污泥脫水干化技術(shù)研究

陸大瑋 水翼（中國）環(huán)境工程有限公司 張磊 煙臺辛安河污水處理有限公司

目前，污水處理廠在國內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用，由此帶來的污泥處置作為一個急需處理的問題出現(xiàn)在人們面前。多年的重水輕泥思想使得目前污泥處置問題尤為嚴(yán)重，業(yè)界都在探討污泥解決之道。污泥處置方法中都必須要先經(jīng)過脫水和干化，目前污泥脫水技術(shù)絕大部分只能將污泥含水率降到80%左右，進(jìn)一步的脫水則需要污泥干化技術(shù)，前者在中國已經(jīng)很成熟，但還有進(jìn)一步發(fā)展空間，而后者在中國還處在起步和發(fā)展階段。

1 污泥脫水

污泥脫水技術(shù)在中國的發(fā)展經(jīng)歷了國外進(jìn)口——大部分進(jìn)口，一小部分國產(chǎn)——進(jìn)口國產(chǎn)共存——大部分國產(chǎn)，小部分進(jìn)口。在這個過程中，國產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備從小到大，從弱到強(qiáng)，發(fā)展到今天，已基本滿足工藝需要。但為了后續(xù)的污泥處置和設(shè)備的低能耗高效率運行，污泥脫水技術(shù)和設(shè)備還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

1.1 污泥脫水技術(shù)的種類和比較

較早的污泥脫水是板框脫水，隨后是帶式壓榨脫水，再后來是離心機(jī)脫水。目前，板框脫水除了在煉鋼和洗礦等行業(yè)以及極小量的污泥處理中會使用外，其他領(lǐng)域已基本不用，其原因主要是處理不連續(xù)和操作繁雜等因素。目前污泥脫水技術(shù)中85%是帶式壓榨脫水，10%是離心機(jī)脫水，5%是其他型式的污泥脫水，如疊螺等。

帶式污泥脫水機(jī)由于處理量大，電耗低，加工制造技術(shù)要求不高等原因，被大范圍使用，在中國的污泥脫水中起到了中流砥柱的作用，但是由于帶式污泥脫水機(jī)的結(jié)構(gòu)原理等因素，帶式污泥脫水機(jī)只能將污泥的含水率降到80%左右，對于洗礦冶金等廢水的污泥，其含水率能夠降得更低。

離心污泥脫水機(jī)由于其轉(zhuǎn)速高，對加工制造技術(shù)要求高，加上電耗大，所以應(yīng)用不太廣泛。但是離心污泥脫水機(jī)運行操作人力勞動少，設(shè)備維護(hù)簡單，受到部分用戶的青睞。

1.2 污泥脫水技術(shù)優(yōu)化和發(fā)展

無論帶式脫水機(jī)還是離心脫水機(jī)，都只能將污泥的含水率降到80%左右，要想進(jìn)一步降低含水率，對于帶式脫水機(jī)而言，可以優(yōu)化壓榨輥系分布，增大濾布在各個輥子上的包角，改變輥子的形狀，把主壓榨輥的圓柱面改為由若干個小圓柱組成；對于離心脫水機(jī)，增大長徑比，降低差速度。同時，除了加入高效優(yōu)質(zhì)的絮凝劑外，再加入合適的助凝劑（如FeCl3），能將含水率降到70%或更低。

疊螺污泥脫水機(jī)的原理是螺旋的螺距逐漸減小，中心軸的軸徑逐漸增大，污泥被螺旋推送，從大螺距一端流向小螺距一端，空間越來越小，污泥不斷被擠壓，從而達(dá)到脫水的目的。由于擠壓力來自兩個相鄰的螺旋、中心軸和金屬濾網(wǎng)，這個壓力要比帶式污泥脫水機(jī)壓榨力和離心機(jī)的離心力大很多，所以含水率可以最低降到65%左右。在相同的處理量下，疊螺污泥脫水的耗電量是離心機(jī)的三十分之一，所需的清洗水量是帶式污泥脫水機(jī)的百分之一。螺旋軸旋轉(zhuǎn)緩慢，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無噪音，無振動，安全，無論是設(shè)備的操作還是維護(hù)都非常簡便。

為了能夠?qū)γ撍ЧM(jìn)行調(diào)節(jié)，疊螺脫水機(jī)可以設(shè)計成中心軸和螺旋在濾網(wǎng)筒里軸向移動，即延長和縮短擠壓時間，這種結(jié)構(gòu)需要增加一套油壓系統(tǒng)，對設(shè)備制造加工精度有要求。國內(nèi)的疊螺一般是將螺旋軸傾斜30°左右，依靠污泥的重力來增大對污泥的脫水力。

疊螺污泥脫水機(jī)缺點是處理量小，且不擅長無機(jī)污泥的脫水。

2 污泥干化

要使污泥能夠得到處置，含水率必須降到40%～50%，有些處置工藝甚至要求含水率降到20%～30%或更低，這就需要對污泥進(jìn)行干化。

2.1 污泥干化原理

當(dāng)濕物料與干燥介質(zhì)相接觸時，物料表面的水分開始?xì)饣⑾蛑車橘|(zhì)傳遞。根據(jù)干燥過程中不同期間的特點，干燥過程可分為兩個階段。

第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時，由于整個物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達(dá)到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。

第二個階段為降速干燥階段，當(dāng)物料被干燥達(dá)到臨界濕含量后，便進(jìn)入降速干燥階段。此時，物料中所含水分較少，水分自物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內(nèi)部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內(nèi)部水分的遷移速率也逐漸減少，故干燥速率不斷下降。

2.2 污泥干化的分類

采用熱量對污泥進(jìn)行進(jìn)一步脫水稱為干化。干化的類型有很多種，按熱介質(zhì)與污泥接觸方式分為直接干化式、間接干化式、直接—間接聯(lián)合干化；按設(shè)備形式分為轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、帶式、螺旋式、離心式干化機(jī)、流化床等；按干化設(shè)備進(jìn)料方式分：干料返混式、濕污泥直接進(jìn)料式。

2.3 污泥生物干化技術(shù)

污泥在好氧發(fā)酵過程中，將產(chǎn)生80～100℃的高溫，借助這個高溫，加上通風(fēng)系統(tǒng)，可以對污泥進(jìn)行干燥，這種方法實際是污泥高溫好氧發(fā)酵堆肥的前一部分，不需要對污泥腐熟化。和污泥高溫好氧發(fā)酵堆肥一樣，可采用條垛式、溝槽式和筒倉式，這三種型式的工程上的關(guān)鍵都是通風(fēng)充氧和物料翻堆，由于不需要堆肥，只需干化，所以系統(tǒng)的功能只要滿足通風(fēng)和翻堆這兩個功能即可，因此其所需時間少，占地面積小。

該工藝的關(guān)鍵是微生物好氧發(fā)酵，它受溫度、濕度、通風(fēng)、返混比例和調(diào)理劑等影響。溫度的高低主要取決于環(huán)境溫度、污泥好氧發(fā)酵腐熟程度和通風(fēng)等，因此選擇合適的返混比例和調(diào)理劑，以及良好的充氧和排氣是污泥生物干化的關(guān)鍵。干泥返混是為了降低污泥的濕度，提高含固率，使污泥跨過粘滯區(qū)，避免由于污泥板結(jié)而無法對污泥充氧，返混的比例以污泥是否板結(jié)為準(zhǔn)。

污泥好氧發(fā)酵前要加入秸稈作為調(diào)理劑，主要是提高C/N至10左右，以便更好進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵，加入調(diào)理劑還能降低污泥含水率，使污泥結(jié)構(gòu)蓬松，改善污泥的透氣性。

2.4 傳導(dǎo)干化技術(shù)

傳導(dǎo)干燥法通過金屬等表面間接傳遞干燥所需要的熱量。為了提高干燥速率和防止干燥不均，通常用機(jī)械攪拌或使容器本身旋轉(zhuǎn)，以增加或不斷更新物料的傳熱面，因此有必要深入研究傳熱機(jī)構(gòu)的附著問題。干燥裝置本身價格昂貴，但其特點是集塵系統(tǒng)的負(fù)荷小、熱效率高、溶劑容易回收，總的費用比直接干燥法便宜得多。

2.4.1 帶式干燥機(jī)

帶式干燥機(jī)由若干個獨立的單元段組成。每個單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨或公用的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)。對干燥介質(zhì)數(shù)量、溫度、濕度和尾氣循環(huán)量操作參數(shù)，可進(jìn)行獨立控制，從而保證帶干機(jī)工作的可靠性和操作條件的優(yōu)化。帶干機(jī)操作靈活，濕物進(jìn)料，干燥過程在完全密封的箱體內(nèi)進(jìn)行，勞動條件較好，避免了粉塵的外泄。

太陽能污泥干化處理設(shè)備

2.4.2 滾筒干燥機(jī)

滾筒刮板干燥機(jī)是通過轉(zhuǎn)動的圓筒，以熱傳導(dǎo)的方式，將附在筒體外壁的污泥進(jìn)行干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。需干燥處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器的受料槽內(nèi)。干燥滾筒在傳動裝置驅(qū)動下，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。污泥由布膜裝置，在滾筒壁面上形成料膜。筒內(nèi)連續(xù)通入供熱介質(zhì)，加熱筒體，由筒壁傳熱使料膜的濕分汽化，再通過刮刀將達(dá)到干燥要求的物料刮下，經(jīng)螺旋輸送至貯槽內(nèi)。蒸發(fā)除去的濕分，視其性質(zhì)可通過密閉罩，引入相應(yīng)的處理裝置內(nèi)；一般為水蒸氣，可直接由罩頂?shù)呐艢夤芊胖链髿庵小Ｔ摍C(jī)可通入蒸汽、熱水或熱油加熱干燥，可根據(jù)不同工藝要求采用浸入式、噴淋式、碾輔式等加料方式。

4 結(jié)語

污泥脫水技術(shù)在中國經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)很成熟，目前該技術(shù)主要以追求高效、低能耗、清潔和安全等為主要發(fā)展目標(biāo)，隨著工程經(jīng)驗的不斷積累，污泥脫水技術(shù)和設(shè)備會臻于完美，滿足各種條件狀況的脫水要求。相比之下，污泥干化技術(shù)和設(shè)備都不是很成熟，與國外還有差距，需要工程技術(shù)人員在實際工程和理論中探索，積累經(jīng)驗。