印染污泥焚燒干化方法經濟性分析

林喬喬，朱化軍

（1.南京大學，江蘇 南京 210000；2.江蘇省環境科學研究院，江蘇 南京 210036）

1 深度脫水和熱力干化方法介紹

1.1 深度脫水

污泥深度脫水是指對污泥進行調理，破除細胞壁，釋放結合水、吸附水和細胞內水，改善污泥的脫水性能，使處理后的污泥含水率達到60%以下的脫水方式。目前常用的做法是化學調質+機械脫水，即污泥先經化學調質，并輔以鐵鹽和石灰、粉煤灰、煤灰等無機調理劑聯合調理使污泥中的間隙水和部分結合水釋放出來，然后通過機械壓榨將水分離。

1.2 熱力干化

熱力干化是采用熱物理方法去除污泥中水分的過程，其采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞的方式使得污泥中的濕分發生揮發、冷凝、升華等相變過程，與物體分離以達到去濕的目的。包括對流干化、傳導干化、輻射干化等過程。

2 深度脫水研究

2.1 實驗介紹

以處理量7 000 t/d污水處理廠為例，采用添加陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）對濃縮印染污水進行深度調理，之后進入高壓板框壓濾機中在1.6 MPa的壓力下進行壓濾。

2.2 實驗過程

為檢驗其最佳經濟性，選取3種調理藥劑配方進行驗證比較，見表1。

表1 調理藥劑配方 %

在污水進高壓板框壓濾機進行機械干化時，首先通過一個加藥口加入CPAM對其進行絮凝調節，而硫酸鋁和CaO則在污水進入板框壓濾機前的最后一個濃縮沉淀池中按照先硫酸鋁后CaO的順序添加［1］。被3種藥劑調理后的污泥進入到板框壓濾機中壓濾到不再出水后，撿取不同板框處的污泥進行含水率的檢測，取其平均值得出最終含水率。

2.3 實驗結果

3組實驗得出最后污泥的含水率分別為57.73%、59.65%和55.34%。因此，3種結果中最佳配方是配方3：CPAM 0.125%，CaO12%，硫酸鋁9%。

3 熱力干化研究

3.1 實驗裝置及材料

以圖1為例，該段選取機械干化后的污泥，用熱蒸汽在轉筒干燥機中對其進行熱干化。整個系統由燃油器、加料機、轉筒干燥機、除塵器和引風機組成，濕污泥（含水率約55%）從左端上部加入，經過轉筒干燥機內部時，與從左端送入的熱煙氣（180～220℃） 進行有效接觸而被干燥［2］，干燥后的污泥從右端下部收集，廢煙氣從右端頂部排出，所有煙氣阻力由設置在轉筒干燥機后部的引風機克服，確保系統在微負壓下運行。

圖1 污泥干化系統

3.2 實驗過程

選取的污泥含水率約為55%，燃油器中產生熱煙氣的溫度為180～220℃，干燥機出口煙氣溫度為87～110℃。轉筒干燥機的加料頻率為50 Hz，記錄加料時間及加料量，每隔5 min記錄1次煙氣進出口溫度，待出料口穩定出料時，記錄出料時間并用磅秤計量出料質量，同時在煙氣取樣口及4個快開取泥口取樣以備分析。改變轉筒干燥機的轉速及煙氣流速，重復實驗。

3.3 實驗結果及分析

3.3.1 轉速對污泥干化的影響

圖2示出了出口煙氣速度為8 m/s時，不同轉筒轉速條件下，污泥含水率的變化情況。

圖2 轉筒轉速對污泥含水率的影響

在相同的轉筒位置和熱空氣流速情況下，污泥的含水率隨著轉筒轉速的增加而逐漸增大。這是因為污泥在轉筒中行進的速度與轉筒的轉速成正比，轉筒的轉速越慢，污泥在轉筒內行進的速度就越慢，達到相同位置所需的時間就越多，污泥與熱煙氣的接觸時間就越長［3］，水分吸收熱量蒸發的時間也就越長，因此污泥含水率也就越低，其最終出口處污泥的含水率也低。因此，在對污泥進行熱干化時，轉筒干燥機的轉速應盡可能的小，以獲得好的干燥效果。

3.3.2 煙氣流速對污泥干化的影響

圖3示出了轉速為0.67 r/min時，不同煙氣出口流速條件下，不同位置處含水率的變化曲線。隨著出口煙氣流速的提高，污泥出口含水率降低，污泥在轉筒干燥機中停留時間受煙氣速度影響很小，因為增大入口煙氣流速，相當于單位時間內有更多熱量進入轉筒中，同時煙氣與污泥顆粒的表面傳熱系數也提高，加大干燥速率。

圖3 煙氣流速對污泥含水率的影響

3.4 能耗分析

煙氣干化污泥基本參數見表2。

表2 煙氣干化污泥基本參數（0.67 r/min，1.2 m/s）

干燥過程中蒸發水量為：

由于蒸發水量相對煙氣量小得多，可忽略水蒸氣在煙氣中所占的體積。進、出干燥器的煙氣密度為ρ1、ρ2，查表得ρ1=0.792 44 kg/m3，ρ2=0.925 76 kg/m3，因此干燥器進口煙氣量為：

煙氣釋放的熱量：

蒸發水分耗熱：

干燥器的干燥效率為：

計算方式同上，得出轉速為0.67 r/min，煙氣流速分別為4.7、8 m/s時，干燥機的干燥效率為24.4%、15.3%。干燥效率如此小，表明煙氣流速過大也沒用，浪費能量。故轉筒轉速為0.67 r/min，出口煙氣流速為1.2 m/s時，干燥效果較好［4］。

4 經濟性分析

4.1 干化成本分析

實驗時機械干化設備的處理量為110 t/d（含水率為80%），而熱力干化時轉筒干燥機處理的污泥為機械干化后的含水率為55%的污泥，其進料速率為4.76 kg/min，其處理量為6.85 t/d。2種情況下，污泥處理的成本如表3所示。

機械干化是將污泥的含水率處理到55%左右，由表3可知處理110 t含水率為80%的污泥的費用為13535元，則可得污泥機械干化的成本為123元/t，處理后的污泥量為48.5 t。

熱力干化處理量為6.85 t（含水率為55%） 時的處理總費用為1 000元，則110 t含水率為80%的污泥，經機械干化處理到55%后，再熱干化將其含水率降低到35%左右，需要的總成本費為20 615元，即其處理成本為187元/t。

表3 污泥干化成本分析

4.2 焚燒成本

計算污泥焚燒成本時，按照每天處理80%的含水率污泥110 t來計算，折合為48.5 t/d的含水率為55%的污泥、或者是33.85 t/d的含水率為35%的污泥。假設污泥進行焚燒時，鍋爐的電耗、效率等都不改變，僅僅是耗煤量和蒸汽產生量發生了改變。表4示出了污泥的焚燒成本。

表4 污泥焚燒的處置成本分析

4.3 兩者污泥處置總成本

由前面的分析可知，將含水率為80%的污泥機械干化后直接焚燒的污泥的處置費用為190元/t；干化后再利用熱電廠的煙氣將含水率降低到35%以后再對污泥進行焚燒，整個過程的污泥的處理處置成本為210元/t。

5 結論

比較上述2種污泥處置方法可知盡管熱干化可以利用鍋爐產生的煙氣的余熱對污泥進一步的脫水，但是其費用卻也會相應地增加，而機械干化后的污泥含水率降至55%，此時已能滿足污泥焚燒的要求，因此污泥與煤摻燒時直接用機械干化后的污泥即可。

采用污泥深度脫水技術不僅為后續處置帶來方便，也能兼顧污泥處理處置過程的經濟和環境平衡，是適合我國污泥處理處置的新途徑。

［1］潘永康，王喜忠，劉相東．現代干燥技術［M］．北京：化學工業出版社，1998：1-180．

［2］李姝娟，李洪遠．國內外污泥堆肥化技術研究［J］．再生資源與循環經濟，2011，4（6）：42-46.

［3］李博，王飛，朱小玲，等.污泥干化焚燒聯用系統最佳運行工況研究［J］．環境污染與防治，2014，36（8）：29-33，42.

［4］駱仲泱，何宏舟，王勤輝，等．循環流化床鍋爐技術的現狀及發展前景［J］．動力工程，2004，24（6）：761-767.