淺析城市污水處理廠污泥干化工藝
技術(shù)支持
1 污泥水的分類和去除
為使污泥液相和固相分離，必須克服它們之間的結(jié)合力，采用不同措施可以取得不同的脫水效果。污泥中水的存在形式包括游離水、毛細(xì)水、吸附水和結(jié)合水。游離水又稱為空隙水，是指存在于污泥顆粒間隙中的水，占污泥水分的70%左右；毛細(xì)水存在于污泥顆粒的毛細(xì)管中，占污泥水分的20%左右；粘附于污泥顆粒表面的吸附水和內(nèi)部的結(jié)合水，僅占污泥中水分的10%。降低污泥含水率能減少污泥體積，便于進(jìn)一步處置利用。污泥水分去除方法依次為濃縮法、脫水法和污泥干化。
1.1 污泥濃縮
污泥濃縮脫水的主要對象是間隙水。濃縮后污泥含水率為95%左右，可為后續(xù)脫水處理創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。污泥濃縮可分為重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮，其中重力濃縮應(yīng)用較多。重力濃縮是利用污泥中的固、液相之間的密度差來實(shí)現(xiàn)泥水分離的。氣浮濃縮是依靠微小氣泡與污泥顆粒產(chǎn)生粘附作用，使密度小于水的污泥顆粒上浮，并得到濃縮。適用于濃縮密度接近于水的、疏水的污泥。離心濃縮是利用污泥中固體顆粒與水的密度不同，在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)作用下使兩者分離，達(dá)到高效濃縮的目的。
1.2 污泥脫水
污泥脫水是在污泥濃縮的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減容以便于后續(xù)的處理、處置和利用。污泥脫水可去除污泥顆粒間的毛細(xì)水和部分表面吸附水，主要方法有自然干化、機(jī)械脫水、超聲波脫水等。
1.2.1 自然干化
自然干化是一種靠自然力量將污泥脫水的簡便經(jīng)濟(jì)的脫水方法。適用于氣候比較干燥的地區(qū)，分為污泥干化床和污泥塘兩種類型。由于大城市用地緊張以及環(huán)境衛(wèi)生條件限制，污泥自然干化已很少采用。
1.2.2 機(jī)械脫水
為改善污泥的脫水性能，提高脫水效果，污泥機(jī)械脫水前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方法有污泥厭氧消化、化學(xué)調(diào)理法、熱處理及冷凍法等。機(jī)械脫水方法有真空吸濾法、壓濾法和離心法等。真空吸濾法主要用于初沉池污泥和消化污泥的脫水，其特點(diǎn)是處理量大、能實(shí)現(xiàn)過程操作自動化；缺點(diǎn)是附屬設(shè)備多、工序復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高、再生與清洗不充分，易堵塞。壓濾法與真空吸濾法原理相同，只是壓濾法推動力為正壓，而后者為負(fù)壓。常用的壓濾機(jī)械有板框壓濾機(jī)和帶式壓濾機(jī)。離心法的推動力是離心力，推動的對象是固相。離心力比重力大得多，且大小可控制，與吸濾、壓濾法相比可實(shí)現(xiàn)自動控制和連續(xù)生產(chǎn)，且衛(wèi)生條件好。
1.2.3 污泥干化
污泥干化主要是利用熱能來破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，使污泥中生物體的細(xì)胞壁破碎，釋放結(jié)合水。污泥在與熱媒之間的傳熱過程中，細(xì)胞壁破裂進(jìn)一步失去水分形成顆粒狀。熱媒一般采用熱空氣、水蒸氣、導(dǎo)熱油等。按熱媒和污泥接觸方式分為直接加熱式即對流干化技術(shù)；間接加熱式即傳導(dǎo)干化技術(shù)以及直接與間接聯(lián)合式干化技術(shù)等3種。
2 污泥脫水新技術(shù)
2.1 高壓污泥脫水和滾壓式脫水
高壓脫水的工作原理是將脫水污泥投入由高壓和低壓系統(tǒng)組成的機(jī)械擠壓系統(tǒng)中，經(jīng)過多級連續(xù)擠壓，可使脫水污泥含水率降至30%～50%。滾壓式脫水的工作原理是將濕污泥（含水率85%～99.5%）投入圓形污泥通道，通道前端為濃縮區(qū)，后端為脫水區(qū)。濃縮污泥在脫水區(qū)經(jīng)深度擠壓后由出口閘門排出，排出的污泥含水率可降至60%～75.5%。
2.2 水熱預(yù)處理+機(jī)械脫水
水熱預(yù)處理+機(jī)械脫水指利用過熱飽和高溫水蒸汽對污泥進(jìn)行預(yù)處理，降低污泥粘滯性，之后再進(jìn)行機(jī)械脫水。水熱技術(shù)是將污泥放入密閉的容器中加熱，在一定溫度和壓力下，污泥微生物細(xì)胞破碎，胞內(nèi)的水分被釋放；同時，大分子有機(jī)物發(fā)生了水解，膠體結(jié)構(gòu)被破壞，提高了污泥的生物降解性能。這項技術(shù)提高了污泥的脫水性能，是一種技術(shù)可行、簡便、經(jīng)濟(jì)的污泥處置技術(shù)。
3 污泥干化可行性分析
3.1 污泥干化的熱源
污泥焚燒時，干化和焚燒系統(tǒng)應(yīng)合建，以提高污泥的熱能利用效率，不宜單獨(dú)建設(shè)干化系統(tǒng)。污泥干化處理應(yīng)充分利用垃圾焚燒、熱電、水泥、制磚等行業(yè)的生產(chǎn)余熱或污泥焚燒本身產(chǎn)生的熱量，避免采用一次性優(yōu)質(zhì)能源作為主要干化熱源。為保證脫水污泥的熱值，預(yù)焚燒的污泥在濃縮脫水前，不得采用厭氧消化方式處理。因厭氧消化污泥中有機(jī)質(zhì)以甲烷的形式轉(zhuǎn)入氣相，降低了污泥的熱值。
3.2 污泥干化的經(jīng)濟(jì)性
污泥焚燒分為直接焚燒和干化后焚燒兩種。污泥的直接焚燒是將高濕（含水率80%以上）污泥在大量輔助燃料作為熱源的情況下，在焚燒爐內(nèi)直接焚燒。由于污泥含水量大、熱值低，入爐的輔助燃料要遠(yuǎn)多于污泥才能維持穩(wěn)定燃燒，燃燒時還產(chǎn)生大量高溫、高濕煙氣，會對焚燒構(gòu)筑物產(chǎn)生腐蝕致使焚燒難以維系。而且焚燒后的尾氣量也比較大，后續(xù)處理需要龐大的設(shè)備，操作控制難度很大。目前直接焚燒方式在大型污水廠正逐漸被干化后焚燒所取代。
3.3 干化過程中的安全問題
污泥熱干化是靠熱量從脫水污泥中將水分蒸發(fā)出來。直接熱干化是將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接混合使污泥加熱，因?yàn)闊崦脚c污泥直接接觸，會使熱媒受到污染。又由于熱媒與蒸發(fā)水汽、副產(chǎn)氣一同排出，且排氣量大，所以增加了后續(xù)污染治理的費(fèi)用和難度。而間接式干化是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥水分蒸發(fā)得以干化，而熱介質(zhì)不會受到污染。
污泥干化分為全干化和半干化。污泥全干化（含固率＞90%）要去除的是污泥的細(xì)胞結(jié)合水，在污泥逐步形成顆粒時，因表面比內(nèi)部干燥，內(nèi)部水蒸發(fā)困難，所以耗能很高，且易產(chǎn)生揮發(fā)性氣體和粉塵，存在自燃、自爆等危險。為防止此類情況發(fā)生，要控制含氧量（小于3%）、溫度、粉塵濃度等一系列因素，因此全干化系統(tǒng)安全運(yùn)行要求非常高。相對來講，污泥半干化只需降低污泥含水率，在焚燒時無需添加輔助燃料。由于半干化的污泥沒有爆炸的風(fēng)險，運(yùn)輸、儲存較安全。所以污泥半干化是經(jīng)濟(jì)、安全、低能耗的處理方法。
4 結(jié)語
將含水率80%左右的脫水污泥，通過采用低壓（0.2～0.4MPa）蒸汽間接加熱預(yù)處理后，再經(jīng)空心槳葉污泥脫水機(jī)離心式處理，可將污泥干化至含水率40%左右。呈分散的顆粒狀污泥作為燃料送入爐內(nèi)，可自持燃燒，焚燒后的熱量回收用于污泥干化。添加部分輔助燃料時，多余蒸汽可以用于供熱或發(fā)電，剩下的低壓蒸汽再用于間接干化脫水污泥。
綜上所述，面對著污泥對環(huán)境的危害，對污泥進(jìn)行處理變得越來越重要，通過干化焚燒工藝可對污泥進(jìn)行很好的處理，而且也逐漸成為了現(xiàn)在污泥處理的一種重要手段，因此我國各地可通過本地的實(shí)際情況來考慮使用這種污泥干化焚燒工藝。
