污泥干燥工藝與設(shè)備研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 引言
城市污泥顯著的特征是含水率高，初步沉淀的活性污泥含水率高達(dá)97%～99%，經(jīng)過濃縮與消化后的污泥含水率仍在95%以上，經(jīng)過機(jī)械脫水后的污泥濾餅含水率為65%～80%，這為污泥的長(zhǎng)距離輸送和后續(xù)處理帶來經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的困難；因污泥含水率較高，填埋土力學(xué)性質(zhì)差，需混入大量泥土，從而導(dǎo)致土地的容積利用系數(shù)明顯降低?！冻擎?zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）中都明確規(guī)定，污泥混合填埋含水率應(yīng)小于60%。脫水泥餅直接焚燒也因其含固率低不能達(dá)到維持過程自行運(yùn)作所需的能值，需加入輔助燃料，使處理成本明顯增加，難以承受。污泥的低溫?zé)崃呀庵朴褪墙陙硖幚碛袡C(jī)污泥的一種可望達(dá)到能量平衡的新技術(shù)，但低溫?zé)崃呀馇氨仨殞?duì)污泥進(jìn)行干燥處理。綜上所述，污泥含水率高是難以處理與處置的關(guān)鍵。因此，污泥的干化處理是解決目前在污泥處理所遇到的許多問題的關(guān)鍵，也是污泥進(jìn)行資源化（農(nóng)用、焚燒、液化等）的前提。
2 傳統(tǒng)的污泥干燥工藝與設(shè)備
2.1 轉(zhuǎn)筒干燥
轉(zhuǎn)筒干燥主體是一各略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體，同時(shí)圓筒體內(nèi)壁上安裝有順向抄板或其他類似裝置，隨著圓筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)，抄板或其他類似裝置不斷地把物料揚(yáng)起又灑下，使?jié)裎锪系慕佑|表面增大，提高干燥速率，并在重力作用下，物料順著圓筒體傾斜方向往出料口方向移動(dòng)，尾氣則經(jīng)過分離器和除塵器凈化后排出。
污泥轉(zhuǎn)筒干燥有直接和間接兩種，濕污泥與干污泥混合后送入直接干燥轉(zhuǎn)筒內(nèi)，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速5～8r/min，抄板翻動(dòng)混合污泥，并與熱氣流（1.2～1.3m/s、649℃）混合接觸，經(jīng)20～60min干燥得到含水率低于10%的干污泥。而在間接轉(zhuǎn)筒干燥中，蒸汽或熱油則在中空的套壁內(nèi)流動(dòng)，同時(shí)將熱量通過受熱壁傳至污泥，使污泥受熱干燥，其干燥效率隨著筒體內(nèi)部溫度和污泥停留時(shí)間的增加而增加，而隨著污泥量增大而降低。
轉(zhuǎn)筒干燥生產(chǎn)能力大，適用范圍廣；除蒸汽管式轉(zhuǎn)筒干燥外，熱效率低；物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，且物料顆粒之間的停留時(shí)間差異較大；混合污泥的含水率需控制好，否則污泥在抄板或壁面上，很難脫落，使干燥無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)行。
2.2 臥式槳葉式干燥
臥式槳葉干燥是一種以熱傳導(dǎo)為主的干燥器，其主要結(jié)構(gòu)為帶有夾套的W型殼內(nèi)裝有成對(duì)的空心低速回轉(zhuǎn)中空軸，軸上焊接若干攪拌空心槳葉，夾套和空心槳葉內(nèi)均通以熱載體，2個(gè)加熱面同時(shí)對(duì)物料加熱，隨著回轉(zhuǎn)中空軸旋轉(zhuǎn)，干物料會(huì)在槳葉推動(dòng)和重力的聯(lián)合作用下，向出料口方向移動(dòng)。
徐小寧等得出，在相同的導(dǎo)熱油（或蒸汽）溫下，回轉(zhuǎn)空心軸提速2倍后，污泥的出口含水率由42%上升到60%。而當(dāng)回轉(zhuǎn)空心軸的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，導(dǎo)熱油的溫度從160℃上升到200℃，干燥機(jī)出口污泥的含水率由54%下降到32%。所以回轉(zhuǎn)中空軸的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)熱油（或蒸汽）的溫度對(duì)出口污泥的含水率有重要的影響。
臥式槳葉式干燥產(chǎn)物粒度均勻；熱介質(zhì)可重復(fù)使用；干燥顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律性強(qiáng)，對(duì)器件磨損較?。豢筛鶕?jù)槳葉干燥能力的大小對(duì)污泥進(jìn)行分類干燥。但污泥臥式槳葉式干燥存在較大死角，干燥機(jī)限定了有效容量，以及膠污泥粘壁、轉(zhuǎn)軸壽命不長(zhǎng)等問題。
2.3 流化床干燥
流化床干燥原理是將物料顆粒放置于內(nèi)部多孔分布板上，并由底部輸送熱氣體，使物料顆粒呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，物料顆粒與熱氣體充分接觸，促使物料與氣體之間進(jìn)行熱傳遞與水分傳遞，干燥后的物料從出料口收集，廢氣則經(jīng)分離器分離其挾帶的粉塵后排放。
侯鳳云等將污泥與河砂混合后進(jìn)入流化床干燥，得出當(dāng)床料河砂處于臨界流化狀態(tài)時(shí)，污泥的干燥速率較低，當(dāng)流化速度增加到2倍時(shí)，河砂充分流化起來后，污泥的干燥速率增加，此后再增加流化速度，污泥的干燥速率沒有明顯變化，這表明當(dāng)床料達(dá)到充分流化狀態(tài)后，流化速度對(duì)干燥速率沒有明顯影響。
流化床干燥器內(nèi)顆粒的停留時(shí)間可任意調(diào)節(jié)；氣流速度?。晃锪吓c設(shè)備的磨損較輕，壓降??；傳熱面大，物料的含水率低；但因顆粒在床層中高度混合，可引起物料的短路、返混和尾氣分離復(fù)雜問題。
3 改進(jìn)的污泥干燥工藝與設(shè)備
含水率高的污泥在干燥過程中有一個(gè)特殊的膠粘階段（含水率約為40%～60%），出現(xiàn)污泥表面易結(jié)塊，而內(nèi)部卻是稀泥的“糖心現(xiàn)象”。此時(shí)，污泥與介質(zhì)間的傳熱傳質(zhì)效率低，導(dǎo)致干燥時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，干燥效果差。因此，單一形式的干燥，往往達(dá)不到質(zhì)量要求，或者雖達(dá)到質(zhì)量要求，但是干燥時(shí)間長(zhǎng)、耗能大、干燥效果差。所以采用把2種或者是2種以上的不同（或相同）形式的干燥器串聯(lián)組合起來，充分利用各自干燥器的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化操作過程，降低能耗，提高干燥污泥的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
3.1 多級(jí)臥式槳葉式組合干燥
多級(jí)臥式槳葉式組合干燥是在臥式槳葉式干燥的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。典型的有污泥兩級(jí)臥式槳葉式干燥，濕污泥通過一級(jí)臥式槳葉式干燥后，變成半干污泥，然后進(jìn)入二級(jí)臥式槳葉式干燥內(nèi)，再次干燥，經(jīng)二級(jí)干燥后的干污泥送到污泥焚燒鍋爐進(jìn)行焚燒。產(chǎn)生的蒸汽用于半干污泥的干燥。經(jīng)二級(jí)臥式槳葉式干燥后的尾氣以蒸汽形式存在，經(jīng)旋風(fēng)除塵后進(jìn)入第一級(jí)干燥機(jī)內(nèi)，對(duì)濕物料進(jìn)行預(yù)干燥，一級(jí)干燥后的尾氣，經(jīng)洗滌塔洗滌后被送到污泥焚燒鍋爐中參與燃燒，防止有害氣體的排放。焚燒后出來的煙氣經(jīng)過洗滌分離塔和布袋除塵后從煙囪排出。
污泥的兩級(jí)臥式槳葉式干燥用第二級(jí)干燥的尾氣對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)干燥，充分利用能量；整個(gè)干燥系統(tǒng)封閉循環(huán)，干燥中產(chǎn)生的尾氣直接被送到污泥焚燒鍋爐進(jìn)行燃燒，將有惡臭氣味的成分燃盡，改善干燥環(huán)境。但還存在死角、污泥粘壁和轉(zhuǎn)軸壽命短等問題。
3.2 過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥
過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥就是對(duì)流干燥與傳導(dǎo)干燥2種干燥的聯(lián)合，且熱介質(zhì)為過熱蒸汽。濕污泥通過加料器進(jìn)入一級(jí)以傳導(dǎo)為主的干燥器內(nèi)，其熱介質(zhì)來自于二級(jí)對(duì)流干燥所產(chǎn)生的多余過熱蒸汽，經(jīng)過一級(jí)傳導(dǎo)干燥后的半干污泥送入二級(jí)對(duì)流干燥器內(nèi)。一級(jí)干燥后的尾氣經(jīng)過分離器把氣體和污泥顆粒分離開來，氣體再經(jīng)過冷凝器變成冷凝水，排入污水處理廠，而不能冷凝的氣體收集后進(jìn)一步處理。半干污泥在過熱蒸汽對(duì)流干燥器內(nèi)進(jìn)行干燥，干燥后產(chǎn)生的氣體經(jīng)過分離器分離，分離的污泥粉塵經(jīng)由排料器進(jìn)入對(duì)流干燥器內(nèi)，而分離后的一部分過熱蒸汽通過風(fēng)機(jī)、過濾器及加熱器與蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的過熱蒸汽混合后再進(jìn)入對(duì)流干燥內(nèi)，如此形成一個(gè)蒸汽氣流回路；另一部分過熱蒸汽通過節(jié)流閥進(jìn)入一級(jí)傳導(dǎo)干燥器，作為其熱介質(zhì)；符合要求的干污泥從二級(jí)對(duì)流干燥器的出料口進(jìn)行收集。
污泥過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，能效率比單級(jí)高；過熱蒸汽形成氣流回路，提高了過熱蒸汽熱能的利用率；熱介質(zhì)為過熱蒸汽，其具有節(jié)能效果顯著、潛熱可回收利用、傳熱系數(shù)大、無(wú)傳質(zhì)阻力、比熱大、蒸汽用量少及無(wú)爆炸失火危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，再者由于過熱蒸汽溫度高，能對(duì)物料進(jìn)行滅菌消毒，有利于保護(hù)環(huán)境。但過熱蒸汽干燥設(shè)備復(fù)雜，啟動(dòng)和停車時(shí)易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象；過熱蒸汽干燥設(shè)備的材料如果選擇不當(dāng)易產(chǎn)生腐蝕或銹損現(xiàn)象。
4 結(jié)論
綜上所述，傳統(tǒng)的污泥干燥各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且發(fā)展至今技術(shù)已經(jīng)比較成熟，相比之下多級(jí)臥式槳葉式組合干燥和過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥應(yīng)用較少。由于過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥用水蒸汽為干燥介質(zhì)，存在停車會(huì)出現(xiàn)結(jié)露難點(diǎn)，又因污泥日產(chǎn)量大，除設(shè)備檢查維護(hù)停車外，設(shè)備連續(xù)不斷運(yùn)行，所以結(jié)露出現(xiàn)次數(shù)也有所限制；熱介質(zhì)為水蒸氣，干燥機(jī)內(nèi)不存在氧化、爆炸和著火危險(xiǎn)，這與熱空氣干燥相比設(shè)備安全性高；蒸汽潛熱可以通過冷凝回收，節(jié)約能源；蒸汽溫度在水的沸點(diǎn)以上，能在干燥時(shí)對(duì)污泥進(jìn)行高溫滅菌、消毒、除臭；所以面對(duì)城市生活過程中產(chǎn)生的大量污泥，過熱蒸汽對(duì)流與傳導(dǎo)聯(lián)合干燥有望實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，并實(shí)現(xiàn)污泥干燥后尾氣零排放的目標(biāo)。
