摘要: 污水廠除了污水處理以外，還要考慮污泥的處理技術(shù)，使得污泥出路問(wèn)題能長(zhǎng)期地得到解決，污泥處理還要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，保護(hù)環(huán)境。機(jī)械脫水后污泥的熱烘干是污泥處理與利用的一個(gè)關(guān)鍵性工藝。
        關(guān)鍵詞: 污泥,熱處理,熱烘干技術(shù)

1　序言

　　處理廢料，德國(guó)和歐洲政策的共同方針是：首先盡量避免產(chǎn)生廢料；其次廢料的回收利用；最后作為垃圾處理。

　　污水處理廠是市政工程的重要組成部分，污水處理中產(chǎn)生污泥是不可避免的，所以污泥回收利用就很重要了。污泥作為垃圾的處理（例如填埋處理），在這里不作深入描述，因?yàn)樘盥窦夹g(shù)已逐漸失去其重要性，這與污泥的含水高，易流性，有機(jī)含量高，而且往往有害物（重金屬）含量高相關(guān)。德國(guó)法定從2005.06.01起對(duì)于廢料剩余有機(jī)含碳量最高5%。這就是說(shuō)，碳元素的無(wú)機(jī)化（從有機(jī)碳到無(wú)機(jī)碳的轉(zhuǎn)化）應(yīng)該在95%以上。污泥不經(jīng)焚燒是達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)的。

　　如果要利用污泥，就要事先進(jìn)行污泥的分析，特別是含水量、污泥干物質(zhì)中有機(jī)物含量、有害物質(zhì)的濃度（重金屬、PCDD-、PCDF 等等）。

　　另外還有其他相關(guān)因素是臭味、衛(wèi)生問(wèn)題，要考慮到病菌對(duì)人和動(dòng)物傳染的預(yù)防。

　　綜上所述，污水廠除了污水處理以外，還要考慮污泥的處理技術(shù)，使得污泥出路問(wèn)題能長(zhǎng)期地得到解決，污泥處理還要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，保護(hù)環(huán)境。

　　機(jī)械脫水后污泥的熱烘干是污泥處理與利用的一個(gè)關(guān)鍵性工藝。

2、污泥熱烘干技術(shù)

　　在討論各種烘干技術(shù)之前，讓我們先簡(jiǎn)要的分析一下污泥干化過(guò)程中污泥性質(zhì)的變化。

　　污泥里的含水是這樣分布的：間隙水，處于污泥團(tuán)塊之間的水；外部水分為粘附水，吸附水，空隙虹吸水，虹吸水，毛細(xì)虹吸水；內(nèi)部水，細(xì)胞液（水合作用含水，內(nèi)部虹吸水）。

　　在機(jī)械脫水、熱烘干、焚燒幾個(gè)處理階段所能達(dá)到的干化程度不同。

　　在此強(qiáng)調(diào)污泥烘干的一大特點(diǎn)，隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，污泥會(huì)進(jìn)入一個(gè)膠狀階段，也稱為所謂的“粘稠階段”，至此階段，污泥干物質(zhì)含量為45～65%。這時(shí)，污泥會(huì)粘在干燥機(jī)的壁上，從而導(dǎo)致干化效率的降低，甚至損壞設(shè)備。通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)措施和設(shè)計(jì)可以解決這個(gè)問(wèn)題。 被普遍采用的一種方法是所謂的回混法。就是將機(jī)械脫水后的污泥（干物質(zhì)20～35%）和已全干化的污泥（干物質(zhì)90～95%）相混合，使進(jìn)入干燥機(jī)的污泥干物質(zhì)達(dá)到65～75%，這樣還可以使進(jìn)泥顆粒化，結(jié)構(gòu)化，這無(wú)論對(duì)于哪一種烘干機(jī)都有利。

3　各種烘干機(jī)工藝

　　污泥烘干分為接觸式烘干和對(duì)流式烘干。在接觸式烘干機(jī)中，存在一個(gè)固定不變的接觸面，熱量就通過(guò)這個(gè)面和導(dǎo)熱介質(zhì)（蒸汽或熱油）傳向污泥。對(duì)流式烘干的導(dǎo)熱介質(zhì)（熱風(fēng)）直接在污泥小顆粒上流動(dòng)傳熱，從而產(chǎn)生熱對(duì)流。

　　一般烘干過(guò)程可以分為兩個(gè)階段，即：半干化，最多至粘稠狀態(tài)，一般大約達(dá)到45%干物質(zhì)；全干化，至少達(dá)到90%干物質(zhì)。

　　但是剩余含水量（或者干物質(zhì)含量）并不是唯一的評(píng)價(jià)干燥效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)。不同的烘干技術(shù)，能耗大大不同。最終的利用，要求也不同。農(nóng)用往往要求一個(gè)顆?；漠a(chǎn)品。同時(shí)烘干也要注意避免含氧過(guò)高粉塵化及其比例，因?yàn)樗鼤?huì)引起自燃，甚至爆炸。根據(jù)以上分類，有許多不同的干化技術(shù)，下面將全面地對(duì)各種烘干機(jī)作簡(jiǎn)單介紹。

3.1　接觸式干燥機(jī)

3.1.1　流化床干燥機(jī)

　　這種類型干燥機(jī)主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，食品以及飼料工業(yè)。最近幾年流化床干燥機(jī)還被應(yīng)用于褐煤干燥，用于火力發(fā)電。這種干化工藝有兩個(gè)特點(diǎn)，一是物質(zhì)（風(fēng)，塵，沙）流量特別高，二是用高壓蒸汽加熱干燥機(jī)。流化層通過(guò)蒸汽的再循環(huán)起作用，它對(duì)流化物（在這里就是污泥）的顆粒變化非常敏感，較難控制。流化床干燥機(jī)不是完全的接觸式干燥機(jī)，因?yàn)闊崃康囊徊糠忠餐ㄟ^(guò)熱蒸汽的再循環(huán)，以對(duì)流的形式傳遞。流化床干燥機(jī)不適用于污泥半干化處理工藝，只適用于污泥全干化。

3.1.2多層臺(tái)階式干燥機(jī)

　　多層臺(tái)階式干燥機(jī)原應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，食品以及飼料工業(yè)，也被稱為真空盤(pán)式干燥機(jī)。在真空下或負(fù)壓下運(yùn)行。傳熱系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱油實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)熱油作為唯一可選用的傳熱介質(zhì)在一個(gè)封閉的回路中被循環(huán)加熱。在涉及導(dǎo)熱油系統(tǒng)的操作中，一定要注意，不要漏油到地上或污染干燥產(chǎn)品，因?yàn)榧訙販囟雀撸?60～280°C），對(duì)導(dǎo)熱油的質(zhì)量要求較高，對(duì)這種特殊油要保證足夠量的倉(cāng)儲(chǔ)。因?yàn)檫@種干燥機(jī)單位填充量（每平方米傳熱面積充泥量）比較小，所以不適用于少量污泥的干燥。這種多層臺(tái)階式干燥機(jī)也不適用于污泥半干化處理工藝，僅用于污泥全干化。

3.1.3　轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)

　　轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)在幾十年前就已經(jīng)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，食品工業(yè)以及飼料工業(yè)。特別是混合溶劑的干燥。它與污泥干燥一樣，要求設(shè)備防漏，以保證正常運(yùn)行。如果該設(shè)備出現(xiàn)故障，因?yàn)楦稍餃囟容^低，再加上惰性氣體保護(hù)措施，不會(huì)有著火和爆炸的危險(xiǎn)。此型干燥機(jī)既可以用導(dǎo)熱油傳熱，也可以用蒸氣傳熱。大多數(shù)情況下用低過(guò)壓蒸汽加熱，以防油污染。特別值得一提的是這種轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)的機(jī)動(dòng)靈活性，它既可以作為半干化機(jī)，也可以作為全干化機(jī)使用烘干污泥。這樣一來(lái)就可以設(shè)計(jì)不同的更適合用戶需要的干燥焚燒工藝，滿足當(dāng)前與未來(lái)污泥處理的要求。

3.2　對(duì)流式干燥機(jī)

3.2.1高流速干燥機(jī)

　　這種類型的干燥機(jī)是為了干燥煤而設(shè)計(jì)的，后來(lái)也被用于干燥化學(xué)產(chǎn)品和食品。要干燥的物料被拋送入熱氣流里，并通過(guò)此熱氣流從進(jìn)料口被輸送到出料口。進(jìn)料口之前往往有一個(gè)沖擊式輪磨機(jī)，它將物料先碾碎，再拋送入熱氣流干燥過(guò)程，這樣一來(lái)，物料在熱汽流中逗留很短的時(shí)間，就可以達(dá)到預(yù)訂的干燥度。如果用于干燥污泥，高流速干燥機(jī)一般要與垃圾焚燒爐或者是火力發(fā)電廠鍋爐配套使用。近幾年，這種干燥機(jī)不再應(yīng)用于污泥干化了。該干燥機(jī)不適用于污泥半干化工藝，只能用于污泥全干化。

3.2.2　帶式干燥機(jī)

　　帶式干燥機(jī)主要應(yīng)用于精密化學(xué)以及食品工業(yè)。它通過(guò)交叉或者是反向的熱氣流來(lái)實(shí)現(xiàn)間接熱傳導(dǎo)。熱氣是經(jīng)過(guò)內(nèi)置或外置的熱交換器傳熱產(chǎn)生的，熱交換器的傳熱媒介可以是導(dǎo)熱油，也可以是蒸汽。帶式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中輸送帶的設(shè)計(jì)是一個(gè)棘手的問(wèn)題。另外，熱氣流會(huì)攜帶一些灰塵，這些灰塵大都堆積在氣流轉(zhuǎn)向的地方，并會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行故障。帶式干燥機(jī)不能用于污泥的半干化工藝，僅適用于污泥全干化。

3.2.3　筒式干燥機(jī)

　　筒式干燥機(jī)適用于幾乎所有領(lǐng)域，例如化學(xué)工業(yè)，基礎(chǔ)工業(yè)，食品和飼料工業(yè)的各種產(chǎn)品。筒式干燥機(jī)的加熱既可以通過(guò)熱空氣，也可以通過(guò)煙氣。因?yàn)轱L(fēng)量大，所以除塵器體積也很大。熱空氣是由外置的熱交換器加熱的，煙氣是燃料焚燒產(chǎn)生的廢氣。進(jìn)料以及內(nèi)部輸送片的構(gòu)成，是由干化物料特性決定的。熱氣溫度的高低，以及氣流方向的選擇，也同樣由物料特性決定。污泥筒式干燥機(jī)都用是直流電驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。熱空氣進(jìn)入時(shí)的溫度大致在450～650°C。因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō),這種筒式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)不封閉，容易發(fā)生自燃或爆炸，所以在污泥的干化過(guò)程中，要特別注意安全保障。這個(gè)包括兩方面，一是安全保護(hù)設(shè)備投資，另外對(duì)于運(yùn)行安全性的在線監(jiān)控，也需要大量的費(fèi)用與人員。這種干燥機(jī)不能用于污泥半干化工藝，只能用于污泥全干化。

3.3　接觸干化與對(duì)流干化的比較

　　在下面的表格里，對(duì)于不同的接觸式干燥機(jī)（表3.1）和對(duì)流式干燥機(jī)（表3.2）進(jìn)行了性能的總結(jié)。接下來(lái)的表3.3，對(duì)兩種干燥機(jī)的特性作了一下比較。

4　干化后污泥的應(yīng)用及其對(duì)于干化工藝的要求

　　污泥處理與利用，分為：機(jī)械脫水、熱干化、物質(zhì)利用（用作土壤，肥料）、能量利用（焚燒產(chǎn)熱，發(fā)電）。都是費(fèi)用很大的。對(duì)每一個(gè)階段在計(jì)劃與優(yōu)化之前，必須對(duì)于污泥的最終回收利用有一個(gè)戰(zhàn)略性的決策。比如說(shuō)，干化后的污泥要利用熱能用于燃燒，那就不應(yīng)該在機(jī)械脫水時(shí)加用石灰，加用石灰灼燒時(shí)，同樣會(huì)消耗熱能。以下，簡(jiǎn)要地介紹一下污泥的幾種不同的應(yīng)用可能性。為了對(duì)不同應(yīng)用可能性作分析，下面的表4.1列出的一般污泥的主要成份。

4.1　農(nóng)業(yè)利用

　　從污泥分析數(shù)據(jù)可以看到，污泥中含有不少的氮，鈣，磷，鉀可用作高肥土壤。當(dāng)然，這其中也含有一些有毒物質(zhì)，象重金屬和有機(jī)污染物。這很大程度上影響著它是否可作為土壤（肥料）使用。一個(gè)常用的改良污泥的辦法，就是先烘干，再混入無(wú)機(jī)肥（氮磷鉀），就可作肥料了。

　　下面的兩種可能性可供參考：

　?。?）將干物質(zhì)含量90%的已烘干污泥與氮，磷，鉀成份相混合。這種混合有一個(gè)缺點(diǎn)，就是物質(zhì)混合后，或早或晚又會(huì)重新分離（比如在倉(cāng)儲(chǔ)或是使用期間）。

　　（2）利用造粒技術(shù)，將細(xì)小的干污泥顆粒和氮磷鉀合成顆粒。

　　造粒技術(shù)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是它的最終產(chǎn)品是固體顆粒狀，這可以直接應(yīng)用于機(jī)械化的農(nóng)業(yè)。這種化肥持久耐用，無(wú)污染，因?yàn)樗械挠袡C(jī)病毒都在干化過(guò)程中被殺死了，只需監(jiān)測(cè)污泥中重金屬含量是否超標(biāo)。

4.2　土壤改良

　　一個(gè)常用方法，就是將機(jī)械脫水后的污泥（干物質(zhì)含量約20～30%）加入添加劑，使干物質(zhì)含量至少40%，然后用于土壤改良。常用添加劑為石灰，沙子與粘土。

　　這個(gè)技術(shù)有一些缺點(diǎn)，比如：加入添加劑，使運(yùn)輸量提高了；含水量仍較高和存儲(chǔ)量也提高。

　　針對(duì)以上問(wèn)題，可以將其改進(jìn)，就是將機(jī)械預(yù)脫水的污泥混入幾乎全干的污泥（干物質(zhì)含量90%），使混合后污泥干物質(zhì)含量達(dá)到70～80%，也可以達(dá)到同樣作用，同時(shí)：不需添加劑；水的輸送量和存儲(chǔ)量也不高；存儲(chǔ)性明顯好轉(zhuǎn)。

4.3　焚燒／灰化

　　從污泥成分分析中可以看出，污泥的焚燒／灰化是唯一可以實(shí)現(xiàn)大大減少污泥量的技術(shù)。在焚燒污泥技術(shù)中，污泥的熱值是一個(gè)重要的影響因素。

　　不管是半干化至干物質(zhì)含量45%，還是全干化至干物質(zhì)含量90%，污泥干化工藝對(duì)每種焚燒技術(shù)都有決定性的影響。干化后污泥的焚燒工藝，將在下面的章節(jié)敘述。

4.3.1流化床焚燒爐

　　流化床焚燒技術(shù)是利用污泥熱能的最常用技術(shù)，適用于大處理量。焚燒溫度通常為850～950°C，這樣一來(lái)可以將有毒氣體（特別是NOX和CO）量降到最低。這種焚燒工藝最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能量，不管什么污泥來(lái)源，污泥烘干，只需干物質(zhì)含量達(dá)到45%（半干化），不需要額外的熱能就可以自己燃燒，到達(dá)熱平衡，而且焚燒產(chǎn)生的熱量足夠滿足半干化干燥機(jī)。

4.3.2　利用現(xiàn)有垃圾焚燒爐

　　現(xiàn)有垃圾焚燒爐大都采用了先進(jìn)的技術(shù)，配有完善的尾氣處理裝置，一般可以在垃圾中混入30%的污泥一起焚燒。

　　主要利用瀝青和水泥制造廠的焚燒爐，焚燒干燥后的污泥。甚至是污泥的無(wú)機(jī)部分（灰渣）也幾乎可以完全地被利用于產(chǎn)品之中。

　　●通過(guò)高溫焚燒至2000°C，污泥中有機(jī)物有害物質(zhì)被完全分解；　　
　　●在焚燒中產(chǎn)生的細(xì)小水泥懸浮顆粒，會(huì)高效吸附有毒物質(zhì)；
　　●污泥灰粉和用于示蹤元素一并熔入水泥的產(chǎn)品之中。
　　應(yīng)該用的限制在于污泥中的水銀含量。只有水銀含量低的污泥（小于3 Hg／Kg干物質(zhì)）才允許焚燒。一般來(lái)講，加入的干污泥量一般占正常燃料（煤）的15%。

4.3.4在火力燒煤發(fā)電廠焚燒污泥

　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)于發(fā)電廠焚燒污泥研究證明，污泥占耗煤總量的10～15%以內(nèi)，對(duì)于尾氣凈化以及發(fā)電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)沒(méi)有不利影響。在某些發(fā)電站，特別是燒褐煤發(fā)電站，污泥只經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水，就被混入未磨干的褐煤里。煤泥混合物一起干化后，再送入焚燒。這個(gè)工藝的趨勢(shì)還是更傾向于用干化后的污泥。主要優(yōu)點(diǎn)為：臭味，衛(wèi)生，傳染等問(wèn)題得以解決；便于裝車運(yùn)輸；無(wú)論是在烘干站，還是在火電站，都利于倉(cāng)儲(chǔ)，與未磨碎煤的混合性及其燃燒性都得以改善。

5 總結(jié)

　　不少文獻(xiàn)對(duì)于各種干化工藝以及干化后污泥的應(yīng)用進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)，同時(shí)也兼顧了各污水廠污泥本身組成的變化。雖然各種烘干工藝的從減少水份，物料平衡上來(lái)比較是類似的，但更重要的是適應(yīng)各項(xiàng)目的特殊需求，所以就有很多不同點(diǎn)要加以分析。

　　當(dāng)然，這些比較與參考數(shù)據(jù)很大程度上要受到污泥處置系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響。比如：污泥干燥機(jī)就設(shè)在污水處理廠邊，那么就不必有一個(gè)特別齊備的裝卸系統(tǒng)，特別是節(jié)省了大容量的接收和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可將干燥產(chǎn)生的廢汽冷凝水，馬上就地送入污水處理池，其中含有的熱能也能部分地被回收利用。

　　另一方面集中性的污泥處理站也有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樘幚砹看?，這樣建造和運(yùn)行的費(fèi)用低于許多建在各污水廠的分散的小站。這里列舉一個(gè)半移動(dòng)式干燥機(jī)，這個(gè)干燥機(jī)的水蒸發(fā)功率達(dá)1000 Kg／h。它的核心，一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)，轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)最緊湊，運(yùn)行安全，因此比較合適。

　　污泥干燥機(jī)直接配套焚燒爐，非常經(jīng)濟(jì)有效，干化污泥所需蒸汽可以很便宜的從焚燒爐尾氣處理后得到。另外干燥后的污泥可以不經(jīng)過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸而直接送入焚燒。干化產(chǎn)生的有臭味的尾汽可以送入焚燒爐加溫除臭。

　　近幾年，在歐盟建造了許多污泥干燥機(jī)配焚燒爐，并投入了運(yùn)行。經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果表明，間接烘干工藝成為主流，運(yùn)用最多。

　　正是因?yàn)檫@個(gè)大趨勢(shì)的影響，許多供貨商都積極地提供不同的接觸式熱交換面的設(shè)計(jì)，從可加熱的夾層滾筒到蒸汽或?qū)嵊图訜岬臒峤粨Q器，豐富多彩。關(guān)于這些小型干燥機(jī)的詳細(xì)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，到現(xiàn)在為止發(fā)表文章很少?？偟膩?lái)看，前面介紹過(guò)的轉(zhuǎn)盤(pán)式干燥機(jī)由于其應(yīng)用范圍廣，同時(shí)適合于污泥的半干化和全干化工藝，越來(lái)越多地被使用推廣。明顯的優(yōu)點(diǎn)在于半干化結(jié)合流化床焚燒的能量自給自足。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”