剩余污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展與發(fā)展方向
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 國(guó)外污泥干化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
1.1 國(guó)外污泥干化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)
早在20世紀(jì)40年代，日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來(lái)干燥污泥。進(jìn)入80年代末期，由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時(shí)，由于污泥干化技術(shù)的不斷改進(jìn)，設(shè)備性能日趨完善，使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到很快推廣。例如，在20世紀(jì)80年代初，歐盟只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干化設(shè)備處理污泥，但到1994年底已有110家污泥干化處理廠，并且還在逐年增加。據(jù)估計(jì)，在未來(lái)10年內(nèi)，歐洲采用熱處理的污泥量將翻番，英國(guó)在2001年7月，頒布了第一個(gè)與污泥熱處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)《HSE847/9 污泥干燥廠的健康和安全控制》，隨著近幾年大型污泥干燥廠的投產(chǎn)運(yùn)行，目前英國(guó)污泥干化處理量已達(dá)到污泥總量的30%。而在北美，污泥熱干化的市場(chǎng)增速很快，平均年增長(zhǎng)率為7%～10%（同期污泥產(chǎn)量的增加率約為1.5%）。目前在紐約、密爾沃基、波士頓等地都有年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力在350000t干質(zhì)量以上的大型污泥加熱干燥工廠。
1.2 歐美常見(jiàn)的污泥干化方法比較
熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱。其中直接加熱污泥干化廠具有代表性的是歐洲的污泥干化廠——英國(guó)的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h）；間接加熱干化廠具代表性的是西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h）。歐美常見(jiàn)的干化工藝一般以轉(zhuǎn)鼓干化、流化床干化、盤式干化為主。
（1）轉(zhuǎn)鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源，以空氣為傳熱介質(zhì)，濕污泥和部分干化污泥顆粒在混合器中混合，由氣流把它帶入轉(zhuǎn)鼓干燥器，污泥在轉(zhuǎn)鼓干燥器中隨氣流以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，由內(nèi)筒向外筒轉(zhuǎn)移，污泥逐漸被干化成顆粒。該工藝分為直接加熱式和間接加熱式。直接加熱的轉(zhuǎn)鼓式干燥器要依靠非常復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保持。間接加熱式轉(zhuǎn)鼓干燥器要在嚴(yán)格的惰性環(huán)境下操作，由于內(nèi)部的溫度和熱量分配不均衡，易導(dǎo)致小環(huán)境中的粉塵積聚、過(guò)熱，會(huì)造成很大的危險(xiǎn)隱患。
（2）流化床干化工藝。污泥不需要預(yù)處理，直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個(gè)底部斷面均勻地吹進(jìn)流化氣體，使其內(nèi)部形成流化層。隨著污泥逐漸干化，密度減小，升到上部，再隨上部抽走的氣體而抽出流化床。
因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。
（3）盤式干化工藝。先用外部熱源加熱一個(gè)油爐，再通過(guò)油體將熱能傳到干燥盤。盤式干燥器分為臥式圓盤干燥器和立式多盤干燥器。臥式圓盤干燥器只能采用蒸汽這種標(biāo)準(zhǔn)加熱介質(zhì)。塔吊構(gòu)造為一個(gè)固定體，形成一個(gè)水平外殼，其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部分由一個(gè)管狀空心軸，軸上固定一些空盤，盤中充滿蒸汽等，還有一些攪拌葉片用于輸送物料。熱媒介通過(guò)中心軸進(jìn)入圓盤，同時(shí)被分配到旋轉(zhuǎn)體中。該方法的缺點(diǎn)是干化產(chǎn)品的含塵量極大，須另加單獨(dú)的造粒系統(tǒng)，并且設(shè)備極易磨損。立式多盤干燥器利用污泥特殊的蒸發(fā)曲線，制備成污泥的硬質(zhì)顆粒，使污水處理廠在實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，能安全無(wú)二次污染，并且節(jié)約能源。
此外，還有碟片式、帶式、日光式、閃蒸式等干化工藝，但目前大型工程用得很少。歐美的干化裝置在技術(shù)上已非常成熟，安全性高，設(shè)備布置緊湊，占地面積小，并且自動(dòng)控制水平高，操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，符合工業(yè)化的流行趨勢(shì)。
1.3 污泥干化工藝存在的問(wèn)題
干化雖是污泥處置的一個(gè)比較理想的途徑，但投資和運(yùn)行費(fèi)用高，主要表現(xiàn)為：干燥設(shè)備的能耗高。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，其能耗超過(guò)能耗總量的10%，因此降低干燥設(shè)備能耗是設(shè)計(jì)面臨的長(zhǎng)遠(yuǎn)課題。此外，污泥干化對(duì)管理和操作技術(shù)的要求也較高，若干化過(guò)程中含氧量控制不當(dāng)，就會(huì)引起粉塵爆炸，造成重大事故。為此，早在1994年，歐共體就頒布了有關(guān)潛在爆炸危險(xiǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)：ATEX95（94/9/EC）和ATEX137（1999/92/EC），并從2003年7月1日起，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制在歐共體各成員國(guó)執(zhí)行。美國(guó)也頒布了適用于干污泥處理的NFPA654標(biāo)準(zhǔn)和EPA503標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅涉及到安全設(shè)計(jì)，并對(duì)運(yùn)行人員也提出了要求，以確保工作環(huán)境和設(shè)備符合安全規(guī)范，包括工作程序的規(guī)范、例行的系統(tǒng)改造升級(jí)以及足夠的培訓(xùn)等。國(guó)外污泥干化技術(shù)一直處在發(fā)展之中，并有部分開(kāi)始采用二級(jí)干化工藝。二級(jí)干化工藝由于防止了粉塵的產(chǎn)生，減少了運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。自1996年至今，國(guó)外二級(jí)干化工藝已有較多的工程實(shí)例。由于太陽(yáng)能污泥干化占地大、效果不穩(wěn)定，所以從目前來(lái)看還無(wú)法取代傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)，其發(fā)展方向是進(jìn)一步提高溫室的集熱效率或利用一些輔助能源，如熱力泵等。類似的太陽(yáng)能干化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)應(yīng)用實(shí)例，相關(guān)報(bào)道也較少。雖然，國(guó)內(nèi)的一般城市污水處理廠規(guī)模都較大，太陽(yáng)能污泥干化的低效率問(wèn)題限制了該工藝在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。但該工藝對(duì)于一些工業(yè)區(qū)域或者小城鎮(zhèn)中的中小型污水處理廠，在場(chǎng)地條件允許條件下，對(duì)于節(jié)能減排有實(shí)用價(jià)值，可有效降低污泥處置成本。
2 國(guó)內(nèi)污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展
2.1 研究新進(jìn)展
馬德剛和張書廷對(duì)電場(chǎng)協(xié)同污泥熱干燥技術(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)加入電場(chǎng)后，可防止污泥干化過(guò)程中粘壁現(xiàn)象的發(fā)生，減少了污泥內(nèi)部的傳熱阻力，以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時(shí)，由于在電場(chǎng)作用下，帶負(fù)電荷的微生物向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，而水分由于陽(yáng)離子的驅(qū)動(dòng)和污泥的擠壓向陰極運(yùn)動(dòng)，從而使泥水分離，改善了污泥的干化效果。朱南文等對(duì)燃?xì)饧t外干化污泥進(jìn)行了研究，紅外線具有較強(qiáng)的穿透力，不易被大氣吸收，可使較薄的污泥層從內(nèi)到外加熱。經(jīng)紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機(jī)物和重金屬都沒(méi)有變化，而大腸桿菌、蛔蟲卵完全被殺死，污泥產(chǎn)品衛(wèi)生無(wú)害。當(dāng)污泥中重金屬含量較低時(shí)，干化后的污泥可用于農(nóng)田和綠化。
2.2 發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)污泥處理處置技術(shù)起步較晚，以污泥農(nóng)用和簡(jiǎn)單填埋為主。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，這兩種方法的局限性逐步凸現(xiàn)，并且從國(guó)內(nèi)今后的發(fā)展趨勢(shì)看，城市污水處理將形成以國(guó)家投資的大型污水處理廠為主，各個(gè)地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，而投資興建不同規(guī)模的污水處理廠的局面并存。因此，中國(guó)的污泥處置必須尋求適合國(guó)情的新途徑。污泥干化是比較理想的方法，基本上滿足了污泥處置“四化”的要求，而且進(jìn)一步，能夠向資源化開(kāi)發(fā)；退一步，干化污泥仍然可以再去填埋、農(nóng)用、焚燒。
國(guó)內(nèi)很多大型城市土地資源緊缺而社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平又較發(fā)達(dá)，污泥干化技術(shù)有一定的推廣價(jià)值。深圳、上海、北京、天津、廣州等一些城市建立了大型污水處理廠，迫于污泥處置的壓力，正在嘗試引進(jìn)國(guó)外的污泥干化和焚燒技術(shù)及設(shè)備，以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底，國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用干化焚燒處理工藝的污水處理廠：上海市石洞口城市污水處理廠建成運(yùn)行；北京每年有70萬(wàn)t的污泥要消納，現(xiàn)在已經(jīng)采用了污泥干化技術(shù)；深圳市也已完成專項(xiàng)規(guī)劃，擬采取熱干化加焚燒工藝。目前，國(guó)內(nèi)也有較為成功的工程案例，如南京采用太陽(yáng)能與煙氣結(jié)合工藝干化污泥，年可生產(chǎn)環(huán)保磚6000萬(wàn)塊；濟(jì)南、襄陽(yáng)采用太陽(yáng)能溫室干化污泥，制成有機(jī)肥和復(fù)混肥等，都取得了可喜的成果。
3 結(jié)論與建議
污水處理廠污泥的干化處置工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)提上議事日程，應(yīng)針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，以較低的成本、有效的方式進(jìn)行污泥的減量化、資源化、無(wú)害化處置。本文認(rèn)為，在進(jìn)行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
（1）盡量降低能耗和節(jié)約運(yùn)行成本。如采用太陽(yáng)能等清潔能源作為干化熱源，以降低干化能耗和運(yùn)行成本。此外，污泥干化具體工藝的選擇要和干化后的污泥利用結(jié)合，做好干化污泥應(yīng)用規(guī)劃，尤其是污泥的工業(yè)化利用，如干化制肥、制磚、燒制水泥等，可以補(bǔ)償污泥處理處置的成本。
（2）盡量降低干化設(shè)備投資費(fèi)用。由于進(jìn)口污泥干化裝置投資費(fèi)用高，要積極開(kāi)拓國(guó)內(nèi)干化技術(shù)，培育國(guó)內(nèi)干化設(shè)備的制造能力，以降低投資成本。同時(shí)考慮利用太陽(yáng)能作為干化的第一能源以降低成本，盡量少用高成本的燃煤、天然氣、燃油等。保持運(yùn)行中干化設(shè)備的使用率。
（3）結(jié)合本國(guó)污水處理廠的現(xiàn)狀，逐步改進(jìn)。要形成以干化為主，綜合利用為輔的污泥處置思路和分散處理方案，借鑒國(guó)外現(xiàn)行污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)，盡快建立和健全國(guó)家污泥處理處置的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
