污泥熱干化技術在城市污水處理廠的應用研究

張韜+黃正漢+周劍峰+潘磊

摘 要：熱干化技術在解決污泥問題過程中處于核心地位：城市污水處理廠污泥產量較大，必須減少體積以便后續運輸和處理，而熱干化是污泥減量最有效的途徑之一；垃圾填埋仍然是污泥處置的主要途徑，而采用熱干化技術處理后可以極大地降低污泥體積，從而使填埋所需土地資源得以節省；熱干化處理后的污泥可以與煤摻燒發電，也可以用作陶器及建筑材料的制備。基于此，本文將對污泥熱干化技術在城市污水處理廠的應用現狀及存在問題等進行探討。

關鍵詞：城市污水處理廠；污泥熱干化；影響因素；存在問題

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0003-01

1 污泥熱干化技術的常見方法及影響因素

1.1 污泥熱干化技術的常見方法

第一，直接熱干化。在操作過程中，加熱介質（熱空氣、燃氣或蒸汽等）與污泥直接接觸，加熱介質低速流過污泥層，污泥升溫使水分蒸發，處理后的干污泥需要與熱介質進行分離。雖然直接熱干化具有效率高且處理效果好的優點，但由于產生較多的尾氣和廢水、需要較高的能耗和投資運行成本，因此限制了大規模使用。

第二，間接熱干化。熱傳導介質（如熱氣體、熱油）對金屬表面進行加熱，熱量從溫度較高的金屬表面傳遞到溫度較低的物料顆粒上，熱量也會在物料顆粒間傳遞而使水分蒸發。雖然間接熱干化的處理效率低于直接熱干化，但優點是較少的尾氣量減輕了對環境的污染。

第三，直接-間接聯合熱干化。直接-間接聯合熱干化是對流-傳導熱干化技術的結合，該技術代表干化技術VOMM渦輪薄層干化技術，此外Sulzer開發的新型流化床干燥器以及Envirex推出的帶式干燥器也屬于這種類型。

1.2 污泥熱干化技術的影響因素

一是污泥性質，包括污泥組分的化學組成、微粒的形狀大小、水分的存在形態及組成等。

二是運行條件，包括載氣的速度和濕度、熱介質的溫度、污泥與載氣或熱介質的接觸模式等因素。通常而言，載氣的濕度越高、速度越慢，熱介質的溫度越低，污泥的熱干化速度就越慢；污泥與熱介質的接觸面減少，會影響污泥受熱的均勻度，從而降低熱效率；污泥與載氣的接觸面越小，污泥環境濕度就越高，就越不利于污泥中水分擴散入氣相。

這些因素綜合作用于整個熱干化過程，決定了熱干化的結果。然而由于影響因素多且關系復雜，目前還沒有一個數學函數關系式可以用來表征熱干化過程與各影響因素的關系，但是對部分因素綜合影響的函數關系式的研究已有成果。

2 污泥熱干化的應用現狀及存在問題

近年來國內外研究者對城市污水處理廠污泥熱干化技術展開了大量研究，例如：研究者對四種不同質量等級的污泥顆粒在100～200℃下進行恒溫干燥實驗，結果表明在100～120℃時，污泥為弱強度干燥，臨界含水質量分數受溫度和顆粒大小影響不明顯；在140～200℃時為高強度干燥，臨界含水質量分數隨溫度升高或顆粒變大而增大；而在300～500℃范圍的干燥過程并沒有真正的恒速階段。研究者對污泥脫水和污泥熱干化設備進行了研究，其中包括真空過濾器、帶壓式、離心機、直接熱干化、間接熱干化和組合熱干化系統。研究者采用了薄層干燥方式對脫水污泥進行了熱干化研究，根據研究引入了薄層干化模型，結果表明Logarithmic模型與其他模型相比更適合于薄層污泥干化。

自2000年，我國已經成功已經多套污泥熱干化技術，其中很多已經建成投產，例如2008年投產的清河污水處理廠而其污泥干化廠，采用流化床工藝，處理規模為（含水率約80%）400T/D。但這些污泥熱干化工藝多數都是要求有大量的能量提供給污泥作為干化的能量來源，所以現行的污泥熱干化工藝存在的最大問題便是能量消耗過大。

不同污泥熱干化工藝可利用的能源來源有一定區別，一般來說間接加熱方式可以使用所有的能源，而直接加熱方式則因燃煤爐、焚燒爐的煙氣因量大和腐蝕性污染物存在難以使用的問題。按照能源的成本，從低到高，分列如下：（1）煙氣：來自大型工業、環保基礎設施的廢熱煙氣是零成本能源，溫度必須高且地點必須近，否則難以利用；（2）燃煤：非常廉價的能源，以煙氣加熱導熱油或蒸汽，可以獲得較高的經濟可行性；（3）熱干氣：來自化工企業的廢能；（4）沼氣：可以直接燃燒供熱，價格低廉且較清潔，但供應不穩定；（5）蒸汽：清潔較經濟，可以直接全部利用，但是將降低系統效率，提高折舊比例；（6）燃油：較為經濟，以煙氣加熱導熱油或蒸汽，或直接加熱利用；（7）天然氣：清潔能源但價格最高，以煙氣加熱導熱油或蒸汽，或直接加熱利用。

污泥熱干化所消耗的能量是相當高的，如此高的能耗會在很大程度上阻礙污泥熱干化的推廣與應用。因此在污泥熱干化的熱源選擇上應盡量使用價格低廉的工業廢熱和余熱：一方面是采用工業爐窯產生尾氣的余熱；另一方面是因為污泥本身含有大量有機物質等可燃性物質，經過干化可以用于低熱值燃料進行使用，因此污泥熱干化所使用的熱源應盡可能是干污泥自身。

3 結語

近年來隨著污泥熱干化技術的不斷改進，設備性能日趨完善，污泥熱干化裝置的高效、靈活、安全、穩定的優勢逐漸被認同，并在污泥處理處置行業中迅速擴展。

參考文獻

[1]郝先鵬.污泥熱干化技術的研究進展[J].四川化工，2015，18（5）.

[2]許志欣，藍梅，孫文葉.污泥熱干化技術淺析[J].市政技術，2016，34（1）.