污泥干化技術(shù)及發(fā)展
行業(yè)動態(tài)
1 污泥干化技術(shù)
污泥含水率是制約污泥處置和利用的關(guān)鍵，污泥含水率從95%降至60%是填埋與堆肥的起點，50%是焚燒的起點，干化環(huán)節(jié)是污泥處理處置系統(tǒng)耗能的主要環(huán)節(jié)，干化環(huán)節(jié)的新技術(shù)研發(fā)是實現(xiàn)污泥處理系統(tǒng)節(jié)能降耗的著力點。目前我國經(jīng)濟發(fā)達的長三角地區(qū)，污泥基本只進行了脫水處理，且其中60%的污水處理廠脫水污泥達不到含水率在80%以下的要求。污泥經(jīng)濃縮和消化之后，其含水率仍在96%左右，體積很大，不便于運輸和使用，需要進一步脫水干化處理。污泥在不同含水率時需采取的工藝不同：90%～60%時，采用脫水工藝；60%～10%時，采用干化工藝。污泥進行土地利用時要求污泥含水率＜60%，混合填埋時含水率應(yīng)＜60%，作覆蓋材料時含水率應(yīng)＜45%。
污泥干化是靠熱量將水從污泥中蒸發(fā)出來。蒸發(fā)水分需要一定的熱能，每公升蒸發(fā)量只需要620kcal，還要加上一定的效率損失。其基礎(chǔ)機理是水分的蒸發(fā)過程和擴散過程，這兩個過程持續(xù)交替進行。蒸發(fā)過程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸氣壓力低于介質(zhì)中的水蒸氣分壓，水分從物料表面移入介質(zhì)。擴散過程是與汽化密切相關(guān)的傳質(zhì)過程。當物料表面水分被蒸發(fā)掉以后，物料表面的濕度低于物料內(nèi)部濕度，此時，需要熱量推動力將水分從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面，繼而進行蒸發(fā)過程。
2 污泥干化工藝分類
初次接觸干化工藝的時候，常常會遇到所謂“全干化”或“半干化”的工藝路線選擇問題。
全干化是指將污泥干化至含固率85%～90%以上的一系列工藝或處理過程。這是相對半干化而言的一種通稱。
半干化是指將污泥經(jīng)過一次性干化處理，直接獲得含固率80%以下的產(chǎn)品（35%～80%）的一系列工藝或處理過程。這是相對全干化而言的一種通稱，并沒有確切的界限。
所謂全干化和半干化的區(qū)別不僅僅是干燥產(chǎn)品的含水率。雖然這一提法是相對的，有不盡科學之處，但它也體現(xiàn)了兩類干化在安全、經(jīng)濟意義上的較大差別。
如前所述，各種處置對污泥的含固率要求是不同的。干化是以熱能為代價降低含水率。單位處理量中的蒸發(fā)需求高，則能源投入大，反之則小。從經(jīng)濟角度來看，過度干化是一種浪費。
干化的目的既然是為了提高含固率，降低含水率，但是到底提高多少和降低多少，并不是干化工藝所能夠隨意決定的。它要受到污泥性質(zhì)（如膠粘相）和工藝本身條件（干污泥返混）的制約。這意味著干化后產(chǎn)品的干度可能存在一定的限制。比如當需要含固率60%的產(chǎn)品時，很多工藝不能通過一次處理得到這種干度的產(chǎn)品，而必須采用其它手段（后混）。
事實上全干化指的正是這種因工藝原因無法直接實現(xiàn)低含固率的工藝類型。而半干化則指哪些可以直接實現(xiàn)低含固率的工藝類型。
兩種工藝類型的工作狀況是非常不同的。前者要獲得很高的干度，必須提高溫度，降低干燥介質(zhì)中的水分，而污泥失去的水分是很難蒸發(fā)的，因此存在干燥器效率（蒸發(fā)能力的降低）、單位能耗（蒸發(fā)每升水所需要的熱量）和安全性等三方面的問題。
半干化由于含固率低（適合焚燒、填埋、堆肥等的含固率一般低于60%），干燥器內(nèi)部的濕度大，產(chǎn)品含水量高，因此在干燥器處理效率、單位能耗、安全性等各方面均優(yōu)于全干化工藝。
根據(jù)“以處置定干化”的原則，需要半干化的處置顯然沒有必要投資全干化。而需要全干化的時候，半干化也無法代替使用。
其實，這兩種工藝有的時候是互補的，特別是在大型污水處理廠或污泥處置項目中，一條干化線常常不夠，這樣，采用不同工藝、多條線進行配合，能夠提供一般單純?nèi)苫虬敫苫鶡o法提供的靈活性。
污泥干化是由一系列功能模塊（設(shè)備）所構(gòu)成的一種高度集成化的工藝過程。這里所謂的“集成化”意在指出這種用于污泥處理的工藝在應(yīng)用中要比一般物料的干燥系統(tǒng)復雜得多。它具有特征如下：
（1）污泥是一種超細的有機質(zhì)含量很高的粉末，具有引起粉塵爆炸和自燃的特征，因此采用熱量進行干燥必需具有很嚴格的操作規(guī)程和有效的保護措施。
（2）污泥含有一定比例的高分子聚合物，具有極強的持水性，干燥難度較高。因此干燥工藝必需適應(yīng)這種物料本身，提供良好、有效的失水條件（空隙、混合、攪拌、接觸等）。
（3）污泥在一定溫度和含固率條件下具有較強的黏性。應(yīng)采用有效的方式避免該物性對干化工藝巧性的破壞。
（4）污泥是一種大規(guī)模、長期穩(wěn)定產(chǎn)生的污水處理副產(chǎn)物，同時也是一種具有很高病原體、病毒、蟲卵等有害微生物負荷的污染物，具有較強的臭氣；處理系統(tǒng)應(yīng)置于一個相對封閉的環(huán)節(jié)中，具有極高的機械可靠性，能夠長期穩(wěn)定運行，且不致對操作和維護人員產(chǎn)生直接或間接的傷害。
（5）污泥的含水率極高，采用熱能處理的成本相對較高，因此能耗方面的差別具有極端重要性：系統(tǒng)涉及熱、電、水（冷卻、冷凝、安全服務(wù)）、氣（介質(zhì)氣體、安全氣體、動力服務(wù)氣體、不可凝氣體）等多種子系統(tǒng)的集成管理。
3 污泥干化設(shè)備
根據(jù)熱能供給的形式，可以分為兩個系列，每個系列分別有幾種代表性的工藝：
（1）直接加熱方式：轉(zhuǎn)鼓式、傳送帶式、氣動傳輸式、其它間歇式包括太陽能式。
（2）間接加熱方式：轉(zhuǎn)碟式、槳式、薄層式、流化床式、渦輪薄層式。
直接加熱方式將燃料燃燒后直接引入系統(tǒng)，煙氣沒有向大氣直接排掉，也沒有通過熱交換器，因此有著較高的熱效率，但是這部分煙氣連同整個系統(tǒng)的氣體均必須洗滌，從而有一次熱損耗。此外，不完全燃燒是一個潛在問題。問題在于空氣本身的換熱性質(zhì)較差，在污泥方面必須干泥返混之外，還需考慮一系列的“廢熱回收”，才能在整體熱能消耗上保持競爭力。
間接加熱的干化無論如何要通過一個乃至多個熱交換器，這形成第一個損失。之后，洗滌氣體成為第二個損失點，因此應(yīng)該考慮燃燒效率。間接加熱方式要獲得高的熱效率，必須依靠有效的熱傳導，以獲得高換熱效率。
兩段式污泥干化設(shè)備設(shè)置兩級干化程序：一級為間接干化（薄層蒸發(fā)器），二級為直接干化（帶式干燥機）。污泥顆粒成型過程在一級階段后污泥仍處于塑化狀態(tài)時完成，避免產(chǎn)生任何粉塵。其配置的工藝一體化的熱量回收系統(tǒng)，使得一級干化階段的剩余能量經(jīng)回收后用于二級階段的加熱。成品污泥顆粒密度可達600kg/m3，衛(wèi)生無害、生物穩(wěn)定性好并可長期存放。根據(jù)污泥用途需要，顆粒粒徑可調(diào)。渦輪薄層干化工藝是極少數(shù)在能源、溫度、物流條件方面較為寬松的方案之一。各種燃料，各種廢熱，各種污泥，無論其性質(zhì)如何，均能找到較佳利用和處理途徑。
按照熱源換熱方式來分，典型的污泥干化方法包括兩類：一類是利用鍋爐煙道抽取的高溫煙氣或鍋爐排煙直接加熱濕污泥；另一類是利用低壓蒸汽作為熱源，通過換熱裝置間接加熱污泥。濕污泥含水率約為80%，干化污泥含水率為20%～40%。
