城市污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
2008年，全國(guó)廢水排放總量571.7億噸，比上年增加2.7%。其中，工業(yè)廢水排放量241.7億噸，占廢水排放總量的42.3%，比上年減少2.0%；城鎮(zhèn)生活污水排放量330.0億噸，占廢水排放總量的57.7%，比上年增加6.4%。假設(shè)工業(yè)廢水與生活污水處理工藝的65%采用生物處理，按萬(wàn)t廢水產(chǎn)生2.7t干污泥計(jì)算，則全國(guó)將產(chǎn)生干污泥1003萬(wàn)噸，折合含水率為80%的脫水污泥達(dá)501.5萬(wàn)噸。
污泥是污水處理過(guò)程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)。由于污泥不同于一般固體廢棄物，含水率高達(dá)80%以上，內(nèi)部為有機(jī)物高分子結(jié)構(gòu)、膠狀絮體等固相持水結(jié)構(gòu)，難以打破，還易腐敗，有強(qiáng)烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生蟲卵以及鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英等難以降解的有毒有害以及致癌物。如果未經(jīng)處理隨意排放，經(jīng)過(guò)雨水的侵蝕和滲漏作用，極易對(duì)地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類的身體健康，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
在我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)存在著重水輕污的傾向，在已建成的污水處理廠中，90%以上沒(méi)有污泥處理的配套設(shè)施；現(xiàn)有的污水處理廠中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4，許多城市仍采用就地露天堆放的方法，給環(huán)境帶來(lái)污染。從整體上看，我國(guó)污泥處理存在的主要問(wèn)題有：
（1）污泥處理率低，工藝不完善；
（2）污泥處理技術(shù)和設(shè)備落后；
（3）污泥處理管理、設(shè)計(jì)水平低。
所以，開發(fā)一種廉價(jià)、處理效率高的技術(shù)和投建一批現(xiàn)代化的污水污泥處理設(shè)備是解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵。
目前，干化形式主要有傳統(tǒng)的自然干化和強(qiáng)化干化，強(qiáng)化自然干化主要可以分為熱力干化和水熱干化技術(shù)。隨著污泥干化裝置的完善，因此，污泥干化裝置的高效、靈活、安全、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)逐漸被認(rèn)同，并在污泥處理處置行業(yè)中迅速擴(kuò)展。
1 污泥的干化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
污泥干化較早出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代，早期的干化設(shè)備主要用于工業(yè)污泥的處理。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷改進(jìn)，污泥干化設(shè)備逐漸克服了市政污泥較工業(yè)污泥性狀不穩(wěn)定、易產(chǎn)生沼氣，干化過(guò)程難蒸發(fā)、易粘結(jié)、可燃易爆等技術(shù)難點(diǎn)。隨著設(shè)備性能日趨完善以及其它處置方式社會(huì)矛盾的突出，污泥干化裝置的高效、靈活、安全、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)逐漸被認(rèn)同，并在十年的時(shí)間里，在歐美市政行業(yè)迅速擴(kuò)展。據(jù)資料顯示，年全 干污泥產(chǎn)量是年的倍另?yè)?jù)預(yù)測(cè)，歐盟在未來(lái)的十年，采用干化的污泥量還將翻一番。
干化是污泥深度脫水的一種形式，其應(yīng)用的能量（推動(dòng)力）主要是熱能，即用熱能將污泥中的水汽化。干化后的污泥呈顆?；蚍勰睿w積僅為原來(lái)的1/5-1/4，而且由于含水率在10%以下，微生物活性受到完全限制，避免了產(chǎn)品因微生物作用而發(fā)霉發(fā)臭，利用儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。從下圖中可以看出，污泥干化后含水率從80%降低至50%時(shí)體積將減少60%，而污泥含水率越低，熱值越高，越適于作為固體燃料焚燒。
干化過(guò)程的高溫滅菌效果很好，產(chǎn)品可完全到到殺菌衛(wèi)生指標(biāo)。干化使污泥性能全面改善，產(chǎn)品用途廣泛，經(jīng)干化加熱處理后含固率為40%的干化污泥可以進(jìn)一步用于堆肥、加堿穩(wěn)定或者進(jìn)行焚燒。含固率為90%以上的非穩(wěn)定污泥或含固率為75%以上的穩(wěn)定污泥，則可以直接用于土地處置。干污泥的熱值較高，與褐煤熱值相當(dāng)，干化后在焚燒可有效回收熱量，并減少濕污泥焚燒時(shí)水分蒸發(fā)產(chǎn)生的熱損失。
1.1 直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)
直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化工作原理為脫水后的污泥從污泥漏斗進(jìn)入混合器，按比例充分混合部分已經(jīng)被干化的污泥，使干濕混合污泥的含固率達(dá)60%-70%，然后經(jīng)螺旋輸送機(jī)運(yùn)到三通道轉(zhuǎn)鼓式干化器中。在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與同一端進(jìn)入的流速為1.2～1.3m/s，溫度為700℃左右的熱氣流接觸混合集中加熱，經(jīng)25min左右的處理，烘干后的污泥被帶計(jì)量裝置的螺旋輸送機(jī)送到分離器，在分離器中干化器排出的濕熱氣體被收集進(jìn)行熱力回用，帶污染的惡臭氣體則被送到生物過(guò)濾器處理以達(dá)到符合環(huán)保要求的排放標(biāo)準(zhǔn)；從分離器中排出的干污泥其顆粒度可以被控制，再經(jīng)過(guò)篩選器將滿足要求的污泥顆粒送到貯藏倉(cāng)等候處理。干化的污泥干度達(dá)92%以上或更高。干化的污泥顆粒直徑可控制在1～4mm，這主要考慮了把干化的污泥用作肥料或園林綠化的可能性。細(xì)小的干化污泥被送到混合器中與濕污泥混合后，送入轉(zhuǎn)鼓式干化器（可使用沼氣、天然氣或熱油等為燃料）。分離器將干化的污泥和水汽進(jìn)行分離，水汽幾乎攜帶了污泥干化時(shí)所耗用的全部熱量，需要充分回收利用。水汽要經(jīng)過(guò)冷凝器（冷凝器冷卻水入口溫度為20℃，出口溫度為55℃），被冷卻的氣體送到生物過(guò)濾器中處理，完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。
該干化系統(tǒng)特點(diǎn)是：在無(wú)氧環(huán)境中操作，不產(chǎn)生灰塵，干化污泥呈顆粒狀，粒徑可以控制，采用氣體循環(huán)回用設(shè)計(jì)減少了尾氣的排放和處理成本。
1.2 間接加熱轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)
間接加熱轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)的原理為脫水后的污泥輸送至干化機(jī)的進(jìn)料斗，經(jīng)過(guò)螺旋輸送器送至干化機(jī)內(nèi)螺旋輸送器可變頻控制定量輸送。干化機(jī)由轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿組成，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)燃燒爐加熱，轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為1.5r/min。翼片螺桿通過(guò)循環(huán)熱油傳熱，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為0.5r/min。轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿同向或反向旋轉(zhuǎn)污泥可連續(xù)前移進(jìn)行干化，轉(zhuǎn)鼓沿長(zhǎng)度方向分布為三個(gè)燃燒爐溫度區(qū)域，分別為370℃、340℃和85℃翼片螺桿內(nèi)的熱油溫度為315℃。轉(zhuǎn)鼓經(jīng)抽風(fēng)控制其內(nèi)部為負(fù)壓，水汽和塵埃無(wú)法外逸。污泥經(jīng)轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿推移和加熱被逐步烘干并磨成粉末狀在轉(zhuǎn)鼓后端低溫區(qū)經(jīng)過(guò)S形空氣止回閥由干泥螺桿輸送器送至儲(chǔ)存?zhèn)}。污泥蒸發(fā)出的水汽通過(guò)系統(tǒng)抽風(fēng)機(jī)送至冷凝和洗滌吸附系統(tǒng)。
1.3 離心干化技術(shù)
離心干化技術(shù)即脫水干化一體技術(shù)。其工作原理為稀污泥自濃縮池或消化池進(jìn)入離心干化機(jī)，干化機(jī)內(nèi)的離心機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行脫水，經(jīng)機(jī)械離心脫水后的污泥呈細(xì)粉狀從離心機(jī)卸料口高速排出，高熱空氣以適當(dāng)?shù)姆绞揭氲诫x心干化機(jī)的內(nèi)部，遇到細(xì)粉狀的污泥并以極短的時(shí)間將其干化到含固率80%左右。干化后的污泥顆粒經(jīng)氣動(dòng)方式以70℃的溫度從干化機(jī)排出，并與濕廢氣一起進(jìn)入旋流分離器進(jìn)行分離。一部分濕廢氣進(jìn)入洗滌塔中冷凝析出大部分水分，凈化后的廢氣以40℃的溫度離開洗滌塔。因?yàn)槲勰嗖恍枰獌?chǔ)存，整個(gè)系統(tǒng)可以迅速的啟動(dòng)和關(guān)閉，而且干化和運(yùn)輸在幾秒鐘內(nèi)即可完成，故在污泥進(jìn)入系統(tǒng)后不久干化污泥顆粒就可從排料閥排出。與循環(huán)氣體混在一起的燃料廢氣和低氧含量的干化廢氣需要連續(xù)不斷地通過(guò)洗滌塔排氣立管排出。
其特點(diǎn)是：流程簡(jiǎn)單，省去了污泥脫水機(jī)及從脫水機(jī)至干化機(jī)的存儲(chǔ)、輸送、運(yùn)輸裝置。
1.4 間接式多盤干化技術(shù)
間接式多盤干化被應(yīng)用于污泥干化，其工作原理是機(jī)械脫水后的污泥（含固率25%～30%）送入污泥緩沖料倉(cāng)，然后通過(guò)污泥泵輸送至涂層機(jī)，在涂層機(jī)中再循環(huán)的干污泥顆粒核與輸入的脫水污泥混合，干顆粒核的外層涂上一層濕污泥后形成顆粒，這個(gè)涂敷過(guò)程非常重要，內(nèi)核是干的（含固率＞90%），外層是一層濕污泥，涂覆了濕污泥的顆粒被送入硬顆粒造粒機(jī)，然后倒入造粒機(jī)上部，均勻地散在頂層圓盤上。通過(guò)與中央旋轉(zhuǎn)主軸相連的耙臂上的耙子的作用，污泥顆粒在上層圓盤上做圓周運(yùn)動(dòng)。污泥顆粒從造粒機(jī)的上部圓盤由重力作用直至造粒機(jī)底部圓盤，顆粒在圓盤上運(yùn)動(dòng)時(shí)直接和加熱表面接觸干化。污泥顆粒逐盤增大，形成堅(jiān)實(shí)的顆粒。干化后的污泥顆粒溫度90℃，粒徑1～4mm，離開干化機(jī)后由斗式提升機(jī)向上送至分離料斗，一部分被分離出再循環(huán)回涂層機(jī)，同時(shí)剩余的顆粒進(jìn)入冷卻器冷卻至40℃送入顆粒儲(chǔ)料倉(cāng)。污泥干化過(guò)程所需的能量由熱油傳遞，溫度介于260～230℃的熱油在干化機(jī)內(nèi)中空的圓盤內(nèi)循環(huán)，從干化機(jī)排出的接近115℃的蒸汽冷凝，經(jīng)熱交換器冷凝后的熱水溫度為50～60℃。間接式多盤干化器也叫造粒機(jī)，立式布置多級(jí)分布，間接加熱。
其特點(diǎn)是：干化和造粒過(guò)程氧氣濃度＜2%，避免了著火和爆炸的危險(xiǎn)性。顆粒呈圓形，堅(jiān)實(shí)、無(wú)灰塵且顆粒均勻，具有較高的熱值，可作為燃料，尾氣經(jīng)冷凝、水洗后送回燃燒爐，將產(chǎn)生臭味的化合物徹底分解，所以其尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.5 流化床污泥干化技術(shù)
流化床污泥干化機(jī)主要分為風(fēng)箱、中間段和抽吸罩三部分。在干化機(jī)的下面是風(fēng)箱，用于將循環(huán)氣體分送到流化床裝置的不同區(qū)域，其底部裝有一塊特殊的氣體分布板，用來(lái)分送惰性流化氣體。該板具有設(shè)計(jì)堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，其壓降可以調(diào)節(jié)，保證了循環(huán)氣體能適量均勻地導(dǎo)向整個(gè)干化機(jī)在風(fēng)箱的上面是中間段，在該段，熱交換器內(nèi)置于此.使脫水污泥的水蒸發(fā)的所有能量均通過(guò)此熱交換器送入。通常蒸汽或者熱油可作為熱交換的熱介質(zhì)。抽吸罩作為分離 步，用來(lái)使流化的干顆粒脫離循環(huán)氣體，而循環(huán)氣體帶著污泥細(xì)粒和蒸發(fā)的水分離開干化機(jī)通過(guò)流化床下部風(fēng)箱，將循環(huán)氣體送入流化床內(nèi)。顆粒在床內(nèi)流態(tài)化并同時(shí)混合。通過(guò)循環(huán)氣體不斷地流過(guò)物料層，達(dá)到干化的目的。
其特點(diǎn)是：直接將脫水污泥送入流化床，無(wú)需返料系統(tǒng)；產(chǎn)品是無(wú)塵的，含固率大于90%的干固體；干化溫度為85℃，通過(guò)熱交換器非直接供熱。低排放不污染環(huán)境。干化系統(tǒng)氣體惰性化，氧含量＜3Vo1%，具有高安全性。因?yàn)橄到y(tǒng)密閉制造、干化過(guò)程中剩余氣體量低、臭氣含量低。可24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，為自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)需全天值班。但是由于污泥的成分決定其流化特性，該處理系統(tǒng)對(duì)污泥的成分變化非常敏感，常導(dǎo)致流化床內(nèi)的熱交換不能順利進(jìn)行，流化床及管道的磨損很嚴(yán)重，系統(tǒng)的能耗也較高。
1.6 污泥水熱干化技術(shù)
水熱干化污泥處理技術(shù)是一種新型的處理技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)有少量研究者在進(jìn)行試驗(yàn)研究。就是在污泥濃縮后，通過(guò)水熱干化破碎污泥中的細(xì)胞質(zhì)，從而突破了污泥難脫水的技術(shù)瓶頸。水熱干化技術(shù)可以提高污泥的脫水性能，滅菌并分解有機(jī)物，并可以回收生物質(zhì)能，實(shí)現(xiàn)了減量化、無(wú)害化和資源化的目的，同時(shí)又大大降低了運(yùn)行成本和處理能耗。
水熱干化污泥處理組合技術(shù)通過(guò)機(jī)械濃縮、水熱反應(yīng)、二次濃縮、脫水、冷一一熱泥換熱、焚燒等技術(shù)的組合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)整體的處理效率，降低污泥中有害物質(zhì)的含量，減輕后續(xù)脫水處理的水負(fù)荷，降低水熱處理的能耗，提高脫水泥餅的熱值。
2 結(jié)論
縱觀40年來(lái)熱力干化技術(shù)的發(fā)展歷程，可以看出，熱力干化采用的仍是幾十年前的傳統(tǒng)干化技術(shù)，只不過(guò)經(jīng)過(guò)一定的改造，以使之更適應(yīng)污泥這種物料而已。在熱力干化領(lǐng)域，至今仍不斷有新的技術(shù)出現(xiàn)，但是在近期內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種更好的、革命性的技術(shù)來(lái)代替一切，其可能性很小。
總體上來(lái)講，熱力干化法具有設(shè)備成熟、干化效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但由于污泥中含水量大，本身熱值低，干化過(guò)程中將耗費(fèi)大量熱能，因此運(yùn)行成本較高。
隨著 針對(duì)污泥處理規(guī)范的完善，加大了污泥處理技術(shù)的調(diào)整，研究安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性高的污泥處理處置技術(shù)是未來(lái)的研究重點(diǎn)。
