在污水處理過程中，活性污泥是常見的工藝，活性污泥法的基本原理是利用微生物在污水中的有機物分解成CO₂（好氧工藝）或CH₄（厭氧工藝）和水的同時、自身也得到不斷繁殖增長，即剩余污泥是活性污泥法的必然產物。剩余污泥不能得到妥善處理將會產生二次污染，因此，剩余污泥的處理決定了污水處理工藝是否完善。利用離心、帶式壓榨、板框壓榨等工藝將剩余污泥脫水后，再經過干化處理后填埋或焚燒是一種很好的污泥處理途徑。

1 干化工藝簡介

在天津100萬噸/年乙烯及配套項目建設中，新建了一套污泥干化裝置，屬于配套環保設施。裝置由濕污泥輸送及儲存系統、干化系統、干泥輸送及儲存系統等幾部分組成，采用薄層干燥工藝處理污水處理裝置產生的剩余活性污泥。

2 濕污泥進料及儲存

含水率為85%的脫水后活性污泥，用卡車運送至現場后卸入活性污泥料倉。濕泥儲存設活性污泥料倉兩座，每座容積100m3，均為全地下料倉，料倉下部設有滑架和螺旋給料機，滑架受液壓裝置驅動，在料倉的平底上往復運動，將倉內濕污泥平穩地推送入螺旋給料機。螺旋給料機為有軸雙螺旋，可產生足夠的擠壓力，將濕污泥壓入污泥輸送泵。污泥輸送泵為螺桿泵，共2臺，可將濕污泥送到干化系統。料倉頂部設有臭氣風機，將料倉內的惡臭氣體抽出送至位于污水場內的催化燃燒脫臭系統。

在控制上，濕泥料倉不僅設置了保證自身安全的儀表和控制程序，還和干化機的運行有互為因果的控制程序。比如，當兩個儲料倉都裝滿后，系統會給出報警信號，通知操作員停止繼續卸料；這時，裝卸料艙門不能打開，喂料螺旋和輸送泵不能啟動。在運行一段時間、當一個存儲料倉排空后，系統自動切換到另外一個料倉。當兩個料倉都排空后，向干化系統發送連鎖信號，由干化系統的控制系統判斷干化機停機時間。另外，在脫水活性污泥料倉裝有料位檢測傳感器和硫化氫氣體檢測傳感器。在此料倉裝滿的情況下，給系統發出報警提示，通知操作員停止卸料，裝卸料倉艙門不能打開。當檢測到硫化氫氣體超標，給系統發出報警提示，裝卸料倉艙門不能打開，同時給臭氣風機信號，風機啟動強制排風將硫化氫排出。

3 污泥干化單元

3.1 設計能力數據

干化機設計額定蒸發量為1000kg/h，折合設計處理含固率為15%的脫水污泥量為1250kg/h，設計干化后污泥含固率為75%，干化污泥量為250kg/h。同時，考慮了一定富余能力，設計蒸發量可以達到1200kg/h，即處理含固率為15%的脫水污泥量為1500kg/h，相應含固率75%干污泥300kg/h。

3.2 熱源及其他配套條件

加熱介質為飽和蒸汽，正常入口蒸汽壓力0.8MPa，入口蒸汽溫度180℃。至于其他公用工程條件，除了電外，還需要新鮮水和二沉池出水作為冷卻水、氮氣作為保護氣和一定量的儀表風。污泥干化過程中，從氣體洗滌和冷凝段排出的具有需要進行處理的污水，還要排出一些空氣與不可凝工藝氣體組成的廢氣。

3.3 工藝流程簡述

在污泥干化單元，活性污泥被干燥至含固率約70%～75%，工藝過程可分為污泥干化、干化產品輸送、工藝氣體冷凝及排放等三個部分。

（1）污泥干燥器

污泥的干燥是基于渦輪技術，污泥通過單螺桿泵被送到臥式圓柱體渦輪干燥器的喂料倉，再由雙螺旋以1m3/h左右定量送入渦輪干燥器。干燥器的污泥入口也是工藝氣體的入口，即工藝氣體與污泥在干燥器內同向運動。污泥進入干化機后，渦輪轉子將其高速離心到內壁上，緊貼著圓柱形的內壁形成一個薄層，這種薄層可以得到很高的換熱效率和熱利用效率。污泥在干燥器內很強的渦流作用下，緊貼著圓柱形的內壁，連續地移動和很好地混合。

干燥器內的熱交換主要是依靠污泥與圓柱形容器同軸的夾套中的蒸汽熱傳導實現的，經過預熱的循環氣體進入干燥器后對污泥起到輸送和輔助加熱的作用。預熱氣體在干燥器內與污泥的接觸、并流運動，不會引起污泥的化學分解。事實上干燥器的進口處的熱氣體與高含濕量的冷產品接觸，可以避免干泥的過熱。污泥在渦輪干燥機中的停留時間很短，因此干燥器內的干泥量只有數十公斤（根據工作狀態略有變化）。渦輪的外緣的旋轉速度大約在20～30m/s之間。即使發生突然斷電，整個工廠停頓的情況下，旋轉渦輪的機械慣性也可以保證渦輪干燥器基本清空，避免了干燥器內因留存物料而影響設備重啟，從而保障系統安全。

干燥器渦輪是由旋轉軸和鍍有耐磨材料的特殊形狀的槳葉構成。渦輪安裝在兩個法蘭連接端板中心線上的懸架軸承上。渦輪支撐和轉動的軸承組安裝在蒸發室外，因此沒有污損和過熱的風險。干燥的污泥離開渦輪干燥器后，與水蒸氣一起進入分離段，通過旋風分離器進行固體和氣體的分離。

（2）氣固分離

經過渦輪干燥器干化的污泥和工藝氣體一起進入旋風分離器，旋風分離器外部進行絕熱處理以避免蒸汽產生冷凝。在旋風分離器內固形物和氣體因密度差別而被分離，干燥后的污泥產品被收集在底部，而氣體從頂部離開。在旋風分離器中收集的細顆粒落入具備冷卻功能的螺旋輸送機，約100℃的干化污泥被冷卻至40℃以下，再提升到干泥料倉。

旋風分離器出口的工藝氣體被送往濕法除塵器進行粉塵分離，除塵器裝備外部進行絕熱處理以避免蒸汽產生冷凝。氣體從立式靜態分離器底部進入，與填料接觸產生聚結，固體被從氣相中分離出來。洗滌水由頂部噴入，捕捉固體和液體物質，并起到對填料進行清潔的作用。液體/固體混合物收集在底部，液態物收集在底部由離心泵循環回到除塵器以保證洗滌效率，濃縮的粉塵定時用泵排到廢水池。

氣相從頂部排出，捕霧器將氣相流可能攜帶出的液滴去除后，工藝氣體將重新回到閉環循環。循環工藝氣體由離心風機抽取并循環到閉環干燥回路中，該循環氣體被送入以蒸汽為熱源的熱交換器中，加熱后的氣體返回渦輪干燥器。

（3）工藝氣體冷凝及排放

在濕污泥被干化的過程中，蒸發處理的水汽及氣體揮發性氣體必須及時從循環氣體中分離出來，以實現系統的平衡的微負壓。

由風機抽取的水蒸氣和氣體揮發性氣體首先被引入冷凝塔進行冷凝，在冷凝塔內氣體通過一個頗爾環填料層被水逆向淋洗，冷凝液被收集在冷凝塔底部，泵送到廢水池。液體由離心泵循環輸送至冷凝塔的頂部之前，通過板式換熱器將循環液進行冷卻。為節約水耗，冷卻介質采用含油污水處理系統的二沉池出水。經過洗滌后的不凝氣體，再進入除霧器處理后，用廢氣風機引至污水場的脫臭裝置處理。

（4）工藝的控制

渦輪薄層污泥干化工藝的上述三個部分采用一套PLC對工藝進行自動控制。在基本條件設定后，可以通過在線儀器儀表，準確地實現對工藝的控制。

渦輪薄層的工藝控制主要是對干燥器出口工藝氣體溫度的控制。蒸汽進入換熱器，加熱工藝氣體，使工藝氣體不斷升溫。當達到設定工藝溫度后，系統開始定量喂入濕泥，濕泥與熱壁和熱介質接觸，產生蒸發。隨著濕泥喂入量分步到位，干燥器出口溫度穩定在一個合適的溫度區間，該溫度與產品含固率有較為準確的對應關系。干泥的含固率變化可以通過多種調節方式來進行，其中除了槳葉角度為冷機機械調整外，均為熱機在線調整。因濕泥狀況變化而需要作出的臨時調整可由操作人員現場隨時進行。

（5）運行安全的控制

干化系統的開機和關機均按照一個預先設定好的程序進行。開機的目標是在確保安全和溫度合適的條件下，建立系統內的物料和熱平衡。關機的目標是在確保安全和阻斷濕泥進料的同時，實現干燥器的緩慢降溫和冷卻。

對避免臭氣和粉塵泄漏到環境中，干化系統為微負壓狀態，但微負壓可能造成周邊環境中少量空氣進入系統，使氣體中氧含量增加。為確保工藝回路獲得必要的惰性化，防止干化過程出現爆燃，污泥干化采用測氧儀作為安全運行監測的重要手段。工藝氣體中的氧含量將設置兩個探頭連續監測，當氧含量超過限值時，將產生報警，安全用氮氣進氣閥將打開，在風機和換熱器之間噴入氮氣，直至氧含量減少到正常水平。當處于非常高位時，干燥工廠將會緊急停車，安全氮氣閥將處于持續打開狀態。

4 干泥輸送及儲存

冷卻至40℃以下的干泥由提升機提升送入干泥料倉。干泥料倉容積為30m3，設置在戶外。料倉底部裝有破拱器防止污泥架橋，并有閘板閥，控制干泥的出料量。需裝車時，打開閘板閥，干污泥經卸料機斜至車內。

在現場設控制按鈕箱，可以手動操作設備的啟動、停止。干泥料倉內裝溫度傳感器和可燃氣體傳感器。當達到危險值時，啟動氮氣保護裝置。打開氮氣輸送閥門并報警通知操作工。干泥料倉安裝料位傳感器，當倉位高時，向干化系統發出停車連鎖信號并報警。同時干污泥提升停止運行。干泥料倉裝有破拱器，當卸料時，卸料閥打開的同時，破拱器工作。

5 結論

天津石化污泥干化系統于2010年11月開工，2011年10月26日開始投料試車，12月12日～14日完成了性能考核。性能考核期間，此套裝置實際處理污泥含水率11.3%的脫水污泥為1535kg/h，實際蒸發能力達到了1296kg/h，干化污泥產品的含水率為27.3%。目前，裝置根據污水處理系統排泥量的多數間歇運行，即將濕泥料倉用脫水污泥裝滿后即投入運行，2012年每個月的運行時間都在10天以上。