高效節(jié)能的污泥干化處理方案

Petra Schlachter

歐洲一些法律規(guī)定從2029年起，在污泥中提取磷的過程中，需要保持污泥的干燥狀態(tài)。然而，傳統(tǒng)的污泥干化方法耗費大量能源，成本過高。利用冷凝干化技術(shù)可以幫助污水處理廠降低能耗和成本，奧地利某污水處理協(xié)會的試點項目展示了該技術(shù)的應(yīng)用方式。

越來越多的國家政府正在對污泥的干燥或焚燒提出明確要求，污泥熱處理技術(shù)將取代傳統(tǒng)廢水污泥的普通處理。例如，在奧地利，2017年聯(lián)邦《循環(huán)經(jīng)濟與廢物管理法》規(guī)定，到2030年，應(yīng)將高達85%的廢水污泥用于磷回收。例如，從廢水污泥灰中生產(chǎn)富含磷的肥料需要進行燃燒或干燥。該計劃的目標之一是防止微塑料和重金屬繼續(xù)進入土壤。另一方面，磷可以用作有價值的肥料。奧地利某污水處理協(xié)會很早就關(guān)注到了這個問題，目前已成功地運行了一套節(jié)能的冷凝干燥系統(tǒng)并配備了精心設(shè)計的輸送技術(shù)。

首先進行的是方案和經(jīng)濟性調(diào)查。負責這項任務(wù)的工程公司對多種干燥工藝進行了比較分析。干燥的基本前提是污泥在機械預(yù)脫水后，其含水率降至25%～30%。該項目的目標是對污泥進行全干燥，即將其干物質(zhì)含量提高至90%以上。

1 能效和成本

根據(jù)研究結(jié)果，污泥高溫干化也被排除在考慮范圍之外。同樣，對于那些需要將生產(chǎn)工藝中的空氣排到外部，需要單獨進行廢氣處理的系統(tǒng)也不予考慮，爆炸性粉塵/空氣混合物的產(chǎn)生也是一個排除標準。因此，大家焦點已經(jīng)轉(zhuǎn)向了基于熱泵的節(jié)能冷凝干燥技術(shù)。在這個特定的高TS（固體含固量）段中，奧地利某污水協(xié)會的技術(shù)在能源效益方面表現(xiàn)最佳，部分原因是該污水處理協(xié)會冷凝干燥技術(shù)可以產(chǎn)生電力。

污泥干燥機3D圖整體視圖

在成本方面，經(jīng)過調(diào)查后再次清楚地認識到，污泥干化處理基本上是經(jīng)濟上必要且合理的。僅在項目期間，處置費用就上漲了20%。而且運營商預(yù)計未來幾年的價格還會有進一步的上漲。在投資成本比較中，冷凝干燥技術(shù)也是很劃算的，因為其投資成本相對較低，因此對小型污水處理廠也很有吸引力，未來的維護成本也是相對較低的。而且由于污泥量的減少，運往處理廠的運輸成本也將大大降低，這對于降低二氧化碳排放也有積極的影響。

除了上述這些方面之外，當然還有技術(shù)、效率、排放和物流等其他重要因素。防火和防爆也是重要的主題，同樣政府機構(gòu)的利益也起到了一定作用，所有這些方面都必須很好地協(xié)調(diào)。最終，決定采用熱泵冷凝干燥技術(shù)，該技術(shù)不僅能耗低，而且性能優(yōu)越，并且還帶來一些其他優(yōu)勢。

2 案例分享

該奧地利污水處理協(xié)會經(jīng)營著一座污水處理廠，每到冬季時廢水處理量是平時的兩倍，贏創(chuàng)需要對整個污水處理系統(tǒng)進行詳細規(guī)劃和設(shè)計。

在獲得地方政府批準后，污水處理協(xié)會最初委托一家經(jīng)驗豐富的總承包商對這一大型項目進行整體規(guī)劃。該承包商又聯(lián)合了兩個技術(shù)合作伙伴，分別負責輸送和干燥技術(shù)。其中干燥的部分由位于Allg?u地區(qū)的Harter公司負責。他們共同實現(xiàn)了一套節(jié)能的污泥帶式干燥系統(tǒng)，并配備了精心設(shè)計的輸送技術(shù)。

污泥干化處理的技術(shù)概念

在實際操作中，目前的解決方案如下：首先，污泥在污水處理廠進行機械脫水處理，再在濕污泥倉中進行中間儲存，然后分批干燥至所需的干物質(zhì)含量，直至達到所需的TS（總固體）含量，隨后將其送入垃圾填埋場或進行焚燒處理。

3 連續(xù)快速干燥

該干燥系統(tǒng)是1個帶式干燥機，有2條水平排列的傳送帶和5個模塊。整個設(shè)備長11.3 m，高3.2 m，寬2.4 m。泥漿通過漏斗進入頂部帶上，然后通過所有模塊，在末端傳送帶發(fā)生偏轉(zhuǎn)。泥漿落到下部帶上，再次穿過整個干燥機，傳送帶速度是可調(diào)的，2個傳送帶上的所有傳感器都可監(jiān)測散裝高度。5個模塊直接連接在一起，形成一個緊湊的系統(tǒng)，每個模塊都有自己的循環(huán)通風系統(tǒng)，專為Harter設(shè)計的循環(huán)風機可產(chǎn)生最大37 500 m3/h的空氣流速。

每個模塊內(nèi)集成的熱泵單元提供所需的工藝空氣，并負責冷凝過程。帶式干燥機設(shè)計用于處理每年2200 t污泥。由于這是一個模塊化系統(tǒng)，因此可以隨時擴展干燥機。整個帶式干燥系統(tǒng)的控制通過安裝在設(shè)備電氣柜上的人機交互操作面板進行，整個系統(tǒng)的連接功率為120 kW。

基于熱泵的冷凝干燥是一種高效的低溫過程，可在20～90℃進行節(jié)能干燥。在這個案例中，干燥溫度為40℃，干燥時間是可控的，標準時間為2 h。在干燥之前，泥漿的TS含量為18%～26%，而最終可達到約90%，脫水性能最大為每天7.5 t。因此，它符合每天6～8 t的要求。

用于干燥的工藝空氣非常干燥，因此是不飽和的。這意味著從物理上講，它能夠迅速而有效地吸收污泥的水分。然后，空氣被冷卻，水凝結(jié)并被送入污水處理廠的進水口。干燥系統(tǒng)是一個能量和空氣封閉的系統(tǒng)。因此，不需要對廢氣進行處理。這種封閉循環(huán)使得這種干燥方式不受季節(jié)或氣候波動的影響，從而提供了高度的工藝安全性。