污泥干化技術(shù)綜述及方案選擇
行業(yè)動態(tài)
由于日益規(guī)模化的污水處理廠污泥產(chǎn)量高、含水率高、體積巨大，在貯存、運輸、裝卸等過程中既不方便，還存在很高的潛在環(huán)境安全風(fēng)險和隱患。一些發(fā)達國家的污泥處置成本占污水處理廠總成本的40%～60%，有的甚至達65%，歐洲國家處置加運輸費平均每噸約為470±280歐元。我國2016年企業(yè)污泥平均每噸處置成本基本在1500～6000元（其中運輸費用約占5%～15%），依舊面臨價格上漲巨大壓力。根據(jù)資料顯示，2015年我國污泥年產(chǎn)量為3359萬t（含水率為80%）。鑒于污水生化處理技術(shù)成熟，低成本等諸多優(yōu)點，目前世界上90%污水處理場都采用活性污泥法，污泥產(chǎn)量每年還在快速增長。
初始污泥含水率一般為96%～99.8%，經(jīng)過機械脫水后含水率降到80%左右，進一步脫除水以求減質(zhì)減量比較困難，這就需要進行污泥干化處理。污泥干化一般采用熱能蒸發(fā)使含水率降到較低水平。
1 污泥來源及性質(zhì)
污水處理廠污泥主要由初沉池（沉砂池）及隔油池底泥、氣浮機浮渣、剩余活性污泥以及其他工藝單元的化學(xué)污泥組成。
污泥是一種固體廢物，若具有急性毒性、易燃性、反應(yīng)性、腐蝕性、浸出毒性和疾病傳染性等特征中的一項就算危險廢物。根據(jù)環(huán)境保護法保護環(huán)境優(yōu)先條款，廠礦企業(yè)產(chǎn)生的固廢沒有認定之前以危險廢物對待處理，而我國廠礦企業(yè)污泥因含各種毒害性化學(xué)物質(zhì)或重金屬等基本均屬于危險廢物。
2 污泥的干化主要指標(biāo)
污泥通常由有機質(zhì)、無機質(zhì)、水分三部分組成。其中水分主要有四種，間隙水（約占70%）、毛細結(jié)合水（約占20%）、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水（約占10%）。脫水主要脫的是間隙水和部分毛細結(jié)合水。
污泥干化就是蒸發(fā)水分。水從20℃（假設(shè)環(huán)境溫度）升溫100℃蒸發(fā)脫水，每升水蒸發(fā)約需620kcal的熱量，隨含水率降低、污泥比阻驟升，脫水也越來越難。干化后污泥體積和質(zhì)量會驟減。
3 污泥干化的安全性
污泥干化存在燃燒爆炸危險性。污泥干化系統(tǒng)在裝置開停工時受污泥種類、組分、熱源類型等眾多因素影響，干泥表面溫度容易飛升，過熱污泥瞬間會形成大量粉塵團，導(dǎo)致爆炸發(fā)生，造成災(zāi)難性后果。
根據(jù)目標(biāo)含水率的不同，分為“半干化”和“全干化”，半干化污泥含水率在30%～50%，全干化含水率在30%以下。干化系統(tǒng)的安全性取決于目標(biāo)含水率，這是污泥干化工藝的先決條件，所以污泥越干越危險，為了達到去水減量和生產(chǎn)安全雙重目的，現(xiàn)在經(jīng)常采用半干化、低溫干化、氮氣保護、溫度及氧含量儀表連鎖控制等技術(shù)措施來提高污泥干化裝置的安全性。
4 污泥干化技術(shù)
4.1 電能污泥干化法
電能污泥干化法，就是將電能轉(zhuǎn)化為熱能或微波等形式的能，加熱濕污泥使之水分蒸發(fā)，污泥得到干化，通常采用電加熱爐間接烘干的干化方式進行污泥干化。干化系統(tǒng)由污泥存儲單元、輸送計量單元、電加熱干化（電能污泥烘干機）單元、輸出單元及暫存單元構(gòu)成。由于能耗較高，不適合用電緊張、產(chǎn)泥量大的污水處理廠，適合產(chǎn)泥量少、電能豐富、價格便宜地區(qū)，因而廠礦企業(yè)的工業(yè)應(yīng)用很少。
4.2 熱水干化法
熱水干化法就是利用高溫?zé)崴臒崮?，?jīng)過換熱器進行熱交換，蒸發(fā)污泥中的水分使得污泥干化。這種熱源進行污泥干化一般為間接干化方式，對換熱器要求較高一些。由于廠礦企業(yè)好多都有加熱爐或以蒸汽為動力的裝置，產(chǎn)生蒸汽凝液（高溫?zé)崴┗蚋邷乩鋮s水等副產(chǎn)品，如熱電廠、冶煉廠或石油煉化廠。因而這種熱源可以就地取材、容易獲得、且物美價廉（不足蒸汽價格的1/3），還可實現(xiàn)綜合循環(huán)利用，是非常理想的熱源。因而近年來發(fā)展快速，德國開發(fā)的“板框壓濾-熱水真空干化技術(shù)”就算熱水干化技術(shù)的典型代表。
4.3 蒸汽干化法
蒸汽干化法是利用蒸汽熱能，經(jīng)過換熱器殼層進行熱交換，蒸發(fā)污泥中的水分使之干化。蒸汽為熱源的污泥干化機根據(jù)構(gòu)造或內(nèi)部構(gòu)件不同又分為盤式干化機、槳葉式干化機、渦輪式干化機等不同形式。廠礦企業(yè)蒸汽使用廣泛、容易獲得、公用工程條件寬松便捷，特別是熱電廠、冶煉廠或石油煉化廠等，因而這種熱源可以就地取材，還可實現(xiàn)綜合循環(huán)利用，是非常理想的清潔熱源。一般使用1.0MPa、160～230℃左右的低壓蒸汽，因蒸汽干化效率高、操作彈性大、易于控制、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，加上新型蒸汽污泥干化機效率高、能耗較低，進口成套設(shè)備儀表可以實現(xiàn)無人值守連續(xù)作業(yè)（進口設(shè)備價格也高出國產(chǎn)的3倍以上），因而目前應(yīng)用很多。
4.4 太陽能污泥干化法
太陽能污泥干化法指的是利用太陽能為主要能源對污水處理廠污泥進行干化和穩(wěn)定化的污泥處理技術(shù)。該技術(shù)利用太陽能，借助傳統(tǒng)溫室干燥工藝，具有低溫干化、運行費用低廉、操作簡單、運行安全穩(wěn)定等優(yōu)點。其驅(qū)動力為污泥中水分含量與和空氣中水蒸氣分壓之間的水蒸氣壓力差。考慮氣候、季節(jié)、天氣影響，太陽能干化過程是在一個配置翻泥機的大型暖房內(nèi)進行，濕污泥從一端輸入，干污泥從另一端輸出。
太陽能干化裝置主要由地面結(jié)構(gòu)、暖房、翻泥機三部分構(gòu)成。地面結(jié)構(gòu)類似于混凝土馬路，翻泥機安裝在兩側(cè)導(dǎo)軌上，進行前后上下移動作業(yè)，起到攤鋪污泥、反轉(zhuǎn)晾曬、輸送污泥作用。有的還配熱風(fēng)機以加速水分蒸發(fā)裝置，有的建成更為先進的太陽能溫室系統(tǒng)。在條件下允許時較為經(jīng)濟。
4.5 天然氣干化法
天然氣（煤氣）干化法就是利用天然氣（煤氣）為燃料燃燒提供熱源，在干化設(shè)備里將污泥干化。為了防止燃燒爆炸通常設(shè)有氮氣保護、氧氣濃度連鎖、溫度連鎖以及污泥返混等安保措施，以提高設(shè)備運行的安全性。系統(tǒng)由進料單元、干化機、出料單元、尾氣處理單元、返混單元、儀控系統(tǒng)等構(gòu)成。通常作為污泥熱解法處理的預(yù)處理單元。澳大利亞Andritz公司開發(fā)的轉(zhuǎn)鼓干化機就是利用天然氣等燃料形成650℃左右的熱空氣直接干化污泥的成套設(shè)備。
在日本、美國應(yīng)用較多，天然氣作為清潔能源，在污泥熱解處理時因為尾氣不存在焚燒法產(chǎn)生二惡英等問題，因而代表了污泥無害化的一種發(fā)展趨勢。
4.6 爐窯煙氣余熱污泥干化法
爐窯煙氣溫度一般在120～200℃之間，蘊藏有巨大的熱能，是污泥低溫干化的理想熱源。利用煙氣干化污泥有直接利用煙氣加熱干化和間接加熱干化兩種形式。為保證污泥在低溫下能夠自然形成顆粒，一般采用二段式干化工藝，一段干化使污泥含水率從80%左右降到60%左右，二段干化造粒使含水率降到40%以下，形成2～8mm顆粒污泥便于資源化。
干化系統(tǒng)主要由污泥儲存輸送單元、一段造粒單元、二段干化單元、干化污泥料倉、煙氣引風(fēng)單元、尾氣凈化單元等構(gòu)成。
5 污泥干化設(shè)備優(yōu)缺點及方案選擇
污泥熱干化設(shè)備優(yōu)缺點對比如下：
| 名稱 | 優(yōu)點 | 缺點 | 安全性 |
電加熱污泥干化機 | 設(shè)備簡單，占地少，操作簡便，效率高，操作環(huán)境好 | 能耗高，不適合大泥量干化，一次投資較高，運行成本高。 | 較高，需要氮氣保護 |
熱水污泥干化機 | “板框壓濾-真空熱水干化機”設(shè)備簡單，穩(wěn)定性好，操作方便，效率高，運行成本低，適用熱水富裕的大型廠礦企業(yè) | 能耗較高，若熱水是企業(yè)的副產(chǎn)品綜合利用比較好 | 高 |
蒸汽薄膜干化機 | 蒸汽薄膜干化機設(shè)備簡單，穩(wěn)定性好，操作方便，操作彈性大，效率高，適合于蒸汽富裕的大型廠礦企業(yè) | 能耗較高，若企業(yè)的蒸汽副產(chǎn)品富裕比較好，一次投資進口設(shè)備很高，國產(chǎn)適中。運行成本較高 | 較高，需要氮氣保護 |
太陽能污泥干化場 | 設(shè)備簡單，能耗低，一次性投資少。適合地廣人稀、日照強、氣候干燥的地區(qū)，運行成本低 | 占地面積大，受地區(qū)氣候影響較大，不適合潮濕多雨、日曬時間短的地區(qū)；通常還需要輔助熱源；某些污泥可能存在氣味問題，操作環(huán)境較差 | 高 |
天然氣污泥干化機 | 設(shè)備復(fù)雜、效率高、一次性投資較高、適用天然氣豐富的石油化工、煤氣豐富煤炭企業(yè)，熱源來源方便，運行成本高 | 能耗高，有天然氣因而風(fēng)險較大，需要有氮封、儀控安保等系列措施 | 一般，需要氮氣保護 |
爐窯煙氣余熱污泥干化機 | 設(shè)備較復(fù)雜，效率高，一次性投資較高，企業(yè)內(nèi)部有熱爐的，熱源來源方便，經(jīng)濟性很好，運行成本低 | 系統(tǒng)比較復(fù)雜，操作環(huán)境一般。適合大型生產(chǎn)穩(wěn)定的廠礦企業(yè) | 較高，需要氮氣保護 |
通過以上污泥干化技術(shù)的敘述和對比分析，本文以某大型石化企業(yè)實際情況為例，分析污泥干化技術(shù)方案選擇時應(yīng)注意的生產(chǎn)技術(shù)要素。
某大型石化企業(yè)地處東北，污泥以生化剩余污泥和芬頓催化氧化化學(xué)污泥為主，日產(chǎn)含水率80%的污泥大約18t，生化有機污泥約占25%，化學(xué)無機污泥約占70%，其它污泥約占5%，含油量很低。企業(yè)內(nèi)部有低壓蒸汽和熱水（95℃左右蒸汽凝液），高溫蒸汽凝液因無它用，做伴熱采暖之用，廠區(qū)用地較為緊張，生產(chǎn)裝置布置緊促，污水處理廠污泥脫水設(shè)備能力略有不足，故障率較高。
根據(jù)以上條件，污水處理廠污泥產(chǎn)量較大，由于用地緊張，地處東北，氣溫較低，不宜用太陽能干化技術(shù)方案；從節(jié)能降耗和運行成本考慮，不宜電干化和天然氣干化技術(shù)方案；遠離熱電廠、煙氣引氣非常困難，考慮除塵、脫硫脫硝裝置生產(chǎn)安全風(fēng)險，以及一次投資較高，不宜采用煙氣余熱干化技術(shù)方案；比較適宜采用蒸汽和熱水污泥干化技術(shù)方案。
蒸汽和熱水污泥干化方案具有安全性好、干化效率高、運行成本低、技術(shù)成熟度高、簡單緊促占地面積小、熱源易得、操作簡便、生產(chǎn)平穩(wěn)等共同優(yōu)點。同等規(guī)模蒸汽干化技術(shù)方案在生產(chǎn)連續(xù)性、干化效率和操作環(huán)境上更好一些。對于某化工企業(yè)，采用蒸汽干化方案，需要配置好污泥脫水設(shè)備（脫水至含水率80%），兩個污泥脫水點在干化時存在二次倒運；而相對序批式壓濾熱水干化技術(shù)方案而言，壓濾干化一體設(shè)備無粉塵產(chǎn)生，安全性更高一些，無需機械脫水設(shè)備，污泥濃縮直接壓濾干化處理（進泥含水率97%），節(jié)省投資，方便輸送、無二次倒運，熱源更廉價易得（余熱綜合利用率高）、運行成本更低。
6 結(jié)論
通過污泥干化技術(shù)對比分析，本文認為污泥干化技術(shù)方案選擇和新設(shè)備新技術(shù)研發(fā)終點考慮以下三個方面。
（1）廠礦企業(yè)在做污泥干化項目方案選擇時，必須結(jié)合企業(yè)自身特點統(tǒng)一考慮。
首先，干化工藝宜采用目標(biāo)含水率為30%～50%的半干化處理技術(shù)，技術(shù)安全可靠是項目落成的前提。其次，設(shè)備簡單占地面積小、裝置改造少、操作簡便、熱源易得。第三，污泥干化運行成本主要是熱能消耗、設(shè)備維護費用及人工費，低運行成本才有污泥減量效益、挖潛增效價值。
（2）開發(fā)系統(tǒng)性的新設(shè)備、新技術(shù)。污泥干化機是污泥干化的核心設(shè)備，研發(fā)更加安全可靠、節(jié)能高效的干化設(shè)備，是未來污泥干化市場的主流。污泥干化技術(shù)是環(huán)保、熱工、設(shè)備、自控、安全等專業(yè)高度融合的一門新技術(shù)，國產(chǎn)設(shè)備價格優(yōu)勢明顯，但存在的穩(wěn)定性和自動化程度不高等問題，需要系統(tǒng)性研究和優(yōu)化配置。
（3）加強污泥干化廢氣的綜合治理。將污泥干化項目尾氣治理與企業(yè)的VOCs治理項目、鍋爐煙氣綜合利用聯(lián)合統(tǒng)籌考慮，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，將更加有利于企業(yè)挖潛增效、健康環(huán)保、持續(xù)發(fā)展。
