焚燒的影響等方面考慮，我國(guó)部分地區(qū)提倡在污水處理廠在污泥進(jìn)行機(jī)械脫水后再對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步的干化處理。

目前在國(guó)內(nèi)污泥低溫干化機(jī)通過(guò)低溫除濕技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)污泥的深度干化需求，應(yīng)用比較廣泛，還可以根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇電能或蒸汽、熱水等熱源供熱。文章就低溫干化系統(tǒng)的兩種形式進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析。

1 污泥低溫干化系統(tǒng)

1.1 熱泵低溫干化系統(tǒng)

熱泵式低溫干機(jī)主要是通過(guò)電能提供污泥烘干的熱量。一方面可以避免一次能源的消耗，同時(shí)還可以解決對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)污泥的干化處理，增加了環(huán)境的友好性。

圖1 熱泵式低溫干化機(jī)工作原理圖

濕污泥經(jīng)過(guò)切條裝置成型后落到保溫箱體內(nèi)的輸送網(wǎng)帶上，在輸送網(wǎng)帶上均勻分布。污泥在網(wǎng)帶上行走的同時(shí)被循環(huán)風(fēng)機(jī)提供的循環(huán)空氣帶走水分，最終實(shí)現(xiàn)干污泥的出料。循環(huán)空氣帶走污泥中的水分后，進(jìn)入除濕室，首先在蒸發(fā)器處將攜帶的水分冷凝下來(lái)，冷凝水通過(guò)管道排出，脫水后空氣經(jīng)過(guò)冷凝器重新加熱升溫，形成干燥的熱空氣再進(jìn)入網(wǎng)帶對(duì)污泥脫水。

1.2 余熱低溫干化系統(tǒng)

余熱低溫干化機(jī)的熱量來(lái)源主要有煙氣、熱水、水蒸氣等余熱能源，通過(guò)換熱器轉(zhuǎn)換形成90 ℃的熱水作為熱源供應(yīng)干化機(jī)設(shè)備進(jìn)行污泥烘干。

干化腔污泥的運(yùn)行模式與熱泵低溫干化機(jī)相同，循環(huán)空氣帶走污泥中的水分后，進(jìn)入除濕室。首先在冷卻器處將攜帶的水分冷凝下來(lái)，冷凝水隨后排出設(shè)備。脫水后的循環(huán)空氣經(jīng)過(guò)加熱器重新加熱升溫，形成干燥的熱空氣再進(jìn)入網(wǎng)帶對(duì)污泥脫水。

圖2 熱泵式低溫干化機(jī)工作原理圖

1.3 低溫干化機(jī)特點(diǎn)

（1）設(shè)備采用全封閉干化工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)尾氣排放，不會(huì)造成二次環(huán)境污染。（2）采用60～80℃低溫烘干，能有效滅殺病菌，降低臭氣濃度。（3）污泥含水率從60%降到40%以下，出泥含水率可調(diào)，污泥減容可減少40%以上（按照干基質(zhì)量計(jì)算）。（4）一體化，安裝簡(jiǎn)易，根據(jù)污泥處理量的需求，只需整機(jī)安裝或多模塊拼裝即可，無(wú)需復(fù)雜土建工程，降低污水處理廠的提標(biāo)改造總體成本。（5）干化車間出現(xiàn)少量臭氣異味，可直接接入廠區(qū)的生物除臭系統(tǒng)，不需要專門增加冷凝和除塵設(shè)備。

2 低溫干化系統(tǒng)與其他干化工藝對(duì)比

20世紀(jì)80年代，我國(guó)引入熱泵式低溫干化機(jī)，并管將其廣泛應(yīng)用于皮革、食品烘干、魚類等干燥、藥品的殺菌與干燥各種行業(yè)以及污泥干化脫水等領(lǐng)域。對(duì)比傳統(tǒng)熱干化工藝雖然發(fā)展較晚，但其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其在各個(gè)行也有著廣泛的發(fā)展?，F(xiàn)就污泥干化行業(yè)將低溫干化系統(tǒng)與傳統(tǒng)干化系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比如下表：

表1 低溫干化機(jī)與其他干化設(shè)備對(duì)比表

低溫干化系統(tǒng)采用密閉式結(jié)構(gòu)，在工作過(guò)程中沒有尾氣排出，工作環(huán)境環(huán)保又衛(wèi)生，同時(shí)其采用多模塊的拼裝模式，具有靈活多變的特點(diǎn)，既可以單層多模塊拼裝組合，也可以上下多層多臺(tái)疊加安裝，減少占地空間，在建設(shè)中節(jié)約采購(gòu)及安裝費(fèi)用，非常適用于需要污泥干化的設(shè)備但預(yù)算有限的廠家和地區(qū)安裝使用。

3 低溫干化系統(tǒng)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)分析

文章以某污水處理廠污泥干化處理為例。污水處理廠絕干污泥量約為6.8 t/d，設(shè)備工作時(shí)間為24 h/天，要求污水廠外運(yùn)污泥含水率需要降至40%以下。污泥的處理工藝流程為：

圖1 污泥的處理工藝流程圖

其中經(jīng)過(guò)調(diào)理壓榨后，脫水污泥含水率為60%左右，總量為18.62 t/天。在前端污泥脫水工藝相同的情況下，對(duì)使用熱泵式低溫干化機(jī)和余熱式低溫干化機(jī)進(jìn)行污泥烘干進(jìn)行能耗和經(jīng)濟(jì)性分析：

表2 兩種干化形式經(jīng)濟(jì)性比較表

通過(guò)上表中的分析發(fā)現(xiàn)，該污水處理廠采用電能和蒸汽時(shí)，低溫干化機(jī)的運(yùn)行成本比較接近，并不是低溫干化機(jī)采用余熱時(shí)運(yùn)行成本更低，這還需要考慮當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)及余熱供應(yīng)費(fèi)用的價(jià)格情況。不同地區(qū)電費(fèi)的價(jià)格不同，如果某地電費(fèi)價(jià)為0.48元/（kW·h）時(shí)，熱泵式低溫干化機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用為2 006×0.48=963（元/d），余熱式低溫干化機(jī)費(fèi)用為585×0.48+8.1×120=1 253（元/d），余熱式大于熱泵式低溫干化機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用；如果蒸汽為業(yè)主廠內(nèi)自產(chǎn)多余熱量時(shí)，則蒸汽費(fèi)用幾乎不用考慮，只需核算設(shè)備的電耗即可，此時(shí)采用余熱式低溫干化機(jī)比較合適。因此選擇干化機(jī)的供熱形式時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒嵩磧r(jià)格進(jìn)行確定。

4 結(jié)論

（1）低溫干化機(jī)供熱能源多樣性，提高了設(shè)備對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景的適應(yīng)能力，且低溫密閉式結(jié)構(gòu)具有無(wú)需尾氣處理裝置，無(wú)臭氣泄露等優(yōu)勢(shì)，安裝簡(jiǎn)單，投資成本低。在污泥干化領(lǐng)域?qū)Ρ葌鹘y(tǒng)的熱干化設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。

（2）低溫干化系統(tǒng)既可以采用電能供應(yīng)也可以應(yīng)用煙氣、蒸汽熱水等周圍可利用的熱源，使其可以廣泛應(yīng)用在多種場(chǎng)合的污泥干化。

（3）結(jié)合項(xiàng)目對(duì)兩種形式的干化系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行成本分析，表明兩種供能形式的低溫干化系統(tǒng)的運(yùn)行成本需要根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉吹膬r(jià)格來(lái)確定哪種更低。