污泥低溫干化系統技術及經濟分析

鄭龍行，黃乾澤，姚 璐，謝慶文

（廣州市新之地環保產業股份有限公司，廣東 廣州 510380）

近年來，隨著國內污水處理廠不斷增加，污泥成為了國家在環保方面的一項關注重點。污泥是在污水處理過程中通過生物、化學、物理方式產生的半固態或固態的泥狀物質，內部含有大量的有機物、無機物、膠體、病原體、細菌、寄生蟲等復雜成分。污泥本身容易腐爛且散發出強烈的臭味，如果處理不當，會對人體和環境產生嚴重的危害，極易造成環保事故。目前我國對污泥處置主要分為四種，即填埋、堆肥、焚燒、建材利用。其中，焚燒是污泥最徹底的處置方式，可以最大限度實現污泥的減量化、穩定化、無害化、資源化，這適用于經濟發達、土地資源緊缺的地區。

濃縮污泥的含水率高達98%左右，直接燃燒的話需要消耗大量的熱能，且產生大量水汽，對設備的腐蝕比較嚴重。盧駿營通過分析，建議污泥在進行焚燒前含水率應控制在40%左右。因此濃縮后的污泥首先需要先進行機械脫水，將含水率降至80%～60%左右。此時產生的泥餅仍然具有很高的含水率，不但會增加污泥運輸過程的費用，同時對于后續的處理處置也會帶來很大的困擾，如含水率過高，對污泥焚燒首先需要消耗大量的熱量對污泥內部水分進行蒸發，同時也導致大量尾氣產生，增加了尾氣的處理處置費用，對污泥處理的經濟性和穩定性都是不利的。因此，從污泥運輸、燃燒效果和對焚燒的影響等方面考慮，我國部分地區提倡在污水處理廠在污泥進行機械脫水后再對污泥進行進一步的干化處理。

目前在國內污泥低溫干化機通過低溫除濕技術可以很好地實現污泥的深度干化需求，應用比較廣泛，還可以根據項目現場的實際情況選擇電能或蒸汽、熱水等熱源供熱。文章就低溫干化系統的兩種形式進行技術和經濟分析。

1 污泥低溫干化系統

1.1 熱泵低溫干化系統

熱泵式低溫干機主要是通過電能提供污泥烘干的熱量。一方面可以避免一次能源的消耗，同時還可以解決對偏遠地區污泥的干化處理，增加了環境的友好性。

圖1 熱泵式低溫干化機工作原理圖

濕污泥經過切條裝置成型后落到保溫箱體內的輸送網帶上，在輸送網帶上均勻分布。污泥在網帶上行走的同時被循環風機提供的循環空氣帶走水分，最終實現干污泥的出料。循環空氣帶走污泥中的水分后，進入除濕室，首先在蒸發器處將攜帶的水分冷凝下來，冷凝水通過管道排出，脫水后空氣經過冷凝器重新加熱升溫，形成干燥的熱空氣再進入網帶對污泥脫水。

1.2 余熱低溫干化系統

余熱低溫干化機的熱量來源主要有煙氣、熱水、水蒸氣等余熱能源，通過換熱器轉換形成90 ℃的熱水作為熱源供應干化機設備進行污泥烘干。

干化腔污泥的運行模式與熱泵低溫干化機相同，循環空氣帶走污泥中的水分后，進入除濕室。首先在冷卻器處將攜帶的水分冷凝下來，冷凝水隨后排出設備。脫水后的循環空氣經過加熱器重新加熱升溫，形成干燥的熱空氣再進入網帶對污泥脫水。

圖2 熱泵式低溫干化機工作原理圖

1.3 低溫干化機特點

（1）設備采用全封閉干化工藝，能夠實現無尾氣排放，不會造成二次環境污染。（2）采用60～80℃低溫烘干，能有效滅殺病菌，降低臭氣濃度。（3）污泥含水率從60%降到40%以下，出泥含水率可調，污泥減容可減少40%以上（按照干基質量計算）。（4）一體化，安裝簡易，根據污泥處理量的需求，只需整機安裝或多模塊拼裝即可，無需復雜土建工程，降低污水處理廠的提標改造總體成本。（5）干化車間出現少量臭氣異味，可直接接入廠區的生物除臭系統，不需要專門增加冷凝和除塵設備。

2 低溫干化系統與其他干化工藝對比

20世紀80年代，我國引入熱泵式低溫干化機，并管將其廣泛應用于皮革、食品烘干、魚類等干燥、藥品的殺菌與干燥各種行業以及污泥干化脫水等領域。對比傳統熱干化工藝雖然發展較晚，但其獨特的優勢使其在各個行也有著廣泛的發展。現就污泥干化行業將低溫干化系統與傳統干化系統應用進行對比如下表：

表1 低溫干化機與其他干化設備對比表

低溫干化系統采用密閉式結構，在工作過程中沒有尾氣排出，工作環境環保又衛生，同時其采用多模塊的拼裝模式，具有靈活多變的特點，既可以單層多模塊拼裝組合，也可以上下多層多臺疊加安裝，減少占地空間，在建設中節約采購及安裝費用，非常適用于需要污泥干化的設備但預算有限的廠家和地區安裝使用。

3 低溫干化系統的應用及經濟分析

文章以某污水處理廠污泥干化處理為例。污水處理廠絕干污泥量約為6.8 t/d，設備工作時間為24 h/天，要求污水廠外運污泥含水率需要降至40%以下。污泥的處理工藝流程為：

圖1 污泥的處理工藝流程圖

其中經過調理壓榨后，脫水污泥含水率為60%左右，總量為18.62 t/天。在前端污泥脫水工藝相同的情況下，對使用熱泵式低溫干化機和余熱式低溫干化機進行污泥烘干進行能耗和經濟性分析：

表2 兩種干化形式經濟性比較表

通過上表中的分析發現，該污水處理廠采用電能和蒸汽時，低溫干化機的運行成本比較接近，并不是低溫干化機采用余熱時運行成本更低，這還需要考慮當地電費及余熱供應費用的價格情況。不同地區電費的價格不同，如果某地電費價為0.48元/（kW·h）時，熱泵式低溫干化機的運行費用為2 006×0.48=963（元/d），余熱式低溫干化機費用為585×0.48+8.1×120=1 253（元/d），余熱式大于熱泵式低溫干化機的運行費用；如果蒸汽為業主廠內自產多余熱量時，則蒸汽費用幾乎不用考慮，只需核算設備的電耗即可，此時采用余熱式低溫干化機比較合適。因此選擇干化機的供熱形式時，要根據當地的熱源價格進行確定。

4 結論

（1）低溫干化機供熱能源多樣性，提高了設備對不同的應用場景的適應能力，且低溫密閉式結構具有無需尾氣處理裝置，無臭氣泄露等優勢，安裝簡單，投資成本低。在污泥干化領域對比傳統的熱干化設備具有明顯的優勢和發展前景。

（2）低溫干化系統既可以采用電能供應也可以應用煙氣、蒸汽熱水等周圍可利用的熱源，使其可以廣泛應用在多種場合的污泥干化。

（3）結合項目對兩種形式的干化系統進行了運行成本分析，表明兩種供能形式的低溫干化系統的運行成本需要根據當地能源的價格來確定哪種更低。