在美國東岸和西岸的污泥處理情況不盡相同。西岸的閑置土地較多，填埋的成本較低，污泥填埋處置的比例仍較高；東岸則由于填埋成本非常高，且污泥無法就近農(nóng)田利用，所以人們?yōu)榱松a(chǎn)出適合市場銷售的污泥產(chǎn)品選擇了熱干化。污水處理廠將污泥熱干化制成顆粒肥，既可裝袋出售也可運(yùn)往佛羅里達(dá)州的肥料廠和柑橘園。隨著傳統(tǒng)肥料市場對(duì)污泥肥的逐漸認(rèn)同和相關(guān)產(chǎn)銷條例的出臺(tái)，熱干化作為污泥處理利用的手段日益受到歡迎。

1 熱干化的應(yīng)用

污泥熱干化設(shè)備在北美的應(yīng)用情況見圖1［1］。

污泥熱干化在美國的迅速發(fā)展始于20世紀(jì)90年代，且污泥熱干化設(shè)備的使用基本集中于美國的東岸地區(qū)。熱干化設(shè)備僅用于生產(chǎn)干固體，無論其最終出路是填埋還是市場銷售，那些用于降低污泥含水率、最終污泥被焚燒的設(shè)備并未包括在內(nèi)。

2 熱干化技術(shù)的進(jìn)展［2］

雖然污泥熱干化早于20世紀(jì)40年代已有應(yīng)用，但真正成熟地大規(guī)模應(yīng)用于市政污泥處置是在90年代，在此之前多數(shù)的干化設(shè)備是為處理工業(yè)污泥設(shè)計(jì)的。相對(duì)于工業(yè)污泥而言，市政污泥中的水分較難蒸發(fā)，污泥易粘結(jié)，在干化過程中存在粘結(jié)相，濕污泥不穩(wěn)定、儲(chǔ)存時(shí)易消化產(chǎn)生沼氣，干污泥和粉塵可燃、給生產(chǎn)和儲(chǔ)存帶來自燃和爆炸等安全隱患。經(jīng)過10年的不斷改進(jìn)，其設(shè)備性能也逐步得到完善。

2.1 直接加熱干燥技術(shù)

在 1995年以前投入使用的18套設(shè)備中，有9套采用直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥工藝，其中主要是由E nviro—Grop研發(fā)的ESP工藝。ESP工藝的設(shè)備包括一個(gè)3通道式轉(zhuǎn)鼓干燥器、燃?xì)鉄犸L(fēng)爐和干泥返混系統(tǒng)(包括篩網(wǎng)和粉碎機(jī)用于篩分和粉碎大顆粒，并將粉塵送回進(jìn)料口與脫水污泥混合)。在返混過程中干污泥顆粒起著“晶核”的作用，濕污泥包裹在干泥顆粒外面形成大顆粒，并將進(jìn)料的含水率降到 30%～40%，直接克服了污泥的粘結(jié)。由于只是外層的濕泥需要干燥，所以污泥的干燥性能得到改善，可得到穩(wěn)定的球形顆粒產(chǎn)品。

ESP工藝將熱風(fēng)導(dǎo)入轉(zhuǎn)鼓，蒸發(fā)污泥中的水分并帶走干顆粒。由于ESP系統(tǒng)的熱風(fēng)量大，尾氣熱氧化除臭處理的費(fèi)用使污泥干化費(fèi)用增加，這使人們逐漸將興趣轉(zhuǎn)向間接加熱系統(tǒng)，后者的風(fēng)量只需能把水蒸氣帶出干燥器即可，因而尾氣量要小得多。該時(shí)期的18套設(shè)備中有6套間接加熱系統(tǒng)，其中只有1套(Baltimore Back River 的Seghers干燥設(shè)備)帶有干料返混系統(tǒng)，其余5套在實(shí)際運(yùn)行中都遇到了由于污泥的粘結(jié)導(dǎo)致干燥器內(nèi)部磨損嚴(yán)重和難以生產(chǎn)出顆粒產(chǎn)品的問題，有3套不久就停產(chǎn)了。

2.2 尾氣循環(huán)技術(shù)

1995年—1999年使用的17套設(shè)備中有8套為直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥器，其中有5套采用了氣體循 環(huán)再用技術(shù)(由Andritz公司和Swiss Combi公司引入美國)，另外3套采用了專利設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)鼓 ，可增加干泥中的營養(yǎng)成分(BER工藝)。盡管BER工藝的經(jīng)濟(jì)可行性尚待論證，但以上這些技術(shù)都強(qiáng)有力地促進(jìn)了熱干化技術(shù)的發(fā)展。

氣體循環(huán)技術(shù)是將80%～85%的尾氣送回?zé)犸L(fēng)爐，其余的經(jīng)再生熱氧化器(RTO)處理后排放。新鮮空氣和回用氣流首先通過冷凝器(熱氣流被冷卻而新鮮空氣被預(yù)熱)，再經(jīng)過水洗塔除去其中的水蒸氣、粉塵和可冷凝的揮發(fā)性物質(zhì)后返回?zé)犸L(fēng)爐，這樣尾氣量就大大減少了。氣體循環(huán)回用的另一個(gè)好處是使轉(zhuǎn)鼓中的氧氣含量保持在10%以下，這是一個(gè)非常重要的安全參數(shù)。由于該技術(shù)的引入，原先間接加熱系統(tǒng)尾氣處理量少的技術(shù)優(yōu)勢被大大削弱了。早期的ESP設(shè)備也進(jìn)行了技術(shù)改造，加裝了氣體循環(huán)裝置。

該時(shí)期同樣值得注意的是適用于中小型污水處理廠的間接加熱回轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)入美國市場，另外還有兩種將機(jī)械脫水和熱干化連成一體的技術(shù)，它們是由Dry Vac Enviromental andTWI開發(fā)的真空過濾帶式干燥系統(tǒng)和Humboldt開發(fā)的離心脫水干燥系統(tǒng)。

2.3 蒸氣為熱源技術(shù)

該時(shí)期值得注意的是以蒸氣為熱源的4套流化床干燥設(shè)備。由于4套流化床都帶有干料返混系統(tǒng)，所以其產(chǎn)品的性狀與轉(zhuǎn)鼓式干燥器是相似的。該時(shí)期的11套設(shè)備中仍有4套為轉(zhuǎn)鼓式干燥器，由此看來該技術(shù)仍將繼續(xù)扮演重要角色，同時(shí)它也在向設(shè)備精、處理量大的方向發(fā)展。在美國Jacksonvill FL的新項(xiàng)目中計(jì)劃安裝產(chǎn)生蒸氣能力達(dá)7m3/h的直接加熱式轉(zhuǎn)鼓DDS70，這將比美國現(xiàn)有最大干燥設(shè)備的處理能力還要大1/4。

位于Shamokin PA的由Weston公司開發(fā)的Kvaemer干燥設(shè)備也值得關(guān)注，因?yàn)樗鼘⑹堑谝惶讕в懈闪戏祷煜到y(tǒng)的間接加熱式美國設(shè)備。干料返混系統(tǒng)已能成功生產(chǎn)出可以包裝上市銷售的生物固體產(chǎn)品。在不遠(yuǎn)的將來，預(yù)計(jì)將有越來越多的干燥設(shè)備(包括間接加熱式)，會(huì)采用干料返混系統(tǒng)來改善最終產(chǎn)品的性狀。

3 干化污泥的土地利用

在污泥處置中土地利用很有潛力。1993年美國環(huán)保署制訂了USEPA—503條例，規(guī)范了污泥的土地利用(見表1)。該條例除限制了農(nóng)用污泥中有害重金屬的含量外，還將污泥分成要求嚴(yán)格的A級(jí)和較寬松的B級(jí)。

表1 美國對(duì)農(nóng)用污泥中重金屬含量的限制［3］

USEPA—503中還對(duì)應(yīng)用B級(jí)污泥的作物收成時(shí)間作了相應(yīng)的規(guī)定，A級(jí)污泥則無此限制，而且可施用于花園、草地。

在美國污泥干化后基本都作土地利用，現(xiàn)在有10%的耕地在施用污泥肥［4］。各地區(qū)根據(jù)市場的需求選擇干化工藝，因?yàn)椴煌苫に嚨漠a(chǎn)品性狀不同，不含干料返混系統(tǒng)的間接加熱設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品多為粉末或片狀，適合于土壤改良或供肥料廠作生產(chǎn)復(fù)合肥的基質(zhì)添加劑；帶有干料返混的間接加熱和多數(shù)直接加熱設(shè)備則直接生產(chǎn)出1～4 mm粒徑的顆粒，非常適合作撒播機(jī)施肥，也可袋裝銷售。由于污泥干化后在化學(xué)質(zhì)量、微生物學(xué)質(zhì)量、美學(xué)質(zhì)量、農(nóng)業(yè)價(jià)值、商品化和可接收程度等方面都有極大改善，所以產(chǎn)品滿足A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可作為一種優(yōu)質(zhì)緩釋肥用于耕地、草坪、花卉、苗圃、高爾夫球場、柑橘種植等。表2為南卡羅來納州Sumter City 熱干化項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)作費(fèi)用。

從表2可知，生產(chǎn)成本(125美元/kt)折合到含水率為85%的濕污泥處理成本為19美元/kt，而如果濕污泥直接填埋的話，則濕泥的填埋費(fèi)用就需要852880美元/a，顯然干化處理的成本要低得多，而且可以變廢為寶。即使污泥干化后農(nóng)用并不能實(shí)現(xiàn)贏利，污水處理廠還是愿意應(yīng)用熱干化來處理污泥，這也是熱干化得以在美國迅速發(fā)展的原因之一。

表2 Sumter City的污泥熱干化費(fèi)用 美元/a

4 結(jié)語

將污泥干化處理后土地利用已經(jīng)逐漸成為美國污泥處理、處置的重要途徑。由于污泥填埋越來越受到土地和費(fèi)用的限制，美國現(xiàn)有的大部分填埋場將在未來的數(shù)年內(nèi)關(guān)閉，因此可以預(yù)見污泥熱干化在美國的應(yīng)用將更加普及。
 

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