國外污泥熱干燥技術(shù)
行業(yè)動態(tài)
1 開發(fā)與應(yīng)用歷史
上較早將熱干燥技術(shù)用于污泥處理的是英國的Bradford公司。1910年，該公司 開發(fā)了轉(zhuǎn)窯式污泥干化機(jī)并將其應(yīng)用于污泥干化實(shí)踐；1915年，這套技術(shù)得到了Huddersfield的采用；幾年后，美國也開發(fā)出類似的污泥干化機(jī)械。到了30年代，閃蒸式干燥機(jī)、帶式干燥機(jī)分別在美、英兩國污水處理行業(yè)出現(xiàn)。到六七十年代，污泥熱干燥技術(shù)逐步得到了完善。然而，由于污泥干化的設(shè)想是將干污泥作為肥源用于農(nóng)作、園藝及森林給養(yǎng)，但污泥熱干燥處理與其它處理技術(shù)相比，其要求和成本相對較高，管理也較復(fù)雜，因此該技術(shù)一直沒有得到較好的推廣。
進(jìn)入80年代末期，由于污泥在填埋、投海、農(nóng)用上的各種限制條件和不利因素的突顯，也由于該項(xiàng)技術(shù)在瑞典等 一些污水廠的成功應(yīng)用，使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá) 很快推廣開來。例如歐盟在80年代初只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干燥設(shè)備處理污泥，但到了1994年底已有110家污泥熱干燥處理廠，并且有人預(yù)計(jì)在此后的短短數(shù)年中，污泥熱干燥處理廠將增加至目前的10倍以上。
由于污泥熱干燥技術(shù)的改進(jìn)、應(yīng)用和推廣，大大加速了工業(yè)發(fā)達(dá) 污泥處理處置手段的改變，這種改變主要體現(xiàn)在：污泥填埋處置前，要將污泥進(jìn)行干燥處理；污泥焚燒處置比例得到了較大提高；干污泥產(chǎn)品作為土地回用的肥源出售，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大等。
如今，污泥干化處理也得到了越來越多包括發(fā)展中 環(huán)境工程界的重視。
2 污泥干燥機(jī)械的類型及其工作原理
2.1 類型
污泥干化根據(jù)熱介質(zhì)與污泥的接觸方式，可分為直接干化、間接干化和直接-間接聯(lián)合式干化等工藝類型。
直接干化的實(shí)質(zhì)是對流干燥技術(shù)的運(yùn)用，即將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接進(jìn)行接觸混合，使污泥得以加熱，水分得以蒸發(fā)并得到干污泥產(chǎn)品；閃蒸式干燥器（flash dryer）、轉(zhuǎn)筒式干燥器（rotary dryer）、帶式干燥器（belt dryer）、噴淋式干燥器（spray dryer）、螺環(huán)式干燥器（toroidal dryer）和多效蒸發(fā)器（multiple-effect evaporation）等都屬于這種類型；而間接干燥實(shí)質(zhì)上就是傳導(dǎo)干燥，即將燃燒爐產(chǎn)生的熱氣通過蒸氣、熱油介質(zhì)傳遞，加熱器壁，從而使器壁另一側(cè)的濕污泥受熱、水分蒸發(fā)而加以去除，薄膜干燥器（thin-film dryer）以及各種各樣的轉(zhuǎn)盤/漿板（disc/paddle）干燥器即屬于這種類型；直接-間接聯(lián)合式干燥系統(tǒng)則是對流-傳導(dǎo)技術(shù)的整合，如Vomm設(shè)計(jì)的高速薄膜干燥器，Sulzer開發(fā)的新型流化床干燥器以及Envirex推出的帶式干燥器就屬于這種類型。在所有提及的這些干燥器中，閃蒸式干燥器是目前應(yīng)用較廣的一種。
2.2 工作原理
2.2.1 閃蒸式干燥器
閃蒸式干燥器的工作原理是：將濕污泥與干燥后回流的部分干污泥混合后形成的混合物（含固率達(dá)50%～60%）與受熱氣體（來自燃燒爐，溫度高達(dá)704C同時輸入閃蒸式干燥器，污泥在干燥器中高速轉(zhuǎn)動的籠式研磨機(jī)攪動下與流速為20～30m/s的高熱氣體進(jìn)行數(shù)秒鐘的接觸傳熱，污泥中的水氣迅速得到蒸發(fā)，使其含水率降至8%～10%。然后再經(jīng)旋風(fēng)式分離機(jī)作用將氣固分離開來，得到干污泥產(chǎn)品。干污泥一部分回流并與濕污泥混合，其余部分則輸出作后續(xù)處理和處置。
2.2.2 轉(zhuǎn)筒式干燥器
直接轉(zhuǎn)筒式干燥器的主體部分為與水平線略呈傾斜的旋轉(zhuǎn)圓筒，混合污泥（濕污泥與干污泥混合物）從轉(zhuǎn)筒的上端送入，在5～8r/min轉(zhuǎn)筒（內(nèi)裝抄板）翻動下與同一端進(jìn)入的流速為1.2～1.3m/s，溫度為649℃的熱氣流接觸混合，經(jīng)20～60min的處理，干污泥從下端徐徐輸出，得到含水率低于10%的干污泥產(chǎn)品。
目前美國佛羅里達(dá)州的Largo污水處理廠、瑞士的Basel污水處理廠、加拿大魁北克污泥干燥廠所采用的就是這種干燥方法，而法國Dieppe污水廠目前所采用的則是間接轉(zhuǎn)筒式干燥器。間接轉(zhuǎn)筒式干燥器工作原理是：污泥從上端進(jìn)入，經(jīng)攪拌漿攪拌下行，而熱蒸氣或熱油則在中空的套壁（jacketed vessel）和粉碎桿（中空）內(nèi)流動并同時將熱量通過受熱器壁傳至污泥，使污泥受熱干燥，并從污泥排放口輸出。
2.2.3 螺環(huán)式干燥機(jī)
螺環(huán)式干燥機(jī)是開發(fā)相對較晚的一種干燥器，這種干燥器目前已在華盛頓的Blue Plains，賓夕法尼亞的UOP West Chester等污水廠得到應(yīng)用。螺環(huán)式干燥器是一個三歧管內(nèi)部繞轉(zhuǎn)式圓形裝置。它是采用噴射粉碎原理，利用高速熱氣流驅(qū)動污泥的輸送、干燥及碰撞粉碎而完成污泥干化處理的技術(shù)。
其運(yùn)轉(zhuǎn)過程是：含水率為50%～60%的干濕混合污泥在溫度為260～760C，流速為30m/s的高速熱氣流的沖擊下進(jìn)入污泥干化區(qū)，再經(jīng)另一管引入的高速熱氣流強(qiáng)力沖擊攪動下迫使污泥在機(jī)器內(nèi)產(chǎn)生螺環(huán)式繞轉(zhuǎn)。當(dāng)污泥干化到一定程度時，污泥顆粒間相互沖撞，污泥顆粒變小，質(zhì)量變輕，干污泥即由高速風(fēng)力從氣流出管帶出，后經(jīng)旋風(fēng)分離器分離得到干污泥產(chǎn)品。
2.2.4 帶式干燥器
帶式干燥器有直接干燥式和直接-間接聯(lián)合干燥式兩種。直接干燥式的干燥過程是在不銹鋼絲網(wǎng)運(yùn)載污泥緩緩轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，熱空氣從鋼絲網(wǎng)下方經(jīng)網(wǎng)眼向上通過，使污泥與熱氣發(fā)生接觸傳熱，從而將污泥中水汽蒸發(fā)帶出；在具體操作中，污泥往往由污泥擠壓機(jī)擠壓成條狀（蠕蟲狀），這樣將有利于氣-泥接觸面積，以提高污泥水分的蒸發(fā)效率。聯(lián)合干燥式的設(shè)計(jì)特點(diǎn)則是：不銹鋼帶在一不銹鋼盤上走動，一方面熱空氣從污泥表面流過并在封閉的爐膛內(nèi)回轉(zhuǎn)對流傳熱（污泥進(jìn)口和出口端在同一方向），另一方面通過加熱不銹鋼盤傳導(dǎo)熱能到不銹鋼帶上的污泥，使污泥受熱，水分蒸發(fā)，經(jīng)15～30min環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)后，在出口處輸出干污泥產(chǎn)品。
2.2.5 薄膜干燥器
薄膜干燥器也有兩種形式，即間接干燥式和直接-間接聯(lián)合干燥式。間接干燥式薄膜干燥器是利用中間高速轉(zhuǎn)動的螺桿向前運(yùn)動并在壁上形成薄層，污泥薄層與受熱壁接觸，水分得以蒸發(fā)去除。在實(shí)際運(yùn)用上，薄膜干燥往往作為兩階段干燥處理的 級（后接轉(zhuǎn)筒式或其它形式的干燥器），而較少地作為 處理器來運(yùn)用（此時需干污泥返混）。如Buss開發(fā)的兩階段污泥處理系統(tǒng)，Chabier和Haywood描述的兩階段污泥處理系統(tǒng)，英國西南水務(wù)公司所采用的干化系統(tǒng)都是將薄膜干燥器作為 級干燥階段來加以運(yùn)用的干燥類型。聯(lián)合式薄膜干燥實(shí)質(zhì)是間接式薄膜干燥器的改進(jìn)類型。它是在器壁傳熱的同時將氣流直接輸入半封閉狀態(tài)的圓筒，從而使污泥得以迅速干燥。
2.2.6 噴霧式干燥器
噴霧式干燥器是將污泥通過噴霧成霧狀細(xì)滴分散于熱氣流中，使水分迅速氣化而達(dá)干燥的污泥干化裝置。該裝置所采用的霧化器通常是一個高壓力的噴頭或高速離心轉(zhuǎn)盤（或轉(zhuǎn)筒），霧化的液滴從塔頂噴下，而溫度高達(dá)705℃的熱氣流從塔底往上逆流，經(jīng)氣-液數(shù)秒鐘的接觸傳熱。水分氣化，干污泥產(chǎn)品從塔底引出，尾氣則經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，或回用熱能，或直接送出作脫臭處理。
2.2.7 多效蒸發(fā)器
以多效蒸發(fā)器為主體的多效蒸發(fā)系統(tǒng)其操作要點(diǎn)是泥-油混合、多效蒸發(fā)、油-固分離以及冷凝水與油的分離等幾個步驟。油-泥混合物在操作中易于泵流，與器壁磨擦小，能方便通過蒸發(fā)器中的換熱管管壁與污泥發(fā)生熱交換，使污泥水分蒸發(fā)，蒸發(fā)的污泥水汽所含的潛能供下一級蒸發(fā)所利用，而蒸汽冷凝液則供鍋爐回用。由于在多效蒸發(fā)過程中，所采用的油是沸點(diǎn)高于水的2號燃油，因此在水分蒸發(fā)過程中，大多仍與污泥結(jié)合，直至離心處理使油-泥分離，并通過后續(xù)蒸餾等處理使殘留于污泥中的油進(jìn)一步得到分離回收。
2.2.8 其它類型干燥器
除上述介紹的幾種干燥器類型外，流化床干燥器，流化-傳導(dǎo)聯(lián)合式流化干燥器，堿式抽提污泥處理器，微波干燥器等都得到了開發(fā)應(yīng)用；多床干燥器在污泥焚燒廠應(yīng)用廣泛，但由于這項(xiàng)技術(shù)實(shí)際上屬于污泥焚燒技術(shù)，故本文不作進(jìn)一步介紹。
3 結(jié)語
污泥熱干燥技術(shù)的改進(jìn)，尤其是80年代末的完善和發(fā)展，已使污泥進(jìn)行干化后農(nóng)用、作為燃料使用、焚燒乃至為減少填埋場地進(jìn)行干化預(yù)處理成為可能。污泥干燥技術(shù)的完善與革新，直接推動了污泥處置手段的發(fā)展，拓展了污泥處置手段的選擇范圍，使之在安全性、可靠性、可持續(xù)性等方面得到越來越可靠的保證。
