1 前言

隨著社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步，人們對生存環(huán)境的保護(hù)和改善意識不斷加強(qiáng)。加之，國家對環(huán)境保護(hù)政策實(shí)施力度不斷加強(qiáng)，使全國范圍內(nèi)污水處理率不斷提高，各城市紛紛建設(shè)污水處理廠，大、中、小型污水處理廠已達(dá)幾百座，而且還在迅速增加。

各污水處理廠都面臨著如何處置每天產(chǎn)生的大量剩余污泥的問題。在我國目前尚無妥善的處置方法，加之，致病菌的超標(biāo)，傳統(tǒng)上用作農(nóng)肥，不能完全符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。特別是天津市作為老工業(yè)城市，污水中工業(yè)廢水的比例一直較高，污泥中含有一定比例的重金屬物質(zhì)長期使用會在土壤中富集，造成土地板結(jié)，因此近年來污水處理廠脫水污泥無適當(dāng)出路隨意堆放造成二次污染，污泥處置問題已經(jīng)成為多數(shù)污水處理廠亟待解決的問題，污泥處置是否妥當(dāng)已關(guān)系到污水處理廠的生存。

縱觀歐美一些國家進(jìn)入80年代末期，由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海上的各種限制條件和不利因素的逐漸突出，也由于污泥熱干化技術(shù)在歐美等國家一些污水處理廠的成功應(yīng)用，使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家很快推廣開來。例如：歐盟在80年代初只有數(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100家污泥干化處理廠，并且還在逐年增加。這項技術(shù)同時也得到了越來越多發(fā)展中國家環(huán)境工程界的重視，也為我國污泥處置提供了寶貴的經(jīng)驗。

2 污泥干化設(shè)備的類型

2.1 按熱介質(zhì)與污泥接觸的方式劃分

（1）直接加熱式。將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接進(jìn)行接觸混合，使污泥得以加熱，水分得以蒸發(fā)并得到干污泥產(chǎn)品，是對流干化技術(shù)的應(yīng)用。

（2）間接加熱式。將燃燒爐產(chǎn)生的熱氣通過蒸汽、熱油介質(zhì)傳遞，加熱器壁，從而使器壁另一側(cè)的濕污泥受熱、水分蒸發(fā)而加以去除，是傳導(dǎo)干化技術(shù)的應(yīng)用。

（3）“直接-間接”聯(lián)合式干燥；即是“對流-傳導(dǎo)技術(shù)”的結(jié)合。

2.2 按設(shè)備的形式劃分

轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、帶式、螺旋式、離心干化機(jī)、噴淋式多效蒸發(fā)器、流化床、多重盤管式、薄膜式、漿板式等多種形式。

2.3 按干化設(shè)備進(jìn)料方式和產(chǎn)品形態(tài)劃分

一種是采用干料返混系統(tǒng)，濕污泥在進(jìn)料前先與一定比例的干泥混合，然后才進(jìn)入干燥器，產(chǎn)品為球狀顆粒，是干化、造粒結(jié)合為一體的工藝；另一種是濕污泥直接進(jìn)料，產(chǎn)品多為粉末狀。

3 發(fā)達(dá)國家污泥干化技術(shù)和設(shè)備

結(jié)合在歐美的實(shí)際考察情況，就目前西方國家主要采用的幾家公司的污泥干化技術(shù)和設(shè)備，介紹其工作原理和工藝流程。

3.1 直接加熱轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)

工作原理是：脫水后的污泥從污泥漏斗進(jìn)入混合器，按比例充分混合部分已經(jīng)被干化的污泥，使干濕混合污泥的含固率達(dá)50%～60%，然后經(jīng)螺旋輸送機(jī)運(yùn)到三通道轉(zhuǎn)鼓式干燥器中。

在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與同一端進(jìn)入的流速為1.2～1.3m/s、溫度為700℃左右的熱氣流接觸混合集中加熱，經(jīng)25min左右的處理，烘干后的污泥被帶計量裝置的螺旋輸送機(jī)送到分離器，在分離器中干燥器排出的濕熱氣體被收集進(jìn)行熱力回用，帶污染的惡臭氣體被送到生物過濾器處理達(dá)到符合環(huán)保要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，從分離器中排出的干污泥其顆粒度可以被控制，再經(jīng)過篩選器將滿足要求的污泥顆粒送到貯藏倉等候處理。

干化的污泥干度達(dá)92%以上或更高。干燥的污泥顆粒直徑可控制在1～4mm，這主要考慮了用干燥的污泥作為肥料或園林綠化的可能性。細(xì)小的干燥污泥被送到混合器中與濕污泥混合送入轉(zhuǎn)鼓式干燥器，用于加熱轉(zhuǎn)鼓干燥器的燃燒器可使用沼氣、天然氣或熱油等為燃料。

分離器將干燥的污泥和水汽進(jìn)行分離，水汽幾乎攜帶了污泥干燥時所耗用的全部熱量，這部分熱量需要充分回收利用。因此水汽要經(jīng)過冷凝器，冷凝器冷卻水入口溫度為20℃，出水溫度為55℃，被冷卻的氣體送到生物過濾器處理完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。

該干化系統(tǒng)特點(diǎn)是：在無氧環(huán)境中操作，不產(chǎn)生灰塵，干化污泥呈顆粒狀，粒徑可以控制，采用氣體循環(huán)回用設(shè)計減少了尾氣的處理成本。

3.2 間接加熱轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)

脫水后的污泥輸送至干化機(jī)的進(jìn)料斗，經(jīng)過螺旋輸送器送至干化機(jī)內(nèi)，螺旋輸送器可變頻控制定量輸送。干化機(jī)由轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿組成，轉(zhuǎn)鼓通過燃燒爐加熱，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1.5r/min。翼片螺桿通過循環(huán)熱油傳熱，轉(zhuǎn)速為0.5r/min。

轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿同向或反向旋轉(zhuǎn)，污泥可連續(xù)前移進(jìn)行干化，轉(zhuǎn)鼓沿長度方向分布為三個燃燒爐溫度區(qū)域，分別為370℃，340℃和85℃。翼片螺桿內(nèi)的熱油溫度為315℃。轉(zhuǎn)鼓經(jīng)抽風(fēng)，其內(nèi)部為負(fù)壓，水汽和塵埃無法外逸。污泥經(jīng)轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿推移和加熱被逐步烘干并磨成粒狀，在轉(zhuǎn)鼓后端低溫區(qū)經(jīng)過S形空氣止回閥由干泥螺桿輸送器送至儲存?zhèn)}。污泥蒸發(fā)出的水汽通過系統(tǒng)抽風(fēng)機(jī)送至冷凝和洗滌吸附系統(tǒng)。

該干化系統(tǒng)的特點(diǎn)是：流程簡單，污泥的干度可控制，干化器終端產(chǎn)物為粉末狀。

3.3 離心干化技術(shù)（即脫水干化一體機(jī)）

稀污泥自濃縮池或消化池進(jìn)入離心干化機(jī)，干化機(jī)內(nèi)的離心機(jī)對污泥進(jìn)行脫水，經(jīng)機(jī)械離心脫水后的污泥呈細(xì)粉狀從離心機(jī)卸料口高速排出，高熱空氣以適當(dāng)?shù)姆绞揭氲诫x心干化機(jī)的內(nèi)部，遇到細(xì)粉狀的污泥并以極短的時間將其干化到含固率80%左右。干化后的污泥顆粒經(jīng)氣動方式以70℃的溫度從干化機(jī)排出，并與濕廢氣一起進(jìn)入旋流分離器進(jìn)行分離。一部分濕廢氣進(jìn)入洗滌塔，在洗滌塔中濕廢氣中的大部分水分被冷凝析出，凈化后的廢氣以40℃的溫度離開洗滌塔。

該干化系統(tǒng)的特點(diǎn)是：流程簡單，省去了污泥脫水機(jī)及從脫水機(jī)至干化機(jī)的存儲、輸送、運(yùn)輸裝置。

3.4 間接式多盤干燥技術(shù)（珍珠工藝）

其工作原理是：機(jī)械脫水后的污泥（含固率25%～30%）送入污泥緩沖料倉，然后通過污泥泵輸送至涂層機(jī)，在涂層機(jī)中再循環(huán)的干污泥顆粒與輸入的脫水污泥混合，干顆粒核的外層涂上一層濕污泥后形成顆粒，這個涂覆過程非常重要，內(nèi)核是干的（含固率＞90%），外層是一層濕污泥，涂覆了濕污泥的顆粒被送入硬顆粒造粒機(jī)（多盤干燥器），被倒入造粒機(jī)上部，均勻的散在頂層圓盤上。

通過與中央旋轉(zhuǎn)主軸相連的耙臂上的耙子的作用，污泥顆粒在上層圓盤上作圓周運(yùn)動。污泥顆粒從造粒機(jī)的上部圓盤由重力作用直至造粒機(jī)底部圓盤，顆粒在圓盤上運(yùn)動時直接和加熱表面接觸干化。污泥顆粒逐盤增大，類似于蚌中珍珠的形成過程，形成堅實(shí)的顆粒，故也叫珍珠工藝。

干燥后的顆粒溫度90℃，粒徑為14mm，離開干燥機(jī)后由斗式提升機(jī)向上送至分離料斗，一部分被分離出再循環(huán)回涂層機(jī)，同時剩余的顆粒進(jìn)入冷卻器冷卻至40℃送入顆粒儲料倉。污泥干燥過程所需的能量由熱油傳遞，溫度介于230～260℃的熱油在干燥機(jī)內(nèi)中空的圓盤內(nèi)循環(huán)，從干燥機(jī)排出的接近115℃的蒸汽冷凝，經(jīng)熱交換器冷凝后的熱水溫度為50～60℃。

此間接式多盤干燥器也叫造粒機(jī)，立式布置多級分布，間接加熱。

特點(diǎn)：干燥和造粒過程氧氣濃度＜2%，避免了著火和爆炸的危險性。顆粒呈圓形、堅實(shí)、無灰塵且顆粒均勻、具有較高的熱值可作為燃料，尾氣經(jīng)冷凝、水洗后送回燃燒爐，將產(chǎn)生臭味的化合物徹底分解，所以其尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 流化床污泥干化技術(shù)

其工作原理是：脫水污泥送至污泥計量儲存?zhèn)}，然后用污泥泵將污泥送至流化床污泥干燥機(jī)中的進(jìn)料口并將污泥進(jìn)行分配。流化床污泥干燥機(jī)從底部到頂部基本由三部分組成，在干燥機(jī)的下面是風(fēng)箱，用于將循環(huán)氣體分送到流化床裝置的不同區(qū)域，其底部裝有一塊特殊的氣體分布板，用來分送惰性流化氣體。

在中間段，用于蒸發(fā)水的熱量將通過加熱熱油送入流化床內(nèi)。上部為抽吸罩，用來使流化的干顆粒脫離循環(huán)氣體，而循環(huán)氣體帶著污泥細(xì)粒和蒸發(fā)的水分離開干燥機(jī)。在干燥機(jī)內(nèi)干燥溫度85℃，產(chǎn)生的污泥顆粒被循環(huán)氣體流化并產(chǎn)生激烈的混合。

由于流化床內(nèi)依靠其自身的熱容量，滯留時間長和產(chǎn)品數(shù)量大，因此，即使供料的質(zhì)量或水分有些波動也能確保干燥均勻，用循環(huán)的氣體將污泥細(xì)粒和灰塵帶出流化層，污泥顆粒通過旋轉(zhuǎn)氣鎖閥送至冷卻器，冷凝到小于40℃，通過輸送機(jī)送至產(chǎn)品料倉。灰塵、污泥細(xì)粒與流化氣體在旋風(fēng)分離器分離，灰塵、污泥細(xì)粒通過計量螺旋輸送機(jī)，從灰倉輸送到螺旋混合器。

在那里灰塵與脫水污泥混合并通過螺旋輸送機(jī)再送回到流化床干燥機(jī)。干燥機(jī)系統(tǒng)和冷卻器系統(tǒng)的流化氣體均保持在一個封閉氣體回路。循環(huán)氣體將污泥細(xì)粒和蒸發(fā)的水分帶離流化床干燥機(jī)。污泥細(xì)粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)分離，而蒸發(fā)的水分在一個冷凝洗滌器內(nèi)采用直接逆流噴水方式進(jìn)行冷凝。

蒸發(fā)的水分以及其它循環(huán)氣體從85℃左右冷卻為60℃，然后冷凝，冷凝下來的水離開循環(huán)氣體流回到污水處理區(qū)，冷凝器中干凈而冷卻的流化氣體又回到干燥機(jī)，干化污泥由冷卻回路氣體冷卻到低于40℃。

該干化系統(tǒng)的特點(diǎn)是：無返料系統(tǒng)，間接加熱，干燥機(jī)本身無動部件，故幾乎無需維修，但干化顆粒的粒徑無法控制。

3.6 小結(jié)

以上是歐美幾家公司生產(chǎn)的污泥干化設(shè)備的簡單介紹。污泥干化設(shè)備在西方國家已有相當(dāng)多的工程業(yè)績，其干化設(shè)備的種類也非常之多，除上述外還有閃蒸式干燥器、螺旋式干燥機(jī)、薄膜干燥器、噴霧式干化器、多效蒸發(fā)器、微波干化器、帶式干燥機(jī)、多床干燥器等，同一類型的干化設(shè)備在不同的生產(chǎn)廠家也各有其特點(diǎn)。

目前我國污泥干化工藝用之甚少。本次天津市咸陽路污水處理廠工程首次將100t/d（含水率75%）的污泥進(jìn)行干化處理，由于咸陽路污水處理廠的建設(shè)同樣面臨著如何科學(xué)處置污泥的重大課題，而且還承擔(dān)紀(jì)莊子、北倉污水處理廠的污泥處置任務(wù)。

為此，設(shè)計對可能采用的處置方法如：焚燒、干化、填埋、堆肥、棄置等分別進(jìn)行了研討，對如何利用污泥的能量進(jìn)行分析，對如何發(fā)揮污泥的效益利用污泥資源化如：制造建筑材料、綠化、肥料等可能的利用途徑進(jìn)行探索，通過各種方案的對比，基于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，根據(jù)咸陽路污水處理廠的具體情況，決定采用：“污泥填埋為主”并輔以“污泥干化”的處置方案，與處理廠同步建設(shè)市政污泥填埋場和100t/d的污泥干化車間。

污泥干化的規(guī)模約為咸陽路污水處理廠污泥量的三分之一，干化的目的是在生產(chǎn)中取得經(jīng)驗為今后徹底解決“市政污泥的處置”尋求一條科學(xué)的、因地制宜的途徑。

目前國際上污泥干化設(shè)備的品種很多，歐美先進(jìn)國家具有一定的生產(chǎn)、運(yùn)行、管理經(jīng)驗，各種形式干化機(jī)有其不同的優(yōu)點(diǎn)和適用條件。考慮到可能出現(xiàn)的各種情況，咸陽路污水處理廠決定采用兩套干化設(shè)備，以便適應(yīng)污泥量、沼氣量大小變化和設(shè)備檢修、故障時保持一臺運(yùn)行的可能性，同時要求干化設(shè)備能夠產(chǎn)生不同干度污泥，以滿足用于不同資源化原料如：用作填埋場的覆蓋土、用于調(diào)節(jié)填埋污泥干度的混合土、建筑材料的添加劑等各種條件，另外也特別考慮利用沼氣作為干化的第一能源以降低成本，盡量不使用增加運(yùn)行費(fèi)用的天然氣、燃油等，只將其作為第二能源，保持運(yùn)行中干化設(shè)備的較大使用率。這項技術(shù)的實(shí)施將積累經(jīng)驗為我國污泥后處置探索一條新路。

4 國外污泥干化技術(shù)進(jìn)展

城市污泥的管理是一個世界性的社會和環(huán)境問題。污泥干化的優(yōu)點(diǎn)及其在污泥管理體系中所起的作用正逐步被認(rèn)同。根據(jù)實(shí)際考察，并結(jié)合污泥干化的一些技術(shù)要點(diǎn)簡要介紹國外干化技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)展情況。

4.1 污泥干化技術(shù)簡介

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干燥污泥。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，污染干化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)正逐漸顯現(xiàn)出來：

（1）污泥顯著減容，體積可減少4～5倍。

（2）形成顆粒或粉狀穩(wěn)定產(chǎn)品，污泥性狀大大改善。

（3）產(chǎn)品無臭且無病原體，減輕了污泥有關(guān)的負(fù)面效應(yīng)，使處理后的污泥更易被接受。

（4）產(chǎn)品具有多種用途，如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。

所以無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用還是熱能利用，污泥干化都是重要的第一步，這使污泥干化在整個污泥管理體系中扮演越來越重要的角色。20世紀(jì)90年代以來，運(yùn)用污泥干化技術(shù)處理城市污泥得到迅速發(fā)展。

4.2 污泥干化設(shè)備

污泥干化設(shè)備有許多不同的種類，其中常見的類型有：

（1）直接加熱式。原理為對流加熱，代表設(shè)備有轉(zhuǎn)鼓、流化床等。

（2）間接加熱式。原理為傳導(dǎo)或接觸加熱，代表設(shè)備有螺旋、圓盤、薄層、碟片、槳式等。

（3）熱輻射加熱式。有帶式、螺旋式等。

4.3 污泥干化技術(shù)的進(jìn)展

下面結(jié)合在美國的實(shí)際考察結(jié)果，就污泥干化的一些技術(shù)要點(diǎn)，簡要介紹市場主流干化技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)展情況。

4.3.1 污泥粘結(jié)問題

現(xiàn)有的污泥干化設(shè)備從進(jìn)料方式和產(chǎn)品形態(tài)上大致可以分為兩類：一種是采用干料返混系統(tǒng)，濕污泥在進(jìn)料前先與一定比例的干泥混合，含水率降至30%～40%，然后才進(jìn)入干燥器，產(chǎn)品為球狀顆粒，是結(jié)合干燥與造粒為一體的工藝；另一種是濕污泥直接進(jìn)料，產(chǎn)品多為粉末狀。干燥不同的污泥，如工業(yè)污泥和城市污泥，對設(shè)備的要求也不盡相同。起初能成功用于干燥工業(yè)污泥的設(shè)備直接用于城市污泥，卻不一定能成功。

這是因為城市污泥的特性是非常粘，且在干燥過程中有一特殊的膠粘相階段（含水率為60%左右）。在這一極窄的過渡段內(nèi)，污泥極易結(jié)塊，表面堅硬、難以粉碎，而里面卻仍是稀泥。這為污泥的進(jìn)一步干燥和滅菌帶來極大困難。為了克服這一困難，達(dá)到含固率＞90%的干燥效果，就產(chǎn)生了干料返混工藝。

干燥器進(jìn)料前先將一定比例含固率＞90%的干泥顆粒返回混合器（或稱涂層機(jī)）與濕污泥混合，其過程中干粒起到如“珍珠核”的作用，濕污泥只是薄薄地包裹在干粒外面。控制混合的比例，使混合物的含水率降到30%～40%，這樣使污泥直接越過膠粘相，大大減輕了污泥在干燥器內(nèi)的粘結(jié)，干燥時只需蒸發(fā)顆粒表層的水分，是干燥容易進(jìn)行，能耗降低。

直接加熱系統(tǒng)出于其自身的需要，多采用干料返混。早期的間接加熱系統(tǒng)采用濕污泥直接進(jìn)料，由于濕污泥的粘結(jié)造成設(shè)備的磨蝕損耗相當(dāng)嚴(yán)重，并由此引發(fā)了一些安全事故，其中部分設(shè)備因此停產(chǎn)。后來有的間接加熱系統(tǒng)如西格斯的“珍珠工藝”也采用了干料返混，成功生產(chǎn)出球狀顆粒，且設(shè)備運(yùn)行良好，能耗也低。

其蒸發(fā)每kg水只需3100kJ的熱能消耗。也有的間接加熱系統(tǒng)，如Fenton的專利間接回轉(zhuǎn)室（IRC系列）仍采用濕污泥直接進(jìn)料，但其重點(diǎn)解決了污泥粘結(jié)的問題；它采用雙螺旋推進(jìn)器，兩套螺旋之間互相清潔表面，并且采用不等螺距設(shè)計，盡量避免污泥在設(shè)備表面的粘結(jié)。實(shí)踐表明也取得了較好的效果，并使整套污泥干化系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量大為精簡。

4.3.2 尾氣處理和臭味控制

國外對污泥處理的管理非常嚴(yán)格，它必須是環(huán)境安全的，不能產(chǎn)生二次污染。所以國外的污泥干化技術(shù)很重視尾氣處理和臭味控制。早期的ESP直接加熱系統(tǒng)，引入外部空氣經(jīng)加熱后通入干燥器，蒸發(fā)污泥中的水分并運(yùn)送污泥。離開干燥器后熱風(fēng)與干污泥顆粒分離，然后經(jīng)過除塵、熱氧化除臭后排放。由于熱風(fēng)的量很大，使得尾氣處理成本非常高，這一缺陷使人們一度將興趣轉(zhuǎn)到了間接加熱系統(tǒng)上。

后來，安德里茲的轉(zhuǎn)鼓式直接加熱工藝采用了氣體循環(huán)回用的設(shè)計，使這一缺陷得到明顯改善。在其干燥工藝中，熱風(fēng)經(jīng)過除塵、冷凝、水洗后，85%返回轉(zhuǎn)鼓，只有15%需經(jīng)過熱氧化除臭后排放。

這減少了尾氣處理的負(fù)擔(dān)，更重要的是大大減少了外部空氣的引入量，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)氧氣的含量維持在很低的水平，從而很大程度上提高了系統(tǒng)的安全性能。對于間接加熱系統(tǒng)，尾氣的量要小得多，相應(yīng)尾氣處理的負(fù)擔(dān)要輕得多。西格斯干燥設(shè)備的尾氣經(jīng)冷凝、水洗后送回燃燒爐，將產(chǎn)生臭味的化合物徹底分解，所以其尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

另外，無論是直接加熱或間接加熱系統(tǒng)，干燥設(shè)備內(nèi)部都采用適當(dāng)負(fù)壓，避免了臭氣的外泄，工廠的污泥倉、干燥車間、成品倉等構(gòu)筑物內(nèi)的氣體都抽走集中處理。

4.3.3 設(shè)備安全

在老式干燥器里，起火或爆炸相當(dāng)頻繁，令污泥干燥設(shè)備的安全性能倍受質(zhì)疑。現(xiàn)在，起火或爆炸的大部分原因已經(jīng)明確，與爆炸有關(guān)的三個主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝報道或許會有些差異，但總的來說必須控制的安全要素是：氧氣含量＜12%；粉塵濃度＜60g/m3；顆粒溫度＜110℃。現(xiàn)在的污泥干化技術(shù)都非常重視設(shè)備的安全性，并針對性地采取了措施來完善設(shè)計和加強(qiáng)管理。

對于控制氧氣的含量，間接加熱器如西格斯的干燥設(shè)備還附加了氮?dú)獗Ｗo(hù)來確保系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量＜2%；直接加熱器，如安德里茲的轉(zhuǎn)鼓則如前所述，通過氣體循環(huán)使用來控制氧氣含量＜8%。系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量的實(shí)時監(jiān)測是非常重要的，在安德里茲的系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了氧氣超標(biāo)保護(hù)，一旦氧氣含量超過10%，系統(tǒng)會自動停機(jī)。

顆粒溫度的控制關(guān)鍵在于控制污泥在干燥器內(nèi)的停留時間，必須保持干泥中適量的水分，以避免污泥過熱而燃燒，所以當(dāng)污泥達(dá)到一定的干度（如90%）就需離開干燥器。這也使解決污泥在設(shè)備內(nèi)的粘結(jié)問題顯得尤為重要。對于粉塵的控制，采用干料返混的干燥工藝較好，而對于那些產(chǎn)生粉狀產(chǎn)品的間接加熱設(shè)備則需注意這個問題。

另外污泥干化廠還需考慮其它的安全因素：設(shè)計有濕污泥倉的工廠，必須考慮甲烷的產(chǎn)生而盡量減少濕泥的貯存時間，在安德里茲的設(shè)計中將濕泥倉中甲烷濃度控制在1%以下；干泥倉的安全同樣受到重視，為防止自燃，干泥顆粒的溫度必須控制在40℃以下。

4.4 小結(jié)

在新千年里，污泥干化仍將繼續(xù)不斷地發(fā)展、完善和受到歡迎。據(jù)預(yù)測，在歐洲未來的10年里，采用熱處理的污泥量將翻一番。污泥干化設(shè)備也在向大型化發(fā)展，如安德里茲建成了歐洲較大的污泥干化廠——英國的Bransands，處理能力為蒸發(fā)水量7×5000kg/h，西格斯在巴塞羅那建了世界上較大的間接加熱污泥干化廠，蒸發(fā)水量能力為4×5000kg/h。同時污泥干化設(shè)備在安全性能包括環(huán)境友好方面不斷完善，設(shè)備開發(fā)商在降低能耗上所作的努力使污泥干化的經(jīng)濟(jì)可行性得到顯著改善。

5 污泥干化技術(shù)講解

污泥是由水和污水處理過程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)。數(shù)據(jù)顯示，2010～2017年我國工業(yè)污水排放量基本維持在200億噸/年左右，城鎮(zhèn)生活污水排放量自354億噸增長至600億噸左右。一般情況下，污水處理廠處理1萬噸生活污水可產(chǎn)生含水率80%的污泥5～8噸，處理1萬噸工業(yè)污水產(chǎn)生10～30噸污泥。分別按照6.5噸和20噸單位產(chǎn)出進(jìn)行推算，則2010～2017年，我國污泥產(chǎn)生量從5427萬噸增長至7436萬噸，年化增長率4.6%。

污泥烘干工藝，它涉及污泥干化技術(shù)領(lǐng)域。其工藝步驟為：將濕污泥經(jīng)過破碎、擠條成型后進(jìn)入帶式污泥烘干箱，經(jīng)與熱干燥循環(huán)空氣換熱換質(zhì)后變?yōu)楦晌勰啵瑹岬母稍镅h(huán)空氣變?yōu)闈竦牡蜏匮h(huán)空氣，濕的低溫循環(huán)空氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)吸入熱泵，并從循環(huán)風(fēng)機(jī)吹入中間換熱器與蒸發(fā)出風(fēng)做熱交換進(jìn)一步降低溫度，從中間換熱器出風(fēng)，經(jīng)過水冷預(yù)冷盤管再降低溫度，出風(fēng)后經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)，冷凝水析出，蒸發(fā)出風(fēng)經(jīng)過中間冷卻器與熱泵回風(fēng)做熱交換，提升出風(fēng)溫度后進(jìn)入冷凝器，升溫后變?yōu)闊岣稍锟諝膺M(jìn)入帶式污泥烘箱循環(huán)處理。熱泵干燥能耗低，無二次污染，烘干溫度低，安全性高，自動化程度高，降低污泥干化成本。

6 污泥處理處置與污泥干化的難點(diǎn)

6.1 概述

污泥處理就是對污泥進(jìn)行濃縮、調(diào)治、脫水、穩(wěn)定、干化或焚燒的加工過程。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市廢水排放量日益增多，污泥產(chǎn)生量也隨之大幅度提高。國內(nèi)外現(xiàn)有的處理處置手段主要包括衛(wèi)生填埋、水體消納、焚燒、堆肥處理、土地利用等。針對我國現(xiàn)有的技術(shù)來看，我國主要的污泥處置方式是填埋。較適合我國的處置方式是污泥制肥即將污泥土地化利用。隨著科技進(jìn)步，我國必將推出更加有效、合理的處理處置方式，實(shí)現(xiàn)城市污泥處理處置的減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。

6.2 處置方式

（1）污泥的衛(wèi)生填埋：這種處置方法簡單、易行、成本低，污泥又不需要高度脫水，適應(yīng)性強(qiáng)。但是污泥填埋也存在一些問題，尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴(yán)重污染的液體，如果填埋場選址或運(yùn)行不當(dāng)會污染地下水環(huán)境。填埋場產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，若不采取適當(dāng)措施會引起爆炸和燃燒。

（2）污泥制肥：污泥制肥直接利用因投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式，將脫水后含水率78%～85%的污泥，經(jīng)烘干后含水率達(dá)30%～40%。經(jīng)過污泥制肥設(shè)備（污泥制肥工藝方法），使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成富含植物營養(yǎng)物的腐殖質(zhì)，反應(yīng)的代謝物為CO₂、H₂O和熱量，大量熱量使物料堆持續(xù)高溫60℃，降低含水率，有效去除病原體，寄生蟲卵和雜草種子，使泥達(dá)到減容化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的目的。

（3）污泥的焚燒：濕污泥干化后再直接焚燒應(yīng)用得較為普遍，沒有經(jīng)過干化的污泥直接進(jìn)行焚燒不僅十分困難，而且在能耗上也是極不經(jīng)濟(jì)的。以焚燒為核心的污泥處理方法是徹底的污泥處理方法，它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可極大限度地減少污泥體積；但是其缺點(diǎn)在于處理設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高。

（4）污泥露天的晾曬：這種污泥處理方法為降低污泥中的含水率。采用露天晾曬這種方法，占用的土地面積大，需人工布料和攪拌，工人的勞動強(qiáng)度大；另外，污泥中含有大量的細(xì)菌和病毒，還會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響；當(dāng)遇到下雨天時，污泥由于不能及時收集，隨雨水一起流走造成水的污染。因此，露天晾曬這種傳統(tǒng)方法有很大的弊端。

6.3 為什么污泥要干化

污泥沒干化前含水量很高，剩余污泥含水量達(dá)99.2%～99.5%，經(jīng)過濃縮池后的污泥含水量為95%～97%，壓濾后的含水量在80%左右，之所以要降低含水率以及污泥干化，一是污水廠污泥產(chǎn)量都比較大，必須降低污泥體積，以便后續(xù)運(yùn)輸、處理方便，二是國內(nèi)污泥處理很多都是以填埋的方式運(yùn)往垃圾填埋場，減少體積可以為填埋場節(jié)約空間，三是污泥要經(jīng)過一些處理后，干化才可以作為肥料、建筑材料使用。

6.4 污泥干化的難點(diǎn)

在污泥干化處理中，機(jī)械脫水僅能使自由水和存在于污泥顆粒之間的部分間隙水去除；毛細(xì)水和污泥顆粒之間的結(jié)合力較強(qiáng)需借助較高的機(jī)械作用力和能量；內(nèi)部結(jié)合水的含量與污泥中微生物細(xì)胞所占的比例有關(guān)。從破壞污泥水分結(jié)合形態(tài)的角度來看，采用熱干化技術(shù)所提供的能量能夠破壞污泥細(xì)胞內(nèi)結(jié)合水，實(shí)現(xiàn)深度脫水。熱干化技術(shù)多利用蒸汽、煙通氣等，造成處理成本高、尾氣量大、冷卻水量大，同時，還存在著易產(chǎn)生臭氣及粉塵二次污染以及存在粉塵爆炸的風(fēng)險等問題。污泥的熱干化方式投資和運(yùn)行成本普遍較高，由此導(dǎo)致污泥熱干化的項目建設(shè)要求和條件較高，能夠真正推廣應(yīng)用的地域有限。

從處置途徑來看，依靠添加化學(xué)鹽類和石灰，進(jìn)入填埋場后，含氯離子以及高COD的滲濾液對填埋場滲濾液系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的沖擊負(fù)荷。如果進(jìn)行焚燒處置，則由于添加了較多的無機(jī)物，造成熱值下降，灰分增加，尤其添加了生石灰類的堿性物質(zhì)后，會對電廠的爐膛產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢等影響，難以滿足焚燒的要求。

因此，目前污泥深度脫水面臨的難題在于，采用熱干化技術(shù)設(shè)備投資及運(yùn)行成本過高，推廣難度大。采取化學(xué)調(diào)理法由于調(diào)理劑選取問題，實(shí)際上并未實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，同時對后端處置產(chǎn)生了一系列的不利影響。目前，國外污泥無害化處置的總體趨勢是：污泥消化技術(shù)大面積應(yīng)用，污泥填埋被進(jìn)一步禁止，污泥焚燒將越來越少，以土地利用為目的的熱干化逐漸成為主要手段。依據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗來看，污泥處理處置要根據(jù)國情科學(xué)地制定環(huán)境指標(biāo)和階段目標(biāo)，落實(shí)污泥處置的相關(guān)法規(guī)政策和資金，并在實(shí)踐過程中不斷開發(fā)新的技術(shù)。我國的污泥處理處置政策經(jīng)過調(diào)整之后，也將與發(fā)達(dá)國家處于同一標(biāo)準(zhǔn)。

7 污泥烘干工藝步驟

7.1 污泥烘干介紹

污泥干化是污泥處理必要的中間過程，從直接施用到直接焚燒，從干化后施用，到干化后焚燒，直到干化后氣化，基本上肯定了干化作為一項必要的中間過程的重要性。其原因主要有兩個：經(jīng)濟(jì)性，無論是運(yùn)輸處置減量，還是能源消耗減量；衛(wèi)生性，農(nóng)用的必要條件。污泥干化處置方式是國情的選擇，填埋無疑是不可取的，這不僅在于土地價值昂貴，主要還是從能源和生物能資源方面考慮，國家要求減少和限制污泥的填埋。

目前大部分行業(yè)污泥脫水僅采用機(jī)械擠壓式污泥脫水，如帶式壓濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)、疊螺機(jī)以及離心式脫水機(jī)，其脫水后污泥含水率在70%～90%左右；選擇焚燒作為處置手段，該污泥本身的熱量不足以維持其熱量需求，所以此類污泥對于后續(xù)的儲存、運(yùn)輸及焚燒來說經(jīng)濟(jì)性差，這是造成目前污泥處置成本高的重要原因，對企業(yè)污泥的干燥減重、減容的要求日益劇增。

目前國內(nèi)污泥干燥工藝、技術(shù)在不斷發(fā)展，采用的能源方式主要為直接加熱居多，即使用蒸汽、煙氣尾氣、電加熱等形式將污泥加熱至100℃以上，使污泥的水分變?yōu)樗魵馀懦觥?/span>

7.2 舊烘干裝置存在以下問題

（1）能耗高。能量需求為每公斤蒸發(fā)量低至620大卡，直接加熱式干化設(shè)備處理商標(biāo)稱其系統(tǒng)的熱能需求是800～850大卡。

（2）帶來二次污染。烘干污泥同時帶來污染性的尾氣需要再做處理裝置方能達(dá)標(biāo)排放。

（3）烘干溫度高帶來烘干安全問題。高溫烘干污泥氣流中污泥可能揮發(fā)出來的物質(zhì)爆炸、毒性等問題難以避免。基于此，設(shè)計一種低溫污泥烘干工藝尤為必要。

熱泵烘干內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，熱泵烘干目的是在于提供一種低溫污泥烘干工藝，能耗低，無二次污染，烘干溫度低，安全性高，烘干自動化程度高，大大降低污泥干化成本，易于推廣使用。

8 解決方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：低溫污泥烘干工藝，其工藝步驟為：

（1）將含水率60%～80%的濕污泥經(jīng)過破碎、擠條成型后進(jìn)入帶式污泥烘干箱。

（2）帶式污泥烘干箱中的濕污泥經(jīng)與熱的干燥循環(huán)空氣換熱換質(zhì)后變?yōu)楹?span style="font-family: Arial;">30%以下的干污泥，熱的干燥循環(huán)空氣變?yōu)闈竦牡蜏匮h(huán)空氣。

（3）濕的低溫循環(huán)空氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)吸入熱泵，并從循環(huán)風(fēng)機(jī)吹入中間換熱器與蒸發(fā)出風(fēng)做熱交換進(jìn)一步降低溫度。

（4）降溫后的低溫循環(huán)空氣從中間換熱器出風(fēng)，經(jīng)過水冷預(yù)冷盤管再降低溫度。

（5）從水冷預(yù)冷盤管出風(fēng)經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)，溫度降至露點(diǎn)以下，從而冷凝水析出。

（6）蒸發(fā)出風(fēng)經(jīng)過中間冷卻器與熱泵回風(fēng)做熱交換，提升出風(fēng)溫度后進(jìn)入冷凝器。

（7）循環(huán)風(fēng)通過冷凝器進(jìn)一步升溫后變?yōu)闊岬母稍锏难h(huán)空氣進(jìn)入帶式污泥烘箱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)處理。作為優(yōu)選，所述熱的干燥循環(huán)空氣的溫度為60～70℃，濕度在20%以下，經(jīng)帶式污泥烘干箱處理后進(jìn)入熱泵的濕的低溫循環(huán)空氣溫度為50～60℃，濕度在50%以上。

9 熱泵烘干的有益效果

（1）能耗低。采用低溫?zé)岜煤娓稍O(shè)備，由于熱泵中制冷量和制熱量都用于污泥干化，故能耗相較于直接加熱式能耗高50%以上。

（2）無二次污染。污泥水分通過冷凝水的形式排放出來，風(fēng)通過循環(huán)使用，無外氣排放二次污染問題。

（3）烘干溫度低，減小安全問題。由于烘干溫度低于70℃，污泥可能揮發(fā)出來的物質(zhì)爆炸、毒性等問題少，污泥適用性廣，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、稼動率高。

（4）自動化能力高。該設(shè)備設(shè)計形式有效將污泥干化實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動化運(yùn)行，污泥干化過程避免人力的投入，降低工人勞動強(qiáng)度，減少成本。